神经网络电弧炉精炼炉的控制系统

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式中 ! 为步长参数（学习速率）。 由于 !" 只用局部梯度信息，故! 必须很小，
以免跳到权值空间不希望的区域。这样导致搜索
在多次迭代中，若误差梯度!’-!!#$ 的符号不变，表 示极小点还在前面，可增加学习速率；（.）在连续 几次迭代中，若误差梯度改变符号，表示已经跳过
网络通 讯 程 序 的 客 户 端 的 功 能 主 要 是 定 时 （每隔 : G）向服务器发送从 ,R0 板卡和电量表采
集到电参量及计算出的各种参数，供服务器端显 示和分析。
客户端程序在主控程序启动时，将其启动，子
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特殊钢
第 EE 卷
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主控程序 内存数 据交换
网络通讯客户
客户端
")* +,* 通讯
-=E)) 监控 软件
OOP 数 据交换
网络通讯 服务器 服务器端
图 ; 网络通讯模型 1=>’ ; !B.KC?Q ACII@E=AN.=CE ICJBF
户端之间进行数据传递。传递模型如图 ; 所示。 在本控制系统中，数据交换是在主控程序和
第 XX 卷第 X 期 · T% · X$$# 年 % 月
特殊钢
SQLORM. S@LL.
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·新材料新技术·
神经网络电弧炉!精炼炉的控制系统
:/$*%4/& ;#<*= LB6A’=/A M=A N4=21A6，O9CF4’6= P6’，P64=1B P6’D9=*，Q=67/A’/92
针对国内各电弧炉控制系统运行的情况，我 们在专家系统的基础上加上电弧炉神经网络预估 模型，通过它预估出电弧炉下一时刻的状态，经过 特定的优 化 程 序 对 专 家 系 统 的 输 出 作 出 优 化 补 偿。使电弧电流能达到一种相对的极稳状态，减 少了无功功率。低能耗和减轻对电网的危害具有 重大的意义。
估、优化控制系统工艺曲线、报表生成、监控高压 合闸和液压站状态及报警信息。设备层有炉前控 制设备，主要分为电极调节和逻辑控制两大部分。 逻辑控制由西门子公司的 S"!T$$ 实现，电极调节 由研华公司的双 OQ; 工控机实现，RQO 软件采用 URS;M. O V V W I $ 设计神经网络控制系统。为了 保证设备的可靠性和生产的连续进行，同时设计 了一 个 Q.O（ S"!T$$!OQ;T#&）电 极 调 节 器，确 保 RQO 故障时，仍可正常生产。
第;期
李 强等：神经网络电弧炉S精炼炉的控制系统
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局域网（")* +,*）
服务器 !" #$% !"& ’ (
工作站 !" -,!)) &(. 电弧炉
")* +,*
*/01,23#（#4 协议 ）
李 强 梁 莉 刘庆丰 李 红
（西安理工大学，西安 "#$$%&）
摘 要 用基于工业计算机网络的电弧炉控制系统，采用三层网络结构，可以实现炼钢过程的优化控制及 数据监控，完成作业优化，提高作业效率，通过基于预估补偿的专家控制系统，使 # 台 %$ ’ 电弧炉的电耗由 ()$ *+,-’ 降至 %"( *+,-’。
> 系统组成
本套控 制 设 备 是 为 广 州 钢 铁 股 份 有 限 公 司 %$ ’ 电弧炉设计的，以取代该厂以前引进的美国 RMN 控制设备，同时进行 ($ ’ 精炼炉控制。
系统的总体结构如图 # 所示［#］。信息管理层 采用局域网把生产过程控制系统和管理信息系统 结合，实现工厂自动化和办公自动化。主要功能 为与精炼炉和电弧炉工作站通讯，冶炼工况监控， 数据库管理，工艺优化，报表曲线打印。控制管理 层工作站主要用于设备层监控管理优化，与服务 器之间信万息方交数换据。主要功能：精炼炉钢水温度预
% 所示。
连接服务器 初始化网络 （!）的入口 构造一个新的通讯
态。在 电 弧 炉 和 神 经 网 络 的 输 入 同 时 加 上 &， & G !，& G E 时刻的电弧炉状态参量（电压、电流） 和调节器的输出量，由电弧炉的 & H ! 时刻的电 参量作为指导信号［%］，由电弧炉实际输出和神经
网络预估Байду номын сангаас型输出的偏差对预估模型的权值进行
59)$%/3$ +/’, A92’=9B >?>’6C 59= 264=1B 26’D9=* 6B6A’=/A 1=A54=21A6 E1>67 92 /274>’=/1B A9CF4’6= 26’D9=*，4>/23 ’=/! B6<6B 26’D9=* >’=4A’4=6，’,6 9F’/C/G67 A92’=9B 127 71’1 C92/’9= 95 >’66BC1*/23 F=9A6>> A94B7 E6 6H6A4’67 ’9 5/2/>, 9F6=1’/92 9F! ’/C/G1’/92 127 /CF=9<6 9F6=1’/92 655/A/62A?I J? ’,6 6HF6=’ >?>’6C E1>67 92 171F’/<6 A92’=9B 95 F=67/A’/23 A9CF62>1’/92，’,6 6B6A’=/A 626=3? A92>4CF’/92 95 1 %$’ 6B6A’=/A 1=A 54=21A6 76A=61>67 5=9C ()$ KD,-’ ’9 %"( *+,-’I
定时发送数据程序开
6+72/0 为空 &
此链路通 8
组装数据
发送
8 &
再次连接到服务
结束
图 9 客户端数据的发送过程 ’#() 9 :4;$-"#--#+$ <4+7/-- +1 7*#/$0 =;0;
数据的发送过程比较简单，主要是将各种需 要发送的数据打成包后，将其发送出去。在数据 的每次发送之前，都要检查此通讯 6+72/0 是否为 空或者此 6+72/0 对应的链路是否不通，若二者存 在一者，都必须中断发送过程，然后再次连接到服 务器上，其万发方送数流据程如图 9 所示。
的速率很慢。 为了加速搜索，最常用的方法是加入冲量，权
工作站 !" -,!)) <(. 精炼炉
")* +,*
*/01,23#（#4 协议 ）
控制计算机 5!! 60!7
#4 8 9((（:） #4 8 9((（;）
控制热备
逻辑控制
控制计算机 5!! 60!7
#4 8 9((（:） #4 8 9((（;）
控制热备
逻辑控制
采集板 采集板
转换器及放大
采集板 采集板
-=E)) 组太软件之间进行，但由于 -=E)) 组太软 件的封闭性，其与外界 的 接 口 只 有 OOP 数 据 交 换。若在主控程序和 -=E)) 之间直接进行网络 OOP 交换，其通讯带宽满足不了要求，所以设计 出这样一个数据交换模型：在客户端，网络通讯程 序的客户端作为主控程序的一个子线程，他们之 间直接内存数据交换；在服务器端，编写一个网络 程序的服务器，他们之间通过本机的 OOP 进行数 据交换。这样达到了主控程序和 -=E)) 之间数 据交换的目的，又增加了带宽。
电弧炉设备运行过程中，运行条件经常发生 变化，如：补偿装料、线电压、电极长度和系统阻抗 的改变。这就对神经网络的在线学习算法提出了 很高的要求。本系统采用了改进的 >D> 算法。
DF 算法是目前最为流行的算法，其权值更新 的基本公式为：
!!（#K !）L G"!!!M#K
第,期
李 强等：神经网络电弧炉H精炼炉的控制系统
不断的修正，最终建立初始的神经网络预估模型。
连接到通讯服务
考虑到神经网络在一些场合不稳定性，电流非常
成功 ？
&
线程睡眠 ! 分
大时即短路自动切换到基本控制方式，正常时转 到神经网络控制。