一种基于实例推理的高炉热风炉燃烧自动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于实例推理的高炉热风炉燃烧自动控制方法，属于高炉热风炉燃烧自动控制技术领域。首先需要确定热风炉燃烧的最佳空燃比区间，并规定在一条调节实例中所包含的与热风炉燃烧过程相关的工艺参数，再抽取多个成功的调节实例，作为在线运行阶段实例库的基础实例；运行过程中根据采集的实时工艺参数，计算拱顶温度的上升速率或变化量，若其低于上升速率值或超出允许的下降范围，则利用结合规则推理的实例推理方法对空燃比进行调节，以增加拱顶温度的上升速率或抑制拱顶温度的下降；本发明专利技术不依赖于高炉热风炉燃烧数学模型、不检测废气残氧量、以实例推理为基础确定控制决策的输出，可实现高炉热风炉燃烧的自动控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高炉热风炉燃烧自动控制
，特别涉及一种以实例推理为基础实现的炼铁高炉热风炉燃烧智能控制方法。
技术介绍
高炉热风炉是高炉炼铁生产中的重要设备，它承担着将燃烧煤气所产生的热量传递到高炉鼓风的关键作用。在高炉炼铁的生产工艺中，高炉热风炉的燃烧控制是一个相当重要的部分，它既要保证高炉热风炉的出口热风温度达到工艺要求的数值，又要保证煤气的充分燃烧和热量的有效利用。现有的高炉热风炉燃烧自动控制方法主要为2大类，即基于数学模型和基于人工智能的控制方法。一些发达国家由于高炉的容积较大，工艺参数的检测分析手段完善，而且均以高炉煤气混合焦炉煤气作为燃料，所以普遍采用了基于高炉热风炉燃烧数学模型的控制方法。数学模型控制方法在应用中面临的最主要的问题是需要完善的检测和分析仪表相配合，而这些仪表的价格较贵，且后期维护的工作量较大。目前应用的另一类基于人工智能的自动控制方法，主要包括高炉热风炉燃烧最佳空燃比模糊控制、煤气流量和空燃比设定专家系统控制、通过检测废气残氧量实现的自组织模糊控制、废气温度自适应模糊控制等等，对这些方法的特点简要介绍如下。(1)实现高炉热风炉燃烧自动控制的关键是随着煤气压力和质量的波动，并根据高炉热风炉的不同状态进行煤气流量和空气流量的实时调整(空气流量的调整可以转化为对空燃比的调整)。黄兆军等提出的最佳空燃比模糊控制方法是比较贴近实际应用要求的(参见冶金自动化2002年第4期38-40页)，它在高炉热风炉燃烧的拱顶温度上升期按照一种模糊控制规则调节空燃比，以实现拱顶温度的快速攀升；在拱顶温度稳定期按照另一种模糊控制规则调节空燃比，以维持拱顶温度不低于其稳定值；在拱顶温度的稳定期，根据废气温度的上升速率，调节供给高炉热风炉的煤气流量，以保证废气温度在燃烧结束时恰好达到操作规程要求的最大值。(2)马竹梧提出的高炉热风炉燃烧专家系统控制方法(参见控制工程2002年第4期57-62页)。这种方法的核心是根据专家系统MAES-JT以及预先总结提炼出来的100多条控制规则，按5段时间预设定高炉热风炉燃烧所需的煤气流量和空气流量，并通过计算废气温度的上升速率和剩余燃烧时间来决定是否减少或增加所设定的煤气和空气流量。(3)姜立秋等提出的依据废气残氧量实现的自组织模糊控制方法(参见钢铁研究学报1999年第6期64-68页)。这种方法的特点在于需要使用烟道中安装的氧化锆测氧仪来测量废气中残氧量的变化，再通过一种自组织模糊控制方法将空气过剩系数保持在最佳燃烧带，即空气过剩系数为1.02～1.10，对应的废气残氧量为0.412％～1.900％，从而提高高炉热风炉燃烧的效率。(4)汪光阳等提出的针对燃烧稳定期废气温度上升速率控制的自适应模糊控制方法(参见钢铁研究学报2004年第5期71-74页)。该方法为保证送风开始时废气温度正好为操作规程要求的最大值，到达拱顶温度稳定期前以最大煤气量加热，达到稳定期后将废气温度的上升速率作为控制目标，最高废气温度作为限制条件，控制量为煤气流量，并根据最佳空燃比来调节空气流量。选取废气温度上升速率的偏差E及其变化率C作为模糊输入量，输出控制量为U即煤气流量，然后根据废气温度上升速率的变化来调节煤气流量当上升速率过大，且有继续增大的趋势时，减少煤气流量；当上升速率偏大，但速率的变化为负值时，保持流量不变；当上升速率偏低且有继续减小的趋势时，适当增加煤气流量。以上这些智能控制方法的共同点是，无论模糊控制还是专家系统控制，其实质均为基于规则的控制方法，因此都不可避免地存在着知识获取的瓶颈问题，控制规则的归纳和提取比较困难。上述最佳空燃比模糊控制方法的调节效果如图1所示，图中，1为拱顶温度曲线；2为煤气压力曲线；3为由模糊控制方法设定的各阶段的空燃比；4为PLC实际控制的空燃比曲线。在图中的A阶段，由于拱顶温度上升速率减缓，因此开始空燃比调节，第1次空燃比搜索方向是变小，如图中A、B两阶段分界处所示，随后拱顶温度的变化趋势说明这一次空燃比的调节方向是错误的(在B阶段拱顶温度加速下降)，因此随后的空燃比调节方向与上一次相反(B、C阶段的分界处)，在C阶段，拱顶温度下降速度减缓，进一步说明了空燃比调节方向的正确性，再经过随后两次的正确调节，得到另一个最佳空燃比(拱顶温升加快)。可以说，这种模糊控制方法只是对人工操作方式的简单模仿，其对空燃比的调节存在一个摸索和试探过程，所以自动调节的效率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出，该方法不依赖于高炉热风炉燃烧数学模型、不检测废气残氧量、以实例推理为基础确定控制决策的输出，可实现高炉热风炉燃烧的自动控制，以有效地克服人工操作方式对高炉热风炉燃烧效果的影响。本专利技术提出的，包括数据准备和在线运行两个阶段；其特征在于，所述数据准备阶段包括以下步骤 1)根据人工调节高炉热风炉燃烧的历史数据确定高炉热风炉燃烧的最佳空燃比区间；2)设定拱顶温度上升速率的下限值、拱顶温度允许下降的范围和拱顶温度的上限值、高炉热风炉的燃烧时间和拱顶温度上升期时间，以及燃烧结束时废气温度的上限值；3)设定拱顶温度上升期控制的采样周期、拱顶温度稳定期控制的采样周期及拱顶温度稳定期废气温度上升速率控制的校正周期；4)规定在一条调节实例中所包含的与高炉热风炉燃烧过程相关的工艺参数；5)从人工调节高炉热风炉燃烧的历史数据中，抽取多个成功的调节实例，作为在线运行阶段实例库的基础实例；6)设置表示高炉热风炉燃烧的实时工艺参数和基础实例之间相似程度的距离阈值；所述在线运行阶段包括以下步骤7)定时采集高炉热风炉燃烧过程的实时工艺参数；8)在高炉热风炉开始燃烧后拱顶温度的上升期，根据定时采集的高炉热风炉燃烧过程的实时工艺参数，计算拱顶温度的上升速率，将当前的上升速率与上升速率的下限值进行比较，若其低于该下限值，则利用结合规则推理的实例推理方法对空燃比进行调节，以加快拱顶温度的上升速率；9)在高炉热风炉燃烧进入拱顶温度的稳定期后，根据定时采集的高炉热风炉燃烧的实时工艺参数，计算当前拱顶温度的变化量，若该变化量超出了设定的拱顶温度允许下降的范围，则利用结合规则推理的实例推理方法对空燃比进行调节，以抑制拱顶温度的下降趋势；10)在废气温度上升速率控制的校正点，根据定时采集的高炉热风炉燃烧过程的实时工艺参数，计算废气温度的上升速率、剩余燃烧时间及燃烧结束时预计达到的废气温度，利用基于实例的推理方法对煤气流量进行调节，以加快或减慢废气温度的上升速率，使废气温度在燃烧结束时恰好达到废气温度的上限值。本专利技术的技术特点及效果本专利技术是基于一种新的、结合规则推理的实例推理方法来实现高炉热风炉燃烧的自动控制。这种方法不依赖于描述高炉热风炉燃烧过程的数学模型，也不必使用废气残氧分析仪检测高炉热风炉的废气残氧量，而是利用数据分析的手段从高炉热风炉燃烧的历史数据中确定高炉热风炉燃烧的最佳空燃比区间，并将该区间作为规则推理的依据，通过规则推理使实例推理中对实例的检索和匹配过程在空燃比调节方向正确的调节实例库中进行，确保实例推理得出的控制决策的空燃比调节方向都是正确的，避免出现上述最佳空燃比模糊控制方法中对空燃比反方向摸索调节的现象，从而减少空燃比调节次数，改善调节效果。结合规则推理的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于实例推理的高炉热风炉燃烧自动控制方法，包括数据准备和在线运行两个阶段；其特征在于，所述数据准备阶段包括以下步骤：１）根据人工调节高炉热风炉燃烧的历史数据确定高炉热风炉燃烧的最佳空燃比区间；２）设定拱顶温度上升 速率的下限值、拱顶温度允许下降的范围和拱顶温度的上限值、高炉热风炉的燃烧时间和拱顶温度上升期时间，以及燃烧结束时废气温度的上限值；３）设定拱顶温度上升期控制的采样周期、拱顶温度稳定期控制的采样周期及拱顶温度稳定期废气温度上升速率控制 的校正周期；４）规定在一条调节实例中所包含的与高炉热风炉燃烧过程相关的工艺参数；５）从人工调节高炉热风炉燃烧的历史数据中，抽取多个成功的调节实例，作为在线运行阶段实例库的基础实例；６）设置表示高炉热风炉燃烧的实时工艺 参数和基础实例之间相似程度的距离阈值；所述在线运行阶段包括以下步骤：７）定时采集高炉热风炉燃烧过程的实时工艺参数；８）在高炉热风炉开始燃烧后拱顶温度的上升期，根据定时采集的高炉热风炉燃烧过程的实时工艺参数，计算拱顶温 度的上升速率，将当前的上升速率与上升速率的下限值进行比较，若其低于该下限值，则利用结合规则推理的实例推理方法对空燃比进行调节，以加快拱顶温度的上升速率；９）在高炉热风炉燃烧进入拱顶温度的稳定期后，根据定时采集的高炉热风炉燃烧的实时工 艺参数，计算当前拱顶温度的变化量，若该变化量超出了设定的拱顶温度允许下降的范围，则利用结合规则推理的实例推理方法对空燃比进行调节，以抑制拱顶温度的下降趋势；１０）在废气温度上升速率控制的校正点，根据定时采集的高炉热风炉燃烧过程的实时 工艺参数，计算废气温度的上升速率、剩余燃烧时间及燃烧结束时预计达到的废气温度，利用基于实例的推理方法对煤气流量进行调节，以加快或减慢废气温度的上升速率，使废气温度在燃烧结束时恰好达到废气温度的上限值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙进生，吴建华，刘利平，许小强，侯国强，
申请(专利权)人：河北理工大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]