上篇 开发篇 3
1 高炉过程自动化概论 3
1．1 跨世纪的技术难题——高炉炼铁过程自动化 3
1．1．1 冶金科技发展的前沿课题 3
1．1．2 自动化科学与技术的学科难题 3
1．1．3 从基础自动化发展到信息网络化 5
1．1．4 从“专家系统”迈向“智能控制自动化” 5
1．1．5 从中国高炉炼铁实际出发，实现高炉炼铁过程智能自动化 6
1．2 国内外高炉自动化进展的简要回顾 7
1．2．1 高炉炼铁的基础自动化 7
1．2．2 国外高炉自动化数学模型的研究进展 8
1．2．3 国内高炉自动化研究中的计算机应用进展 10
1．2．4 国内外高炉“专家系统”的简明对比 13
1．3 高炉过程的系统优化与智能控制自动化 14
1．3．1 应用“专家系统”是炼铁技术发展大趋势 14
1．3．2 基础自动化与信息网络化是实现炼铁过程智能自动化的硬件基础 15
1．3．3 智能控制自动化的两项重要模型基础 16
2 高炉过程的工艺控制复杂性 17
2．1 高炉冶炼进程中工长作业的复杂性与运筹控制 17
2．1．1 炼铁工艺流程的主要组成工序 17
2．1．2 值班工长的炉内作业、炉前作业与作业管理 18
2．1．3 值班工长作业中的智力劳动 19
2．1．4 值班工长对高炉进程的运筹控制 19
2．2 高炉冶炼过程炉况故障状态的复杂性 21
2．2．1 炉况的顺行状态 21
2．2．2 异常炉况的主要种类 22
2．2．3 异常炉况征兆与故障识别的数理逻辑诊断模型 25
2．3 高炉过程控制的基础自动化与信息网络化 27
2．3．1 槽下配料称量子系统的基础自动化 28
2．3．2 卷扬上料布料子系统的基础自动化 28
2．3．3 热风炉燃烧过程与富氧鼓风的基础自动化 29
2．3．4 喷煤子系统的基础自动化 29
2．3．5 炉前出铁出渣的机械化与信息采集 30
2．3．6 化验室、过磅站终端计算机的联网与信息网络化 30
2．4 高炉冶炼过程的控制复杂性 31
2．4．1 控制复杂性的概念 31
2．4．2 炉温控制与温度控制的本质区别 31
2．4．3 炉温控制与炉况控制的交叉与运筹 31
2．4．4 实时控制与预测控制组成的二步目标运筹控制 32
2．4．5 调控优先级与调控3要素 32
2．4．6 高炉冶炼过程复杂性的非线性机理探索 33
3 高炉过程自动化的控制理论基础 35
3．1 从传统控制理论到智能控制理论 35
3．1．1 经典控制论的基本问题及其实现的控制 35
3．1．2 现代控制论的基本问题和成就 36
3．1．3 非线性控制系统的“能观性”与“能控性” 39
3．2 智能控制理论的发展与应用 39
3．2．1 智能控制论的由来 39
3．2．2 智能控制论的“三元交集” 40
3．2．3 智能控制论面临的复杂性 40
3．2．4 高炉“专家系统”面对智能控制论 41
3．3 从自动控制理论基础思考高炉炼铁自动化难题 41
4 高炉过程数学模型的复杂性 43
4．1 高炉冶炼过程的多目标系统优化模型 43
4．1．1 高炉过程的物质流与信息流分析 43
4．1．2 高炉过程参数的层次结构分析 43
4．1．3 高炉过程信息流的数据融合 44
4．1．4 高炉过程参数的滤波分析 46
4．1．5 高炉冶炼过程多目标系统优化模型的建立 47
4．2 高炉过程数学模型的复杂结构 48
4．2．1 关于数学模型技术 48
4．2．2 工艺计算的数量化模型 48
4．2．3 概率统计模型 49
4．2．4 模糊控制模型 49
4．2．5 数理逻辑推断模型 50
4．3 基于时间序列的变频统计与冶炼过程优化控制规律 50
4．3．1 描述复杂工艺系统过程状态的时间序列图 50
4．3．2 高炉冶炼过程的“混沌相似性” 51
4．3．3 变频统计方法的数学原理 52
4．3．4 基于四元时间序列图的样本空间模型 52
4．3．5 高炉冶炼过程的优化控制规律 52
4．4 基于平稳时间序列的炉温预测与控制 55
4．4．1 炉温[Si]控制对高炉过程控制的意义 55
4．4．2 考察炉温变动规律的软件仪表——炉温智能控制图 56
4．4．3 炉温预报“命中率”与“成功率”的灵活应用 57
4．5 炉温[Si]的智能控制偏微分方程 58
4．5．1 炉温控制偏微分方程 58
4．5．2 炉温控制方程的多元回归算法的局限性 58
4．5．3 正交试验设计证明工艺经验的正确性与差异性 59
4．5．4 Bellman动态规划与神经网络算法 59
5 高炉过程的智能控制自动化 61
5．1 高炉过程运筹与控制的两种策略 61
5．1．1 第一类策略：以改善“硬条件”为基础的控制策略 61
5．1．2 第二类策略：基础自动化+信息网络化+系统优化的控制策略 62
5．2 高炉冶炼过程智能控制自动化系统的设计 63
5．2．1 高炉过程的最佳状态与随机最优控制 63
5．2．2 炉况等级判断的自动化 64
5．2．3 炉况故障诊断与报警的自动化 64
5．2．4 信息传送自动化与“专家系统”的三位一体应用 67
5．2．5 高炉冶炼过程的智能控制自动化主流程 67
5．3 智能控制自动化的计算机网络基础 69
5．3．1 “智能控制专家系统”的计算机网络概述 69
5．3．2 铁区的信息传送网络 70
5．3．3 炼铁厂管理决策与技术分析的办公自动化网络 71
5．4 智能控制自动化系统的软件设计 72
5．4．1 三层结构的软件设计 72
5．4．2 软件系统的主要功能模块 73
6 “高炉炼铁优化专家系统”的应用工程与效益 75
6．1 案例1：“炼铁优化专家系统”在济钢350m3高炉上的应用 75
6．1．1 概述 75
6．1．2 “炼铁优化专家系统”的设计 76
6．1．3 “炼铁优化专家系统”的特色——软件仪表 77
6．1．4 “炼铁优化专家系统”的应用成效与效益 82
6．1．5 结语 82
6．2 案例2：“新临钢380m3高炉优化专家系统”的应用实践 83
6．2．1 概述 83
6．2．2 “专家系统”的构成 83
6．2．3 对冶强的优化 85
6．2．4 炉温[Si]和渣碱度(R)的优化选择 86
6．2．5 对鼓风动能的优化 87
6．2．6 结语 88
6．3 案例3：“莱钢1号750m3高炉智能控制专家系统” 89
6．3．1 概述 89
6．3．2 “智能控制专家系统”的信息网络化基础 89
6．3．3 “智能控制专家系统”的功能设计 91
6．3．4 “智能控制专家系统”的主要功能模块 92
6．3．5 网络版“智能控制专家系统”的应用效益 96
6．3．6 高炉冶炼过程智能控制自动化发展前景 97
下篇 应用篇 103
1 系统概述与数据录入 103
1．1 引言 103
1．2 系统概述 104
1．2．1 【系统】钮的功能子菜单 104
1．2．2 【管理】钮功能展开 105
1．2．3 【视图】 108
1．2．4 【登录】 109
1．2．5 【数据库】 109
1．2．6 【优化】 109
1．2．7 【炉况】 110
1．2．8 【报表】 110
1．2．9 【导航】钮 110
1．3 数据录入的规则与注意事项 110
1．3．1 确认录入数据的有效位置 110
1．3．2 清除旧数据或部分修改旧数据 111
1．3．3 用鼠标或键盘移动光标时的特点 111
1．3．4 用【Tab】键从一个栏目向男一栏目快速移动光标 111
1．3．5 使用快捷数字键，提高数据录入效率 112
1．3．6 输入汉字信息的操作 112
1．4 数据表的通用功能钮 112
1．4．1 【添加】钮 112
1．4．2 【修改】钮 113
1．4．3 【查询】钮 113
1．4．4 【删除】钮 113
1．4．5 【最前】钮 114
1．4．6 【最后】钮 114
1．4．7 【上一条】 114
1．4．8 【下一条】 114
1．5 录入数据的工艺顺序与注意事项 114
1．5．1 数据表输入数据的先后顺序 114
1．5．2 输入、修改数据的前提条件 115
1．5．3 关于录入数据【可能出错】的智能化判断 115
2 数据库与数据表 116
2．1 原燃料数据 116
2．1．1 原料表 116
2．1．2 焦炭表 118
2．1．3 煤粉表 118
2．1．4 炮泥数据表 118
2．1．5 单价表 118
2．2 常规作业数据 119
2．2．1 作业表 119
2．2．2 出铁表 121
2．2．3 炉渣分析表 122
2．2．4 出渣表 123
2．2．5 煤气表 124
2．3 作业变更数据 125
2．3．1 上料布料表(变料表) 125
2．3．2 调剂指令表 126
2．3．3 故障记录表 126
2．3．4 炉料采集计算表 126
2．4 专家知识库 128
2．4．1 专家知识规则表 128
2．4．2 调控系数表 129
2．4．3 输入检查提示 129
2．4．4 人工智能库 130
2．5 风口渣口数据 131
2．5．1 喷煤风口表 131
2．5．2 风口更换表 132
2．5．3 风口状态表 133
2．6 温度压力数据 134
2．6．1 本体温度数据 134
2．6．2 炉底温度数据 137
2．6．3 压力数据表 138
2．7 冷却系统数据 138
2．7．1 汽化冷却系统 138
2．7．2 风渣口冷却数据 138
2．8 事务记录 139
2．8．1 值班记录 139
2．8．2 高炉大事记 139
2．8．3 车间文件 140
2．8．4 气象数据 140
2．9 班组考核 140
2．9．1 日炉前指标考核 140
2．9．2 月炉前指标考核 141
2．9．3 班组统计 141
2．9．4 班组综合信息 141
2．10 成本核算 142
2．10．1 日成本 142
2．10．2 月成本 142
2．11 生产统计 143
2．11．1 日统计 143
2．11．2 月统计 144
2．11．3 年统计 144
2．12 基本参数 144
2．12．1 高炉设计参数 144
2．12．2 用户登记表 146
3 过程优化与智能控制 147
3．1 炉温预报 148
3．1．1 炉温发展趋势 148
3．1．2 [Si]-[S]数值预报检验 150
3．1．3 炉温的四元时间序列综合判断 152
3．1．4 炉温的预测控制 153
3．2 配料布料 155
3．2．1 简要原理说明 155
3．2．2 炉料校核单的计算 156
3．2．3 煤气曲线优化 159
3．3 图表监测 159
3．3．1 24小时喷煤速率与喷煤量监测图 160
3．3．2 炉体温度场轴向图 160
3．3．3 炉体温度场径向图 161
3．3．4 炉底侵蚀状态图 162
3．3．5 炉喉十字测温图 163
3．4 优化决策 166
3．4．1 优化决策模型原理 166
3．4．2 系统样本划分 167
3．4．3 系统优化分析表的调阅与打印 169
3．4．4 系统优化分析图总结生产优化规律 170
3．4．5 产量质量优化分析图 174
3．5 冶炼强度的优化 182
3．5．1 变频统计优选 183
3．5．2 等步长统计优选 185
3．6 时间序列分析 187
3．6．1 时间序列分析原理 187
3．6．2 时间序列图的功能与操作 188
3．6．3 原燃料条件时间序列 190
3．6．4 上料制度时间序列 191
3．6．5 送风制度时间序列 192
3．6．6 出渣出铁时间序列 192
3．6．7 炉体温度场时间序列 194
3．7 统计分布分析 196
3．7．1 原燃料条件对比 197
3．7．2 上料制度对比 198
3．7．3 送风制度对比 199
3．7．4 出渣出铁对比 200
3．7．5 炉体温度场对比 200
4 高炉冶炼行程的炉况诊断 203
4．1 炉况诊断的工作原理 203
4．1．1 简要说明 203
4．1．2 炉况诊断模块的操作使用步骤 204
4．2 炉况等级综合判断星形图 204
4．2．1 炉况等级综合判断图工作原理 204
4．2．2 炉况等级星形图的操作与使用 205
4．3 炉况顺行状态诊断 206
4．3．1 关于炉况顺行状态诊断的若干说明 206
4．3．2 炉况顺行状态诊断的操作与判断 206
4．4 炉墙结厚、结瘤与顽固性结瘤诊断 207
4．4．1 炉墙结厚、结瘤与顽固性结瘤逻辑诊断图的原理 207
4．4．2 炉瘤故障逻辑诊断图的操作与使用 208
5 高炉作业管理报表 210
5．1 高炉作业管理的办公自动化 210
5．2 管理报表模块的使用通则 210
5．2．1 选择、预览管理报表 211
5．2．2 退出报表预览及打印报表 211
5．2．3 统计台账的汇总方式与灵活应用 212
5．3 整理记录1的操作使用 212
5．3．1 生铁产量完成情况表 212
5．3．2 主要冶炼指标和生铁成分表 213
5．3．3 炉渣分析及渣量表 213
5．3．4 送风制度调剂情况表 218
5．4 整理记录2的操作使用 219
5．4．1 入炉原燃料成分表 219
5．4．2 高炉原燃料消耗情况表 220
5．4．3 高炉煤气分析表 220
5．5 月统计台账的操作使用 226
5．5．1 月台账1的操作使用 226
5．5．2 月台账2的操作使用 228
5．5．3 月台账3的操作使用 228
5．6 高炉操作日志 230
5．6．1 关于“高炉操作日志”的说明 230
5．6．2 高炉送风作业日报表(高炉送风作业及本体温度日报) 231
5．6．3 出铁情况日报表 231
5．6．4 矿石分析日报表 231
5．6．5 炉料配比日报表 231
5．6．6 风口工作状态日报表 236
6 炉温的智能控制 238
6．1 炉温智能控制原理 238
6．1．1 炉温调控的工艺操作经验基础 238
6．1．2 现代控制论与智能控制论原理 239
6．1．3 炉温控制预测的偏微分方程与神经网络算法 240
6．2 炉温智能控制图 241
6．2．1 主要功能钮的使用 242
6．2．2 [Si]-[S]控制预测图的使用 244
6．2．3 状态变量直方图的使用 244
6．2．4 控制变量直方图的使用 245
6．2．5 每30min1次的炉温智能控制提示 245
6．2．6 人机交互的炉温智能控制指示图 245
6．3 炉温智能控制系统图的综合应用 246
6．3．1 [Si]-[S]预测控制图的仿真应用 246
6．3．2 炉温发展过程预测的人机交互验证与自学习 247
6．3．3 提高炉温控制的命中率和成功率 247
7 化验数据输入子系统的使用 248
7．1 系统概述 248
7．1．1 引言 248
7．1．2 启动系统 248
7．2 数据输入 250
7．2．1 功能钮的操作使用 250
7．2．2 化验数据表的数据录入 251
7．3 异常情况的处理 256
7．3．1 死机问题的处理 256
7．3．2 “子系统”瘫痪的处理 256
7．3．3 无法登录“子系统”的处理 257
8 冶炼参数系统优化分析报告与生产优化建议 258
8．1 引言 258
8．2 生产数据的基本统计 258
8．3 应用“智能控制专家系统”进行系统分析 259
8．3．1 系统分析表对3个月生产的总结对比 259
8．3．2 利用系统优化分析图观察、总结高炉的生产优化规律 261
8．3．3 冶炼强度的系统优化 262
8．4 原燃料条件变化下的对策优化 263
8．4．1 烧结矿质量波动的时间序列图 263
8．4．2 两个时间段的烧结矿质量变动统计对比图 263
8．4．3 烧结矿质量变动的统计对比与差异显著性检验 264
8．5 关于用好“智能控制专家系统”的建议 264
8．5．1 关于技术分析与管理决策上的应用 264
8．5．2 关于工长应用“专家系统”的技术培训 265
8．5．3 关于与“专家系统”应用配套的工艺措施 265
参考文献 266