二級(jí)專家系統(tǒng)SPSS在邯鋼西區(qū)燒結(jié)的研究與應(yīng)用

安俊華

[摘要]針對(duì)邯鋼西區(qū)燒結(jié)現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)狀況，在一級(jí)PCS7自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引進(jìn)了二級(jí)系統(tǒng)SPSS，敘述了該系統(tǒng)的功能及軟硬件配置，一級(jí)和二級(jí)間的數(shù)據(jù)傳輸方式，此系統(tǒng)應(yīng)用效果良好。

[關(guān)鍵詞]SPSS一級(jí)二級(jí)專家系統(tǒng)燒結(jié)

[中圖分類號(hào)]TD464 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0190-01

引言SPSS的全稱為The Sintering Plant Supervision system，系統(tǒng)用于工藝函數(shù)最優(yōu)化的采集，為過程實(shí)時(shí)監(jiān)控處理大批量過程數(shù)據(jù)和模塊化計(jì)算。過程監(jiān)視中可顯示出報(bào)表和趨勢(shì)。

邯鋼西區(qū)燒結(jié)包含1#、2#兩臺(tái)360m²大型燒結(jié)機(jī)，燒結(jié)年產(chǎn)量約726萬噸，是兩座3200m³高爐的配套工程。燒結(jié)一級(jí)采用PCS7自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行工藝流程控制及調(diào)節(jié)。但是工藝燒透、料層厚度、水分等參數(shù)控制由基礎(chǔ)自動(dòng)化或人工完成，造成調(diào)節(jié)品質(zhì)不穩(wěn)定。引進(jìn)二級(jí)專家系統(tǒng)是產(chǎn)品品質(zhì)保證的重要手段，二級(jí)專家系SPSS采用奧鋼聯(lián)技術(shù)。此系統(tǒng)于2011在邯鋼新區(qū)燒結(jié)廠已經(jīng)投入使用。

1、邯鋼西區(qū)燒結(jié)二級(jí)專家系統(tǒng)的構(gòu)成

系統(tǒng)硬件配置包括：

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器 2臺(tái)（一、二期各一臺(tái)）

操作站PC機(jī) 3臺(tái)（或更多）

打印機(jī) 2臺(tái)

局域網(wǎng) 1套

SPSS以配套的一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，是用戶友好型的人機(jī)操作界面，操作通過包括鼠標(biāo)、鍵盤、菜單等標(biāo)準(zhǔn)的功能和操作系統(tǒng)語言，以及語言和糾錯(cuò)處理來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用軟件通過技術(shù)計(jì)算、人機(jī)界面、燒結(jié)礦配料最優(yōu)化模型、BRP模型控制的燒結(jié)機(jī)速來提高燒結(jié)過程的控制、顯示和報(bào)告。該系統(tǒng)包括一級(jí)過程模型和二級(jí)過程模型，一級(jí)模型嵌入在現(xiàn)有的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，二級(jí)模型在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中工作。數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算程序常駐服務(wù)器計(jì)算機(jī)中，報(bào)表和過程監(jiān)視在工作站PC機(jī)中執(zhí)行。

2、一級(jí)自動(dòng)化基礎(chǔ)簡(jiǎn)介

燒結(jié)一級(jí)采用PCS7自動(dòng)控制系統(tǒng)，每個(gè)燒結(jié)機(jī)各有一套S7-400的儀控CPU和電控CPU，并且每套CPU都帶有冗余，包含3個(gè)遠(yuǎn)程站，與本地機(jī)架通過ET200連接，采用Profibus網(wǎng)進(jìn)行通訊。

在一級(jí)過程控制中包含六個(gè)數(shù)學(xué)模型：燃料控制模型在線控制燒結(jié)配礦燃料比率；返礦比率控制模型實(shí)時(shí)控制燒結(jié)過程中所有返礦的一級(jí)過程模型。模型盡可能的使燒結(jié)配礦中的返礦比率不變，控制高爐和冷返礦的比率；混合料水分控制模型是實(shí)時(shí)控制燒結(jié)礦水含量保持在一個(gè)穩(wěn)定水平；燒結(jié)混料數(shù)量控制模型是實(shí)時(shí)控制混料倉(cāng)的原料水平使其保持在一個(gè)穩(wěn)定水平；燒結(jié)混合料下料模型在線控制燒結(jié)礦混合料倉(cāng)使轉(zhuǎn)鼓料倉(cāng)保持常數(shù)；燒結(jié)混合料點(diǎn)火控制模型計(jì)算和實(shí)時(shí)控制燒結(jié)混合料點(diǎn)火時(shí)煤氣和點(diǎn)火氣體比率。以上六個(gè)模型都是在一級(jí)中完成，為二級(jí)自動(dòng)控制做好鋪墊。

3、二級(jí)專家系統(tǒng)功能介紹

燒結(jié)的二級(jí)專家系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)主要部分：原料處理模型、基本配料模型、動(dòng)態(tài)配料控制模型、BRP控制模型、數(shù)據(jù)輸入、報(bào)表、趨勢(shì)和系統(tǒng)維護(hù)。前4個(gè)為SPSS模型，在二級(jí)系統(tǒng)中完成。其燒結(jié)工藝監(jiān)視主畫面如（圖1）所示：

其中，配料模型和BRP（Burn-RisingPoint）是影響燒結(jié)質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。原有的配料方式是操作崗位人員根據(jù)多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，手動(dòng)輸入配料數(shù)據(jù)，控制燒結(jié)機(jī)速、圓輥速度及輔門開度等，手動(dòng)抄寫報(bào)表，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。在操作人員許可二級(jí)控制后，SPSS系統(tǒng)可以通過“原料處理模型”、“基本配料模型”和“動(dòng)態(tài)配料控制模型”的模糊處理和分析，使原料得到最佳配比，生產(chǎn)出更高質(zhì)量燒結(jié)成品。

3.1 原料處理模型在“數(shù)據(jù)輸入”模式下的“原料分析”窗口中輸入原料數(shù)據(jù)（稱重、分析等）和添加劑等信息，原料處理模型會(huì)根據(jù)這些信息計(jì)算出原料的使用比率，并將新的原料和分析輸入系統(tǒng)。

3.2 基本配料模型基本配料模型控制原料的加入和混料車間混料后添加劑的加入。操作人員為得到理想的產(chǎn)品輸入目標(biāo)產(chǎn)量、質(zhì)量參數(shù)（燒結(jié)礦，鐵水）和限制值，也同時(shí)計(jì)算出返礦和各礦物質(zhì)的含量百分比，通過人工操作，這些數(shù)據(jù)由二級(jí)送到一級(jí)。這些計(jì)算疊加就形成了按照目標(biāo)參數(shù)和限制值混合的燒結(jié)礦。

3.3 動(dòng)態(tài)配料模型動(dòng)態(tài)配料控制模型是計(jì)算燒結(jié)過程配礦實(shí)時(shí)組成，模型計(jì)算出混礦中原料的數(shù)量和比率用于實(shí)際燒結(jié)礦的分析和燒結(jié)礦成分可能變化的分析。此外，模型還可以對(duì)要求的原料比率進(jìn)行燒結(jié)礦分析預(yù)測(cè)。然后實(shí)際的和預(yù)測(cè)的燒結(jié)礦分析進(jìn)行對(duì)比來計(jì)算一級(jí)系統(tǒng)中混礦的選點(diǎn)。模型計(jì)算對(duì)燒結(jié)礦的分析是建立在實(shí)際配礦數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的。計(jì)算隨著配礦的改變（分析方法的改變、原料比率的改變等）而自動(dòng)進(jìn)行。模型在一級(jí)系統(tǒng)配礦變化時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新?；谶@個(gè)模型，燒結(jié)礦分析的偏差會(huì)大大降低。

3.4 BRP模型BRP偏差控制模型和燒透位置控制模型，直接影響燒結(jié)機(jī)的速度。BRP偏差控制模型計(jì)算燒結(jié)料層橫向燃燒上升點(diǎn)位置并通過輔門自動(dòng)控制下料量。燃燒上升點(diǎn)BRP的定義是燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱中廢氣的溫度超過270℃時(shí)的位置（此溫度值是根據(jù)工藝并現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)調(diào)試得出）。在實(shí)際生產(chǎn)中，控制器根據(jù)燒結(jié)臺(tái)車下的廢氣溫度測(cè)定燒結(jié)上升點(diǎn)的位置，調(diào)整規(guī)則是：當(dāng)BRP實(shí)際值太早時(shí)（也就是燒結(jié)機(jī)速太慢），操作員應(yīng)當(dāng)提高BRP的設(shè)定值。反之，燒結(jié)機(jī)速太高時(shí)，應(yīng)該降低BRP的設(shè)定值，BRP值的可設(shè)定范圍為50m～84m。

實(shí)際調(diào)試過程中，一級(jí)選擇燒結(jié)機(jī)速投上自動(dòng)，二級(jí)系統(tǒng)根據(jù)燒結(jié)機(jī)的運(yùn)行速度和BRP實(shí)際計(jì)算值，適當(dāng)調(diào)整BRP設(shè)定值，調(diào)整穩(wěn)定后可保持燒結(jié)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間良好工作。BRP位置控制模型實(shí)現(xiàn)根據(jù)風(fēng)箱溫Nit算出層厚的偏差值與燒結(jié)機(jī)機(jī)速的偏差值，通訊給一級(jí)PLC系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)燒結(jié)機(jī)機(jī)速和料層厚度從而達(dá)到較好的BRP控制曲線，保證燒結(jié)礦質(zhì)量達(dá)到各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

3.5 趨勢(shì) 趨勢(shì)圖模式分為兩分圖和四分圖，是參與自動(dòng)控制的一、二級(jí)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示曲線圖?？稍诰€查看相應(yīng)參數(shù)的當(dāng)前及歷史趨勢(shì)，為燒結(jié)機(jī)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)提供參考依據(jù)。

3.6 報(bào)表 SPSS系統(tǒng)中的報(bào)表采用自動(dòng)采集數(shù)據(jù)模式，該報(bào)表包括時(shí)報(bào)、班報(bào)和日?qǐng)?bào)，采集周期分別為1h、8h、24h，除了具備手抄報(bào)表內(nèi)容，還可以累計(jì)燒結(jié)產(chǎn)量，該報(bào)表記錄當(dāng)前值并保留歷史值（保存時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)幾年），方便查閱和對(duì)比數(shù)據(jù)。

4、二級(jí)服務(wù)器與一級(jí)通訊連接

一級(jí)系統(tǒng)與二級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊最初設(shè)計(jì)方案是通過OPC方式一級(jí)服務(wù)器與二級(jí)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，但是在運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷現(xiàn)象。針對(duì)這種情況我們采取二級(jí)服務(wù)器直接與一級(jí)PLC處理器通訊的方式，在PLC建立專用的數(shù)據(jù)采集DB塊和二級(jí)下傳指令DB塊；在二級(jí)專家系統(tǒng)服務(wù)器安裝WINCC6.0實(shí)現(xiàn)與PLC通訊，確保數(shù)據(jù)通訊暢通，達(dá)到數(shù)據(jù)無縫對(duì)接。

結(jié)束語

此二級(jí)專家系統(tǒng)SPSS的引用不僅減少了操作員的工作量，還改進(jìn)了生產(chǎn)操作技術(shù)，利用模糊計(jì)算的控制方法，使得生產(chǎn)性能更好，自動(dòng)化利用率更高。