二級專家系統SPSS在邯鋼西區燒結的研究與應用

安俊華

[摘要]針對邯鋼西區燒結現在實際生產狀況，在一級PCS7自動控制系統的基礎上引進了二級系統SPSS，敘述了該系統的功能及軟硬件配置，一級和二級間的數據傳輸方式，此系統應用效果良好。

[關鍵詞]SPSS一級二級專家系統燒結

[中圖分類號]TD464 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0190-01

引言SPSS的全稱為The Sintering Plant Supervision system，系統用于工藝函數最優化的采集，為過程實時監控處理大批量過程數據和模塊化計算。過程監視中可顯示出報表和趨勢。

邯鋼西區燒結包含1#、2#兩臺360m²大型燒結機，燒結年產量約726萬噸，是兩座3200m³高爐的配套工程。燒結一級采用PCS7自動控制系統進行工藝流程控制及調節。但是工藝燒透、料層厚度、水分等參數控制由基礎自動化或人工完成，造成調節品質不穩定。引進二級專家系統是產品品質保證的重要手段，二級專家系SPSS采用奧鋼聯技術。此系統于2011在邯鋼新區燒結廠已經投入使用。

1、邯鋼西區燒結二級專家系統的構成

系統硬件配置包括：

數據庫服務器 2臺（一、二期各一臺）

操作站PC機 3臺（或更多）

打印機 2臺

局域網 1套

SPSS以配套的一級自動化系統為基礎，是用戶友好型的人機操作界面，操作通過包括鼠標、鍵盤、菜單等標準的功能和操作系統語言，以及語言和糾錯處理來實現。應用軟件通過技術計算、人機界面、燒結礦配料最優化模型、BRP模型控制的燒結機速來提高燒結過程的控制、顯示和報告。該系統包括一級過程模型和二級過程模型，一級模型嵌入在現有的自動化控制系統中，二級模型在數據庫服務器中工作。數據庫和計算程序常駐服務器計算機中，報表和過程監視在工作站PC機中執行。

2、一級自動化基礎簡介

燒結一級采用PCS7自動控制系統，每個燒結機各有一套S7-400的儀控CPU和電控CPU，并且每套CPU都帶有冗余，包含3個遠程站，與本地機架通過ET200連接，采用Profibus網進行通訊。

在一級過程控制中包含六個數學模型：燃料控制模型在線控制燒結配礦燃料比率；返礦比率控制模型實時控制燒結過程中所有返礦的一級過程模型。模型盡可能的使燒結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時控制燒結礦水含量保持在一個穩定水平；燒結混料數量控制模型是實時控制混料倉的原料水平使其保持在一個穩定水平；燒結混合料下料模型在線控制燒結礦混合料倉使轉鼓料倉保持常數；燒結混合料點火控制模型計算和實時控制燒結混合料點火時煤氣和點火氣體比率。以上六個模型都是在一級中完成，為二級自動控制做好鋪墊。

3、二級專家系統功能介紹

燒結的二級專家系統主要包含以下幾個主要部分：原料處理模型、基本配料模型、動態配料控制模型、BRP控制模型、數據輸入、報表、趨勢和系統維護。前4個為SPSS模型，在二級系統中完成。其燒結工藝監視主畫面如（圖1）所示：

其中，配料模型和BRP（Burn-RisingPoint）是影響燒結質量的關鍵點。原有的配料方式是操作崗位人員根據多年生產經驗，手動輸入配料數據，控制燒結機速、圓輥速度及輔門開度等，手動抄寫報表，既費時又費力。在操作人員許可二級控制后，SPSS系統可以通過“原料處理模型”、“基本配料模型”和“動態配料控制模型”的模糊處理和分析，使原料得到最佳配比，生產出更高質量燒結成品。

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

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品輸入目標產量、質量參數（燒結礦，鐵水）和限制值，也同時計算出返礦和各礦物質的含量百分比，通過人工操作，這些數據由二級送到一級。這些計算疊加就形成了按照目標參數和限制值混合的燒結礦。

3.3 動態配料模型動態配料控制模型是計算燒結過程配礦實時組成，模型計算出混礦中原料的數量和比率用于實際燒結礦的分析和燒結礦成分可能變化的分析。此外，模型還可以對要求的原料比率進行燒結礦分析預測。然后實際的和預測的燒結礦分析進行對比來計算一級系統中混礦的選點。模型計算對燒結礦的分析是建立在實際配礦數據的基礎上的。計算隨著配礦的改變（分析方法的改變、原料比率的改變等）而自動進行。模型在一級系統配礦變化時進行數據的更新。基于這個模型，燒結礦分析的偏差會大大降低。

3.4 BRP模型BRP偏差控制模型和燒透位置控制模型，直接影響燒結機的速度。BRP偏差控制模型計算燒結料層橫向燃燒上升點位置并通過輔門自動控制下料量。燃燒上升點BRP的定義是燒結機風箱中廢氣的溫度超過270℃時的位置（此溫度值是根據工藝并現場反復調試得出）。在實際生產中，控制器根據燒結臺車下的廢氣溫度測定燒結上升點的位置，調整規則是：當BRP實際值太早時（也就是燒結機速太慢），操作員應當提高BRP的設定值。反之，燒結機速太高時，應該降低BRP的設定值，BRP值的可設定范圍為50m～84m。

實際調試過程中，一級選擇燒結機速投上自動，二級系統根據燒結機的運行速度和BRP實際計算值，適當調整BRP設定值，調整穩定后可保持燒結機長時間良好工作。BRP位置控制模型實現根據風箱溫Nit算出層厚的偏差值與燒結機機速的偏差值，通訊給一級PLC系統，通過調節燒結機機速和料層厚度從而達到較好的BRP控制曲線，保證燒結礦質量達到各項經濟技術指標。

3.5 趨勢 趨勢圖模式分為兩分圖和四分圖，是參與自動控制的一、二級參數實時顯示曲線圖。可在線查看相應參數的當前及歷史趨勢，為燒結機的良好運轉提供參考依據。

3.6 報表 SPSS系統中的報表采用自動采集數據模式，該報表包括時報、班報和日報，采集周期分別為1h、8h、24h，除了具備手抄報表內容，還可以累計燒結產量，該報表記錄當前值并保留歷史值（保存時間可長達幾年），方便查閱和對比數據。

4、二級服務器與一級通訊連接

一級系統與二級系統數據通訊最初設計方案是通過OPC方式一級服務器與二級服務器進行數據交換，但是在運行過程中頻繁出現數據中斷現象。針對這種情況我們采取二級服務器直接與一級PLC處理器通訊的方式，在PLC建立專用的數據采集DB塊和二級下傳指令DB塊；在二級專家系統服務器安裝WINCC6.0實現與PLC通訊，確保數據通訊暢通，達到數據無縫對接。

結束語

此二級專家系統SPSS的引用不僅減少了操作員的工作量，還改進了生產操作技術，利用模糊計算的控制方法，使得生產性能更好，自動化利用率更高。