煉焦配煤專家系統開發與實現

歐　叡，朱　剛，秦　濤

（江蘇永鋼集團有限公司，張家港 215628）

信息與管理

煉焦配煤專家系統開發與實現

歐叡，朱剛，秦濤

（江蘇永鋼集團有限公司，張家港 215628）

根據生產實際需求設計開發煉焦配煤專家系統，綜合應用計算機、自動控制、信息網絡等技術，通過對單種煤的全面評價和配煤方案的試驗為焦炭預測模型的建立提供科學的依據，借助于專家系統預測模型實現配煤比的計算和優化決策，自適應的系統不斷修正超限的偏差，最終得到質量穩定的合格焦炭，并能有效控制生產成本。

煉焦配煤；專家系統；焦炭質量預測；優化配煤比

0　引言

優質煉焦煤價格相對貴，隨著焦化工業的發展，其資源還將日益短缺。把優質煉焦煤同其他類別的煤按恰當的比例混合后煉焦，既可充分利用煤資源，又能保證焦炭質量。但由于混煤特性不是單煤特性簡單的加權，呈現出復雜的非線性特征，過往企業大多依靠個人經驗及人工計算，難以做到質量好成本低的兩全［1］。囊括大量專門知識、智能化、信息化、網絡化且易操作是煉焦配煤專家系統的特點，它運用知識和推理技術求解和模擬通常要由行業專家才能解決的各種復雜、具體的問題，普通操作人員可以不受時間和空間的限制很方便的使用，有效地發揮專家經驗的作用［2］。

1　系統框架及技術要求

1.1配煤專家系統框架

配煤專家管理系統由煤資源信息管理、煤場信息管理、焦炭質量管理等子系統組成。其中煤資源信息管理通過數據庫對來煤品種和質量進行分析，煤場信息管理系統確保各種煤堆取準確，不發生混煤現象。專家模型系統由優化配煤比、焦炭質量預測等子系統組成。其中優化配煤比系統建立了原煤、配煤與焦炭質量關系的數學模型，小焦爐的實驗過程控制及數據分析用以指導大焦爐的生產工藝，通過焦炭質量的預測分析來對自動配煤系統進行優化。系統框架如圖1所示。

圖1　配煤專家系統框圖

1.2技術要求

1）焦炭質量預測誤差

焦炭冷態強度M40預測誤差小于3%，M10預測誤差小于1.5%，熱態強度CRI、CSR預測誤差小于3%，灰分預測誤差小于0.3%，硫分預測誤差小于0.1%。

2）配煤比誤差

根據焦化廠生產要求確定焦炭質量和配煤成本，專家系統自動進行配煤比預測，預測配煤比與實際配煤比誤差不超過±5%。

3）預警和指導生產功能

焦炭質量預測結果須對煉焦生產起到預警和引導作用。

4）優化配煤比

以保證焦炭質量為前提，提供可選配煤比方案，能夠自動選擇最優的方案。

5）系統軟件功能齊備、方便易用

軟件界面友善，可操作性強，功能設置貼近用戶，要求適用性好，要便于擴充和修改。

2　煉焦配煤專家系統的開發

2.1開發流程

設計開發煉焦配煤專家系統，先要明確用戶需求并選擇合適的工具，而對知識的采集、整理及概念化處理是專家系統開發的難點和關鍵，其中確定性和非確定性知識都要分類妥善處理。靈活運用回歸分析及其修正模型來實現較為精確的預測并選擇恰當的控制策略，最后考慮模型校驗等信息能夠及時形成反饋，保證系統不斷修正以適應各種變化。開發流程如圖2所示。

圖2　系統開發流程圖

2.2系統的結構

知識庫用以存放海量的煉焦領域知識，經過計算機處理后的數據存儲在數據庫。推理機演算和結果導出要根據變化中的數據庫狀態，并結合知識庫中的內容。存儲知識、推理中間及最終結果的是數據庫，為提高效率其需要與推理機配合。知識庫的創建及其更新都是通過知識獲取器實現，同時它還要保證知識庫中內容的統一和完整。解釋器用以應答用戶疑問，解問過程也通過解釋器加以說明。人機接口使人和系統之間實現順暢的交流互動。

煉焦配煤專家系統結構如圖3所示。

圖3　煉焦配煤專家系統結構

3　系統實現與功能

首先，盡可能全面地收集單種煤各種數據和信息，建立煉焦用煤資源數據庫。其次，在系統框架下選好軟件平臺，這要求在生產經驗和企業歷史數據基礎上充分利用計算機、自動控制及信息網絡等技術。第三，通過煤資源數據庫的相關信息，統計分析單種煤的各項數據，主要針對企業已用過和將來可能用到煤種。第四，進行單種煤煉焦試驗研究，掌握單種煤成焦性能等信息。第五，根據工藝和煤的各項數據建立的函數關系確定約束條件。第六，生成優化配煤比算法。第七，預測焦炭質量，經由系統自動或技術專家認可，下達指導生產的配煤比指令。第八，自動配煤系統按指令完成自動化配煤操作。最后將產品信息反饋回系統模型，自動更新知識庫并完成配煤比修正。過程中還包括如下要點：

1）基礎自動化及網絡系統的配置

在中心機房配置1臺數據庫服務器、1臺專家模型處理服務器和1臺工程師站。數據庫服務器主要是存儲系統各種信息數據，專家系統可隨時按需調用，用戶也可分類查詢。專家模型處理服務器主要是完成各種模型關系的建立、焦炭質量預測、提供優化配煤比及煤資源供給策略等，實現指導生產的目的。

在備煤車間配置煤資源信息管理操作站，負責煤資源信息的管理。

化驗室和小焦爐計算機系統與專家系統通過網絡互連，實現化驗室和小焦爐的各種試驗數據和生產化驗數據錄入專家系統的數據庫。

完善備煤PLC系統，同時將自動配煤等原來各自獨立系統與專家控制系統網絡互連，實施后煤耗等信息能夠實時上傳至專家系統處理，處理結果通過優化配煤比指令下達給自動配煤系統，自動配煤系統根據具體情況決策是否執行，專家系統還提供煤質、庫存等數據指導煤資源管理工作。

2）建立煤資源信息數據庫

數據庫包括一般信息和煤質信息。一般信息包括產地、煤種、可供給量、路程、運輸時間、到廠價等。煤質信息包括煤的工業分析、全硫、性質、煤巖指標、單種煤成焦性能等。

3）數據采集

某抽水蓄能電站總裝機4×320 MW，其最高凈水頭502.7 m，輸水系統水平總長度2 449 m，其中中平洞襯砌后直徑為9.2 m，襯砌厚60 cm，靜水頭約300 m。中平洞存在長約40 m的V類圍巖洞段，該洞段發育有f24、f20和f80三條較大斷層。斷層均為全風化構造角礫巖，圍巖見高嶺土化，地下水多呈滲滴～線流狀，最大滲水量約5 L/min～6 L/min。斷層外圍巖裂隙發育，裂隙走向總體與斷層垂直。該洞段地質平面展布圖見圖1。

試驗數據：包括焦化廠煉焦開工后的試驗報告。

直接來自于生產實際的數據：由于配煤專家系統最終是為生產服務的，所以生產實際數據的獲得和整理為本系統開發中最為重要的部分。包括開工初期的煤資源數據、近期的煤資源數據、本企業歷史數據、入爐煤質量數據、焦炭質量數據、以及配比數據等。

來自外部專家的數據：包括網上查詢得到的最新信息，相關單位多年工作的資料以及有關專家長期積累的有關材料。

4）數據處理

對于確定性知識經過分析、整理后成為數學模型，可以直接存儲和調用。對于非確定性知識用布爾量表達式，所以也可以用數學公式的方式加以管理。對穩定性很高的知識，可以處理成程序模塊。另一些知識則通過自定義函數方式處理。

3.2系統的主要功能

1）煤資源信息管理子系統

煤資源信息管理子系統可以進行有關數據錄入、權限修改和查詢，也可以進行輸入數據的檢查和異常數據的修訂，還具備單種煤牌號的自動判別、分類和查詢報表的生成功能。

2）焦炭質量預測子系統

焦炭質量預測子系統可以實現焦炭抗碎強度M 40、耐磨強度M10、硫分、灰分和焦炭熱性質（CRI和CSR）以及焦炭成本的預測。系統在接收到單種煤質量、價格、煉焦成本和配比的情況下，借助于推理機和模型運算可以直接預測穩定生產條件下的焦炭質量和成本。因為在煤資源質量發生波動時，產品質量會受到一定的影響，所以用戶需要得到及時的反饋和預警。

3）配煤優化子系統

配煤優化子系統根據用戶對焦炭質量和成本的要求，借助于專家經驗規則和預測模型進行綜合運算，實現配煤比的演算和優選，并于知識庫中找出符合質量和成本要求的全部配煤方案，自動提交最優方案并允許生產技術管理人員根據實際情況進行手動選擇。每一種配煤方案都包含有煤源數量、費用等信息。出焦后，焦炭產品質量數據將反饋回系統同質量設定值要求進行比對，如果出現超差，系統將依據預測模型來重新計算，經技術管理人員確認后下達新的配煤指令，如果偏差依然超限，此過程將多次循環，直至質量達標并得到低成本的配煤方案。

4）煉焦生產信息管理子系統

煉焦生產信息管理子系統記錄生產過程中的實時數據，主要包括煉焦用煤質量信息和焦爐生產工藝操作信息等。系統具備權限修改、數據錄入和查詢功能，并可進行輸入信息的檢查和異常數據的修訂。數據歸納形成焦爐熱工日報、旬報、月報和年報等，可通過計算機系統自動進行打印和網上傳輸。

5）綜合報表子系統

該系統自動生成有關生產報表，支持合法用戶顯示、查詢、打印。通過操作權限設置規范系統數據錄入、查詢、修改等操作。

4　結束語

煉焦配煤專家系統的開發使用，可以使焦化生產在現有的資源條件下，借助專家系統選擇出最優方案并自動控制配料系統，經專家系統優化出的配煤方案，少配了主焦煤和煤源緊張的煤種，而揮發份高、弱粘性煤或不粘性煤被安排盡量多配，在符合焦炭質量要求同時能夠有效降低煉焦用煤成本。

［1］ 阮偉，周俊虎，曹欣玉，駱仲泱，岑可法.優化配煤專家系統的研究及應用［J］.浙江大學學報（工學版），2001，35（4）:423-426.

［2］ 任學延，張代林，鄭明東.煉焦配煤專家系統的研究與開發［J］.燃料與化工，2010，41（6）:29-31.

Development and implementation of expert system for coal blending

OU Rui，ZHU Gang，QIN Tao

TP182

B

1009-0134（2016）09-0088-03

2016-05-20

歐叡（1972 -），男，重慶潼南人，高級工程師，本科，研究方向為儀表、計算機及自動控制。