胡曉星

摘 要： 噴煤是高爐冶煉過程中的工藝之一，可以有效提升煤的利用效率，設(shè)法提升高爐控制的精確性，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源的有效利用?；诖?，本文以高爐冶煉過程噴煤優(yōu)化思路作為切入點(diǎn)，給出多參數(shù)平行調(diào)整、統(tǒng)一化的控制等基本理論，再以此為基礎(chǔ)，論述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制模型建立，給出關(guān)鍵性的技術(shù)和方案，最后通過模擬分析使上述理論得到系統(tǒng)說明，為后續(xù)工作的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞： 于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；高爐冶煉；噴煤工業(yè)；有線通信

前言：在高爐冶煉的工程中，煤是主要的工作能源，為加強(qiáng)煤與空氣的接觸有效性，提升其燃燒效率，通常需要對(duì)煤進(jìn)行粉碎處理，使其呈現(xiàn)粉末狀，之后再通過壓縮空氣噴吹罐提供壓力，通過管道與噴槍，將煤粉持續(xù)噴入高爐，保證噴煤流程的順利進(jìn)行，維持高爐內(nèi)部燃燒。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的目的在于提升全過程的工作精度和資源使用效率。

1.高爐冶煉過程噴煤優(yōu)化思路

1.1多參數(shù)平行調(diào)整

在高爐冶煉的過程中，噴煤作業(yè)是持續(xù)進(jìn)行的，需要多個(gè)環(huán)節(jié)共同工作，包括噴槍、供氣系統(tǒng)等等。嘗試通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化高爐冶煉過程中的噴煤工藝，首先應(yīng)將高爐工作的各個(gè)環(huán)節(jié)看做一個(gè)整體，進(jìn)行多個(gè)參數(shù)的平行調(diào)整，使整個(gè)系統(tǒng)在工作中能夠獨(dú)立的完成各自工作。同時(shí)綜合保證數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的效果，如噴槍的壓力和供氣流量，二者的正相關(guān)關(guān)系明確，工作參數(shù)也應(yīng)實(shí)時(shí)同步。

1.2統(tǒng)一化的控制

統(tǒng)一化控制，是指在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式下，保證高爐冶煉的各個(gè)環(huán)節(jié)處于同一管理系統(tǒng)下，可以隨時(shí)根據(jù)需要作出調(diào)整，實(shí)現(xiàn)“一鍵控制”的智能化作業(yè)，避免傳統(tǒng)高爐工作的滯后性。該思路強(qiáng)調(diào)將智能技術(shù)應(yīng)用于控制工作中，以多樣化的工作模型作為參考，設(shè)定與之對(duì)應(yīng)的工作程序，應(yīng)用計(jì)算機(jī)等數(shù)字設(shè)備進(jìn)行程序的一鍵切換，同時(shí)有效了解各個(gè)環(huán)節(jié)的工作態(tài)勢(shì)和可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)行調(diào)整。

1.3自適應(yīng)能力優(yōu)化

自適應(yīng)能力本質(zhì)上看屬于智能技術(shù)的一種延伸優(yōu)勢(shì)，在常規(guī)的高爐冶煉過程中，系統(tǒng)的各個(gè)工作參數(shù)都是固定的，在不經(jīng)人員干預(yù)的情況下，會(huì)以固定參數(shù)持續(xù)進(jìn)行工作。這即是說，即便工作負(fù)荷下降，噴槍和供氣系統(tǒng)的工作強(qiáng)度也不會(huì)出現(xiàn)變化，會(huì)導(dǎo)致明顯的浪費(fèi)問題，也可能出現(xiàn)供料不足，要求以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為基礎(chǔ)，優(yōu)化系統(tǒng)的工作能力，實(shí)現(xiàn)與工作要求的契合和自適應(yīng)。

2.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)模型建立

2.1控制系統(tǒng)模型的主要組成部分

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制模型，主要由單片機(jī)、傳感器、通信系統(tǒng)、輔助設(shè)備四個(gè)部分構(gòu)成，以智能化控制為工作模式。單片機(jī)中收集不同工作負(fù)荷下系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)記憶，是整個(gè)控制系統(tǒng)模型的核心。傳感器主要負(fù)責(zé)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集，在高爐工作的過程中，其參數(shù)可能出現(xiàn)種種變化，這種變化又可以通過可捕捉的參數(shù)得到明確，包括溫度、機(jī)械強(qiáng)度等等，由傳感器進(jìn)行收集，并傳輸給單片機(jī)。通信系統(tǒng)擬全部采用有線通信技術(shù)，對(duì)傳感器收集所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并單片機(jī)識(shí)別后下達(dá)的指令進(jìn)行傳遞。輔助設(shè)備包括計(jì)算機(jī)硬件、數(shù)字化設(shè)備等。如單片機(jī)完成信息識(shí)別、下達(dá)了參數(shù)調(diào)整命令后，可以通過數(shù)字化設(shè)備實(shí)時(shí)展示給管理人員，使其了解高爐工作參數(shù)的變化。

2.2匹配模型的建立

匹配模型的建立，是保證整個(gè)控制系統(tǒng)能夠發(fā)揮作用的核心措施，要求以降維訓(xùn)練的方式構(gòu)建海量模型，指導(dǎo)系統(tǒng)作業(yè)和智能化調(diào)整，結(jié)合一般高爐的工作需要，擬收集至少2000個(gè)樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工作提供基礎(chǔ)，應(yīng)用K近鄰算法或隨機(jī)森林法作降維訓(xùn)練。以常規(guī)高爐作業(yè)作為對(duì)象，設(shè)定訓(xùn)練維度包括系統(tǒng)溫度、機(jī)械強(qiáng)度、齒輪轉(zhuǎn)速、電流強(qiáng)度等指標(biāo)（根據(jù)需要具體設(shè)定），每一個(gè)維度生成一個(gè)定義域做機(jī)器訓(xùn)練。以K近鄰算法為例，2000個(gè)樣本中，每個(gè)樣本都含有不同維度的信息，且該信息必然是穩(wěn)定不變的，在定義域內(nèi)，所有維度的數(shù)值都呈現(xiàn)數(shù)列形式：

X=[……X-3；X-2；X-1；X；X1；X2；X3……]

數(shù)列內(nèi)的所有數(shù)值共同構(gòu)成了高爐工作的正常參數(shù)值，之后在定義域內(nèi)設(shè)置若干標(biāo)準(zhǔn)K點(diǎn)（如10%負(fù)荷、30%負(fù)荷、50%負(fù)荷、90%負(fù)荷等），將所有樣本投入到定義域內(nèi)，根據(jù)分布情況，使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)常規(guī)工作下，各項(xiàng)參數(shù)（維度）的記憶。當(dāng)高爐工作中任意參數(shù)出現(xiàn)異常，單片機(jī)都可以識(shí)別，并發(fā)出警報(bào)[1]。

2.3通信與指令下達(dá)

在高爐工作的過程中，傳感器完成數(shù)據(jù)收集、單片機(jī)完成信息辨識(shí)后，相關(guān)信息的傳遞受到一定干擾?？尚械耐ㄐ欧绞桨ㄈN，即有線通信、無線通信和超短距無線通信。三種方式中，有線通信維護(hù)難度大、建設(shè)成本略高，無線通信建設(shè)難度大、抗干擾要求高，超短距無線通信則面臨技術(shù)方面的制約，運(yùn)維難度也較大。三者的優(yōu)劣勢(shì)如表1所示[2]。

結(jié)合表1信息可以發(fā)現(xiàn)，在通信效果上，有線通信的結(jié)果組理想，考慮到高爐工作的長(zhǎng)期性需要，選取有線通信的方式較為妥當(dāng)。

3.模擬分析

3.1高爐冶煉噴煤模擬流程

應(yīng)用計(jì)算甲建立控制系統(tǒng)模型，以此前收集所獲的樣本和數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過參數(shù)調(diào)整法進(jìn)行工作模擬。在常規(guī)工作下，系統(tǒng)被放置于高爐處，應(yīng)用傳感器實(shí)時(shí)收集高爐工作信息，當(dāng)高爐處于正常工作狀態(tài)下時(shí)，傳感器將收集所獲信息傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，與存儲(chǔ)的各類模型進(jìn)行匹配，核準(zhǔn)無誤，不下達(dá)指令；如果信息存在異常，單片機(jī)會(huì)將該問題發(fā)送至數(shù)字設(shè)備處，使管理人員了解實(shí)際問題，進(jìn)行處理。如果異常問題嚴(yán)重，單片機(jī)可進(jìn)行應(yīng)急處理，如在短路情況下切斷電源。系統(tǒng)存在工作負(fù)荷變化時(shí)，傳感器捕捉所獲信息也可以由單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別，下達(dá)指令調(diào)整噴槍、供氣系統(tǒng)工作參數(shù)。

3.2模擬實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

模擬對(duì)象為某冶煉廠高爐，收集其參數(shù)構(gòu)建模型，之后應(yīng)用參數(shù)調(diào)整法進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，變量為工作負(fù)荷、電流、溫度、供氣壓力四個(gè)方面，觀察指標(biāo)為控制系統(tǒng)反應(yīng)速度、準(zhǔn)確性以及高爐反應(yīng)正確性、反應(yīng)時(shí)間。模擬實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行60次，所獲結(jié)果如表2所示。

從結(jié)果上看，控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確捕捉各種變化，并下達(dá)指令，高爐也能準(zhǔn)確做出反應(yīng)，且反應(yīng)時(shí)間在3s以下，這表明系統(tǒng)工作性能理想。

總結(jié)：綜上，在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下，高爐冶煉過程可以實(shí)現(xiàn)噴煤優(yōu)化。這種優(yōu)化的思路體現(xiàn)在三個(gè)方面，即多參數(shù)平行調(diào)整、統(tǒng)一化的控制、自適應(yīng)能力完善，在此思路下進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制模型構(gòu)建，應(yīng)用降維機(jī)器訓(xùn)練生產(chǎn)工作模型，再通過匹配法進(jìn)行智能化的信息辨識(shí)，應(yīng)用有線方式進(jìn)行通信，各部分關(guān)聯(lián)工作。模擬分析證明了上述理論的價(jià)值和可行性，可以作為參考，推廣于后續(xù)的實(shí)際工作中。

參考文獻(xiàn)

[1]孫建彬，金善兵.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的高爐冶煉過程噴煤優(yōu)化[J].科技展望，2015，25（35）：159.

[2]崔桂梅，顧東洋，張軒.多支持向量機(jī)在高爐噴煤規(guī)則挖掘中的應(yīng)用[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2015，27（01）：22-26.