一、前言一、前言一、前言一、前言在在烧烧结结生生产产过过程程系系统统中中，存存在在复复杂杂的的物物理理化化学学变变化化，既既有有燃燃料料的的燃燃烧烧，热热量量的的传传质质传传导导，碳碳酸酸钙钙等等新新相相的的生生成成及及再再结结晶晶长长大大，各各种种杆杆榄榄石石（铁铁杆杆榄榄石石，钙钙铁铁杆杆榄榄石石等等）的的生生成成，既既有有固固相相反反应应，又又有有液液相相反反应应，形形成成烧烧结结过过程程工工艺艺参参数数多多变变量量，影影响响烧烧结结矿矿的的产产质质量量因因素素多多因因子子全全方方位位，各各参参数数和和变变量量间间关关联联也也密密切切复复杂杂，存存在在着着非非线线性性，时时超超越越时时滞滞后后，分分布布参参数数特特性性及及种种类类繁繁多多的的干干扰扰，加加上上参参数数测测量量的的不不精精确确性性及及系系统统动动力力学学的的不不稳稳定定性性，造造成成基基于于传传统统定定量量方方法法的的数数学学模模型型的的应应用用受受到到了了一一定定的的限限制制。总总之之一一句句话话，由由于于烧烧结结过过程程的的复复杂杂难难以以用用数数学学模模型型方方法法实实现现优优化化控控制制的的目目的的。借借助助智智能能控控制制（人人工工智智能能）系系统统实实现现对对烧烧结结过过程程的的优化控制，已是现代烧结过程电脑控制技术的发展方向。优化控制，已是现代烧结过程电脑控制技术的发展方向。智智能能控控制制方方法法可可分分为为规规划划控控制制，模模糊糊控控制制，人人工工智智能能与与数数学学模模型型相相结结合合的的智智能能控控制制、人人机机智智能能结结合合系系统统等等九九大大类类，在在烧烧结结过过程程中中，人人工工智智能能系系统统主主要要有有模模糊糊控控制制和和专专家家系统两大类，而最主要是专家系统系统两大类，而最主要是专家系统11。早早在在八八十十年年代代初初期期，22日日本本已已将将人人工工智智能能技技术术用用于于烧烧结结生生产产领领域域，19801980年年，日日本本川川崎崎千千叶叶厂厂就就开开发发了了烧烧结结操操作作指指导导系系统统（OGSOGS），经经过过近近十十几几年年的的发发展展，OGSOGS烧烧结结操操作作指指导导系系统统已已发发展展成成由由一一个个主主系系统统（能能识识别别与与透透气气性性，设设备备保保护护，产产质质量量有有关关的的条条件件）和和四四个个子子系系统统组组成成的的专专家家系系统统，其其四四个个子子系系统统分分别别为为操操作作自自动动调调节节系系统统，烧烧结结能能量量控控制制系系统统，给给料料闸闸门门控控制制系系统统和和化化学学成成分分控控制制系系统统。19901990年年川川崎崎水水岛岛厂厂也也开开发发了了诊诊断断型型专专家家系系统统，可可进进行行燃燃结结终终点点控控制制，设设备备保保护护和和产产质质量量控控制制，该该系系统统共共有有500500条条规规则则，11001100步步FORTRANFORTRAN程程序序，应应用用效效果果良良好好。目目前前日日本本烧烧结结厂厂大大多多数数都都开发了适合于本厂烧结控制的人工智能系统。开发了适合于本厂烧结控制的人工智能系统。19901990年年澳澳大大利利亚亚的的纽纽卡卡斯斯尔尔和和肯肯布布拉拉港港烧烧结结厂厂也也应应用用专家系统开发工具，建立了专家系统并付诸应用。专家系统开发工具，建立了专家系统并付诸应用。在在我我国国烧烧结结生生产产采采用用计计算算机机控控制制开开始始于于19821982年年，首首钢钢烧烧结结厂厂首首先先采采用用美美国国贝贝利利公公司司的的N-90N-90网网络络系系统统，建建立立了了原原料料、配配料料、烧烧结结、除除尘尘及及筛筛分分系系统统、报报表表及及生生产产管管理理五五个个控控制制沾沾，投投入入使使用用后后稳稳定定可可靠靠33，此此后后，19851985年年9 9月月和和19911991年年7 7月月相相继继投投产产的的宝宝钢钢一一烧烧和和二二烧烧工工程程，分分别别采采用用了了日日本本横横河河YODIC-1000YODIC-1000小小型型过过程程控控制制计计算算机机和和日日本本三三菱菱MELCOM-350/50-A2200MELCOM-350/50-A2200型型计计算算机机，前前者者与与仪仪表表组组成成SPCSPC控控制制系系统统，后后者者仪仪表表和和电电气气采采用用三三菱菱公公司司的的MACTUB-620MACTUB-620分分散散控控制制系系统统，组组成成一一个个多多级级计计算算机机系系统统，不不仅仅对对烧烧结结生生产产过过程程能能进进行行管管理理与与控控制制，还还能能外外围围进进行行数数据据通通讯讯，制制表表和和CR-CR-显显示示，并并且且还还能能作作最最优优控控制制和和适适应应控控制制计计算算，以以及及对对烧烧结结模模型型的的开开发发。八八十十年年代代末末即即1988-19891988-1989年年，我我国国太太钢钢、武武钢钢和和鞍鞍钢钢新新建建的的大大型型烧烧结结机机(180-393m(180-393m2 2）也也先先后后采采用用了了美美国贝利公司的国贝利公司的N-90N-90网络系统对烧结过程实现控制和监控，网络系统对烧结过程实现控制和监控，重重钢钢19881988年年新新建建的的105m105m2 2烧烧结结机机则则采采用用了了德德国国的的两两门门子子公公司司T-MT-M系系统统对对配配料料和和烧烧结结进进行行控控制制和和监监控控。以以上上情情况况说说明明计计算算机机在在我我国国烧烧结结生生产产中中有有了了应应用用，但但与与世世界界先先进进水水平平比比，差差距距还还很很大大，我我国国还还仅仅停停留留在在单单个个环环节节的的控控制制，整整个个生生产产工工艺艺过过程程还还没没有有形形成成控控制制过过程程。在在我我国国采采用用人人工工智智能能控控制制烧烧结结过过程程的的研研究究，19921992年年才才起起步步，中中南南工工大大和和北北科科大大开开始始这这方方面面的的研研究究工工作作，“八八五五”期期间间，中中南南工工大大与与鞍鞍钢钢合作，较成功地将专家系统应用于烧结生产控制。合作，较成功地将专家系统应用于烧结生产控制。 二、烧结生产过程控制专家系统的组成二、烧结生产过程控制专家系统的组成二、烧结生产过程控制专家系统的组成二、烧结生产过程控制专家系统的组成中中南南工工业业大大学学与与鞍鞍钢钢联联合合开开发发的的IEGSIEGS专专家家系系统统在在结结构构上上主主要要包包括括智智能能接接口口、知知识识库库管管理理系系统统和和过过程程控控制制指指导导系系统统三三部部分分。其其中中智智能能接接口口包包括括智智能能网网络络接接口口和和智智能能人人机机接接口两部分。口两部分。专专家家系系统统的的核核心心是是知知识识库库和和推推理理机机两两个个部部分分，下下面面对对该两部分作概括和必要介绍：该两部分作概括和必要介绍： 1 1 1 1、知识库、知识库、知识库、知识库 烧烧结结过过程程控控制制的的知知识识包包括括生生产产数数据据、事事实实、数数学学模模型型、启启发发性性知知识识和和元元知知识识（元元知知识识主主要要确确定定各各 任任务务的的求求解解顺序），专家系统知识库的各组成分述如下：顺序），专家系统知识库的各组成分述如下： 1.11.11.11.1数据库数据库数据库数据库 它它存存信信者者实实时时生生产产数数据据和和其其他他数数据据，生生产产数数据据是是烧烧结结过过程程控控制制的的出出发发点点，有有的的推推量量过过程程需需要要多多个个时时刻刻的的生生产产数数据据，如如碱碱度度（R R）、烧烧结结终终点点（BTPBTP）等等，有有的的只只需需要要现现在在时时刻刻的的生生产产数数据据，台台分分压压（），料料层层原原质质（H H）等等，均均采采用用谓谓词词逻逻辑辑统统一一表表达达，例例如如：2 2小小时时等等的的碱碱质质 动动值值为为0.060.06，表表示示为为data-befovedata-befove（R R、I I、0.060.06）；又又如如：料料层层原原质质为为550mm550mm表表示示为为 datadata（H H，550550）。实实时时生生产产数数据据采采集集后后直直接接存存储储在在内内部部动动态态数数据据库库- -里里板板中中，慢慢时时变变和和定定常常数数据据存存储储在在外外部部数数据据库库中中，因因此此建建主主动动态态数数据据库库和和静静态态数数据库便于调用。据库便于调用。 1.21.21.21.2事实库事实库事实库事实库 它它存存储储反反映映生生产产状状况况的的动动态态实实和和工工艺艺特特点点，生生产产要要求求（初初始始状状态态，中中间间结结果果和和目目标标结结果果）以以及及为为系系统统推推理理服服务务静静态态事事实实，也也采采用用谓谓词词逻逻辑辑表表达达。例例如如：石石灰灰混混量量大大表表示示为为factfact（石石灰灰石石混混量量大大），又又如如增增加加中中和和料料流流量量，调调用用第第2 2个个数数学学换换型型来来计计算算，调调整整系系数数为为0.75,0.75,表表示示为为：measuremeasure（增增加加中中和和料料流流量量22，0.750.75）。随随时时变变化化的的动动态态事事实实存存储储在在黑黑板板中中，以以便便于于推推理理。静静态态事事实实则则存存储储在在独独立立于于程程序序的的事事实实库库中中，也也可可根根据据需需要要调调用用，专专家家系系统统专专门门在在内内存存中中单单独独开开辟辟了了一一段段缓缓冲冲区区存存放放程程序序运运行行中中产产生生的的事事实实，并并划划分分为为两两种种形形式式：（1 1）控控制制型型：用用于于激激活活规规则则，它它由由接接口口文文件件读读入入，或或在在程程序初始化时设定，或在运行时由某一规则产生。序初始化时设定，或在运行时由某一规则产生。（2 2）临临时时型型：它它在在程程序序进进行行中中产产生生，用用于于在在规规则则之之间间传传达达过过程程数据。数据。 1.31.31.31.3模型序模型序模型序模型序它它存存储储本本系系统统中中的的各各种种数数学学模模型型，数数学学模模型型和和元元知知识识均均采用过程表出，在启发式知识规则中，存储了模型的代码，采用过程表出，在启发式知识规则中，存储了模型的代码，在在问问题题求求解解过过程程中中，启启动动相相应应的的数数学学模模型型进进行行计计算算，随随时时辨辨认认的的时时变变模模型型，存存储储在在动动态态模模型型库库中中，定定常常模模型型则则存储在静态模型库中。存储在静态模型库中。 1.41.4规则库规则库规则库规则库它它存存储储启启发发性性知知识识，是是专专家家系系统统的的专专业业知知识识和和经经验验，主主要要用用于于判判断断生生产产情情况况、分分析析原原因因和和确确定定控控制制指指导导。每每条条规规则则都都是是一一个个精精练练的的知知识识模模块块，可可对对其其进进行行修修改改或或替替换换而而不不影影响响其其它它规规则则。规规则则库库中中的的知知识识是是由由产产生生式式规规则则、谓谓词词逻逻辑辑和和过过程程三三者者综综合合表表示示的的。例例如如：若若负负压压太太高高，烧烧结结终终点点预预报报太太滞滞后后和和垂垂直直烧烧结结速速度度较较低低，而而且且台台车车速速度度2.6m/min2.6m/min，那那么么判判断断为为：“ “透透气气性性差差，机机速速快快。” ”这这个个知知识识表表示示为为：Rule(3.13fact(Rule(3.13fact(“负负压压太太高高”) )，fact(fact(烧烧结结终终点点预预报报太太滞滞后后) )，fact(“fact(“垂垂直直烧烧结结速速度度较较低低” ”) )，fact(fact(“台台车车速速度度2.6m/min)2.6m/min)”) ) ,fact(,fact(“透透气气性性差差，机机速速快快”) )。用用这这种种方方法法表表示示知知识识，具具有有简简捷捷性性、模模块块性性、描描述述性性和和过过程程性性等等特特点点，既既灵灵活活地地适适应应实实际际情情况况的的变变化化，又又能能达达到到解解决决复复杂杂问问题题的的目的，目前，规则库的容量已接近目的，目前，规则库的容量已接近10001000条规则。条规则。 2 2 2 2、推理机、推理机、推理机、推理机 专专家家系系统统的的推推理理机机是是多多级级目目标标推推理理机机，总总目目标标推推理理机机负负责责各各级级目目标标之之间间的的推推理理，级级目目标标推推理理机机负负责责各各级级目目标标的的自自身身推推理理，它它们们之之间间通通过过黑黑板板进进行行信信息息交交换换。推推理理机机的的作作用用是是负负责责将将事事实实与与知知识识库库规规则则中中的的条条件件内内容容通通过过搜搜索索进进行行模模式式匹匹配配，若若匹匹配配成成功功，则则根根据据规规则则的的动动作作部部分分的的表表达达去去工工作作。当当系系统统从从已已有有的的知知识识出出发发无无法法作作出出推推理理或或作作出出推推理理有限时，系统进入随时动态学习过程。有限时，系统进入随时动态学习过程。 专专家家系系统统是是在在实实时时生生产产数数据据的的基基础础上上，经经过过状状态态判判断断、原原因因分分析析和和控控制制指指导导等等过过程程来来实实现现。专专家家系系统统的的总总目目标标推推理理采采用用过过程程化化推推理理，而而每每个个级级目目标标推推理理所所需需的的前前提提条条件件是是已已知知且且充充分分，所所以以各各级级目目标标推推理理采采用用同同一一正正向向推推理理机机。为为了了提提高高系系统统的的搜搜索索效效率率，研研究究和和应应用用了了有有限限广广度度优优先先搜搜索索策略。烧结过程控制专家系统的推理机结构如图。策略。烧结过程控制专家系统的推理机结构如图。推理机推理机3 3 3 3、智能烧结过程状态控制（、智能烧结过程状态控制（、智能烧结过程状态控制（、智能烧结过程状态控制（IPCIPCIPCIPC） 烧烧结结过过程程的的状状态态控控制制，主主要要是是控控制制热热状状态态（也也称称温温度度状状态态）和和透透气气性性状状态态，由由于于它它们们与与工工艺艺参参数数之之间间的的关关系系很很难难用用数数学学模模型型来来描描述述，因因此此需需要要依依靠靠烧烧结结领领域域专专家家的的经经验验知知识识去去实实现现对对烧烧结结过过程程的的状状态态控控制制。它它包包括括烧烧结结终终点点（BTPBTP）预预测测和和热热状状态态控控制制，混混合合料料透透气气性性状状态态判判断断和和控控制，以碱度（制，以碱度（R R）为中心的化学成分控制。）为中心的化学成分控制。元知识确定各小任务的求解顺序黑板（内部动态数据库）状态判断原因分析控制指导正向推理机过程化推理机知识库数据库事实库模型库规则库三、以碱度为中心的化学成分控制专家系统三、以碱度为中心的化学成分控制专家系统三、以碱度为中心的化学成分控制专家系统三、以碱度为中心的化学成分控制专家系统 八八十十年年代代初初，日日本本住住友友金金属属公公司司开开发发的的根根据据物物料料平平衡衡原原理理建建立立的的烧烧结结矿矿化化学学成成分分预预报报模模型型，存存有有运运算算工工作作量量大大和和成成分分控控制制的的准准确确性性不不够够不不足足。自自适适应应预预报报方方法法是是根根据据大大量量随随时时间间变变化化的的生生产产数数据据，用用系系统统知知识识方方法法建建立立的的模模型型，并并利利用用这这些些数数据据通通过过不不断断修修正正模模型型的的参参数数来来适适应应系系统统随随时时间间的的变变化化，它它既既避避免免了了机机理理建建模模的的复复杂杂性性，又又能能反反映映系系统统的动态特性。的动态特性。 专专家家系系统统是是一一个个基基于于知知识识的的智智能能推推理理系系统统，它它具具有有在在烧烧结结领领域域专专家家级级水水平平工工作作的的知知识识，经经验验和和能能力力，通通过过推推理理作作出出智智能能决决策策，因因此此这这样样建建立立起起来来的的专专家家系系统统，可可以以解解决决用用数数学学模模型型难难以以解解决决的的问问题题。将将自自适适应应预预报报模模型型与与专专家家系系统统相相结结合合的的烧烧结结矿矿化化学学成成分分控控制制专专家家系系统统，既既简简明明又又准准确确，具有广泛的推广应用价值。具有广泛的推广应用价值。1 1 1 1、专家系统控制方案、专家系统控制方案、专家系统控制方案、专家系统控制方案 烧结矿化学成分的控制具有如下特点：烧结矿化学成分的控制具有如下特点： （1 1）化化学学成成分分（FeOFeO、S S除除外外）的的稳稳定定性性主主要要受受原原料料参参数数的的影影响，与状态参数关系甚微。响，与状态参数关系甚微。 （2 2）从从配配矿矿到到成成品品矿矿的的化化学学成成分分化化验验出出结结果果，需需要要长长达达几几个个小时，存在着相当长的时间滞后。小时，存在着相当长的时间滞后。 （3 3）工艺过程具有动态复杂性和时变特性。）工艺过程具有动态复杂性和时变特性。 （4 4）化化学学成成分分之之间间有有很很大大的的相相关关性性，某某一一成成分分发发生生变变化化会会引引起起其其它它成成分分的的改改变变，形形成成某某一一成成分分不不能能满满足足要要求求，不不一一定定是是由由于于该该成成分分本本身身变变化化引引起起的的，往往往往是是从从其其它它方方面面去去找找原原因因，这就构成了控制烧结矿化学成分的复杂性。这就构成了控制烧结矿化学成分的复杂性。特特点点（1 1）说说明明可可通通过过物物料料平平衡衡建建立立它它们们之之间间的的数数学学模模型型；特特点点（2 2）和和（3 3）说说明明所所建建数数学学模模型型应应具具有有修修正正滞滞后后性性和和动动态态变变化化特特性性，应应采采用用现现代代控控制制理理论论，建建立立自自适适应应预预报报模模型型，对对烧烧结结矿矿的的化化学学成成分分提提前前预预报报；特特点点（4 4）说说明明烧烧结结矿矿的的化化学学成成分分难难以以用用数数学学模模型型的的方方法法解解决决，需需要要依依靠靠专专家家的的经经验验知知识识，因因此此需需采采用用数数学学模模型型与与知知识识模模型型相相结结合合的的控控制制方方法法，建建立立基基于于自自适适应应预预报报化化学学成成分分的的专专家家系系统统，实实现现对对烧烧结结矿矿化化学成分的控制。学成分的控制。2 2 2 2、以碱度为中心的控制方针、以碱度为中心的控制方针、以碱度为中心的控制方针、以碱度为中心的控制方针2.12.1控控制制方方针针的的提提出出：碱碱度度（R R）是是烧烧结结矿矿化化学学成成分分的的基基础础，也也是是影影响响烧烧结结矿矿产产质质量量的的基基本本因因素素。对对任任何何企企业业的的烧烧结结矿矿而而言言，只只要要碱碱度度不不同同，烧烧结结矿矿的的化化学学成成分分均均会会发发生生变变化化，因因此此控控制制烧烧结结矿矿的的化化学学成成分分应应围围绕绕碱碱度度这这个个中中心心。同同时时高高炉炉的的炉炉料料结结构构和和高高炉炉冶冶炼炼炉炉渣渣的的特特性性也也是是基基于于碱碱度度这这个个基基本本因因素素的的，烧烧结结矿矿碱碱度度产产生生波波动动，就就必必然然会会影影响响炉炉料料组组成成和炉料质量直至波及冶炼效果。和炉料质量直至波及冶炼效果。 建建立立的的碱碱度度为为中中心心的的方方针针，是是指指烧烧结结矿矿的的化化学学成成分分控控制制以以碱碱度度为为主主，优优先先满满足足碱碱度度的的指指标标要要求求，当当碱碱度度满满足足要要求求，其其它它成成分分未未满满足足要要求求时时，可可暂暂不不作作调调整整，若若其其它它成成分分满足要求，碱度未满足要求时，必须要进行调整。满足要求，碱度未满足要求时，必须要进行调整。2.22.22.22.2控制方针的实施：控制方针的实施：控制方针的实施：控制方针的实施： 烧烧结结矿矿碱碱度度的的波波动动主主要要由由以以上上两两方方面面原原因因引引起起的的：（1 1）由由CaOCaO含含量量的的波波动动引引起起，无无论论一一次次配配料料还还是是两两次次配配料料CaOCaO含量的波动都是由于熔剂的下料量波动引起的。含量的波动都是由于熔剂的下料量波动引起的。（2 2）由由SiOSiO2 2含含量量波波动动引引起起，对对于于一一次次配配料料的的系系统统主主要要由由于于精精矿矿和和富富矿矿的的流流量量波波动动所所引引起起；对对于于两两次次配配料料的的系系统统，一一种种情情况况是是由由于于一一次次配配料料的的抓抓料料、配配料料不不准准及及混混匀匀效效果果差差等等原原因因引引起起的的，另另一一种种情情况况是是由由于于二二次次配配料料的的混混匀匀料料下下料料量量波波动动所所引引起起的的。但但无无论论哪哪种种情情况况的的波波动动都都会会引引起起T TFeFe含含量量的的波波动。动。 精精矿矿和和富富矿矿流流量量的的波波动动及及混混匀匀料料流流量量的的波波动动都都会会引引起起FeOFeO和和MgOMgO含含量量的的波波动动，FeOFeO还还受受燃燃料料配配加加量量的的影影响响，MgOMgO含含量量受受菱菱镁镁石石（白白云云石石）流流量量的的影影响响。以以两两次次配配料料系系统统为为例例，烧结矿化学成分的影响因素及相互关系如下图所示：烧结矿化学成分的影响因素及相互关系如下图所示：烧结矿化学成分的影响因素及相互关系烧结矿化学成分的影响因素及相互关系RMgO燃料FeO熔剂CaOSiO2一配TFe菱镁石混合料 碱碱度度按按以以下下原原则则控控制制：当当碱碱度度波波动动是是由由一一次次配配料料波波动动所所引引起起时时，通通过过调调整整二二次次配配料料的的石石灰灰石石配配比比实实现现对对碱碱度度的的控控制制；当当碱碱度度波波动动是是由由二二次次配配料料的的混混匀匀料料量量或或石石灰灰石石流流量量波波动动引引起起时时，相相应应地地调调整整混混匀匀料料配配比比或或石石灰灰配配比比，实实现现碱碱度的稳定控制。度的稳定控制。 实实现现以以碱碱度度为为中中心心的的控控制制方方针针，采采取取以以碱碱度度的的状状态态及及其其变变化化趋趋势势（由由过过去去值值、现现在在值值和和将将来来值值决决定定）为为调调整整依依据据，以以“保保证证合合格格品品，力力争争一一级级品品”为为调调整整原原则则的的控控制制方方法。具体做法：法。具体做法：（1 1）预报碱度是一级品时，不作任何调整；）预报碱度是一级品时，不作任何调整；（2 2）预预报报碱碱度度为为合合格格品品时时，根根据据碱碱度度的的过过去去值值、现现在在值和将来值的变化趋势，决定调整与否和调整幅度；值和将来值的变化趋势，决定调整与否和调整幅度；（3 3）预预报报碱碱度度为为出出格格品品时时，不不论论变变化化趋趋势势是是否否一一致致，必必须须进进行行调调整整。调调整整的的幅幅度度根根据据碱碱度度过过去去值值，现现在在值值和和将将来值所表现的变化趋势来决定。来值所表现的变化趋势来决定。过程化推理3 3 3 3、烧结矿化学成分控制专家系统、烧结矿化学成分控制专家系统、烧结矿化学成分控制专家系统、烧结矿化学成分控制专家系统 专专家家系系统统根根据据成成分分预预报报系系统统的的预预报报信信息息，以以及及现现在在实实测测值值和和过过去去值值，根根据据专专家家的的经经验验知知识识进进行行状状态态判判断断、原原因因分分析析和控制指导。和控制指导。 专专家家系系统统的的知知识识库库采采用用了了产产生生式式规规则则、谓谓词词逻逻辑辑和和过过程程表表示示相相结结合合的的知知识识表表示示模模式式，以以及及多多库库结结构构与与多多层层次次结结构构相相结结合合的的组组织织形形式式；推推理理机机采采用用过过程程化化推推理理、正正向向推推理理和和黑黑板板相相结结合合的的混混合合推推理理控控制制策策略略以以及及有有限限广广度度优优先先搜搜索索策策略略，其其结构如下图所示。结构如下图所示。成 分 预 报 系 统黑 板元知识状态判断原因分析控制指导正向推理知识库烧结矿化学成分控制专家系统的结构烧结矿化学成分控制专家系统的结构四、以透气性为中心的烧结过程控制专家系统四、以透气性为中心的烧结过程控制专家系统四、以透气性为中心的烧结过程控制专家系统四、以透气性为中心的烧结过程控制专家系统长长期期以以来来，烧烧结结生生产产在在很很大大程程度度上上是是由由操操作作工工艺艺经经验验控控制制的的，但但由由于于操操作作者者经经验验和和知知识识的的差差导导、判判断断能能力力的的高高低低，责责任任感感的的强强弱弱以以及及心心理理和和环环境境众众多多因因素素的的影影响响，人人工工操操作作不不可可避避免免地地会会导导致致操操作作状状态态的的波波动动，对对烧烧结结的的产产质质量量造造成成不不利利影影响响，尤尤其其烧烧结结设设备备大大型型化化后后，这这种种影影响响就就更更为为严严重重，因因此此，研研究究和和开开发发烧烧结结生生产产过过程程状状态态控控制制专专家家系系统统，对对于于实实现现烧烧结结过过程程的的自自动动化化和和规规范范化化，达达到到烧烧结结过过程程的的最最优化，是极为重要和必要的。优化，是极为重要和必要的。 1 1 1 1、烧结状态控制专家系统方案、烧结状态控制专家系统方案、烧结状态控制专家系统方案、烧结状态控制专家系统方案烧烧结结过过程程的的状状态态主主要要包包括括热热状状态态（也也称称温温度度状状态态）和和透气性状态，其具有如下特点：透气性状态，其具有如下特点：（1 1）烧烧结结过过程程热热状状态态和和透透气气性性状状态态密密切切相相关关，且且它它们们都都是影响烧结矿产、质量指标的主要因素。是影响烧结矿产、质量指标的主要因素。 （2 2）影影响响烧烧结结过过程程状状态态的的因因素素多多且且相相互互制制约约，原原料料条条件件、操作参数和设备参数等工艺参数都影响烧结过程状态。操作参数和设备参数等工艺参数都影响烧结过程状态。特特点点: :（1 1）决决定定了了烧烧结结过过程程状状态态控控制制必必须须采采取取热热状状态态和和透透气气性性状状态态综综合合控控制制；（2 2）说说明明烧烧结结过过程程状状态态控控制制难难以以用用数数学学模模型型描描述述，需需要要依依靠靠烧烧结结领领域域专专家家的的经经验验知知识识实实现现对对烧烧过过程程的的状状态态控控制制。综综上上分分析析，烧烧结结过过程程状状态态控控制制应应以以知知识识模模型型为为主主，建建立立热热状状态态和和透透气气性性状状态态相相结结合合的的烧烧结结过过程程状态控制专家系统。状态控制专家系统。2 2 2 2、透气性为中心控制方针、透气性为中心控制方针、透气性为中心控制方针、透气性为中心控制方针2.12.12.12.1控制方针的提出：控制方针的提出：控制方针的提出：控制方针的提出：烧烧结结料料层层的的温温度度变变化化是是料料层层物物理理化化学学变变化化的的基基础础，因因此此热热状状态态是是影影响响烧烧结结过过程程的的重重要要因因素素。描描述述和和表表达达热热状状态态最常用的参数是烧结终点。最常用的参数是烧结终点。透透气气性性是是烧烧结结过过程程气气体体通通过过料料层层的的难难易易程程度度。气气体体在在烧烧结结料料层层内内的的运运动动状状况况及及变变化化规规律律，决决定定着着烧烧结结过过程程的的传传热热、传传质质和和物物理理化化学学反反应应，因因此此料料层层透透气气性性是是烧烧结结过过程程顺顺利的决定因素，它直接影响烧结的产质量。利的决定因素，它直接影响烧结的产质量。 透透气气性性好好坏坏影影响响着着烧烧结结终终点点的的稳稳定定：透透气气性性过过好好，烧烧结结终终点点超超前前；透透气气性性差差，烧烧结结终终点点滞滞后后。因因此此，只只有有改改善善和和稳稳定定料料层层透透气气性性，才才能能稳稳定定烧烧结结终终点点，进进行行稳稳定定烧烧结结过过程程，实实现现烧烧结结过过程程优优化化（产产量量、质质量量和和能能耗耗），所所以以烧烧结结过程状态控制应以透气性为中心。过程状态控制应以透气性为中心。 以以透透气气性性为为中中心心的的控控制制方方针针就就是是烧烧结结过过程程控控制制以以透透气气性性为为主主，即即透透气气性性好好时时稳稳定定控控制制烧烧结结终终点点；当当透透气气性性差差时时，首先改善透气性，同时考虑稳定烧结终点。首先改善透气性，同时考虑稳定烧结终点。2.22.22.22.2控制方针的实施控制方针的实施控制方针的实施控制方针的实施 根根据据烧烧结结生生产产经经验验，当当垂垂直直烧烧结结速速度度（VIVI）较较高高，烧烧结结终终点点（BTPBTP）预预报报值值超超前前和和主主管管负负压压（P P）较较低低时时，透透气气性性好好；当当VIVI较较低低，BTPBTP预预报报值值滞滞后后和和P P较较高高时时，透透气气性性差差。基基于于这这些些，建建立立通通过过VIVI，BTPBTP和和P P综综合合判判断断透透气气性性的的规则库。规则库。 当当透透气气性性好好时时，主主要要通通过过调调整整台台车车速速度度和和料料层层厚厚度度来来稳稳定定烧烧结结终终点点；当当透透气气性性差差时时，一一方方面面通通过过控控制制混混合合料料水水分分（改改变变制制粒粒状状态态）、混混合合料料温温度度和和焦焦粉粉配配比比（改改变变热热状状态态）改改善善料料层层透透气气性性，同同时时要要调调整整台台车车速速度度和和料料层层厚厚度度稳稳定定烧烧结结终点。终点。3 3 3 3、烧结过程状态控制专家系统、烧结过程状态控制专家系统、烧结过程状态控制专家系统、烧结过程状态控制专家系统3.13.13.13.1知识表述和知识库组织知识表述和知识库组织知识表述和知识库组织知识表述和知识库组织烧烧结结过过程程状状态态控控制制的的知知识识包包括括生生产产数数据据、事事实实、数数学学模模型型，启启发发性性知知识识和和元元知知识识等等五五类类知知识识，这这些些知知识识的的多多样样性性和和复复杂杂性性以以及及不不同同类类型型知知识识表表示示方方法法的的差差异异决决定定知知识识库库不不能能采采用用单单一一的的库库结结构构，而而是是一一种种多多库库结结构构，即即由由数数据据库库、事事实实库库、模模型型库库和和规规则则库库组组成成的的四四库库结结构构。这这种种多多库库结结构构减减少少了了搜搜索索空间，提高了求解效率和系统运行的可靠性。空间，提高了求解效率和系统运行的可靠性。3.23.23.23.2推理机设计推理机设计推理机设计推理机设计 复复杂杂工工业业过过程程控控制制的的实实现现往往往往是是多多级级综综合合目目标标的的实实现现，上上级级目目标标是是下下级级目目标标推推理理的的条条件件，目目标标级级数数越越大大，越越接接近近最最终终目目标标。其其推推理理过过程程不不仅仅是是各各级级目目标标本本身身的的推推理理，而而且且各各级级目标之间也存在着推理，也即横向和纵向上都存在推理。目标之间也存在着推理，也即横向和纵向上都存在推理。推推理理机机的的工工作作原原理理是是：总总目目标标推推理理机机负负责责各各级级目目标标之之间间的的推推理理，级级目目标标推推理理机机负负责责各各级级目目标标自自身身的的推推理理，它它们们之之间间通通过过黑黑板板进进行行信信息息交交换换。系系统统启启动动推推理理机机后后，总总目目标标推推理理机机调调用用相相应应知知识识库库中中的的知知识识和和黑黑板板的的信信息息进进行行推推理理；推推理理过过程程中中遇遇到到第第一一级级目目标标时时，启启动动相相应应的的第第一一级级目目标标推推理理机机；级级目目标标推推理理机机根根据据相相应应知知识识库库中中的的知知识识和和黑黑板板的的有有关关信信息息进进行行推推理理，并并将将推推理理结结果果存存储储在在黑黑板板中中；然然后后总总目目标推理机继续推理，直到推出最终目标为止。标推理机继续推理，直到推出最终目标为止。知识库数据库事实库模型库规则库静态数据库动态数据库静态模型库动态模型库成分控制规则库状态控制规则库图示知识库结构图示多级目标推理机模型图示多级目标推理机模型 黑 板总目标推理机第1级目标第2级目标第N级目标推理机1推理机2推理扣N级目标推理机总目标推理机烧烧结结过过程程状状态态控控制制专专家家系系统统是是在在实实时时生生产产数数据据的的基基础础上上，经经过过状状态态判判断断，原原因因分分析析和和控控制制指指导导等等过过程程实实现现的的。系系统统首首先先根根据据采采集集的的实实时时生生产产数数据据，判判断断各各参参数数的的状状态态，然然后后分分析析各各参参数数的的状状态态，找找出出原原因因；最最后后根根据据状状态态和和原原因因给给出出控控制制指指导导。因因此此，烧烧结结过过程程状状态态控控制制专专家家系系统统的的推推理理是一个多级目标推理过程。是一个多级目标推理过程。专专家家系系统统采采用用过过程程化化推推理理、正正向向推推理理和和黑黑板板相相结结合合的的混合推理控制策略。混合推理控制策略。 3.33.33.33.3专家系统功能专家系统功能专家系统功能专家系统功能烧烧结结过过程程状状态态控控制制专专家家系系统统根根据据烧烧结结过过程程的的工工艺艺参参数数（主主管管负负压压，19.26.27.2819.26.27.28号号风风箱箱温温度度、料料层层厚厚度度台台车车速速度度，混混合合料料温温度度等等）的的实实测测值值，预预报报烧烧结结终终点点，判判断断透透气气性状态，正确地给出定性和定量的控制指导。性状态，正确地给出定性和定量的控制指导。 2005.6.2005.6.