本發(fā)明涉及上料程序控制，具體地說是一種轉(zhuǎn)爐高位料倉上料控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、轉(zhuǎn)爐煉鋼是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量而在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過程。轉(zhuǎn)爐為煉鋼中使用最普遍的煉鋼設(shè)備，主要用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉。

2、轉(zhuǎn)爐高位料倉是設(shè)置在轉(zhuǎn)爐上方較高位置的一種儲存容器，用于存放煉鋼過程中所需的各種原材料，如鐵合金、造渣劑、石灰等；通常由金屬材料制成，具有一定的強度和密封性，以確保儲存的物料不會泄漏或受到外界污染，一般呈筒狀或方形，具有一定的容積，能夠滿足轉(zhuǎn)爐一段時間內(nèi)的用料需求。

3、而轉(zhuǎn)爐高位料倉上料是指將煉鋼所需的各種原材料，如鐵合金、造渣劑、石灰等，通過特定的輸送設(shè)備從地面或較低位置輸送到位于高處的轉(zhuǎn)爐高位料倉中，以便在煉鋼過程中根據(jù)工藝要求適時加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，現(xiàn)有上料法中包括皮帶輸送上料、振動給料上料、斗式提升上料和氣動運輸上料法，這些上料法各有優(yōu)劣，選擇時需要綜合考慮多方面因素，包括生產(chǎn)需求、場地條件、物料特性、設(shè)備可靠性和成本等；通過合理選擇和優(yōu)化上料方法，可以提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，為鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

4、隨著煉鋼產(chǎn)業(yè)的需求，現(xiàn)有專利（公告號：cn108153232b）公開了一種向轉(zhuǎn)爐高位料倉上料的自動控制系統(tǒng)和控制方法，其中包括控制系統(tǒng)包括綜合控制模塊；上料時鐘控制模塊、高位料倉上料量計算模塊、上料優(yōu)先級確定模塊、物料堆密度修正模塊、上料小車控制模塊、地下料場振動給料控制模塊、上料量的實時計量模塊、上料過程綜合控制模塊，綜合控制模塊分別連接上料時鐘控制模塊、高位料倉上料量計算模塊、上料優(yōu)先級確定模塊、物料堆密度修正模塊以及上料過程綜合控制模塊，所述上料過程綜合控制模塊同時連接上料小車控制模塊、地下料場振動給料控制模塊、上料量的實時計量模塊。此發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，通過該方法，高位料倉振動法上料的自動控制，大大減少操作強度，提高工作效率和控制精度，實現(xiàn)將原來傳統(tǒng)的設(shè)備控制向現(xiàn)代化數(shù)字控制轉(zhuǎn)變，便于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。但在以下方面還有不足之處；

5、1、當(dāng)前系統(tǒng)在安全性上存在明顯欠缺，在實際煉鋼上料過程中，當(dāng)出現(xiàn)如電機突然故障、傳輸帶撕裂等導(dǎo)致上料工具出現(xiàn)異常的情況時，系統(tǒng)沒有相應(yīng)的感應(yīng)機制去察覺這些故障，而且在一些潛在的危險情況，比如關(guān)鍵部位的零件松動可能導(dǎo)致設(shè)備運行不穩(wěn)定等狀況，系統(tǒng)都無法進行監(jiān)測，這對整個煉鋼上料過程的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成了極大的威脅。

6、2、適應(yīng)性方面的不足，它僅局限于一種上料方法，不能靈活地根據(jù)不同的煉鋼工藝需求切換上料方式，并且煉鋼過程中用料的實時變化是復(fù)雜多樣的，原材料的種類、上料頻率和速度等都在不斷變動，但該系統(tǒng)對于這些變化的適應(yīng)能力有限，不能實時根據(jù)需求自動調(diào)整上料參數(shù)，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中往往需要人工頻繁地干預(yù)來調(diào)整相關(guān)參數(shù)，這不僅增加了操作的復(fù)雜性和勞動強度，還可能因為人工調(diào)整不及時而影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)爐高位料倉上料控制系統(tǒng)，通過檢測物料需求實時變化情況進行上料設(shè)備自動調(diào)節(jié)速度，以及安全監(jiān)控模塊利用蟻群算法計算設(shè)備運行數(shù)據(jù)路徑，通過判斷路徑變化來監(jiān)控設(shè)備是否出現(xiàn)故障，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

2、本發(fā)明技術(shù)方案如下：

3、一種轉(zhuǎn)爐高位料倉上料控制系統(tǒng)，適用于皮帶輸送上料設(shè)備、振動給料上料設(shè)備、斗式提升上料設(shè)備或氣動運輸上料設(shè)備任意一種，包括：

4、物料檢測模塊，所述物料檢測模塊包括但不限于重量傳感器、體積傳感器、密度傳感器和光學(xué)傳感器，用于實時檢測料倉內(nèi)物料的需求變化情況。

5、設(shè)備驅(qū)動模塊，所述設(shè)備驅(qū)動模塊包括皮帶輸送上料設(shè)備、振動給料上料設(shè)備、斗式提升上料設(shè)備和氣動運輸上料設(shè)備，并且針對不同的上料設(shè)備提供相應(yīng)的驅(qū)動控制。

6、智能調(diào)節(jié)模塊，所述智能調(diào)節(jié)模塊首先獲取歷史上料信息進行學(xué)習(xí)，然后根據(jù)物料檢測模塊檢測到的物料的變化情況，自動調(diào)整上料速度和上料量；

7、安全監(jiān)控模塊，所述安全監(jiān)控模塊用于對上料設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并在監(jiān)控到故障或異常情況時發(fā)送警報信息；

8、數(shù)據(jù)存儲模塊，所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于記錄上料過程中的各種數(shù)據(jù)，包括物料量、上料時間和設(shè)備運行參數(shù)。

9、交互模塊，所述交互模塊提供直觀的用戶界面，方便操作人員監(jiān)控上料系統(tǒng)的運行狀態(tài)、設(shè)置參數(shù)和處理警報信息。

10、所述一種轉(zhuǎn)爐高位料倉上料控制系統(tǒng)中各模塊交互關(guān)系如下：

11、物料檢測模塊實時檢測轉(zhuǎn)爐高位料倉物料實時變化情況，將物料的實時需求變化情況傳輸至智能調(diào)節(jié)模塊，智能調(diào)節(jié)模塊獲取歷史上料信息，根據(jù)物料的需求變化情況信息計算調(diào)節(jié)策略，設(shè)備驅(qū)動模塊根據(jù)調(diào)節(jié)策略實時調(diào)節(jié)上料設(shè)備速度或上料量，安全監(jiān)控模塊實時監(jiān)控上料設(shè)備，在監(jiān)控到故障或異常情況時候發(fā)送警報，數(shù)據(jù)存儲模塊記錄上述模塊上料數(shù)據(jù)信息，并傳輸至交互模塊。

12、優(yōu)選的，所述物料檢測模塊基于重量傳感器能夠準(zhǔn)確測量進入上料系統(tǒng)的物料量，以及料倉內(nèi)剩余物料的情況，利用光學(xué)傳感器檢測物料的成分和質(zhì)量，確保上料的原材料符合煉鋼要求。

13、優(yōu)選的，所述設(shè)備驅(qū)動模塊能夠根據(jù)智能調(diào)節(jié)模塊精確控制設(shè)備的運行速度、功率和啟停操作，根據(jù)安全監(jiān)控模塊警報信息及時停止設(shè)備運行。

14、優(yōu)選的，所述智能調(diào)節(jié)模塊包括計算單元、調(diào)節(jié)策略單元和調(diào)節(jié)單元；

15、所述計算單元用于獲取歷史上料數(shù)據(jù)中，各種需求的情況變化對應(yīng)的上料正確的速度與頻率；

16、所述調(diào)節(jié)策略單元根據(jù)物料檢測模塊反饋的檢測信息以及計算單元的計算結(jié)果生成調(diào)節(jié)策略；

17、所述調(diào)節(jié)單元根據(jù)調(diào)節(jié)策略單元生成的調(diào)節(jié)策略下達給設(shè)備驅(qū)動模塊進行設(shè)備調(diào)節(jié)。

18、優(yōu)選的，所述計算單元根據(jù)歷史上料數(shù)據(jù)中，各種物料需求的情況變化作為輸入特征，經(jīng)過雙重計算輸出對應(yīng)的輸出值，將輸出值與獲取到的歷史正確上料速度或上料量進行對比，不斷調(diào)整雙重計算中的權(quán)重系數(shù)，使其達到計算的輸出值與歷史正確上料速度或上料量一一對應(yīng)；

19、設(shè)輸入的特征集合為，n為特征的總數(shù)量，其中表示第i個特征，分別計算每一種輸入的特征與其對應(yīng)的輸出值；

20、第一次計算，即為對應(yīng)的第一次計算的輸出；

21、

22、第二次計算，即為對應(yīng)的第二次計算的輸出；

23、

24、其中，w代表權(quán)重，代表第一次計算的權(quán)重，代表第二次計算的權(quán)重，b代表偏置項，代表第一次計算的偏置項，代表第二次計算的偏置項，因為輸入的特征與輸出的值存在非線性的變換，所以在計算中加入激活函數(shù)用來計算這些非線性特征，在第一次計算時加入雙曲正切激活函數(shù)f，e為自然常數(shù)；

25、

26、第一次計算即為：；

27、在第二次計算時加入線性激活函數(shù)，，即計算過程與第二次計算過程保持一致；

28、設(shè)為采集到的在對應(yīng)情況下的實際上料速度或頻率，則不斷調(diào)整權(quán)重系數(shù)和偏置項，直到l為0：

29、

30、l為0時，即確認(rèn)當(dāng)前權(quán)重系數(shù)和偏置項作為此輸入特征對應(yīng)輸出值計算公式的權(quán)重系數(shù)和偏置項；

31、在實時計算中，因為實時轉(zhuǎn)爐高位料倉的物料實時需求變化情況是多種的，特征集合為，計算時，需要將特征集合為代入：

32、

33、

34、其中，意為對輸入的特征集合進行第一次計算的平均結(jié)果，意為對輸入的進行第二次計算的平均結(jié)果，計算出輸出值的平均值即為需要調(diào)節(jié)達到的上料速度或上料量。

35、優(yōu)選的，所述安全監(jiān)控模塊包括監(jiān)測單元、分析單元和警報單元；

36、所述監(jiān)測單元包括多種傳感器，包括但不限于溫度傳感器、壓力傳感器和振動傳感器，上述傳感器安裝在上料設(shè)備中，用于實時監(jiān)測上料設(shè)備各部分的實時數(shù)據(jù)；

37、所述分析單元根據(jù)監(jiān)測單元監(jiān)測到的實時數(shù)據(jù)利用蟻群算法計算上料設(shè)備各處之間蟻群路徑，根據(jù)蟻群路徑變化情況判斷設(shè)備是否故障或出現(xiàn)異常情況；

38、所述警報單元用于根據(jù)分析單元的判斷結(jié)果進行警報，發(fā)送預(yù)警信息；

39、優(yōu)選的，所述分析單元將上料系統(tǒng)的各個監(jiān)測點看作是蟻群算法中的節(jié)點，螞蟻即數(shù)據(jù)監(jiān)測信息在節(jié)點之間的轉(zhuǎn)移概率根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)的變化規(guī)律來設(shè)定，設(shè)備正常運行時，螞蟻的轉(zhuǎn)移路徑相對穩(wěn)定，當(dāng)出現(xiàn)故障時，傳感器數(shù)據(jù)的變化會導(dǎo)致轉(zhuǎn)移概率改變，螞蟻的路徑也會發(fā)生變化，通過監(jiān)測這種路徑變化來判斷故障；

40、螞蟻路徑計算過程如下：

41、初始化：螞蟻隨機放置在各個監(jiān)測點上，每個螞蟻都有一個可能的移動方向列表，即從當(dāng)前監(jiān)測點可以到達的其他監(jiān)測點；

42、轉(zhuǎn)移概率選擇：設(shè)r為螞蟻的編號，代表第r個螞蟻，t為時間，i和j代表不同的節(jié)點節(jié)點i和節(jié)點j；在每一步，計算螞蟻k從節(jié)點i轉(zhuǎn)移到節(jié)點j的轉(zhuǎn)移概率,公式為：

43、

44、其中，是在時刻t時，節(jié)點i到節(jié)點j路徑上的信息素濃度，是信息素濃度的權(quán)重參數(shù)，它決定了信息素濃度對螞蟻選擇路徑的影響程度；越大，螞蟻就會越依賴信息素濃度來選擇路徑，是啟發(fā)式因子，為一種提示信息，用于表征螞蟻從節(jié)點i到節(jié)點j這一選擇的優(yōu)劣程度，根據(jù)兩個節(jié)點數(shù)據(jù)的相關(guān)性或者物理距離因素來確定，相關(guān)性或物理距離發(fā)生變化則啟發(fā)式因子便發(fā)生變化，是啟發(fā)式因子的權(quán)重參數(shù)，它決定了啟發(fā)式信息對螞蟻選擇路徑的影響程度；

45、s為一個索引變量，d表示螞蟻k可以選擇的下一個節(jié)點的集合，當(dāng)螞蟻在某個節(jié)點時，它有多個可能的去向，這些去向構(gòu)成了集合d，s就依次遍歷這些可能的去向節(jié)點，計算從當(dāng)前節(jié)點到每個s節(jié)點的的值；

46、根據(jù)計算出的轉(zhuǎn)移概率，螞蟻通過隨機數(shù)生成器來進行隨機選擇，每選擇一次后，對螞蟻這一次選擇的路徑進行信息素濃度更新計算；

47、

48、其中，表示信息素的揮發(fā)，是信息素揮發(fā)系數(shù)，它控制信息素揮發(fā)的速度，隨著時間推移，路徑上的信息素會因為這個系數(shù)而逐漸減少，的取值決定計算量，越大的計算量越大，越小的計算量越?。?/p>

49、信息素增加：表示螞蟻經(jīng)過路徑時新增加的信息素,是螞蟻留下的信息素增量，它會使這條路徑對其他螞蟻的吸引力有所改變；

50、隨著螞蟻一步步地根據(jù)轉(zhuǎn)移概率進行移動選擇，逐漸構(gòu)建出了螞蟻從起始監(jiān)測點到后續(xù)各個監(jiān)測點的路徑；

51、信息素變化率a計算公式為：

52、

53、在連續(xù)的若干次迭代中，所有路徑上的信息素濃度變化率都小于一個預(yù)設(shè)的0.1，則認(rèn)為信息素濃度已經(jīng)穩(wěn)定，算法停止,系統(tǒng)的正常運行路徑已經(jīng)明確；

54、當(dāng)監(jiān)控單元監(jiān)測上料設(shè)備各部分的實時數(shù)據(jù)代入進行實時計算時，若新的路徑偏離原有的正常運行路徑，則認(rèn)為設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況。

55、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)存儲模塊存儲數(shù)據(jù)有精準(zhǔn)的時間戳，確保相關(guān)實時數(shù)據(jù)的時間戳精確到秒級別，以便更準(zhǔn)確地記錄上料過程的時間相關(guān)信息，為后續(xù)的分析提供支持。

56、優(yōu)選的，所述交互模塊提供的用戶界面能夠顯示實時數(shù)據(jù)包括上料設(shè)備運行情況和物料需求實時變化信息，允許操作人員對系統(tǒng)設(shè)置相關(guān)計算參數(shù)。

57、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

58、1、本發(fā)明通過安全監(jiān)控模塊中設(shè)置多種傳感器的監(jiān)測單元，實現(xiàn)對上料設(shè)備各部分實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測，能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或異常情況，提高了整個煉鋼上料過程的安全性；分析單元利用蟻群算法計算上料設(shè)備各處之間蟻群路徑，并根據(jù)路徑變化判斷設(shè)備是否故障，可對潛在危險情況進行監(jiān)測，增強了系統(tǒng)對潛在風(fēng)險的感知能力，保障了上料過程的安全穩(wěn)定運行；警報單元根據(jù)分析單元的判斷結(jié)果發(fā)送預(yù)警信息，能讓操作人員迅速采取措施，避免故障擴大，減少安全事故的發(fā)生。

59、2、本發(fā)明通過物料檢測模塊中實時檢測物料需求變化情況，實現(xiàn)對復(fù)雜多樣的煉鋼用料變化的實時感知，為系統(tǒng)調(diào)整上料參數(shù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；智能調(diào)節(jié)模塊根據(jù)物料檢測模塊的信息和歷史上料信息自動調(diào)整上料速度和上料量，實現(xiàn)上料參數(shù)的實時自動調(diào)整，減少了人工頻繁干預(yù)，降低了操作復(fù)雜性和勞動強度，同時能及時適應(yīng)生產(chǎn)過程中的用料變化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；設(shè)備驅(qū)動模塊針對不同的上料設(shè)備提供相應(yīng)驅(qū)動控制，實現(xiàn)多種上料設(shè)備的協(xié)同工作，使系統(tǒng)能夠靈活地根據(jù)不同煉鋼工藝需求切換上料方式，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性。