專利名稱：豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率軟測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動化測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及對豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率的軟測量方法，豎爐焙燒系統(tǒng)是磁鐵礦選礦廠豎爐焙燒工段中用于對原礦進(jìn)行還原性磁化焙燒的系統(tǒng)，而磁選管回收率是焙燒礦(即磁化焙燒的產(chǎn)品)的重要質(zhì)量指標(biāo)。
背景技術(shù)：
在磁鐵礦選礦廠中，豎爐是一種通過一系列物理、化學(xué)過程，把弱磁性鐵礦轉(zhuǎn)化為強(qiáng)磁性鐵礦的熱工設(shè)備，其工藝過程稱為“焙燒”。焙燒產(chǎn)品的質(zhì)量通過磁選管回收率(以下簡稱回收率)衡量。而磁選管回收率是在磁選管這一設(shè)備中對焙燒礦樣品進(jìn)行化驗(yàn)得出的結(jié)果。在焙燒過程中影響回收率的因素有很多，而在豎爐焙燒做業(yè)中期望高值的回收率，因此對磁選管回收率的測量就尤為重要。
常規(guī)的磁選管回收率測量方法是通過定期或不定期的人工取樣離線化驗(yàn)得到回收率數(shù)值。這種方法有許多不足1、人工操作時人為因素影響大，測量結(jié)果的客觀性差；2、焙燒過程的周期本身是一個較大的動態(tài)參數(shù)，很難確定測量結(jié)果所對應(yīng)的工況；3、測量的時間間隔長且具有隨機(jī)性，測量結(jié)果反饋的滯后時間也長，因此得到的信息對操作人員和系統(tǒng)整體控制缺乏指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有豎爐焙燒系統(tǒng)的回收率測量方法之不足，本發(fā)明提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合專家系統(tǒng)的回收率軟測量方法，該方法通過常規(guī)在線測量儀表提供的輔助變量的測量參數(shù)，給出當(dāng)前的磁選管回收率的預(yù)報(bào)值，為豎爐焙燒生產(chǎn)過程的優(yōu)化操作和優(yōu)化運(yùn)行提供關(guān)鍵指標(biāo)。
本發(fā)明回收率測量方法所應(yīng)用的硬件平臺核心包括豎爐及其附屬設(shè)備，附屬設(shè)備包括搬出機(jī)、排礦輥等，同時配備了測量儀表、信號采集系統(tǒng)以及進(jìn)行測量計(jì)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
其中，豎爐焙燒系統(tǒng)的測量儀表包括
安裝在加熱帶外層的燃燒室內(nèi)的熱電偶，用于在線測量燃燒室溫度TRS；安裝在還原煤氣進(jìn)氣管上的流量計(jì)，用于在線測量還原煤氣流量LHY；安裝在加熱煤氣管道上的壓力計(jì)，用于在線測量加熱煤氣壓力PIR；安裝在加熱煤氣總管上的熱值儀，用于在線測量煤氣熱值HRZ。
信號采集系統(tǒng)為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)，包括數(shù)據(jù)采集器和控制計(jì)算機(jī)，用以采集與傳輸測量儀表測得的信號。
本發(fā)明的軟測量方法既可以通過DCS的控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，也可以通過獨(dú)立的監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，該方法通過與上述信號采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊，獲得實(shí)時的過程數(shù)據(jù)，再通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并結(jié)合專家系統(tǒng)預(yù)測磁選管回收率的結(jié)果。
本發(fā)明方法包括以下步驟步驟一、選擇輔助變量；本發(fā)明選擇的輔助變量包括燃燒室溫度TRS，還原煤氣流量LHY，搬出時間tRC，以及時間變量T。
步驟二、建立知識庫，并向知識庫中提供初始知識；利用在豎爐焙燒作業(yè)中，常規(guī)離線化驗(yàn)測量磁選管回收率時，每隔一定時間間隔人工對旋流器溢流進(jìn)行采樣，采樣的目標(biāo)即上述輔助變量，然后化驗(yàn)獲得磁選管回收率。對應(yīng)每一次的采樣時間，輔助變量都有對應(yīng)的過程變量值，這樣的一組數(shù)據(jù)，再結(jié)合對應(yīng)的測量樣本的磁選管回收率化驗(yàn)值εHYi，收集m組數(shù)據(jù)后，可以得到如下的數(shù)據(jù)集合MV＝{[Ti，εHYi，TRSi，LHYi，tBCi]|i＝1，…，m}以上述數(shù)據(jù)集合按照下述規(guī)則構(gòu)成映射，建立知識庫，知識庫中的知識表示如下{[Ti，LRSi，LHYi，tBCi]|i＝1，…，m}→{εHyi|i＝1，…，m}通常，豎爐焙燒作業(yè)要分期處理多種礦石，在做處理時邊界條件是不同的，其中邊界條件包括每一種礦石的粒度、易燒程度以及焙燒時的爐況，針對上述不同的邊界條件本發(fā)明方法中分別建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。
步驟三、預(yù)報(bào)回收率；
(一)專家系統(tǒng)評判工況參數(shù)，確定邊界條件，選擇對應(yīng)的知識數(shù)據(jù)庫；讀取工況參數(shù)描述，其中工況參數(shù)為手動輸入工況參數(shù)，或在線實(shí)時自動讀取當(dāng)前工況參數(shù)。工況參數(shù)包括判斷輔助變量的取值范圍以及邊界條件選取情況，判斷工況參數(shù)是否超出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界。如果在邊界范圍內(nèi)，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)回收率；如果不在邊界范圍內(nèi)，則由專家系統(tǒng)給出回收率預(yù)報(bào)值。
(二)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；1)更新知識庫對訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識庫中的信息手動或自動進(jìn)行增補(bǔ)、更新和修改。
2)參數(shù)歸一化給當(dāng)前輔助變量進(jìn)行歸一化處理，使其數(shù)值處在0～1之間。
3)網(wǎng)絡(luò)初始化采用徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對磁選管回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)。首先按照均勻分配的方法給出權(quán)值的初始值，利用K-均值聚類法確定中心與函數(shù)寬度的初始值。
4)利用誤差平方法計(jì)算誤差函數(shù)E；E=12Σj=1Nej2]]>ej=dj-Σi=1mωjG(||xj-ti||ci)---(1)]]>其中，N為樣本數(shù)，j為樣本的序數(shù)，m為所選隱單元數(shù)，dj為磁選管回收率實(shí)際值，ω為權(quán)值，G為高斯函數(shù)，x為樣本，t為隱函數(shù)的中心，c為變換矩陣。
5)利用梯度下降法計(jì)算權(quán)值ω；∂E(n)∂ωi(n)=Σej(n)·G(||xj-ti(n)||ci)]]>ωi(n+1)=ωi(n)-η·∂E(n)∂ωi(n)---(2)]]>i＝1，2，…，m其中，n為迭代次數(shù)，η為訓(xùn)練步長。
6)判斷是否滿足精度要求；Es為軟測量精度合格標(biāo)準(zhǔn)，若誤差函數(shù)E＜＝Es，則說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)滿足預(yù)報(bào)精度要求，訓(xùn)練結(jié)束，保存神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以備回收率軟測量之用；若E＞Es，則說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)還沒有達(dá)到預(yù)報(bào)精度要求，因此需要對其繼續(xù)訓(xùn)練，重復(fù)步驟(4)～(6)，直至滿足預(yù)報(bào)精度要求。
(三)計(jì)算回收率預(yù)報(bào)結(jié)果；1)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給出磁選管回收率的預(yù)報(bào)值；如果工況參數(shù)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界范圍之內(nèi)，則對當(dāng)前的輔助變量歸一化處理。利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算回收率預(yù)報(bào)值。
2)由專家系統(tǒng)給出磁選管回收率的預(yù)報(bào)值；當(dāng)系統(tǒng)自動實(shí)時讀取的、或人為設(shè)定的任何一個工況參數(shù)的數(shù)值超出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界范圍時，由專家系統(tǒng)按照分段線性化方法計(jì)算該工況對應(yīng)的磁選管回收率。
3)顯示并保存軟測量結(jié)果把當(dāng)前工況參數(shù)情況下預(yù)報(bào)的磁選管回收率的軟測量值顯示在人機(jī)界面上，并把當(dāng)前工況參數(shù)、時間、軟測量值等數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。
為了充分發(fā)揮本發(fā)明的磁選管回收率軟測量方法的功能，軟測量程序能實(shí)時自動讀取當(dāng)前工況參數(shù)描述，具體時限長短可以根據(jù)生產(chǎn)管理部門的要求確定，然后按照上述方法自動對讀取的當(dāng)前工況描述進(jìn)行回收率軟測量，把軟測量結(jié)果顯示在操作者或者技術(shù)工人容易看到的畫面上，保存結(jié)果及其它數(shù)據(jù)。另外還可以對數(shù)據(jù)庫中一些時間久遠(yuǎn)、不適應(yīng)于目前工況的記錄進(jìn)行適當(dāng)刪減。
本發(fā)明方法還具有專家解釋功能，包括兩方面①咨詢理解。用戶可以自行提交一些假設(shè)工況，本方法則給出該工況下的磁選管回收率預(yù)報(bào)值。
②結(jié)論解釋。對推理過程以及預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行解釋，使用戶在一定程度上明確推理過程和依據(jù)，達(dá)到人機(jī)共識的效果。對推理過程的解釋，即向用戶說明預(yù)報(bào)值是由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還是由專家系統(tǒng)預(yù)報(bào)得出的；對預(yù)報(bào)結(jié)果的解釋，即對偏離正常值的結(jié)果分析偏離原因并告知用戶。
本發(fā)明豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率軟測量方法，其操作過程執(zhí)行步驟如下
(A)開始；(B)確定邊界條件，包括礦石粒度范圍、爐況等一些不可控的自然情況，對應(yīng)不同的礦石的邊界條件，建立了不同的數(shù)據(jù)庫，在這里確定了邊界條件，就是選擇其對應(yīng)的軟測量數(shù)據(jù)庫；(C)學(xué)習(xí)或預(yù)報(bào)？選擇“學(xué)習(xí)”時，執(zhí)行步驟(D)，開始對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；選擇“預(yù)報(bào)”時，執(zhí)行步驟(L)，進(jìn)行磁選管回收率預(yù)報(bào)；(D)修改知識庫；對訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識庫中的信息進(jìn)行增補(bǔ)、更新和修改；(E)參數(shù)歸一化給當(dāng)前輔助變量進(jìn)行歸一化處理，使其數(shù)值處在0～1之間；(F)網(wǎng)絡(luò)初始化采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對磁選管回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)，首先按照均勻分配的方法給出權(quán)值的初始值，利用K-均值聚類法確定中心與函數(shù)寬度的初始值；(G)計(jì)算誤差函數(shù)E；(H)計(jì)算權(quán)值ω；(I)是否滿足精度要求？若誤差函數(shù)E＜＝Es，Es為軟測量精度合格標(biāo)準(zhǔn)，則說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)滿足預(yù)報(bào)精度要求，訓(xùn)練結(jié)束，繼續(xù)(J)；若E＞Es，則說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)還沒有達(dá)到預(yù)報(bào)精度要求，還需對其繼續(xù)訓(xùn)練，即轉(zhuǎn)向H，重復(fù)(G)～(I)的操作；(J)保存網(wǎng)絡(luò)設(shè)置保存神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以備回收率軟測量之用；(K)是否進(jìn)行回收率預(yù)報(bào)？如果選擇“是”，則轉(zhuǎn)向(L)，進(jìn)行回收率預(yù)報(bào)流程；如果選擇“否”，則跳到(S)，結(jié)束程序；(L)讀取當(dāng)前工況描述也就是讀取需要進(jìn)行回收率軟測量的工況描述參數(shù)或者在線實(shí)時自動讀取當(dāng)前工況描述參數(shù)；(M)判斷工況參數(shù)是否超出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界？包括加熱帶溫度取值范圍、還原煤氣流量取值范圍、搬出時間取值范圍以及邊界條件選取情況，如果“是”，則轉(zhuǎn)向(Q)，由專家系統(tǒng)給出回收率預(yù)報(bào)值；如果“否”，則繼續(xù)(N)，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)回收率；(N)同步驟E；(O)讀取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)參數(shù)調(diào)用保存過的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部參數(shù)，以便利用其對回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)；如果不需要繼續(xù)測量，則轉(zhuǎn)至(P)；(P)計(jì)算回收率預(yù)報(bào)值利用以上準(zhǔn)備好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對當(dāng)前工況下的磁選管回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)；(Q)由專家系統(tǒng)給出磁選管回收率的預(yù)報(bào)值當(dāng)系統(tǒng)讀取的、或人為設(shè)定的任何一個工況參數(shù)的數(shù)值超出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界范圍，便不能夠使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)；這時，由專家系統(tǒng)按照分段線性化方法計(jì)算該工況對應(yīng)的磁選管回收率；(R)顯示并保存軟測量結(jié)果把當(dāng)前工況的解即磁選管回收率的軟測量值顯示在人機(jī)界面上，并把當(dāng)前工況描述、時間、軟測量值等數(shù)據(jù)保存到相關(guān)數(shù)據(jù)庫中，以供案專家評判、網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練及其它操作使用；(S)結(jié)束。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和常規(guī)的檢測儀表提供的在線過程數(shù)據(jù)結(jié)合人工采樣數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合專家系統(tǒng)的軟測量。與人工測量相比，減少了操作人員的工作量，降低了人為操作引入的測量的不確定性，提高了測量的時效性。由于知識庫不斷有代表最新工況的新知識加入，不適應(yīng)工況的舊知識又不斷被刪減替換，所以本發(fā)明中軟測量方法具有很強(qiáng)的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力。另外，由于本發(fā)明針對不同的礦石邊界條件的差異用不同的知識庫來進(jìn)行推理，所以適用面廣，軟測量也更精確。該方法有助于實(shí)現(xiàn)豎爐焙燒系統(tǒng)的優(yōu)化控制和優(yōu)化運(yùn)行。


圖1豎爐焙燒系統(tǒng)的測量儀表及計(jì)算機(jī)配置原理框圖；圖2本發(fā)明的軟測量方法的流程圖；其中，TRS燃燒室溫度，LHY還原煤氣流量，tBC搬出時間，HRZ煤氣熱值，PJR加熱煤氣壓力，HY磁選管回收率化驗(yàn)值，KT熱電偶，HT熱值儀，QT流量計(jì)，PT壓力計(jì)。
具體實(shí)施例方式
某大型鐵礦選礦廠的豎爐磁化焙燒工段，該選礦廠的主要鐵礦石為赤鐵礦、褐鐵礦，脈石以重晶石、石英、碧玉及鐵白云石為主，礦石實(shí)際含鐵品位33％，豎爐焙燒的目的是將弱磁性的赤鐵礦(Fe2O3)還原成強(qiáng)磁性的磁鐵礦(Fe3O4)，使它能在選別強(qiáng)磁性礦物的低磁場強(qiáng)度的磁選機(jī)上進(jìn)行選別，達(dá)到提高金屬回收率。
按照本發(fā)明方法的要求安裝如下的測量儀表，包括四個鎳鉻硅-鎳硅鎂熱電偶，用于在線測量燃燒室溫度TRS；一個威力巴流量計(jì)，用于在線測量還原煤氣流量LHY；一個1151壓力變送器，用于在線測量爐內(nèi)負(fù)壓PLN；一個3051差壓變送器，用于在線測量加熱煤氣壓力PJR；一個煤氣熱值分析儀，用于在線測量煤氣熱值HRZ。
以可編程控制器(PLC)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)控制回路和搬出時間tBC的自動控制，并讀取上述的過程數(shù)據(jù)。在監(jiān)控計(jì)算機(jī)中以RSView32軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控人機(jī)界面。該豎爐焙燒系統(tǒng)的正常工作范圍為
臺時處理量——22~27噸/(臺·小時)燃燒室溫度——1050~1200℃還原礦石溫度——550~600℃廢氣溫度——＜100℃煤氣熱值——4600~5000KJ/m3煤氣壓力——4800~5200Pa軟測量程序用RSView32提供的VBA應(yīng)用軟件編制。軟測量軟件在單獨(dú)的優(yōu)化計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，該計(jì)算機(jī)上裝有RSLinx通訊程序負(fù)責(zé)與PLC和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，RSLinx與軟測量程序之間通過DDE方式進(jìn)行雙向通訊。
本發(fā)明方法的具體實(shí)現(xiàn)過程如下步驟一、選擇輔助變量，包括燃燒室溫度TRS，還原煤氣流量LHY，搬出時間tBC，以及時間變量T。
步驟二、建立數(shù)據(jù)庫，用實(shí)驗(yàn)的方法建立數(shù)據(jù)庫的初始數(shù)據(jù)，并從知識庫中獲取初始知識。
步驟三、預(yù)報(bào)回收率。
(一)專家系統(tǒng)評判工況，確定邊界條件，選擇對應(yīng)的知識數(shù)據(jù)庫；判斷工況參數(shù)是否超出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界為燃燒室溫度(1000～1200)℃，還原煤氣流量(2000～2600)m3/h，搬出時間(2～4)分鐘。如果工況參數(shù)在邊界范圍內(nèi)，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)回收率；如果不在邊界范圍內(nèi)，則由專家系統(tǒng)給出回收率預(yù)報(bào)值。
(二)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中涉及到的初始值和訓(xùn)練步長根據(jù)具體工藝特征和經(jīng)驗(yàn)具體確定如下網(wǎng)絡(luò)初始值初始權(quán)值——ωi(0)＝0.33 i＝1，2，11
隱函數(shù)中心初始值——ti(0)＝
j＝1，2，3隱函數(shù)初始寬度——Σi-1=
]]>j＝1，2，3訓(xùn)練步長η＝0.6118神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程燃燒室溫度的樣本數(shù)據(jù)Temp＝[1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 10001000 1025 1025 1025 1025 1025 1025 1025 1025 1025 1025 1025 1025 1050 1050 1050 10501050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 11001100 1100 1lOO 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1200 12001200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200]；還原煤氣流量的樣本數(shù)據(jù)Flux＝[2000 2200 2400 2600 2900 3200 2000 2200 2400 2600 29003200 2000 2200 2400 2600 2900 3200 2000 2200 2400 2600 2900 3200 2000 2200 2400 26002900 3200 2000 2200 2400 2600 2900 3200 2000 2200 2400 2600 2900 3200 2000 2200 24002600 2900 3200 2000 2200 2400 2600 2900 3200 2000 2200 2400 2600 2900 3200 2000 22002400 2600 2900 3200 2000 2200 2400 2600 2900 3200]；搬出時間的樣本數(shù)據(jù)Carry＝[9876544 56789987654456789987654456789987654456789987654456789987654456789]；將樣本數(shù)據(jù)歸一化燃燒室溫度的歸一化計(jì)算方法為X1＝(Temp-1000)/200；還原煤氣流量的歸一化計(jì)算方法為X2＝(Flux-2000)/1200搬出時間的歸一化計(jì)算方法為X3＝(Carry*60-120)/300利用誤差平方法計(jì)算誤差函數(shù)E
E=12Σj=1Nej2]]>ej=dj-Σi=1mωjG(||xj-ti||ci)---(1)]]>其中，N為樣本數(shù)，j為樣本的序數(shù)，m為所選隱單元數(shù)，dj為磁選管回收率實(shí)際值，ω為權(quán)值，G為高斯函數(shù)，x為樣本，t為隱函數(shù)的中心，c為變換矩陣。
利用梯度下降法計(jì)算權(quán)值ω；∂E(n)∂ωi(n)=Σej(n)·G(||xj-ti(n)||ci)]]>ωi(n+1)=ωi(n)-η·∂E(n)∂ωi(n)---(2)]]>i＝1，2，…，m其中，n為迭代次數(shù)，η為訓(xùn)練步長。
判斷訓(xùn)練結(jié)果是否滿足精度要求時所需的精度閾值Es規(guī)定為10-4，通過公式(1)和(2)計(jì)算得出的E，當(dāng)E＜Es時，ωi(34)＝0.79(i＝1)，ωi(34)＝0.054(i≠1)，訓(xùn)練結(jié)束。
(三)計(jì)算回收率預(yù)報(bào)結(jié)果；1)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給出磁選管回收率的預(yù)報(bào)值；利用前述訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最終算得磁選管回收率為0.7931。
2)由專家系統(tǒng)給出磁選管回收率的預(yù)報(bào)值；當(dāng)系統(tǒng)讀取的、或人為設(shè)定的任何一個工況參數(shù)的數(shù)值超出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界范圍時，由專家系統(tǒng)按照分段線性化方法計(jì)算該工況對應(yīng)的磁選管回收率。
3)顯示并保存軟測量結(jié)果每隔1小時調(diào)用一次磁選管回收率軟測量程序，進(jìn)行一次該時間工況下的回收率軟測量，并及時把軟測量結(jié)果輸出到計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)管理畫面，同時把軟測量結(jié)果保存到磁選管回收率軟測量實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，為操作者或相關(guān)技術(shù)工人進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和監(jiān)督操作提供參考指導(dǎo)作用。
本發(fā)明即基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合專家系統(tǒng)的豎爐焙燒磁選管回收率軟測量模型在豎爐焙燒系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，能夠根據(jù)過程的實(shí)時數(shù)據(jù)估計(jì)出磁選管回收率，相對誤差不超過2％，成為一個具有很高實(shí)用價值的、低成本的回收率測量手段。
權(quán)利要求
1.一種豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率軟測量方法，該方法所應(yīng)用的硬件平臺包括測量儀表、信號采集系統(tǒng)以及進(jìn)行測量計(jì)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于該軟測量方法包括以下步驟步驟一、選擇輔助變量；包括燃燒室溫度TRS，還原煤氣流量LHY，搬出時間tBC，以及時間變量T；步驟二、建立由采樣時間、輔助變量對應(yīng)的過程變量值和磁選管回收率化驗(yàn)值構(gòu)成的知識庫，并向知識庫中提供初始知識；步驟三、預(yù)報(bào)回收率；(一)專家系統(tǒng)評判工況參數(shù)，確定邊界條件，選擇對應(yīng)的知識數(shù)據(jù)庫；(二)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；(三)計(jì)算回收率，預(yù)報(bào)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的一種豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率軟測量方法，其特征在于所述步驟三(一)中，工況參數(shù)包括判斷輔助變量的取值范圍以及邊界條件選取情況，通過手動輸入，或在線實(shí)時自動讀??；判斷工況參數(shù)是否超出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界，如果沒有超出邊界范圍，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)回收率；如果超出邊界范圍，則由專家系統(tǒng)給出回收率預(yù)報(bào)值。
3.如權(quán)利要求1所述的一種豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率軟測量方法，其特征在于所述步驟三(二)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程如下1)更新知識庫對訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識庫中的信息手動或自動進(jìn)行增補(bǔ)、更新和修改；2)參數(shù)歸一化給當(dāng)前輔助變量進(jìn)行歸一化處理，使其數(shù)值處在0～1之間；3)網(wǎng)絡(luò)初始化采用徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對磁選管回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)；首先按照均勻分配的方法給出權(quán)值的初始值，利用K-均值聚類法確定中心與函數(shù)寬度的初始值；4)利用誤差平方法計(jì)算誤差函數(shù)E；5)利用梯度下降法計(jì)算權(quán)值ω；6)判斷是否滿足精度要求Es為軟測量精度合格標(biāo)準(zhǔn)，若誤差函數(shù)E＜＝Es，則說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)滿足預(yù)報(bào)精度要求，訓(xùn)練結(jié)束，保存神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以備回收率軟測量之用；若E＞Es，則說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)還沒有達(dá)到預(yù)報(bào)精度要求，因此需要對其繼續(xù)訓(xùn)練，重復(fù)步驟(4)～(6)，直至滿足預(yù)報(bào)精度要求。
4.如權(quán)利要求1所述的一種豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率軟測量方法，其特征在于所述步驟三(三)中，計(jì)算及預(yù)報(bào)的實(shí)現(xiàn)過程如下1)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給出磁選管回收率的預(yù)報(bào)值如果工況參數(shù)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界范圍之內(nèi)，則對當(dāng)前的輔助變量歸一化處理，利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算回收率預(yù)報(bào)值；2)由專家系統(tǒng)給出磁選管回收率的預(yù)報(bào)值當(dāng)系統(tǒng)自動實(shí)時讀取的、或人為設(shè)定的任何一個工況參數(shù)的數(shù)值超出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界范圍時，由專家系統(tǒng)按照分段線性化方法計(jì)算該工況對應(yīng)的磁選管回收率；3)顯示并保存軟測量結(jié)果把當(dāng)前工況參數(shù)情況下預(yù)報(bào)的磁選管回收率的軟測量值顯示在人機(jī)界面上，并把當(dāng)前工況參數(shù)、時間、軟測量值等數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。
5.如權(quán)利要求1所述的一種豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率軟測量方法，其特征在于該方法的軟件執(zhí)行步驟如下(A)開始；(B)確定邊界條件，包括礦石粒度范圍、爐況等一些不可控的自然情況，對應(yīng)不同的礦石的邊界條件，建立了不同的數(shù)據(jù)庫，在這里確定了邊界條件，就是選擇其對應(yīng)的軟測量數(shù)據(jù)庫；(C)學(xué)習(xí)或預(yù)報(bào)？選擇“學(xué)習(xí)”時，執(zhí)行步驟(D)，開始對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；選擇“預(yù)報(bào)”時，執(zhí)行步驟(L)，進(jìn)行磁選管回收率預(yù)報(bào)；(D)修改知識庫；對訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識庫中的信息進(jìn)行增補(bǔ)、更新和修改；(E)參數(shù)歸一化給當(dāng)前輔助變量進(jìn)行歸一化處理，使其數(shù)值處在0～1之間；(F)網(wǎng)絡(luò)初始化采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對磁選管回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)，首先按照均勻分配的方法給出權(quán)值的初始值，利用K-均值聚類法確定中心與函數(shù)寬度的初始值；(G)計(jì)算誤差函數(shù)E；(H)計(jì)算權(quán)值ω；(I)是否滿足精度要求？若誤差函數(shù)E＜＝Es，Es為軟測量精度合格標(biāo)準(zhǔn)，則說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)滿足預(yù)報(bào)精度要求，訓(xùn)練結(jié)束，繼續(xù)(J)；若E＞Es，則說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)還沒有達(dá)到預(yù)報(bào)精度要求，還需對其繼續(xù)訓(xùn)練，即轉(zhuǎn)向H，重復(fù)(G)～(I)的操作；(J)保存網(wǎng)絡(luò)設(shè)置保存神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以備回收率軟測量之用；(K)是否進(jìn)行回收率預(yù)報(bào)？如果選擇“是”，則轉(zhuǎn)向(L)，進(jìn)行回收率預(yù)報(bào)流程；如果選擇“否”，則跳到(S)，結(jié)束程序；(L)讀取當(dāng)前工況描述也就是讀取需要進(jìn)行回收率軟測量的工況描述參數(shù)或者在線實(shí)時自動讀取當(dāng)前工況描述參數(shù)；(M)判斷工況參數(shù)是否超出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界？包括加熱帶溫度取值范圍、還原煤氣流量取值范圍、搬出時間取值范圍以及邊界條件選取情況，如果“是”，則轉(zhuǎn)向(Q)，由專家系統(tǒng)給出回收率預(yù)報(bào)值；如果“否”，則繼續(xù)(N)，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)回收率；(N)同步驟E；(O)讀取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)參數(shù)調(diào)用保存過的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部參數(shù)，以便利用其對回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)；如果不需要繼續(xù)測量，則轉(zhuǎn)至(P)；(P)計(jì)算回收率預(yù)報(bào)值利用以上準(zhǔn)備好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對當(dāng)前工況下的磁選管回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)；(Q)由專家系統(tǒng)給出磁選管回收率的預(yù)報(bào)值當(dāng)系統(tǒng)讀取的、或人為設(shè)定的任何一個工況參數(shù)的數(shù)值超出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量的邊界范圍，便不能夠使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對回收率進(jìn)行預(yù)報(bào)；這時，由專家系統(tǒng)按照分段線性化方法計(jì)算該工況對應(yīng)的磁選管回收率；(R)顯示并保存軟測量結(jié)果把當(dāng)前工況的解即磁選管回收率的軟測量值顯示在人機(jī)界面上，并把當(dāng)前工況描述、時間、軟測量值等數(shù)據(jù)保存到相關(guān)數(shù)據(jù)庫中，以供案專家評判、網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練及其它操作使用；(S)結(jié)束。
全文摘要
一種豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率軟測量方法，包括選擇輔助變量，建立知識庫并向知識庫提供初始知識，預(yù)報(bào)回收率；其中預(yù)報(bào)回收率時，判斷工況參數(shù)是否在邊界范圍內(nèi)，來選擇由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還是專家系統(tǒng)預(yù)報(bào)；預(yù)報(bào)結(jié)果及對應(yīng)的工況參數(shù)將保存到數(shù)據(jù)庫，同時顯示給用戶。該方法還提供對推理過程和預(yù)報(bào)結(jié)果的解釋。該方法利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和常規(guī)的檢測儀表提供的在線過程數(shù)據(jù)結(jié)合人工采樣數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了豎爐焙燒系統(tǒng)磁選管回收率的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合專家系統(tǒng)的軟測量。與人工測量相比，減少了操作人員的工作量，降低了人為操作引入的測量的不確定性，提高了測量的時效性。該方法具有很強(qiáng)的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力。該方法適用面廣，測量精確，有助于系統(tǒng)的優(yōu)化。
文檔編號G06F19/00GK1763523SQ20051004729
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者吳峰華, 嚴(yán)愛軍, 岳恒, 柴天佑 申請人:東北大學(xué)