專利名稱：一種對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)中的高爐液面分析，更具體地，是一種對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。在鋼鐵生產(chǎn)中，長期穩(wěn)定運(yùn)行的爐況是高爐高產(chǎn)低耗延長使用壽命的必要條件。高爐煉鐵是在一個(gè)密閉的容器內(nèi)進(jìn)行的，爐內(nèi)發(fā)生物理、化學(xué)過程極其復(fù)雜，爐內(nèi)現(xiàn)象和爐況狀態(tài)無法直接觀察。另一方面，高爐爐況與爐內(nèi)料面分布形狀有著十分緊密的關(guān)系。料位高低、爐料偏析情況、下料速度快慢、是否崩料懸料，對及時(shí)準(zhǔn)確地判斷和預(yù)報(bào)高爐爐況有著十分重要的作用。因此，對高爐爐內(nèi)料面分布情況的檢測及根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行預(yù)警處理，是該行業(yè)長期以來致力于解決的一個(gè)技術(shù)問題。授權(quán)公告號(hào)為CN1233149C的中國發(fā)明專利公開了一種對插入式爐窯攝象儀的圖象進(jìn)行圖象處理方法。其特點(diǎn)是在高爐生產(chǎn)時(shí)爐內(nèi)無可見光的條件下，接收爐料發(fā)出的紅外光線，轉(zhuǎn)化為爐內(nèi)料面及設(shè)備的紅外圖象，再用計(jì)算機(jī)對該圖象進(jìn)行圖象處理，得到料面氣流分布和溫度分布數(shù)據(jù)。該方法僅對料面的分布情況進(jìn)行判斷，不能獲得料面形狀，難以判斷料面是哪種異常狀態(tài)。授權(quán)公告號(hào)為CN101492750B的中國發(fā)明專利公開了一種基于工業(yè)相控陣?yán)走_(dá)的高爐料面測量與控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)是準(zhǔn)確描述出固體料面各點(diǎn)的高度信息，并通過與PLC或DCS系統(tǒng)的連鎖，獲得不同時(shí)刻加料的種類與加料的時(shí)間，從而獲得多個(gè)料面層的形狀，進(jìn)而獲得固體料面的3D成像。但是，該方法沒有對料面的異常狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步分析、對料面進(jìn)行預(yù)測以及報(bào)警。因此，需要一種新的高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)對高爐的料面準(zhǔn)確的檢測、分析、預(yù)測及報(bào)警等功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于解決現(xiàn)有技術(shù)中不能對高爐料面進(jìn)行準(zhǔn)確分析、預(yù)測及進(jìn)行異常情況報(bào)警的缺陷，從而提供了一種對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的對高爐料面進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及監(jiān)測模塊，其中所述數(shù)據(jù)采集模塊包括多個(gè)雷達(dá)，所述多個(gè)雷達(dá)用于對所述料面上的多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行料位測量，并獲取該多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)，所述料位物理信號(hào)為料位高度信號(hào);所述數(shù)據(jù)傳輸模塊與所述數(shù)據(jù)采集模塊相連接，用于將所述多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)形式的料位數(shù)據(jù)，并傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模塊內(nèi)；所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模塊與所述數(shù)據(jù)傳輸模塊以及所述數(shù)據(jù)分析模塊相連接，用于接、收并存儲(chǔ)各個(gè)階段由所述數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)，以及存儲(chǔ)多個(gè)布料參數(shù)；所述數(shù)據(jù)分析模塊用于對本階段料面的料位進(jìn)行預(yù)測并計(jì)算得出預(yù)測料位數(shù)據(jù)，并將該預(yù)測料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷本階段料面料位是否異常，所述數(shù)據(jù)分析模塊包括料面類型訓(xùn)練單元，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫模塊內(nèi)存儲(chǔ)的多個(gè)階段的料位數(shù)據(jù)，對料面類型進(jìn)行分類，并通過數(shù)學(xué)算法訓(xùn)練得出各階段料位數(shù)據(jù)與其下一階段料面形狀之間的回歸模型；料面預(yù)測單元，用于利用所述回歸模型，對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測；以及異常狀態(tài)判斷單元，用于根據(jù)設(shè)定的料線閾值，以及將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，判斷本階段的料面料位是否異常；所述監(jiān)測模塊包括顯示終端以及報(bào)警單元，所述顯示終端用于顯示本階段的三維料面形狀，并當(dāng)料面料位異常時(shí)利用所述報(bào)警單元進(jìn)行報(bào)警。優(yōu)選地，所述多個(gè)雷達(dá)角度可調(diào)節(jié)地設(shè)置在位于高爐上部的安裝孔上。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括與所述多個(gè)雷達(dá)相連接的端子板；與所述端子板相連接的數(shù)據(jù)采集卡；以及與所述數(shù)據(jù)采集卡相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊還包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對所述數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，該數(shù)據(jù)預(yù)處理單元包括濾波子單元，用于對所述料位數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；以及壞點(diǎn)去除子單元，用于對經(jīng)濾波后的料位數(shù)據(jù)去除壞點(diǎn)。優(yōu)選地，所述多個(gè)布料參數(shù)包括批重、布料模式、下料閥開度、以及經(jīng)驗(yàn)料面形狀。優(yōu)選地，所述數(shù)學(xué)算法為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法或遺傳算法。優(yōu)選地，所述異常狀態(tài)判斷單元包括低料線報(bào)警子單元，用于根據(jù)設(shè)定的所屬料線閾值對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警；以及料線懸料報(bào)警子單元，用于將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，對料線下降速度進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)分析模塊還包括正常狀態(tài)分類單元，用于對經(jīng)異常狀態(tài)判斷單元判斷為正常的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行料面類型分類。本發(fā)明的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的方法包括數(shù)據(jù)采集步驟、數(shù)據(jù)傳輸步驟、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)步驟、數(shù)據(jù)分析步驟以及監(jiān)測步驟，其中所述數(shù)據(jù)采集步驟利用多個(gè)雷達(dá)，對所述料面上的多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行料位測量，并獲取該多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)，所述料位物理信號(hào)為料位高度信號(hào)；所述數(shù)據(jù)傳輸步驟將所述多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)形式的料位數(shù)據(jù)，并傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)；、
所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)步驟利用所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，接收并存儲(chǔ)各個(gè)階段由所述數(shù)據(jù)傳輸步驟傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)，所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫還存儲(chǔ)有多個(gè)布料參數(shù)；
所述數(shù)據(jù)分析步驟用于對本階段料面的料位進(jìn)行預(yù)測并計(jì)算得出預(yù)測料位數(shù)據(jù)，并將該預(yù)測料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷本階段料面料位是否異常，所述數(shù)據(jù)分析步驟進(jìn)一步包括以下步驟根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲(chǔ)的多個(gè)階段的料位數(shù)據(jù)，對料面類型進(jìn)行分類，并通過數(shù)學(xué)算法訓(xùn)練得出各階段料位數(shù)據(jù)與其下一階段料面形狀之間的回歸模型；利用所述回歸模型，對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測；以及對本階段的料面料位進(jìn)行異常狀態(tài)判斷，包括根據(jù)設(shè)定的料線閾值，以及將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，判斷本階段的料面料位是否異常；所述監(jiān)測步驟包括顯示本階段的三維料面形狀，以及當(dāng)料面料位異常時(shí)進(jìn)行報(bào) m
目O優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)分析步驟還包括數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟，用于對所述數(shù)據(jù)傳輸步驟傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，該數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟包括對所述料位數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；以及對經(jīng)濾波后的料位數(shù)據(jù)去除壞點(diǎn)。優(yōu)選地，所述多個(gè)布料參數(shù)包括批重、布料模式、下料閥開度、以及經(jīng)驗(yàn)料面形狀。優(yōu)選地，所述數(shù)學(xué)算法為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法或遺傳算法。優(yōu)選地，所述對本階段的料面料位進(jìn)行異常狀態(tài)判斷的步驟包括低料線報(bào)警步驟，包括根據(jù)設(shè)定的所屬料線閾值對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警；以及料線懸料報(bào)警步驟，包括將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，對料線下降速度進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)分析步驟還包括對經(jīng)異常狀態(tài)判斷單元判斷為正常的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行料面類型分類。利用本發(fā)明的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)及方法，可對高爐料面的形狀進(jìn)行分析、預(yù)測，以及給出不同的料面異常類型，并對異常類型進(jìn)行報(bào)警。


圖I是本發(fā)明的對高爐料面進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明的對高爐料面進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)中數(shù)據(jù)分析模塊的框圖；圖3是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集模塊的雷達(dá)測量區(qū)域分布示意圖；圖4是多個(gè)經(jīng)驗(yàn)面料形狀類型的平面示意圖；圖5是經(jīng)驗(yàn)料面形狀的三維示意圖；圖6是另一種經(jīng)驗(yàn)料面形狀的三維示意圖；圖7是出現(xiàn)崩料時(shí)的料面形狀的三維示意圖；圖8是本發(fā)明的對高爐料面進(jìn)行報(bào)警的方法的流程圖；圖9是本發(fā)明的對高爐料面進(jìn)行報(bào)警的方法中數(shù)據(jù)分析步驟的更詳細(xì)的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明的對高爐料面進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)及方法進(jìn)行更詳細(xì)說明。如圖I所示，是本發(fā)明的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊100、數(shù)據(jù)傳輸模塊200、數(shù)據(jù)庫模塊300、數(shù)據(jù)分析模塊400以及監(jiān)測模塊500。以下對各模塊的組成和工作原理進(jìn)行更詳細(xì)說明。具體地，數(shù)據(jù)采集模塊100包括多個(gè)雷達(dá)，該雷達(dá)用于對高爐料面上的多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行料位測量，并獲取該多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)，料位物理信號(hào)為料位高度信號(hào)。進(jìn)一步地，該雷達(dá)可以是普通多點(diǎn)雷達(dá)，也可以是相控陣?yán)走_(dá)或機(jī)械掃描雷達(dá)等類型。雷達(dá)安裝在高爐上方的多個(gè)安裝孔上，且雷達(dá)的角度可以調(diào)節(jié)，根據(jù)單個(gè)雷達(dá)覆蓋高爐內(nèi)料面的有效面積，以及雷達(dá)的角度，可確定料面上雷達(dá)測量點(diǎn)地分布。一般可選擇料面靠近爐心位置和爐墻位置的拐點(diǎn)作為雷達(dá)重點(diǎn)檢測的區(qū)域。結(jié)合圖3所示，是一個(gè)實(shí)施方式中設(shè)置16個(gè)雷達(dá)時(shí)，雷達(dá)測量區(qū)域的分布示意圖，此時(shí)多個(gè)雷達(dá)測量區(qū)域Z按4環(huán)分布，在實(shí)際料位物理信號(hào)采集時(shí)，可對于每個(gè)雷達(dá)的測量區(qū)域內(nèi)的一個(gè)測量點(diǎn)或多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行料位物理信號(hào)采集。容易理解，在設(shè)置雷達(dá)時(shí)，對于環(huán)的選取，可以大于4環(huán)或者小于4環(huán)，可以是等距離間隔的，或者非等間距的?？紤]到圖3測量料面的代表性，環(huán)上雷達(dá)測量區(qū)域選擇了等距分布，環(huán)間雷達(dá)測量區(qū)域呈漸開線分布，這可以使在后續(xù)的計(jì)算中，生成的料面剖面曲線分辨率提高，接近料面真實(shí)情況。理論上講，測量點(diǎn)分布越廣泛、數(shù)量越多，則所測量出的數(shù)據(jù)反映的料面形狀越真實(shí)。另外考慮到布料控制過程中對料面堆尖，或者其他布料關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)的精確性要求，布置雷達(dá)時(shí)可以適當(dāng)調(diào)整環(huán)間距。另外，安裝多臺(tái)雷達(dá)時(shí)，需要兼顧現(xiàn)場實(shí)際情況，可避開點(diǎn)火孔和十字測溫等裝置。對于利用工業(yè)相控雷達(dá)進(jìn)行高爐多點(diǎn)料面測量的更具體結(jié)構(gòu)和方法，可參照授權(quán)公告號(hào)為CN101492750B、發(fā)明名稱為“基于工業(yè)相控陣?yán)走_(dá)的高爐料面測量與控制系統(tǒng)”的中國發(fā)明專利。數(shù)據(jù)傳輸模塊200與數(shù)據(jù)采集模塊100相連接，用于將上述多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)形式的料位數(shù)據(jù)，并傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模塊300內(nèi)。具體地，數(shù)據(jù)傳輸模塊200包括與數(shù)據(jù)采集模塊100內(nèi)多個(gè)雷達(dá)相連接的端子板、與端子板相連接的數(shù)據(jù)采集卡、以及與數(shù)據(jù)采集卡相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)采集模塊100的多個(gè)雷達(dá)向高爐料面發(fā)出雷達(dá)波、并采集到多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)后，通過數(shù)據(jù)傳輸模塊200中的端子板，將為電流信號(hào)的料位物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集卡可以識(shí)別的電壓信號(hào)，同時(shí)對信號(hào)進(jìn)行初步的穩(wěn)定處理，對數(shù)據(jù)采集卡采集速率沒有很高的要求，十幾K的速度就可以達(dá)到系統(tǒng)要求。數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入通道依據(jù)需要采集的測量點(diǎn)數(shù)量而定。數(shù)據(jù)采集卡采集到數(shù)據(jù)后，將所采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)形式的料位數(shù)據(jù)，并將該多個(gè)測量點(diǎn)的料位數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫300內(nèi)。優(yōu)選地，在數(shù)據(jù)傳輸模塊200中，還可包括一個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對所述數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模塊中，該數(shù)據(jù)預(yù)處理單元包括濾波模塊和濾波模塊。濾波模塊用于對經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的所述料位數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，因?yàn)樵诶走_(dá)數(shù)據(jù)在信號(hào)采集或傳輸過程中，往往會(huì)引入不同程度的噪聲，這就為后面的基于數(shù)據(jù) 的訓(xùn)練和料面形狀分析帶來很大的難度，可采用小波濾波算法或其他公知的方法，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。壞點(diǎn)去除模塊，用于對經(jīng)濾波后的料位數(shù)據(jù)去除壞點(diǎn)，由于微波雷達(dá)損壞、數(shù)據(jù)采集、傳輸過程中受到干擾等原因，采集到的數(shù)據(jù)有可能存在壞點(diǎn)，根據(jù)以往料面形狀經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定閾值，去除各個(gè)傳感器分別得到的超出閾值的壞點(diǎn)。當(dāng)然，容易理解，該預(yù)處理單元可作為數(shù)據(jù)傳輸模塊的一個(gè)子模塊，也可以作為一個(gè)單獨(dú)的模塊，設(shè)置于數(shù)據(jù)傳輸模塊和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模塊之間。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫300與數(shù)據(jù)傳輸模塊200以及數(shù)據(jù)分析模塊400相連接，用于接收并存儲(chǔ)各個(gè)階段由數(shù)據(jù)傳輸模塊200傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)，以及存儲(chǔ)各個(gè)階段的多個(gè)布料參數(shù)。具體地，所述多個(gè)布料參數(shù)包括各階段布料時(shí)的批重(即布料一次的礦石重量)、布料模式(即礦石或焦炭裝入爐內(nèi)時(shí)，對應(yīng)的布料角度與布料圖數(shù)的組合關(guān)系)、下料閥開度、以及經(jīng)驗(yàn)料面形狀等。在經(jīng)驗(yàn)面料類型上，可采用國內(nèi)常用的四種料面類型，如圖4中a-d所示。這些參數(shù)用于在料面數(shù)據(jù)訓(xùn)練模塊中作為輸入量，并結(jié)合作為輸出量的料位數(shù)據(jù)，訓(xùn)練計(jì)算出用于進(jìn)行料面預(yù)測的回歸模型，這將在以下說明中進(jìn)行更詳細(xì)描述。數(shù)據(jù)分析模塊400用于對本階段料面的料位進(jìn)行預(yù)測并計(jì)算得出預(yù)測料位數(shù)據(jù)，并將該預(yù)測料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷本階段料面料位是否異常，結(jié)合圖2，所述數(shù)據(jù)分析模塊400包括料面類型訓(xùn)練單元410，料面預(yù)測單元420以及異常狀態(tài)判斷單元430。料面類型訓(xùn)練單元410用于根據(jù)數(shù)據(jù)庫模塊300內(nèi)存儲(chǔ)的多個(gè)階段的料位數(shù)據(jù)，對料面類型進(jìn)行分類，并通過數(shù)學(xué)算法訓(xùn)練得出各階段料位數(shù)據(jù)與其下一階段料面形狀之間的回歸模型。針對不同的料面類型，可訓(xùn)練得出對應(yīng)的回歸模型，訓(xùn)練所用的數(shù)學(xué)算法可以是具有曲線逼近能力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法或其他公知算法。例如，當(dāng)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法時(shí)，可利用不同階段多個(gè)布料參數(shù)，即批重、布料模式、下料閥開度數(shù)據(jù)作為輸入量，并利用下一階段數(shù)據(jù)采集模塊100所測得的料位數(shù)據(jù)作為輸出量，進(jìn)行曲線回歸，構(gòu)造出回歸模型。訓(xùn)練構(gòu)造回歸模型過程中，模型結(jié)構(gòu)可包括輸入層、隱含層、輸出層，各層之間由權(quán)值連接。首先，對模型進(jìn)行訓(xùn)練，如上所述，將各階段布料參數(shù)分別作為輸入量，而輸出為下一階段雷達(dá)測得的料位數(shù)據(jù)值(即料面的高度值)，通過不斷對權(quán)值進(jìn)行修改，直至權(quán)值修正至誤差允許范圍內(nèi)，從而得到能夠在誤差范圍內(nèi)通過本階段的輸入?yún)?shù)預(yù)測出下階段輸出的回歸模型。對于利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基于多組輸入量以及輸出量構(gòu)建回歸模型的方法，可更具體參見以下文獻(xiàn)1、“一種新型自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)算法”，計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2000年第6期，654-659頁；以及2、“應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測鎳基合金薄壁筒脹形回彈率”，熱加工工藝，2010年第23期，24-27頁。對于作為輸入量的布料參數(shù)而言，并不僅限于上文中所述的批重、布料模式、下料閥開度數(shù)據(jù)，為增加回歸模型的準(zhǔn)確度，布料參數(shù)還可包括各階段的溫度數(shù)據(jù)等。料面預(yù)測單元420用于利用所述回歸模型，對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。當(dāng)回歸模型確定后，可根據(jù)上階段的布料參數(shù)，利用回歸模型，對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。異常狀態(tài)判斷單元430用于根據(jù)設(shè)定的料線閾值，以及將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，判斷本階段的料面料位是否異常。具體地，異常狀態(tài)判斷單元430還包括低料線報(bào)警子單元以及料線懸料報(bào)警子單元。低料線報(bào)警子單元用于根據(jù)設(shè)定的所屬料線閾值對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警。根據(jù)工藝要求，對料面的料線(即溜槽處于垂直位置時(shí)，其末端到料面間的距離為料線深度)進(jìn)行域值設(shè)定，當(dāng)本階段測得的料位中的最低點(diǎn)對應(yīng)的料線值與設(shè)定的料線閾值相比過低時(shí)(例如，低于域值約2m)，即發(fā)出報(bào)警，并將該報(bào)警信號(hào)輸入后續(xù)的監(jiān)測模塊500，同時(shí)監(jiān)測模塊500顯示出此時(shí)的料面形狀。料面形狀可利用本階段所測得的料位數(shù)據(jù)可視地顯示在監(jiān)視模塊500的顯示器上。、
料線懸料報(bào)警子單元，用于將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，對料線下降速度進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警。在該料線懸料報(bào)警子單元中，根據(jù)本階段雷達(dá)所測料位數(shù)據(jù)所反映的料面形狀，以及根據(jù)回歸模型所預(yù)測到的本階段料位數(shù)據(jù)所反映的料面形狀，可判斷實(shí)際測得的料線下降速度是否符合要求，當(dāng)與預(yù)測結(jié)果相比，料線下降(或料位下降)在程度劇烈、也即下降速度超過設(shè)定值時(shí)，可判斷料面出現(xiàn)異常，然后，進(jìn)一步對為崩料或?yàn)閼伊线M(jìn)行判斷。具體地，取距離爐心距離相同的雷達(dá)測量點(diǎn)為一環(huán)，對環(huán)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)每環(huán)上高度誤差在一定范圍之內(nèi)時(shí)，則為懸料情況；當(dāng)某一或幾環(huán)上高度誤差較大時(shí)，則為局部崩料。最后，利用監(jiān)測單元500，對懸料、崩料進(jìn)行報(bào)警，并3D顯示崩料、懸料料面形狀，圖像突出局部異常點(diǎn)。如圖7所示，是高爐料面出現(xiàn)崩料(如圖中區(qū)域Zb所示)時(shí)的料面形狀的三維示意圖。對應(yīng)地，當(dāng)與預(yù)測結(jié)果相比，料線下降速度未超出設(shè)定值時(shí)，則說明料面為正常狀態(tài)。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)分析模塊400還包括可正常狀態(tài)分類單元440，用于對經(jīng)異常狀態(tài)判斷單元判斷為正常的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行料面類型分類。例如，當(dāng)高爐上雷達(dá)的測量區(qū)域分布為圖5所示的情況時(shí)，結(jié)合圖6，計(jì)算高爐上安裝的雷達(dá)在每個(gè)環(huán)位上監(jiān)測到的料位數(shù)據(jù)的平均值，對應(yīng)的環(huán)位從內(nèi)向外為I至4環(huán)，若I環(huán)高度最高，則對應(yīng)為圖6中a類型；若2環(huán)高度最聞，則對應(yīng)為b類型；若3環(huán)聞度最聞，則對應(yīng)為c類型；若4環(huán)聞度最聞，則對應(yīng)為d類型。正常料面的形狀，可通過監(jiān)測模塊500進(jìn)行顯示。如圖5、6所示，分別是正常情況下類型b和類型c的料面形狀的三維示意圖。監(jiān)測模塊500可包括慣常使用的的顯示終端(例如液晶顯示器等)以及報(bào)警單元，顯示終端用于顯示本階段的三維料面形狀，并當(dāng)料面料位異常時(shí)利用所述報(bào)警單元進(jìn) 行報(bào)警。利用料位數(shù)據(jù)進(jìn)行三維成像，可利用C++加上OpenGL的形式，使用OpenGL圖形應(yīng)用編程接口來增強(qiáng)圖形繪制能力，控制3D動(dòng)態(tài)顯示，以適應(yīng)程序高強(qiáng)度的圖形顯示需求，最終在顯示終端上顯現(xiàn)直觀的三維料面形狀。例如，在利用測量點(diǎn)的料位數(shù)據(jù)生成三維料面形狀時(shí)，第一，選取雷達(dá)測量面所在環(huán)數(shù)點(diǎn)為曲線擬合位置；第二，應(yīng)用最小二乘法或者B樣條插值對每個(gè)環(huán)上雷達(dá)測試面進(jìn)行曲線擬合；第三，應(yīng)用最小二乘法或者B樣條插值對環(huán)間雷達(dá)測試面進(jìn)行曲線擬合，第四，最終利用C++加上OpenGL軟件實(shí)現(xiàn)最終料面。根據(jù)異常、正常狀態(tài)分析部分分析的結(jié)果，和各自雷達(dá)傾斜的角度和高爐的參數(shù)，推算出高爐的料位、形狀和類型，經(jīng)一系列軟件處理算法，在顯示終端上實(shí)時(shí)在線3D顯示產(chǎn)生料面形狀。需報(bào)警時(shí)顯示報(bào)警并發(fā)出警告。料面顯示三維圖像在經(jīng)過對數(shù)據(jù)的多次采樣，即形成連續(xù)的料面下降效果，結(jié)合下料時(shí)間，停料時(shí)間等高爐下料控制系統(tǒng)的信息，進(jìn)而推算出在一個(gè)下料周期內(nèi)，所形成的料層的形狀和厚度，并推算出各料層的下料速度，以及料層之間的礦/焦比等。最后，系統(tǒng)將長時(shí)間累計(jì)下來的數(shù)據(jù)進(jìn)行日志分析，料面的剖面及剖面線分析等。如圖8所示，是對應(yīng)于上述系統(tǒng)，本發(fā)明的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的方法的流程圖，該方法包括數(shù)據(jù)采集步驟S100、數(shù)據(jù)傳輸步驟S200、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)步驟S300、數(shù)據(jù)分析步驟S400以及監(jiān)測步驟S500。在數(shù)據(jù)采集步驟SlOO中，利用多個(gè)雷達(dá)，對料面上的多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行料位測量，并獲取該多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)，所述料位物理信號(hào)為料位高度信號(hào)。雷達(dá)的設(shè)置方式如上文所述。
在數(shù)據(jù)傳輸步驟S200中，將上述多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)形式的料位數(shù)據(jù)，并傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫即為上述系統(tǒng)中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫單元300 (如圖I所示)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)步驟S300中，利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，接收并存儲(chǔ)各個(gè)階段由所述數(shù)據(jù)傳輸步驟傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)，所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫還存儲(chǔ)有多個(gè)布料參數(shù)。布料參數(shù)具體如上文所述。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)傳輸步驟S400還包括數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟，用于對數(shù)據(jù)傳輸步驟傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，該數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟包括對料位數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波以及對經(jīng)濾波后的料位數(shù)據(jù)去除壞點(diǎn)。進(jìn)一步地，對本階段的料面料位進(jìn)行異常狀態(tài)判斷的步驟包括低料線報(bào)警步驟，包括根據(jù)設(shè)定的所屬料線閾值對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警；以及料線懸料報(bào)警步驟，包括將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，對料線下降速度進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警。如上所述，數(shù)據(jù)預(yù)處理也可作為單獨(dú)的步驟，放在數(shù)據(jù)傳輸步驟S400之后進(jìn)行。所述數(shù)據(jù)分析步驟S400中，對本階段料面的料位進(jìn)行預(yù)測并計(jì)算得出預(yù)測料位 數(shù)據(jù)，并將該預(yù)測料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷本階段料面料位是否異常，如圖9所示，數(shù)據(jù)分析步驟S400進(jìn)一步包括以下步驟在步驟S410中，根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲(chǔ)的多個(gè)階段的料位數(shù)據(jù)，對料面類型進(jìn)行分類，并通過數(shù)學(xué)算法訓(xùn)練得出各階段料位數(shù)據(jù)與其下一階段料面形狀之間的回歸模型。回歸模型的訓(xùn)練以及最終得出，詳見上文所述。在步驟S420中，利用所述回歸模型，對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。在步驟S430中，對本階段的料面料位進(jìn)行異常狀態(tài)判斷，包括根據(jù)設(shè)定的料線閾值，以及將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，判斷本階段的料面料位是否異常。優(yōu)選地，在數(shù)據(jù)分析步驟S400中，還可對經(jīng)異常狀態(tài)判斷單元判斷為正常的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行料面類型分類。具體的分類方法如上文所示。在監(jiān)測步驟S500中，包括顯示本階段的三維料面形狀，以及當(dāng)料面料位異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警。綜上所述，利用本發(fā)明的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)及方法，可對高爐料面的形狀進(jìn)行分析、預(yù)測，以及給出不同的料面異常類型，并對異常類型進(jìn)行報(bào)警，比利用其他圖像或紅外傳感器進(jìn)行料面形狀狀態(tài)判斷更加準(zhǔn)確，解決了高爐料面形狀和狀態(tài)難以判斷的難題，進(jìn)而有利于爐長對不同爐況進(jìn)行及時(shí)判斷和調(diào)整，促進(jìn)科學(xué)和合理的布料，使得高爐生產(chǎn)能夠高效，節(jié)能。容易理解，本發(fā)明中作為測量手段的雷達(dá)，不僅限于普通多點(diǎn)雷達(dá)，或者相控陣?yán)走_(dá)，或者機(jī)械掃描雷達(dá)，其他在此方法上的任何組合形式和具體實(shí)施方面的改進(jìn)與變化，也落于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及監(jiān)測模塊，其中 所述數(shù)據(jù)采集模塊包括多個(gè)雷達(dá)，所述多個(gè)雷達(dá)用于對所述料面上的多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行料位測量，并獲取該多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)，所述料位物理信號(hào)為料位高度信號(hào)； 所述數(shù)據(jù)傳輸模塊與所述數(shù)據(jù)采集模塊相連接，用于將所述多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)形式的料位數(shù)據(jù)，并傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模塊內(nèi)； 所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模塊與所述數(shù)據(jù)傳輸模塊以及所述數(shù)據(jù)分析模塊相連接，用于接收并存儲(chǔ)各個(gè)階段由所述數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)，以及存儲(chǔ)多個(gè)布料參數(shù)； 所述數(shù)據(jù)分析模塊用于對本階段料面的料位進(jìn)行預(yù)測并計(jì)算得出預(yù)測料位數(shù)據(jù)，并將該預(yù)測料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷本階段料面料位是否異常，所述數(shù)據(jù)分析模塊包括 料面類型訓(xùn)練單元，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫模塊內(nèi)存儲(chǔ)的多個(gè)階段的料位數(shù)據(jù)，對料面類型進(jìn)行分類，并通過數(shù)學(xué)算法訓(xùn)練得出各階段料位數(shù)據(jù)與其下一階段料面形狀之間的回歸模型； 料面預(yù)測單元，用于利用所述回歸模型，對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測；以及異常狀態(tài)判斷單元，用于根據(jù)設(shè)定的料線閾值，以及將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，判斷本階段的料面料位是否異常； 所述監(jiān)測模塊包括顯示終端以及報(bào)警單元，所述顯示終端用于顯示本階段的三維料面形狀，并當(dāng)料面料位異常時(shí)利用所述報(bào)警單元進(jìn)行報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)雷達(dá)角度可調(diào)節(jié)地設(shè)置在位于高爐上部的安裝孔上。
3.根據(jù)權(quán)利I或2所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括 與所述多個(gè)雷達(dá)相連接的端子板； 與所述端子板相連接的數(shù)據(jù)采集卡；以及 與所述數(shù)據(jù)采集卡相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊還包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對所述數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，該數(shù)據(jù)預(yù)處理單元包括 濾波子單元，用于對所述料位數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；以及 壞點(diǎn)去除子單元，用于對經(jīng)濾波后的料位數(shù)據(jù)去除壞點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)布料參數(shù)包括批重、布料模式、下料閥開度、以及經(jīng)驗(yàn)料面形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)學(xué)算法為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法或遺傳算法。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，所述異常狀態(tài)判斷單元包括 低料線報(bào)警子單元，用于根據(jù)設(shè)定的所屬料線閾值對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警；以及料線懸料報(bào)警子單元，用于將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，對料線下降速度進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分析模塊還包括 正常狀態(tài)分類單元，用于對經(jīng)異常狀態(tài)判斷單元判斷為正常的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行料面類型分類。
9.一種對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的方法，其特征在于，該方法包括數(shù)據(jù)采集步驟、數(shù)據(jù)傳輸步驟、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)步驟、數(shù)據(jù)分析步驟以及監(jiān)測步驟，其中 所述數(shù)據(jù)采集步驟利用多個(gè)雷達(dá)，對所述料面上的多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行料位測量，并獲取該多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)，所述料位物理信號(hào)為料位高度信號(hào)； 所述數(shù)據(jù)傳輸步驟將所述多個(gè)測量點(diǎn)的料位物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)形式的料位數(shù)據(jù)，并傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)； 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)步驟利用所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，接收并存儲(chǔ)各個(gè)階段由所述數(shù)據(jù)傳輸步驟傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)，所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫還存儲(chǔ)有多個(gè)布料參數(shù)； 所述數(shù)據(jù)分析步驟用于對本階段料面的料位進(jìn)行預(yù)測并計(jì)算得出預(yù)測料位數(shù)據(jù)，并將該預(yù)測料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷本階段料面料位是否異常，所述數(shù)據(jù)分析步驟進(jìn)一步包括以下步驟 根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲(chǔ)的多個(gè)階段的料位數(shù)據(jù)，對料面類型進(jìn)行分類，并通過數(shù)學(xué)算法訓(xùn)練得出各階段料位數(shù)據(jù)與其下一階段料面形狀之間的回歸模型； 利用所述回歸模型，對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測；以及 對本階段的料面料位進(jìn)行異常狀態(tài)判斷，包括根據(jù)設(shè)定的料線閾值，以及將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，判斷本階段的料面料位是否異常； 所述監(jiān)測步驟包括顯示本階段的三維料面形狀，以及當(dāng)料面料位異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分析步驟還包括數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟，用于對所述數(shù)據(jù)傳輸步驟傳輸?shù)牧衔粩?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，該數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟包括 對所述料位數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；以及 對經(jīng)濾波后的料位數(shù)據(jù)去除壞點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的方法，其特征在于，所述多個(gè)布料參數(shù)包括批重、布料模式、下料閥開度、以及經(jīng)驗(yàn)料面形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)算法為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法或遺傳算法。
13.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的方法，其特征在于，所述對本階段的料面料位進(jìn)行異常狀態(tài)判斷的步驟包括 低料線報(bào)警步驟，包括根據(jù)設(shè)定的所屬料線閾值對本階段的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警；以及 料線懸料報(bào)警步驟，包括將所述預(yù)測的料位數(shù)據(jù)與本階段的料位數(shù)據(jù)相比較，對料線下降速度進(jìn)行異常判斷及確定報(bào)警。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分析步驟還包括 對經(jīng)異常狀態(tài)判斷單元判斷為正常的料位數(shù)據(jù)進(jìn)行料面類型分類。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及監(jiān)測模塊。該方法包括數(shù)據(jù)采集步驟、數(shù)據(jù)傳輸步驟、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)步驟、數(shù)據(jù)分析步驟以及監(jiān)測步驟。利用本發(fā)明的對高爐料面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)及方法，可對高爐料面的形狀進(jìn)行分析、預(yù)測，以及給出不同的料面異常類型，并對異常類型進(jìn)行報(bào)警。
文檔編號(hào)C21B7/24GK102676718SQ20111005392
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者儲(chǔ)濱, 杜洪縉, 肖陽, 陳先中 申請人:北京科技大學(xué), 寶山鋼鐵股份有限公司