选煤厂设计专家系统_CPDES_.pdf

选煤厂设计专家系统CPDES 匡亚莉 刘 珊 何亚群 路迈西 刘怀宇 中国矿业大学综合系江苏徐州 221008 1 引 言 在选煤厂设计或技术改造中,确定合理的 选煤方法和产品方案是其中的关键环节和首要 工作。这项工作主要应解决三个问题第一,根 据市场需求确定最佳产品方案,即确定合理的 精煤灰分点和各种产品产率、 灰分的合理分布, 使综合经济效益达到最佳。 第二,选择合适的选 煤原则流程,实现选定的产品方案。第三,优化 分选过程,选出合理的、 便于操作的工艺参数, 以保证最佳产品方案的实现。 从理论上讲,产品 方案和工艺参数有多种选择,用手工计算、 选择 最佳方案极其困难。 近年来出现的一些计算机软件,初步实现 了最佳产品方案和工艺参数的预测和选择,但 这些软件共同的缺点是需要人工输入要计算的 流程和人为选择工艺参数,对软件使用人和编 程人员的经验有很大依赖性。 我们新近开发的 “选煤厂分选方法及产品 方案设计专家系统CPDES” 克服了上述计算 机软件的缺点。它汇集了选煤界专家的经验和 知识,可自动地按用户要求和产品价格政策,推 荐出最佳选煤流程和产品方案,并给出推荐流 程中各作业的分选条件和产品数质量指标。 2 系统的框架结构 211 功能框架 CPDES包括块、 末煤分选方案,煤泥处理 方案和原煤准备三个独立的子系统。这种划分 使知识库的组织更为方便,推理时,搜索速度也 可大大提高,且有效地防止了知识冗余。 系统的 功能框架见图1。 212 结构框架 主 控 系 统 煤泥处理方 案子系统 原煤准备方 案子系统 块、 末煤分选 方案子系统 选煤方法选择 工艺参数优化 产品结构选择 分选方法选择 分选上限确定 分选下限确定 图1 CPDES的功能框架 典型的专家系统一般包括知识库、 推理机、 解释器、 学习机等。 在研究一般专家系统结构的 基础上,结合选煤厂设计问题求解的特点,建立 了CPDES系统的结构框架见图 2 。 解释器 推 理 机 学习机 解释信息 缓 冲 区 事实结论 缓 冲 区 规则及 事实库 语言处理程序 用户界面 图2 CPDES的结构框架 213 语言工具的选择 CPDES选用Turbo Pascal 6. 0进行编程, 以便解决选煤厂设计中复杂的计算和绘图功 能。这是人工智能语言如lisp、Prolog所不便做 911996年第6期 煤炭加工与综合利用 到的。 同时,CPDES吸收了数据库的思想,采用 动态数据结构和面向对象的设计方法,弥补了 Pascal语言在推理方面的不足。 3 系统的工作原理 311 专家知识来源 CPDES中的知识,大部分是经过与设计 院、 所和高校的专家广泛座谈、 调研得来的。小 部分知识来源于选煤行业的规范、 标准和手册。 312 问题求解过程 为了求解在序言中提出的三个问题, CPDES在块、 末煤子系统中编入了12个经过 筛选的、 由不同选煤方法组成的常用原则流程。 在煤泥子系统中编入了三种细粒分选方法。并 采用非线性规范方法建立了产品结构优化模 型。 11 块、 末煤子系统求解过程 块、 末煤子系统求解过程框图见图3。 判断分级入洗 或混合入洗 分级入洗 输入分级别 原煤资料 混合入洗 输入50～0mm 原煤资料 初步选出可用流程 输出解释 输入约束选择产品价 格表和分配曲线模型 优化和推理出最佳 流程及产品结构 最终结果输出 图3 块、 末煤分选方案选择过程框图 当原煤资料输入后,系统将根据煤质资料 特征和专家知识库的有关规则,从12个原则流 程中初步选出可采用的流程,并对选择结果进 行解释。用户可根据解释情况和专家给出的建 议输入约束条件和必要的数据。系统将自动根 据输入条件和专家知识进行优化计算,选择出 最佳流程和产品方案,并按经济效益从优至劣 输出可能流程的分选结果、 工艺参数和经济效 益,供用户最终决择。 21 煤泥子系统求解过程 煤泥子系统求解过程见图4。 当输入煤泥资料和要求精煤灰分之后,系 统将利用专家知识自动判别煤泥是否需要分级 入浮,并确定入浮上、 下限。如果有水介旋流器 资料和螺旋分选资料,系统还可能选择分选方 法。 313 产品结构优化 11 有关问题的处理 产品结构优化涉及到许多问题,如原煤的 可选性、 煤种、 产品价格政策、 市场需求、 分选设 备性能、 各作业环节的配合以及选煤流程的性 能等。 在建立产品结构优化模型时,我们对这些 问题进行如下处理。 输入-015mm资料和 要求的浮选精煤灰分 A- 015- A目 2 煤泥不浮选 N Y 分级入浮 N 015～0mm入浮 -200目分选否 N -200目不入浮 决定入浮上限上限为120目 上限为015mm 输出结果 图4 煤泥子系统工作过程框图 1原煤浮沉组成的细化与分选过程的模 拟 在进行选煤产品数质量预测时,一般采用 如下算法 02 煤炭加工与综合利用 1996年第6期 Yi 6 n i 1〔 fxiıDxi〕1 Ai 6 n i 1 [fxiıDxiıAxi ] 6 n i 1 [fxiıDxi ] 2 式中Yi、Ai分别为精煤产率和灰分; n为密度级个数; xi为密度; fxi为密度与产率的函数关系式; Axi为密度与灰分的函数关系式; Dxi为分配曲线函数。 本系统用以下三种模型表示fxi和A xi Y 100[t2-atctg Kx-c ] t2-t1 3 Y 100[acı th Kx-x0 ] 4 其中 thu eu- e- ueu e- u Y 100[abxcı th Kx-x0 ] 5 为使产品预测精度提高,将原煤可选性曲 线用3～5式之一拟合后,再按密度间隔 0101细化各密度级产率和灰分。 系统可用式3～5以及正态积分、 复合 正态积分、 韦伯及正态分布七种模型模拟重力 分选过程,即表达Dxi。 2煤种问题 考虑到资源的合理利用,对稀缺煤种的选 后精煤灰分范围应适当提高。而对储量大的煤 种,则应尽量降低其精煤灰分。在系统中,根据 专家经验,给出了精煤灰分的限制范围,并可在 运行中进行调整。 3分选密度限制的处理 为了保证正确模拟选煤实际情况,根据生 产经验对不同分选设备和不同作业环节的分选 密度给予了一定限制。如跳汰主洗, 211∆p1 116; 117∆P2 11 35 ∆p1,∆p2分别为跳汰、 ˚ 段的分选密度。 4选优目标 选优是以经济效益最高为目标,考虑到入 洗原煤费和加工费随产品方案变化不大,故只 考虑销售收入,即 目标m infx m in - 6 n i 1 RiPi 式中Ri为第i种产品的产率; Pi为第i种产品的售价; n为方案中产品总数。 在系统中,产品价格可以被修改。 21 搜索寻优方法 本系统采用共轭方向法中的Zangw ill方 法对产品结构进行优化,其中一维搜索采用黄 金分割法。 对优化过程中的约束问题,采用广义la2 grange乘子法解决。 4 系统的构造方法 411 知识的表示 根据求解问题中所运用知识的特点,系统 采用了以下知识表达方式 11 产生式规则 在产生式系统中,知识被分为二部分事实 和规则。一些规则按被询问的先后次序组织构 成决策树,树的每一节点代表一种决策规则。 另 一些用IF⋯then⋯形式表达。对决策树方式, 用递归技术和二叉树数据结构完成问题求解。 产生式系统由数据库、 规则库和推理机组成。 在 数据库中,存放着原始数据和中间结果。 应用数 据库的基本数据和规则库中的规则,推理机完 成问题的推理过程。 21 过程表示法 在有关选煤厂设计的知识领域里,有很大 一部分知识具有过程性质,主要是描述如何完 成一件事情。对这样的知识,采用了过程表示 法,把知识的表示模块化和参数化,在不同的条 件和环境下,用各种调用参数来实现。 31 面向对象的表示 对多次调用的数学模型、 计算方法及选煤 原则流程等,则采用了面向对象的表示方法。 把 必须用到的数学模型、 算法放在根对象中,以根 对象为父辈,建立起某流程的对象。 再以某流程 121996年第6期 煤炭加工与综合利用 为父辈,建立下面的对象等。 不同的对象都可继 承其父辈的数据和算法。这种表示方法利于今 后在系统中加入新的流程和对新流程进行产品 结构优化。 412 推理技术 CPDES系统中采用了正向推理和反向推 理相结合的方案。先通过正向推理帮助选择初 始目标,从众多流程中和产品方案中初选出可 用流程和方案,然后用反向推理技术,对初选流 程进行产品结构优化,制定出最佳流程和产品 方案。 系统中还用到了不精确推理,以解决诸如 流程的灵活性、 可靠性、 管理难易程度、 设备的 可靠性等一些只能模糊评价的问题。系统将这 类问题用模糊集理论进行处理,建立了用隶属 函数表示的模糊子集。 413 解释机制 CPDES系统采用了三种解释机制。 在解释流程的优缺点时,采用了预制文本 法。在推理过程中采用了示踪解释法。在推理 结束后,又用追踪解释法将推理过程展现出来。 414 学习机制和结果输出模块 系统实现了简单的学习功能,用户可通过 键盘修改认为不合理的推荐结果,选择或输入 自己的方案。系统将修改意见记录下来。如果 几次修改为同一内容,则系统将更新知识,用新 的代替旧的。 结果输出模块可单独使用,也可与计算过 程同时使用。输出内容包括按经济效益优劣排 列的最佳流程和可用流程、 各流程的优化操作 参数和分选条件。 5 结 论 11 用专家系统可以方便地解决选煤厂设 计中产品方案和流程的优化问题。优化结果主 要依赖于收集的专家知识。 21 由于求解问题较多,根据其性质,可划 分为块、 末煤系统,煤泥系统,原煤系统等,这样 有助于加快求解过程,方便知识的组合。 31 知识的表达不必拘泥于某种形式。 41 影响产品结构和流程确定的因素很多, 但最终目标应是经济效益最大。其他因素则可 以根据实际情况作为寻优的约束条件处理。 6 参考文献 1 刘珊 1 硕士学位论文, 19951 2 路迈西 1 选煤厂经营管理 1 北京煤炭工业出版社, 19911121 渡市选煤厂优化煤泥回收系统见效益 四川达竹矿务局渡市选煤厂自1995年4月以来,把 “优化煤泥回收系统的工艺研究与实 施” 作为全厂的一件重要大事来抓。 在厂领导的重视下,全厂科技人员积极攻关,经过一年半的 时间,目前已完成中煤筛下水工艺流程的技术改造,更新了中煤脱水筛、 真空泵,并采用了橡胶 板等新型材料。试运行结果表明,改造后的工艺与新型浮选药剂YF293等配合使用具有良好 的效果,基本完成了技改方案设计的各项内容,各项指标全部达到预定方案要求。不但很好地 解决了洗煤厂外排煤泥灰分偏低而浪费资源的问题,而且减少了压滤卸料时间,减轻了工人的 劳动强度,为企业增加了可观的经济效益。每年可减少压滤循环次数744次,精煤总产率可提 高115 ,仅此一项可创经济效益147117万余元。另外还具有一定的间接经济效益和环保效 益相应减少了煤泥的排放量,减轻了沉淀塔的压力,减少了洗煤黑水污染河水的现象,对保护 环境起到了积极作用。 渡市选煤厂 余朝荣 22 煤炭加工与综合利用 1996年第6期