基于炉身静压监测判断高炉炉况系统的制作方法

本发明涉及高炉炼铁，具体为基于炉身静压监测判断高炉炉况系统。

背景技术：

1、在现代冶金工业中，高炉作为关键的生产设备，其运行状态直接影响到钢铁企业的生产效率和经济效益，高炉炉况的监测与判断是确保高炉稳定、高效运行的重要环节，传统的高炉监测方法主要依赖于人工经验和定期巡检，这种方式不仅耗时耗力，而且存在显著的滞后性和不准确性，难以及时、准确地反映高炉炉况的实时变化，随着物联网、大数据和机器学习算法的快速发展，为高炉炉况的智能化监测与判断提供了新的可能。

2、在不利用远程协作平台的背景下，传统高炉监测技术面临诸多挑战，人工巡检和基于经验的判断方式容易受到人为因素的干扰，导致判断结果的不一致性和误差，定期巡检的频率有限，难以捕捉高炉炉况的瞬时变化，尤其是在高炉炉况恶化初期，往往难以及时发现并采取有效措施，高炉生产现场往往远离城市中心，专家资源有限，且问题响应速度慢，一旦高炉炉况出现异常，往往难以迅速获得专业的指导和支持。

3、因此，鉴于传统高炉监测技术的上述不足，开发基于炉身静压监测判断高炉炉况系统，为高炉操作人员与远程专家团队之间提供了实时沟通的桥梁，有效解决了专家资源有限、问题响应慢的问题，不仅大幅提高了高炉运行的安全性和稳定性，还显著增强了操作人员的应急响应能力，为高炉生产的长期稳定运行提供了有力保障。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了基于炉身静压监测判断高炉炉况系统，它能够通过在高炉炉身部署静压力传感器，实时采集并传输炉内静压力数据，利用物联网技术和数据分析方法，对静压力数据进行清洗、整合与建模，实现对高炉炉况的精准判断，通过远程协作平台，系统能够实时通讯，将判断结果及操作建议分享给高炉操作人员，并提供远程指导和支持。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：基于炉身静压监测判断高炉炉况系统，该系统包括以下组成部分：

3、远程协作平台：构建基于物联网的远程协作平台，实现高炉操作人员与远程专家团队的实时在线交流协作，方便专家实时查看高炉炉况数据并提供指导支持；

4、数据采集与传输模块：在高炉炉身部署高精度静压力传感器，实时监测炉身各部位的静压力值，通过智能采集终端和物联网系统连接，利用网络将数据传输至远端服务器，服务器实时接收并进行初步处理数据；

5、数据分析模块：在远程服务器上部署算法，对接收到的静压力数据进行预处理、分析和计算，并与高炉运行的其它关键参数相结合，采用机器学习算法模型判断高炉的状态；

6、高炉炉况判断与指导模块：根据数据分析结果自动生成高炉炉况判断报告，描述高炉当前状态、问题以及建议的解决措施，通过远程协作平台对高炉操作人员进行进一步的远程指导和支持；

7、可视化展示模块：将高炉炉况判断结果以图表形式展示在监控大屏和客户端软件上，采用直观的可视化技术，支持历史数据查询和对比分析，为生产优化提供数据支持。

8、进一步地，所述远程协作平台了解高炉操作人员和远程专家团队的具体需求，确定平台需要达到的目标，设计物联网架构和软件系统架构，开发和集成远程协作平台，将平台部署到实际高炉环境之中去，并进行功能、性能和安全测试，培训和推广给高炉操作人员和远程专家团队，定期对平台进行维护和优化。

9、更进一步地，所述数据采集与传输模块在高炉炉身位置部署多个静压力传感器，将传感器通过无线方式连接至智能采集终端、智能采集终端对数据进行预处理，利用物联网技术与远端服务器建立数据传输通道，远端服务器实时接收数据并进行解密、解压、初步处理，在此过程中对数据进行加密。

10、更进一步地，所述数据分析模块对接收到的静压力数据进行数据清洗，将清洗后的数据转换为适合分析的格式，并进行标准化处理，该模块将静压力数据与高炉运行的其它关键参数整合，形成多维度数据集，分析鼓风压力与静压力测试值的差值，计算静压力变化率，以捕捉高炉内部压力的动态变化，同时，提取对高炉炉况判断有重要影响的特征，并创建决策树模型来识别高炉炉况的状态，通过k-means聚类算法将高炉运行数据进行聚类，发现潜在的运行模式和问题区域。

11、更进一步地，所述数据分析模块创建决策树模型判断高炉炉况的类别，将特征数据集划分为训练集、验证集和测试集，从根节点开始，计算每个特征的信息增益来选择最优的分裂特征和分裂点，信息增益的计算公式为：，其中，h(d)是数据集d的熵，values(a)是特征a的所有可能取值，dv是根据特征a的取值v划分后的子集，和分别表示数据集d和子集dv的样本数量，根据选择的最优分裂特征和分裂点，将数据集划分为多个子节点，重复分裂步骤直到达到预设的树深度，使用测试集数据对训练好的决策树模型进行评估，根据评估结果调整决策树的深度和分裂标准，将训练好并优化的决策树模型应用于新的高炉数据，输入静压力变化值及其它关键参数，预测高炉炉况状态。

12、更进一步地，所述数据分析模块通过k-means聚类算法将高炉运行数据聚类，发现潜在的运行模式和问题区域，将收集的高炉运行的静压值，温度、压力、风量和燃料消耗的特征数据，整理为一个数据集x={x1,x2,...,xn}，通过试验确定k值数量，随机选择k个数据点作为初始的聚类中心，记为c={c1,c2,...,ck}，对于每个数据点xi，计算其到每个聚类中心cj的欧氏距离，欧氏距离公式为：，其中，d表示每个数据点的特征数量，xik表示第i个数据点的第k个特征值，表示第j个聚类中心的第k个特征值，将xi分配到距离最近的聚类中心所属的聚类，计算每个聚类中所有数据点的均值，作为新的聚类中心，均值公式为：，其中，sj是第j个聚类中的数据点集合，是其数量，不断重复上述分配和更新步骤，直到聚类中心不再发生显著变化，检查每个聚类中的数据点特征，发现潜在的运行模式和问题区域。

13、更进一步地，所述高炉炉况判断与指导模块基于数据分析模块输出的结果，通过apriori算法识别导致高炉炉况异常的具体问题，并分析形成问题的原因，根据问题识别和原因分析的结果，利用遗传算法自动生成针对性的操作建议和调整方案，将高炉炉况判断的结果、问题识别、原因分析以及操作建议和调整方案整合成一份完整的高炉炉况判断报告，通过远程协作平台，建立高炉操作人员与远程专家团队之间的实时通讯连接，将审核通过的高炉炉况判断报告分享给高炉操作人员和远程专家团队，根据报告内容和高炉操作人员的实际情况，远程专家团队提供进一步的远程指导和支持，在远程指导后，持续跟踪高炉的运行状况，评估指导效果。

14、更进一步地，所述高炉炉况判断与指导模块通过apriori算法识别导致高炉炉况异常的具体问题，从传输的数据集中提取静压值，温度、压力、气体成分、原料质量、操作参数的数据，按照一定的时间间隔构建事务数据集，定义支持度和置信度，支持度：表示一个项集在数据集中出现的频繁程度，数学表达式为：，其中，a是一个项集，count(a)是包含a的事务数量，n是总事务数量，置信度：表示在一个项集出现的情况下，另一个项集出现的概率，数学表达式为：，其中，a和b是两个项集，挖掘出满足最小支持度阈值的频繁项集，基于频繁项集生成关联规则，并计算其置信度，筛选出与高炉炉况异常相关的关联规则，确定导致高炉炉况异常的具体因素组合，通过深入研究工艺过程、设备性能、操作流程来确定根本原因。

15、更进一步地，所述高炉炉况判断与指导模块，利用遗传算法自动生成针对性的操作建议和调整方案，确定进行调整的操作参数作为决策变量，记为x={x1,x2,...,xn}，根据最大化生产效率 c(x)来构建目标函数，其数学表达式为：，其中，ai、bi和c为常数，根据高炉的物理限制、安全要求和工艺条件来设定约束条件，温度限制：tmin≤t(x)≤tmax，静压力限制：pmin≤p(x)≤pmax，随机生成一组初始的决策变量组合作为初始种群，对于每个决策变量组合，根据目标函数计算其适应度值，表示该个体的优劣程度，选择适应度高的个体进行交叉和变异操作，生成新的个体，组成新的种群，在每一代种群中，比较当前最优解和新生成个体的适应度值，更新最优解，不断进行迭代，直到找到满意的解，输出最终的最优决策变量组合，作为针对性的操作建议和调整方案。

16、更进一步地，所述可视化展示模块与上述各模块建立稳定数据接口对接，实时接收高炉炉况判断结果，并对接收到的数据进行整合，根据可视化展示的需求，将数据从原始格式转换为图表的形式进行展示，根据高炉炉况数据的特性和展示需求，设计监控大屏和客户端软件的布局，利用前端图表库绘制与渲染图表，实现动态更新和增强交互性，并提供历史数据查询与对比分析功能。

17、与现有技术相比，该基于炉身静压监测判断高炉炉况系统具备如下有益效果：

18、一、本发明通过在高炉炉身部署高精度静压力传感器，并结合物联网和机器学习技术，实现了对高炉炉况的实时监测与精准判断，这一创新不仅大幅提高了高炉运行的安全性和稳定性，还显著增强了高炉操作人员的应急响应能力，该系统还能够实时采集并分析高炉炉身的静压力数据，及时捕捉高炉炉况的异常变化，为操作人员提供快速、准确的判断依据，有效避免了因高炉炉况恶化导致的生产事故和设备损坏，从而显著提升了高炉的生产效率和经济效益。

19、二、本发明通过远程协作平台，专家远程查看高炉炉况数据，实时提供指导和支持，有效解决了高炉生产现场专家资源有限、问题响应慢的问题，还自动生成高炉炉况判断报告，详细描述了高炉当前的状态、问题及建议的解决措施，为操作人员提供了全面的参考和依据，不仅降低了对操作人员专业能力的依赖，还促进了高炉生产管理的标准化和规范化，为高炉生产的长期稳定运行奠定了坚实的基础。

20、本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。