??? 摘 要：近年來焦化工業(yè)得到了迅速發(fā)展，但就環(huán)保問題而言，焦化除塵在整個(gè)焦化過程中仍是一個(gè)不可忽視的重點(diǎn)問題。結(jié)合對(duì)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的研究，運(yùn)用分類和關(guān)聯(lián)規(guī)則，將其應(yīng)用于焦化除塵工業(yè)生產(chǎn)中，以期能夠減少焦化工業(yè)所排放的煙塵和粉塵，達(dá)到減少大氣污染、改善環(huán)境的目的。
??? 關(guān)鍵詞：焦化；除塵；數(shù)據(jù)挖掘；分類；關(guān)聯(lián)規(guī)則

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??? 目前，在焦化工業(yè)中大量地使用了高爐，由此產(chǎn)生的高爐煤氣需經(jīng)焦化除塵后，才能被利用。煙塵和粉塵的處理是焦化除塵的重點(diǎn)工序，該工序?qū)够到y(tǒng)的要求較高，而對(duì)出焦除塵控制系統(tǒng)的要求更高。在焦化除塵控制系統(tǒng)中，以往常見的出焦除塵控制系統(tǒng)采用繼電器控制，而后多采用可編程控制器^[1]。
??? 鋼鐵行業(yè)中排放的氣體是大氣污染中煙塵和粉塵的主要來源。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，鋼鐵行業(yè)煙塵排放量在各行業(yè)中居第4位，粉塵排放量居第2位。出焦過程中，爐內(nèi)排出的氣體以及大量含有焦粉的熱氣流同時(shí)排入空氣，形成煙塵和粉塵，從而造成污染，對(duì)人體健康和環(huán)境產(chǎn)生較大危害。因此，需要設(shè)計(jì)開發(fā)除塵控制系統(tǒng)來減少煙塵和粉塵的排放，減少對(duì)大氣的污染,改善環(huán)境。
1 PLC除塵控制系統(tǒng)簡介
??? 在焦?fàn)t出焦時(shí)，在煉焦?fàn)t、攔焦機(jī)導(dǎo)焦槽和熄焦車等處會(huì)產(chǎn)生大量陣發(fā)性高溫?zé)焿m和灰塵。根據(jù)焦?fàn)t出焦的過程可知^[2]，其中存在大量的環(huán)節(jié)需要手動(dòng)操作才能完成出焦工序。目前，較為流行的PLC焦化出焦除塵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)可有效提高出焦除塵的工序效率。其主機(jī)程序采用Modicon公司提供的DOS操作系統(tǒng)下的Modsoft軟件編制^[3]，主要硬件包括PLC主機(jī)、各種受控閥及受控對(duì)象。系統(tǒng)的主要控制信號(hào)包括非常閥控制信號(hào)、通風(fēng)機(jī)組控制信號(hào)、斗式提升機(jī)控制信號(hào)、刮板輸送機(jī)控制信號(hào)、脈沖閥控制信號(hào)、倉壁振動(dòng)器控制信號(hào)、出焦除塵器前冷風(fēng)閥信號(hào)等^[1]。其中，通風(fēng)機(jī)組信號(hào)控制是焦化出焦除塵控制系統(tǒng)中的重要組成之一，它是通過外部的輸入信號(hào)送到PLC，然后經(jīng)PLC的CPU處理后，再傳遞給外圍驅(qū)動(dòng)。其功能基本是通過PLC編程實(shí)現(xiàn)，屬于邏輯控制。
??? 在PLC焦化出焦除塵系統(tǒng)中，PLC的中央處理器在開始工作時(shí)，首先掃描各個(gè)輸入模塊端，將輸入端的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息如：溫度、振動(dòng)強(qiáng)度、滿足主電機(jī)以及其他設(shè)備運(yùn)行條件的參數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)值等存儲(chǔ)到狀態(tài)寄存器中。然后當(dāng)這些條件滿足且有推焦信號(hào)輸入時(shí)，中央處理器將程序指令逐條調(diào)出執(zhí)行，并將正確的計(jì)算結(jié)果送到輸出寄存器，即用戶程序執(zhí)行階段。當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢時(shí)，進(jìn)行收尾工作處理^[3]。
2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)^[5-9]
??? 在高爐使用過程中存在大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，但目前這些數(shù)據(jù)還未能得到有效的采集和開發(fā)利用。本文建立一個(gè)與高爐煉焦過程相關(guān)信息的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘系統(tǒng)，通過對(duì)高爐煉焦過程中相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)和挖掘，獲得有用信息，以此提高出焦除塵的效率，減少對(duì)大氣的污染，改善環(huán)境。
2.1 分類
??? 分類是數(shù)據(jù)挖掘中的一個(gè)重要目標(biāo)和任務(wù)，目的是學(xué)會(huì)一個(gè)分類模型（稱作分類器），該模型能把數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)項(xiàng)映射到給定類別中。要構(gòu)造分類器，需要有一個(gè)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)集作為輸入，即訓(xùn)練集。在PLC除塵控制系統(tǒng)中，由于數(shù)據(jù)挖掘是從源數(shù)據(jù)集中挖掘知識(shí)的過程，這種知識(shí)也必須來自于數(shù)據(jù)源，是對(duì)源數(shù)據(jù)的過濾、抽取、壓縮以及感念提取等。
??? 將高爐煉焦過程中所出現(xiàn)的數(shù)據(jù)包括溫度、煙塵密度、振動(dòng)強(qiáng)度、壓力、氣體流量等相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)量進(jìn)行分類匯總，并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，以備數(shù)據(jù)挖掘和其他相關(guān)查詢使用。
2.2關(guān)聯(lián)規(guī)則
??? 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘是關(guān)聯(lián)知識(shí)發(fā)現(xiàn)中最常用的方法。在數(shù)據(jù)庫的知識(shí)發(fā)現(xiàn)中，關(guān)聯(lián)規(guī)則是描述一個(gè)事務(wù)中事件之間同時(shí)出現(xiàn)的規(guī)律知識(shí)模式。所謂關(guān)聯(lián)知識(shí)是反應(yīng)一個(gè)事件和其他事件之間的依賴或關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)規(guī)則是形如下面的規(guī)則：“在考慮溫度和流量的情況下，相關(guān)的壓力參數(shù)也需要考慮?！庇糜陉P(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)的主要對(duì)象一般是事務(wù)型數(shù)據(jù)庫，其中針對(duì)的應(yīng)用則是控制參數(shù)，也稱控制參數(shù)數(shù)據(jù)。一個(gè)事務(wù)一般由以下幾個(gè)部分組成：事務(wù)處理時(shí)間、一組高爐冶煉的數(shù)據(jù)、出焦除塵過程中使用的控制參數(shù)數(shù)據(jù)。
??? 本文關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)的思路還運(yùn)用了序列模式發(fā)現(xiàn)。高爐焦化在出焦除塵過程中，除了具有上述關(guān)聯(lián)規(guī)律，還有時(shí)間上或序列上的規(guī)律，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候，每次出焦會(huì)有不同的出焦和除塵要求。
3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用
??? 在對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行挖掘時(shí)，首先采用數(shù)據(jù)選取、數(shù)據(jù)表屬性一致化、數(shù)據(jù)清理和數(shù)據(jù)離散化 (數(shù)據(jù)歸約)等數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，對(duì)要挖掘的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為數(shù)據(jù)挖掘做好準(zhǔn)備。
??? PLC焦化出焦除塵系統(tǒng)具有報(bào)警與記錄、數(shù)據(jù)采集存貯及歷史、實(shí)時(shí)趨勢曲線、實(shí)時(shí)棒形圖等功能。在焦化出焦除塵系統(tǒng)中，采集存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理后，數(shù)據(jù)較完整、精度較高，能更有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。根據(jù)PLC焦化出焦除塵系統(tǒng)一次除塵過程包括主風(fēng)機(jī)除生、反吹風(fēng)機(jī)清灰和初分離器等向刮板運(yùn)輸機(jī)排灰2個(gè)階段。
??? 根據(jù)以上所述的PLC焦化出焦除塵系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)信息和報(bào)警記錄信息，數(shù)據(jù)挖掘功能模塊能迅速的對(duì)當(dāng)前高爐中的狀態(tài)情況做出分析判斷，為焦?fàn)t出焦時(shí)，在煉焦?fàn)t、攔焦機(jī)導(dǎo)焦槽和熄焦車等處產(chǎn)生的大量陣發(fā)性高溫?zé)焿m和灰塵處理做好分析，實(shí)時(shí)掌握整個(gè)工序的運(yùn)作情況，以此提高出焦的質(zhì)量，達(dá)到減少煙塵和粉塵，凈化排氣的目的。主要功能示意圖如圖1所示。

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4 數(shù)據(jù)挖掘的意義
??? 以DBM (DataBase Management)存在為基礎(chǔ)的DM和DPT與數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)技術(shù)正成為世界計(jì)算機(jī)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，基于DM和DPT的研究正成為MIS研究的主流^[5-9]。在MIS領(lǐng)域里，DB和DPT是幫助我們提高分析判斷能力以及決策能力的重要工具，也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)重要的創(chuàng)新之一。
??? 現(xiàn)在，將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到焦化工業(yè)生產(chǎn)方面的技術(shù)還處于初期階段。緊密結(jié)合焦化工業(yè)生產(chǎn)的需求，重點(diǎn)針對(duì)在焦化出焦除塵建設(shè)過程中，如何實(shí)時(shí)有效地挖掘從焦化現(xiàn)場采集的最新數(shù)據(jù)，指導(dǎo)出焦除塵工序的高效運(yùn)作，是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在這一領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用。
??? 將海量數(shù)據(jù)快速有效地處理，是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)面臨的主要問題。在研究數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的過程中，應(yīng)以實(shí)際的應(yīng)用為目標(biāo)，例如焦化現(xiàn)場的硬件設(shè)備性能以及溫度、煙塵密度、振動(dòng)強(qiáng)度、壓力、氣體流量等相關(guān)數(shù)據(jù)獲取的有效性、實(shí)時(shí)性。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總，并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。
??? 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在焦化除塵中的應(yīng)用研究為提高出焦質(zhì)量、減少煙塵和粉塵排放、建設(shè)節(jié)約型工業(yè)提供了一種新的嘗試方法。同時(shí)，提高了PLC焦化出焦除塵系統(tǒng)的抗干擾能力和運(yùn)行穩(wěn)定性，改進(jìn)生產(chǎn)，節(jié)約資金和維護(hù)費(fèi)用。
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