Ученые сделали эффективнее металлургические печи, подарив им "мозги"

Ученые сделали эффективнее металлургические печи, подарив им "мозги"

Ученый Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") предложил свежую "нейросетевую альтернативу" для управления металлургическими печами, обещающую рост их энергоэффективности в пределах 10%. Статья о разработке опубликована в "Procedia Computer Science".

Созданный в НИТУ "МИСиС" "нейросетевой настройщик" призван повысить энергоэффективность металлургических нагревательных печей с высокой - до 100 МВт - потребляемой мощностью, сообщил разработчик, доцент кафедры автоматизированных и информационных систем управления Старооскольского технологического института (филиала) НИТУ "МИСиС" Антон Глущенко.

Как правило, печи при работе подвергаются самым разным возмущениям - например, открытие штор для загрузки и выгрузки металла ведет к потерям тепла, а загрязнение газовых горелок - к снижению эффективности сжигания топлива. Из-за этого параметры печей меняются. Но так как управляют ими обычно с помощью линейных регуляторов с постоянными параметрами - пресловутая нестационарность не учитывается. Это снижает качество управления и ведет к энергетическим потерям.

"Для решения традиционных проблем предлагается построение адаптивной системы управления - нейросетевого настройщика. Система в реальном времени подстраивает параметры линейного регулятора так, чтобы качество управления печью во всех режимах оставалось одинаково высоким, снижая тем самым энергопотребление агрегата", - рассказал Антон Глущенко.

Он отметил, что новизна подхода обусловлена сочетанием в настройщике двух интеллектуальных технологий - нейросетей и баз знаний. Нейросеть вычисляет значения параметров для используемого на печи линейного регулятора и обучается прямо в процессе функционирования, чтобы отслеживать происходящие в печи изменения.

"Главные вопросы при этом - когда и с какой скоростью обучать нейросеть. На них отвечает база знаний, отражающая опыт инженера по автоматизации технологических процессов. Она содержит и описания ситуаций, когда необходимо настраивать регулятор, и формулы для вычисления скорости обучения нейросети. В отличие от других подходов, применение нейросетевого настройщика не требует ни построения модели объекта управления, ни явной эталонной модели. Кроме того, он поможет отслеживать график задания при изменениях параметров печи и компенсировать действующие на нее возмущения", - пояснил ученый.

Настройщик реализован в виде функционального блока, который может быть размещен в оперативной памяти логических контроллеров, широко распространенных в металлургии. Выходы и входы этого блока привязываются к уже размещенному в контроллере линейному регулятору и получаемым извне сигналам.

"Внедрение настройщика не потребует капитальных затрат, поскольку с аппаратной и программной точек зрения - в существующей системе управления печью ничего не изменится. Применение данного подхода позволит повысить энергоэффективность работы нагревательных металлургических печей на 5-10%", - заключил Антон Глущенко.

Как сообщили в НИТУ "МИСиС", далее планируется расширить класс объектов применения настройщика, доработав и опробовав его для различных электродвигателей.

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" в 2018 году отметил 100-летие со дня основания Московской горной академии, преемником которой является. Сегодня НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по десяти направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" находится в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учатся более 17000 обучающихся из 75 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие ученые России и мира. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.