选矿厂生产物流递阶智能控制系统结构研究.pdf

2 0 0 2年 2月 第 3 l 卷 第 1期 有色 矿 山 Non f e r r o u s M i ne s Fe b． ． 2 0 02 Vo 1 ． 31 NO． 1 选矿厂生产物流递 阶智能控制系统结构研究 向凤红 ， 张 云生 ， 钱 鑫 昆明理 工大学 信息工程与 自动化学院 、 国土资源学 院， 云南 昆明 6 5 0 0 9 3 [ 关键 词 】生产物流 ； 智能控 制 ； Ag e n t ；MAS [ 摘 要】在分析和总结选矿厂生产物流特点的基础上， 将现代生产物流系统的递阶分层结构与基于 A g e n t 的 智能 控制 系统 结构结合 起来， 以 Ag e n t 作为各 层智 能控制器 ， 提 出了基 于 Ag e n t 的选 矿厂生 产物流递 阶智能控制 系 统结构。分析了这类 MAS的主从式协调机制并阐述了系统中Ag e n t 的基本特性与复合式结构。 [ 中图分类号 】T D 9 2 8 ． 9 [ 文 献标识码 】A [ 文章编 号 】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 2 0 1 0 0 3 1 0 3 S t u d y o f h i e r a r c h i c a l i n t e l l i g e nt c o nt r o l s y s t e m a r c hi t e c t u r e o f m a t e r i a l f l o w i n m i n e r a l pr o c e s s i n g p l a nt XI ANG F e n g h o n g ，Z HANG Yu n s h e n g ，Qi a n Xi n C o l l e g e o f I n f o r ma t i o n a n d Au t o ma t i o n ，Co l l e g e o f N a t i o n a l L a n d a n d R e s o u r c e s ，Ku n mi n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y，Ku n mi n g 6 5 0 0 9 3 ，C h i n a Ke y wo r d sma t e r i a l f l o w i n ma nu f a c t u r e；i nt e l l i g e nt c o nt r o l ；Ag e n t；M AS Ab s t r a c t Ac c or di n g t o t h e c ha r a c t e r i s t i c s o f ma t e r i a l f l o w i n m i n e r a l pr o c e s s i n g p l a n t ，by t a ki n g a ge nt s a s i n t e l l i g e nt c o n t r ol l e r s ， t he a r c hi t e c t ur e of a g e nt b a s e d hi e r a r c hi c a l i n t e l l i ge nt c o nt r o l s y s t e m o f ma t e r i a l f l o w i n m i n e r a l p r o c e s s i n g p l a n t i s p r e s e n t e d b y b l e nd i n g t he hi e r a r c h i c a l s t r u c t u r e of mo d e r n m a t e r i a l f l ow i n ma n u f a c t u r e a nd t h e a r c hi t e c t u r e o f a ge nt b a s e d i n t e l l i ge nt c on t r o l s y s t e m ．Th e d o m i na n t S Ub or d i n a t e m e c h a n i s m t o c o o r d i n a t e t hi s ki nd of M AS i s a n a l y z e d a nd a g e n t ’ S b a s i c c h a r a c t e r i s t i c a n d c o m p ou n d s t r u c t u r e of t he s y s t e m a r e e X p a t i a t e d． 1 引 言 随着 自然界中富矿资源 的迅速耗竭和对开发利 用低品位资源的 日益迫切， 选 矿技术的发 展处于越 来越重要 的地位。近年来。 在选矿新方法、 新 工艺、 新设备 、 新药剂及设备大型化、 过程 自动化等方面都 取得 了进 展 ⋯ 1。 生产物流是现代生产的重要组成部分。随着生 产水平的 日益提高。 综合了机械 、 电子、 自动化 、 计算 机、 管理 、 系统分析等技术的复杂的现代生产物流系 [ 收稿日期】2 0 0 1 0 9 1 3 [ 作者简介 】向凤红 1 9 6 4一 ， 男， 在读博士， 昆明理工 大学自动化系副主任， 主要研究方向为现代控制理论及应 用 、 模糊控 制理 论及 应用 、 神经 网络理 论 及应 用 和计 算 机控 制系统等 。 统中所蕴藏的巨大潜力越来越引起人们的注意。在 提高加工制造设备 本身能力与效益 的同时， 挖 掘物 流的潜力。 追求提高生产 系统 的总体效率 已经 成为 生产现代化的重要标志之一[ 。 2 选 矿 厂生产物 流特点分 析 对 于现 代的工业企业。 进行 生产物 流的 自动控 制和企业的现代 化管 理与经营决 策是密不可分的。 生产经营的决策影响着生产物流的控制方式 。在选 矿厂经营管理决策中必然包含精矿品位和回收率两 个指标。 这两个指标的变化必然导 致生产物流要做 相应 的调整。 如选 矿 日处理量 、 磨矿产 品的粒度、 各 个阶段的选别指 标、 各种药剂 用量、 充气量等等 ； 而 生产管理与经营决策又需要根据市场信息和企业生 产的实际情况来加 以确立 和修订， 这 显然需要获取 生产现场的相关 数据 ， 如原矿 品位、 设备状况 、 能量 维普资讯 3 2 有色矿 山 2 0 0 2年 第 3 1卷 消耗 、 钢耗 、 药剂 用量、 尾矿 品位 、 用水量、 设备维 护 费用以及理论金属平 衡表和 实际 金属 平衡表等等。 因此 ． 选矿 厂生产物流是选矿 生产过程各环节组成 的有机整体的纽带， 是选矿 生产过 程维持延续 的基 础。传统的选矿 厂生产物流不仅设备 原始， 而且物 流信息管理也十分落后。选矿厂生产规模 的不断扩 大、 生产的柔性化水平和 自动化水平 日益提高， 要求 生产物流也要相应地 发展， 使之与 现代选 矿生产 系 统 相适 应 。 深入分析选矿厂生产工艺过程 、 设备运行方式、 操作要求、 经营管理特征和决策模式 ， 可发现和归纳 出选矿厂生产物流控制 系统的如下特点。 1 缺乏精 确的数学 模型， 涉及大量不 确定的 环境信息 ； 2 具有分 布式 的传感器和执行 机构， 实时获 取和应用知识的能力不强 ； 3 要求严格的控制策略与信息变化模式不相 适 应 4 具有 高的噪声 电平 、 多种 时间尺度和 庞大 的数据量以及精确的性能要求等。 3 现代生产物流系统基本组成 现代生产物流是把物 流系统有机地联 系起来 ， 看成一个 整体， 从 系统化 、 集成 化 的概念 出发去 设 计、 分析 、 研究和改进 生产物 流系统， 不追求 系统 内 个别系统的高效和优化， 而是力求整体 系统 的优 化 和高效。现代生产物流系统 的另一特点是把物流系 统和生产制造系统融为一体， 使之形成完整 的生产 系统， 以提高生产的整体效益。现代生产物流 系统 由管理层、 控制 层和执行层三大部分组 成 J 。各 部 分功能如图 1所示。其中管理层是一个计算机物流 管理软件系统， 是物流系统的中枢， 具有数据处理能 力， 智能性要求较强 。控制 层是物流 系统 的重要 组 成部分， 它接收来 自管理层的指令。 控制物流机械完 成指令所规定的任务。控制层本身数据处理能力不 强 ， 主要是接收执行层的信息， 并实时监控物流系统 的状态， 例如物流设备情况 、 物料运输情 况、 物流 系 统各局部协调配 合情 况等等， 将监测的情况反馈给 管理层， 为管理层 的调 度决策提供参考。执行层 由 自动化的物流机械 组成， 物流设备 的控制器接受控 制层的指令， 控制设备执行各种操作。根据管理层 、 控制层和执行层 的不同分工， 物流 系统对各个层次 的要求是不同的。对管理层要求具有较 高的智能 ； 对控制层要求具有较高 的实时性 ； 对执 行层则要求 具有较高的可靠性 。 物 l 上 I 生 流 I 缀 l 产 董 蛆r 管 理 物 料 库 存 ； ] 牛 成 物 流 作 业 计 划 笪 r 检 测 物 流 状 态 生成物流作业指令 执行层 一执行物流作业指令 图 1 现 代生产 物流 系统 的基本组 成 4 选 矿 厂生产物 流递 阶智 能控制 系统 结构 一 个复杂的生产物流系统， 不仅具有设备 的多 样性 ， 而且具有地理上 和控 制功能上 的分 散性 。各 种物流的典型设备都 由计算机系统进行控制。如何 将这些控制系统联 系起来， 进 行协调， 有序的工作， 递阶控制 是一个 有效 的控 制结 构【 2 ] 。递 阶控 制一 般 由不 同层次 、 不同功能的各种计 算机控制 系统组 成， 如 小型机 、 工作 站、 微机 、 可编 程控制 器 等等。 建立这种结构有 以下四个方面的考虑。 1 资源共享 。通过这 种连接 ， 上层 管理 系统 可以协调来 自各方的信息， 使整个系统有序的工作。 2 响应速度快。这种分布式的递阶控制 系统 可以将任务分派给各子 系统 ， 它们可以 同时完成 各 自的 任务 。 3 可靠性提高。由于子系统的故障仅对 自身 产生影响， 因此整个系统的可靠性增强。 4 通信方便。 由于所有的子系统都连 在网络 上， 因此所有设备 间都可以进行信息交换。 在 生产物流设备 的控制上 采用递 阶控制 结构。 可以保证整个 系统运行可靠， 使设备的风险分担。 而典型的智能控制 系统 采用分级递 阶结构 J 。 S a r i d i s 指出， 智能控制 系统遵循“ 精度伴随智能递增 而递减” 的原理 ， 分级分配控制与管理任务。分级递 阶结构的优点在于强调 了系统追 求 目标的功能 。 控 制线路明确 ， 易于解析描述H J 。 根据选矿厂生产物流控制 系统的特点和现代生 产物流系统 的组成模式与功能要求， 提出基于A g e n t 维普资讯 第 1期 向凤红 等选矿厂生产物流递阶智能控制 系统结构研究 3 3 的选矿厂生 产物 流递阶智能控制 系统结构， 如图 2 所示。执行层 由现场控 制机实现， 控制层 由操 作站 和监督计算机实现， 管理层由管理计算机实现， 从而 构成一个 多 A g e n t系统 MAS 。系统 的通 信可 采 用更灵活的方式进行。 T 『 、 f 一 ～ 一 I 对象l ⋯ I 对象l⋯ I 对 象I ⋯ I 对象I 图 2 基于 A g e n t 的选矿厂生 产物 流 递阶 智能控制 系统结构 此处提 出的多 A g e n t 系统 中， 多个 A g e n t 形成 一 个有组织、 有序的群体， 共同工作在“ 环境” 中。它 们的组织性 和有序性体现 在 一个管理 层 Ag e n t 管 理若干个挖掘 层 A g e n t ； 一个控 制层 A g e n t 管理 若 干个执行 层 A g e n t 。这种组织结构类似于人的群体 组织， 领导者与被领导者分工协作， 共同完成特定的 任务。这 种 MAS的协调 机制 可称 为主从 协调 式。 每个 Ag e n t 都处于环境中， 根据环境信息 完成 各 自 承担 的工 作。 同时， 这 种 MAS也 可 作用 于 环 境。 它还可与人进行交互， 接 受人的各种指令 或下达 的 任务。此外， Ag e n t可与其 它类似 的 A g e n t系统进 行交互， 构成更高一级的有组织、 有序的 MAS 。 根据基于 Ag e n t 的选矿厂生产物流递 阶智能控 制系统的组织结构， A g e n t的基本特性应包括 自治 性 、 可通信性 、 反应性 、 面向目标性和针对环境性 等。 自治性 是指 Ag e n t对 自己的行 为或动 作具 有控 制 权， 无须外部干预，自主地完成其 特定的任务 ； 可通 信性是指每个 Ag e n t 在有组织 的群体 中， 通过 相互 通信接受任务指派和反馈 任务执行 的信息 ； 反应性 是指 A g e n t 应 具有感 知环 境并做 出相 应动 作 的能 力 ； 面 向目标性 是指 Ag e n t 能对 自己的行为做 出评 价并使其逐步 导向 目标 ； 针对 环境性 是指 A g e n t只 能工 作在特 定的环境 中。因此， Ag e n t采用具有 反 应和认知能力的复合结构， 如 图 3所示。图中的“ 环 境” 是广 义的， 可以是被控对象， 也可以是外部世界， 甚至是人。感知器通过 传感器接 受环境信息， 并进 行预处理和特征辨识。反应器对来 自感知器的信息 做出判别， 对于紧急状况或简单状 态直接 启动效应 器， 采取相应动作。对于非紧急状态， 通常通过决策 器做 出相应决 策后 ， 再 启 动效应 器采取 相应 动作。 决策器的决策不仅需要 环境信 息， 而且需要 环境模 型才能预测其未来 的行 动。同时， 其 它 Ag e n t可能 通过通信机对其未来 的行动提 出请求 ， 规划器 可能 预先对其行 动已制定 出方案。此时 ， 决策器将根据 冲突消解知识进行消解， 决定其采取的相应动作。 - ～ 一 _ 图 3 A g e n t 的复合式结构 5 结语 借助现代工业控制计算机 及成熟 的软、 硬件产 品， 结合现代工业生产过程， 用现代网络技术和智能 测控 技术 构造 开 放 的递 阶智能 控制 MAS体 系结 构 ， 依赖 网络的通信功能 ， 在复杂的连带环境下协调 各子系统的行为， 调度处理 上层优化决策 机构和下 层测控执行机构的物质流 、 信息流， 在人、 管理 和机 器中实现无缝集 成， 将是解 决复杂 系统控 制问题的 发展方向。为此， 本文提 出一种基 于 Ag e n t的选 矿 厂生产物流递 阶智 能控制 系统结构 ， 并分析 和讨论 了管理层 、 控 制层 及执 行层 Ag e n t的结 构 与功 能。 如何在选矿厂生产物流控制 中实现具有并行 、 分布 式的递阶智能控制 系统结构并应用 于实际， 是 下一 步工作的主要 目标。 [ 参考文献] 【 1 ] 张阃． 选矿科技的发展规律． 综合创新【 M] ． 北京 冶 金工业 出版社 。 1 9 9 8 ． [ 2 ] 张晓萍， 颜永年， 吴耀华等． 现代生产物流及仿真[ M] ． 北京 清华大 学 出版社 。 1 9 9 8 ． [ 3 ] S a r i d i s G N．I n t e l l i g e n t r o b o t i c c o n t r o l [ J ] ．I E E E T r a n s o n Au t o ma t i c Co n t r o l ，1 9 8 3 ， 2 8 5 5 4 75 5 7 ． [ 4 ] 王俊普 ， 陈嗥， 徐杨等 ． 基于 A g e n t 的集散递 阶智 能 控制的研究 [ J ] ． 控制 与决 策， 2 0 0 1 ， 1 6 2 1 7 7 1 8 0 ． ⋯ 维普资讯