寶鋼煉鋼、連鑄自動化技術(shù)研發(fā)的回顧與展望

《寶鋼煉鋼、連鑄自動化技術(shù)研發(fā)的回顧與展望》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、寶鋼煉鋼、連鑄自動化技術(shù)研發(fā)的回顧與展望——從控制模型到管理優(yōu)化模型杜斌寶鋼研究院自動化所上海201900摘要本文較為詳細(xì)地介紹了寶鋼近年來在煉鋼、連鑄控制技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用情況。主要涉及寶鋼研究院自動化所等單位在復(fù)雜控制策略(模型)方面的工作，覆蓋了多級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的各層面，如基礎(chǔ)自動控制、過程控制和生產(chǎn)計(jì)劃等。關(guān)鍵詞煉鋼一連鑄、模型、自動控制、優(yōu)化1概述1．1技術(shù)概述人們常把材料、工藝、裝備和自動化看作現(xiàn)代冶金工業(yè)的支柱?，F(xiàn)代鋼鐵工業(yè)已形成了多級的計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)，通常把這個龐大、復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系

2、統(tǒng)分為L1(基礎(chǔ)自動化)、L2(過程控制計(jì)算機(jī))、L3(區(qū)域管理機(jī))和L4(全廠管理計(jì)算機(jī))。從控制角度看，所有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都有兩大功能：應(yīng)用業(yè)務(wù)或信息處理和復(fù)雜控制策略兩部分。本文主要介紹寶鋼研究院自動化所數(shù)年來在煉鋼、連鑄計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各層面的復(fù)雜控制策略的研發(fā)和應(yīng)用情況。行業(yè)內(nèi)往往習(xí)慣把這些復(fù)雜控制策略稱之為“模型"，本文的模型就是指復(fù)雜的控制和管理策略。當(dāng)然，所有的工作都是系統(tǒng)性和以在線應(yīng)用為目的的。現(xiàn)代冶金工業(yè)全線都處在L2過程計(jì)算機(jī)的控制下工作，L2過程機(jī)主要控制單一工位裝備的生產(chǎn)操作，如轉(zhuǎn)爐、

3、連鑄機(jī)、加熱爐、軋機(jī)等。從控制的角度看，L2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)就是所謂的“模型”。它是集工藝材料、控制、數(shù)學(xué)、軟件等學(xué)科于一體的技術(shù)，因此從這個意義上說，模型就是含有復(fù)雜數(shù)理關(guān)系的軟件。按照這個定義，L1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中也有不少模型，如軋機(jī)的板形控制、AGC厚度控制等。近年隨著計(jì)算機(jī)軟硬件、通訊等技術(shù)的迅猛發(fā)展，在冶金工業(yè)的一些工藝段上，L1與L2的功能有互相融合的趨勢。目前，L3與L4也有集成在一個大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的趨勢。L3常常用于解決整個大工藝段的生產(chǎn)組織管理，如煉鋼廠(包括煉鋼、精煉、連鑄工

4、序和生產(chǎn)設(shè)備)、熱軋廠、冷軋廠等。而L4則通常指全廠的管理計(jì)算機(jī)，它除了一般的財(cái)務(wù)人事等功能外，還有質(zhì)量設(shè)計(jì)、合同處理、生產(chǎn)設(shè)計(jì)等覆蓋全廠生產(chǎn)的重要功能。從應(yīng)用和模型的角度來分，他們和L2計(jì)算機(jī)類似，都含有應(yīng)用和模型兩部分。但L3以上計(jì)算機(jī)處理了大量的管理功能，在二者的比重和變化的程度上有一定區(qū)別。如L1的模型只和某特定機(jī)電設(shè)備有關(guān)，可能投產(chǎn)后就基本不變。L2模型因?yàn)楹凸に囅嚓P(guān)就有調(diào)整的要求。L3以上模型的調(diào)整則會更頻繁些。因此，L3以上模型的研發(fā)需要適應(yīng)這種要求，確保模型和應(yīng)用系統(tǒng)的有效連接以及在一定

5、程度上滿足管理的變化。1．2寶鋼研發(fā)概況寶鋼從80年代到90年代初期完成了一個完整的現(xiàn)代鋼鐵聯(lián)合體的建造，與此同時建立了一個完整的多級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在建造時期內(nèi)，國際上已基本完成了冶金過程控制(L2級)基于模型的控制。因此，寶鋼全線引進(jìn)了先進(jìn)的L2過程控制模型。從90年代中期開始，以二期和三期工程為目標(biāo)，寶鋼開始了比較系統(tǒng)的L2模型自主研發(fā)，并于1998年前后首先在煉鋼過程控制模型取得突破，逐步形成了非常強(qiáng)的研發(fā)和工程應(yīng)用能力。該技術(shù)能力的形成，促進(jìn)了寶鋼全線L2模型的自主開發(fā)，并先后在連鑄、冷軋、熱

6、軋形成了自主的成套控制模型技術(shù)。目前，寶鋼已基本不引進(jìn)熟悉工藝的L2模型。有關(guān)L1～L2的詳細(xì)研發(fā)情況及其相關(guān)技術(shù)可參考［1～6］。圖1表示的是寶鋼研究院自動化所經(jīng)過近十年形成的L1～L4模型技術(shù)成果和能力。其中縱坐標(biāo)表示控制系統(tǒng)的層級，橫坐標(biāo)表示工藝段(見圖中部的工藝名稱)，如轉(zhuǎn)爐等。由圖可知，寶鋼研究院自動化所在煉鋼、連鑄、熱軋和冷軋的L2模型方面有較多的成果和技術(shù)積累，所有L2模型均為全套的工程應(yīng)用模型。由于以下兩方面的原因，寶鋼在L3以上的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)上基本沒有引進(jìn)模型技術(shù)。1)寶鋼L4的96

7、72系統(tǒng)基本是自主開發(fā)。2)L3及以上的優(yōu)化模型技術(shù)工業(yè)應(yīng)用是在90年代后期才開始的。之前不能工業(yè)應(yīng)用的主要技術(shù)障礙是：a．計(jì)算機(jī)硬件功能和運(yùn)算速度趕不上要求。b．更重要的是這個優(yōu)化領(lǐng)域的問題不能靠傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法解決，現(xiàn)代優(yōu)化算法的成熟是近十幾年的事。寶鋼近幾年系統(tǒng)地開展了生產(chǎn)計(jì)劃領(lǐng)域優(yōu)化模型(或稱系統(tǒng))的研究工作，并取得了可喜的進(jìn)展。本文主要介紹寶鋼研究院自動化所參與的研究和開發(fā)情況，所有這些工作都有制造管理工程師的參與。與大型鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理相關(guān)的優(yōu)化領(lǐng)域十分廣泛，涉及多個數(shù)學(xué)或控制學(xué)分支。為了使

8、研發(fā)的效率提高，寶鋼首先進(jìn)行了相關(guān)數(shù)學(xué)和控制學(xué)方法的基礎(chǔ)系統(tǒng)研究。扎實(shí)的基礎(chǔ)研究(含數(shù)學(xué)理論方法與可靠軟件包開發(fā))是提高工業(yè)應(yīng)用的開發(fā)效率，特別是優(yōu)化效果的最重要保證。我們的基礎(chǔ)研究包括以下方法的理論研究和軟件包開發(fā)：人工神經(jīng)元、模糊邏輯控制器、線性規(guī)劃、遺傳算法軟件包、禁忌搜索、離散事件仿真、約束規(guī)劃等。在基礎(chǔ)算法和基礎(chǔ)軟件包開發(fā)的基礎(chǔ)上，寶鋼逐步開展了全線短期生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化模型的研發(fā)。研發(fā)經(jīng)歷了單一工藝段優(yōu)化模型的開發(fā)，如組爐模型、煉鋼計(jì)