宝钢炼钢、连铸自动化技术研发的回顾与展望

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1、宝钢炼钢、连铸自动化技术研发的回顾与展望——从控制模型到管理优化模型杜斌宝钢研究院自动化所上海201900摘要本文较为详细地介绍了宝钢近年来在炼钢、连铸控制技术的研发和应用情况。主要涉及宝钢研究院自动化所等单位在复杂控制策略(模型)方面的工作，覆盖了多级计算机控制系统的各层面，如基础自动控制、过程控制和生产计划等。关键词炼钢一连铸、模型、自动控制、优化1概述1．1技术概述人们常把材料、工艺、装备和自动化看作现代冶金工业的支柱。现代钢铁工业已形成了多级的计算机控制与管理系统，通常把这个庞大、复杂的计算机系

2、统分为L1(基础自动化)、L2(过程控制计算机)、L3(区域管理机)和L4(全厂管理计算机)。从控制角度看，所有的计算机系统都有两大功能：应用业务或信息处理和复杂控制策略两部分。本文主要介绍宝钢研究院自动化所数年来在炼钢、连铸计算机系统各层面的复杂控制策略的研发和应用情况。行业内往往习惯把这些复杂控制策略称之为“模型"，本文的模型就是指复杂的控制和管理策略。当然，所有的工作都是系统性和以在线应用为目的的。现代冶金工业全线都处在L2过程计算机的控制下工作，L2过程机主要控制单一工位装备的生产操作，如转炉、

3、连铸机、加热炉、轧机等。从控制的角度看，L2计算机控制系统的核心技术就是所谓的“模型”。它是集工艺材料、控制、数学、软件等学科于一体的技术，因此从这个意义上说，模型就是含有复杂数理关系的软件。按照这个定义，L1的计算机系统中也有不少模型，如轧机的板形控制、AGC厚度控制等。近年随着计算机软硬件、通讯等技术的迅猛发展，在冶金工业的一些工艺段上，L1与L2的功能有互相融合的趋势。目前，L3与L4也有集成在一个大型计算机系统中的趋势。L3常常用于解决整个大工艺段的生产组织管理，如炼钢厂(包括炼钢、精炼、连铸工

4、序和生产设备)、热轧厂、冷轧厂等。而L4则通常指全厂的管理计算机，它除了一般的财务人事等功能外，还有质量设计、合同处理、生产设计等覆盖全厂生产的重要功能。从应用和模型的角度来分，他们和L2计算机类似，都含有应用和模型两部分。但L3以上计算机处理了大量的管理功能，在二者的比重和变化的程度上有一定区别。如L1的模型只和某特定机电设备有关，可能投产后就基本不变。L2模型因为和工艺相关就有调整的要求。L3以上模型的调整则会更频繁些。因此，L3以上模型的研发需要适应这种要求，确保模型和应用系统的有效连接以及在一定

5、程度上满足管理的变化。1．2宝钢研发概况宝钢从80年代到90年代初期完成了一个完整的现代钢铁联合体的建造，与此同时建立了一个完整的多级计算机控制系统。在建造时期内，国际上已基本完成了冶金过程控制(L2级)基于模型的控制。因此，宝钢全线引进了先进的L2过程控制模型。从90年代中期开始，以二期和三期工程为目标，宝钢开始了比较系统的L2模型自主研发，并于1998年前后首先在炼钢过程控制模型取得突破，逐步形成了非常强的研发和工程应用能力。该技术能力的形成，促进了宝钢全线L2模型的自主开发，并先后在连铸、冷轧、热

6、轧形成了自主的成套控制模型技术。目前，宝钢已基本不引进熟悉工艺的L2模型。有关L1～L2的详细研发情况及其相关技术可参考［1～6］。图1表示的是宝钢研究院自动化所经过近十年形成的L1～L4模型技术成果和能力。其中纵坐标表示控制系统的层级，横坐标表示工艺段(见图中部的工艺名称)，如转炉等。由图可知，宝钢研究院自动化所在炼钢、连铸、热轧和冷轧的L2模型方面有较多的成果和技术积累，所有L2模型均为全套的工程应用模型。由于以下两方面的原因，宝钢在L3以上的计算机管理系统上基本没有引进模型技术。1)宝钢L4的96

7、72系统基本是自主开发。2)L3及以上的优化模型技术工业应用是在90年代后期才开始的。之前不能工业应用的主要技术障碍是：a．计算机硬件功能和运算速度赶不上要求。b．更重要的是这个优化领域的问题不能靠传统数学优化方法解决，现代优化算法的成熟是近十几年的事。宝钢近几年系统地开展了生产计划领域优化模型(或称系统)的研究工作，并取得了可喜的进展。本文主要介绍宝钢研究院自动化所参与的研究和开发情况，所有这些工作都有制造管理工程师的参与。与大型钢铁企业生产管理相关的优化领域十分广泛，涉及多个数学或控制学分支。为了使

8、研发的效率提高，宝钢首先进行了相关数学和控制学方法的基础系统研究。扎实的基础研究(含数学理论方法与可靠软件包开发)是提高工业应用的开发效率，特别是优化效果的最重要保证。我们的基础研究包括以下方法的理论研究和软件包开发：人工神经元、模糊逻辑控制器、线性规划、遗传算法软件包、禁忌搜索、离散事件仿真、约束规划等。在基础算法和基础软件包开发的基础上，宝钢逐步开展了全线短期生产计划优化模型的研发。研发经历了单一工艺段优化模型的开发，如组炉模型、炼钢计