本發(fā)明屬于先進(jìn)工業(yè)制造控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法。
背景技術(shù)：
連鑄生產(chǎn)仍然是一個(gè)粗放、勞動(dòng)密集的生產(chǎn)過(guò)程，其控制還沿用多年前的技術(shù)，控制策略基本上是分段分立控制。現(xiàn)有溫度場(chǎng)模型的計(jì)算準(zhǔn)確度不高應(yīng)用效果不好；數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用闕如，對(duì)生產(chǎn)規(guī)律挖掘少；生產(chǎn)過(guò)程需要頻繁溝通、溝通效率及速度緩慢，加之人為操作干預(yù)，連鑄無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)；生產(chǎn)過(guò)程可視化差，對(duì)設(shè)備狀態(tài)和過(guò)程運(yùn)行的把控能力差；連鑄運(yùn)行過(guò)程欠優(yōu)化，整體能耗水耗高；缺乏有效的在線質(zhì)量分析、質(zhì)量干預(yù)手段，鑄坯質(zhì)量波動(dòng)大。
隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵供給側(cè)改革以及鋼鐵去產(chǎn)能以及人工智能和大數(shù)據(jù)時(shí)代來(lái)臨、通過(guò)連鑄過(guò)程的智能化控制、實(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程的精益生產(chǎn)，降低企業(yè)用工成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗，實(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程可移動(dòng)的可視化是鋼鐵業(yè)發(fā)展發(fā)展的趨勢(shì)和必然選擇。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可解決上述連鑄生產(chǎn)過(guò)程存在的各種問(wèn)題的連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法。
為此，本發(fā)明公開(kāi)了一種連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法，包括如下步驟：
S1、采集底層實(shí)時(shí)信號(hào)并提取出過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)，形成包括回轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)、中間包子系統(tǒng)、結(jié)晶器子系統(tǒng)、二冷段子系統(tǒng)、拉矯子系統(tǒng)、切割子系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，并將各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)融合成最終的數(shù)據(jù)中心，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的集中采集、存儲(chǔ)、挖掘和分析、共享和管理；
S2、以能量守恒和凝固傳熱數(shù)據(jù)模型為方法對(duì)整個(gè)連鑄過(guò)程從大包到切割結(jié)束的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的溫度預(yù)測(cè)和溫度場(chǎng)分布進(jìn)行計(jì)算，并作為關(guān)鍵工藝參數(shù)保存至數(shù)據(jù)中心；
S3、以爐次跟蹤、鑄流跟蹤和鑄坯跟蹤為依托，將煉鋼過(guò)程、連鑄過(guò)程和煉鐵過(guò)程的工藝參數(shù)及事件同鑄坯關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成“鑄坯-工藝參數(shù)及事件”關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)；
S4、采用數(shù)據(jù)挖掘和人工專家經(jīng)驗(yàn)錄入的方法獲取協(xié)調(diào)控制專家規(guī)則和“鑄坯質(zhì)量-工藝參數(shù)”關(guān)聯(lián)規(guī)則，不斷積累數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)則自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)；
S5、按照決策樹(shù)模型技術(shù)從現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)提取出的調(diào)度相關(guān)信號(hào)，并結(jié)合從外部系統(tǒng)接口獲得的調(diào)度指令信息，以指導(dǎo)連鑄過(guò)程智能控制系統(tǒng)的運(yùn)作；
S6、以虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)形式監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)和指令執(zhí)行狀態(tài)，并顯示設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，給出設(shè)備故障報(bào)警信號(hào)，并預(yù)測(cè)出可能的設(shè)備狀態(tài)，以指導(dǎo)故障排除、優(yōu)化設(shè)備維修以及備品備件的管理；
S7、以“鑄坯-工藝參數(shù)及事件”關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，基于“鑄坯質(zhì)量-工藝參數(shù)”關(guān)聯(lián)規(guī)則的鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)，在連鑄環(huán)節(jié)鑄坯形成過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)控工藝參數(shù)的變動(dòng)，對(duì)鑄流中的質(zhì)量缺陷進(jìn)行精確定位跟蹤，當(dāng)出現(xiàn)工藝參數(shù)出格的情況時(shí)及時(shí)做出評(píng)估并將信息同步傳遞給協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，由其計(jì)算出最優(yōu)的參數(shù)調(diào)整目標(biāo)值協(xié)調(diào)相關(guān)控制系統(tǒng)做出及時(shí)調(diào)整；在切割結(jié)束后，對(duì)每塊形成的鑄坯進(jìn)行最終的質(zhì)量評(píng)級(jí)，并通過(guò)鑄坯缺陷檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行修正，以不斷提升評(píng)級(jí)的準(zhǔn)確性和可靠性；
S8、基于協(xié)調(diào)控制專家規(guī)則的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，以保證鑄坯質(zhì)量為基本前提和約束，以提高生產(chǎn)效率、降低能耗水耗、降低綜合成本為目標(biāo)，對(duì)整個(gè)連鑄生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。
進(jìn)一步地，所述步驟S1中，底層實(shí)時(shí)信號(hào)包括設(shè)備狀態(tài)類信息、工藝參數(shù)類信息、控制參數(shù)類信息、生產(chǎn)環(huán)境類信息、通訊傳輸類信息和調(diào)度執(zhí)行類信息。
進(jìn)一步地，所述步驟S2中，溫度預(yù)測(cè)和溫度場(chǎng)分布包括大包溫度預(yù)測(cè)、中間包溫度預(yù)測(cè)、結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布和二冷鑄流溫度場(chǎng)分布，并通過(guò)現(xiàn)有溫度傳感器進(jìn)行在線驗(yàn)證以提升模型溫度預(yù)測(cè)、計(jì)算的準(zhǔn)確性，最終取代現(xiàn)有溫度傳感器的功能，以達(dá)到減少溫度傳感器使用和維修成本的目的。
大包溫度預(yù)測(cè)是對(duì)大包內(nèi)鋼液質(zhì)心處單點(diǎn)的溫度計(jì)算及預(yù)測(cè)，采用能量守恒定律為基本原理，以上連鑄平臺(tái)前最近的準(zhǔn)確溫度測(cè)量數(shù)據(jù)為輸入，結(jié)合時(shí)間信息、大包散熱系數(shù)、鋼包輸出流量等相關(guān)參數(shù)加以運(yùn)算；所述大包散熱系數(shù)需要對(duì)環(huán)境溫度、絕熱層厚度、材質(zhì)、鋼包尺寸、鋼包性能、鋼種、是否加蓋、是否加保溫劑進(jìn)行綜合考慮。
中間包溫度預(yù)測(cè)是對(duì)中間包澆鑄區(qū)域內(nèi)各流出口處各分散點(diǎn)的溫度計(jì)算及預(yù)測(cè)，采用能量守恒定律為基本原理，以大包溫度測(cè)量或者預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為輸入，結(jié)合中間包內(nèi)鋼液流場(chǎng)、中包散熱系數(shù)、中包輸入流量和中包輸出流量的參數(shù)加以運(yùn)算；所述中包散熱系數(shù)需要對(duì)環(huán)境溫度、絕熱層厚度、材質(zhì)、中包尺寸、中包性能、鋼種、覆蓋劑性能進(jìn)行綜合考慮。
結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布計(jì)算包括結(jié)晶器目標(biāo)冷卻水量計(jì)算、結(jié)晶器凝固傳熱過(guò)程計(jì)算和結(jié)晶器凝固坯殼厚度計(jì)算。
二冷鑄流溫度場(chǎng)分布計(jì)算包括二冷各段目標(biāo)噴水量的計(jì)算、二冷鑄流凝固傳熱過(guò)程計(jì)算和二冷鑄流凝固末端的計(jì)算，二冷段內(nèi)溫度場(chǎng)計(jì)算主要體現(xiàn)在對(duì)鑄流坯殼表面溫度、凝固厚度、凝固末端的計(jì)算，并以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，合理控制二次冷卻水各段的用量。
進(jìn)一步地，所述步驟S3中，所述爐次跟蹤是以鋼包到達(dá)連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)為啟始點(diǎn)，以鋼包離開(kāi)回轉(zhuǎn)臺(tái)為結(jié)束點(diǎn)；包括對(duì)每一包鋼水的澆次號(hào)、爐次號(hào)、鋼種、化驗(yàn)成份、到達(dá)時(shí)間、離開(kāi)時(shí)間、重量、溫度、開(kāi)澆時(shí)間、澆完時(shí)間、是否為保護(hù)澆鑄、下渣檢測(cè)、滑動(dòng)水口開(kāi)度、氬氣流量、長(zhǎng)水口是否漏鋼、長(zhǎng)水口是否破損、滑動(dòng)水口是否漏鋼，并通過(guò)爐次號(hào)反推其在煉鋼各工序、煉鐵各工序的工藝事件及時(shí)間區(qū)間的跟蹤。
進(jìn)一步地，所述步驟S3中，所述鑄流跟蹤包括從中包、結(jié)晶器、鑄流本體到板坯切割前的整個(gè)過(guò)程的生產(chǎn)信息，包括對(duì)中包重量、過(guò)熱度、鋼種、時(shí)間、中間包使用爐數(shù)、中間包覆蓋劑性能、在線換中間包及時(shí)間、鑄流長(zhǎng)度、爐次接縫位置、塞棒位置、浸入式水口深度、在線換浸入式水口及時(shí)間、結(jié)晶器保護(hù)渣性能、保護(hù)渣厚度、結(jié)晶器液位、結(jié)晶器振動(dòng)、結(jié)晶器冷卻水、結(jié)晶器鑄流溫度分布、結(jié)晶器坯殼厚度、結(jié)晶器過(guò)鋼量、結(jié)晶器尺寸、電磁攪拌、電磁制動(dòng)、二次冷卻水、二冷鑄流溫度分布、凝固末端位置、設(shè)備冷卻水、夾送輥壓下量、拉速、鑄流表面質(zhì)量及位置、鑄流內(nèi)部質(zhì)量及位置、浸入式水口是否破損及漏鋼預(yù)報(bào)的跟蹤。
進(jìn)一步地，所述步驟S3中，所述鑄坯跟蹤以切割完成作為起始點(diǎn)，離開(kāi)切割輥道為結(jié)束點(diǎn)，包括對(duì)切割開(kāi)始時(shí)間、切割結(jié)束時(shí)間、鑄坯號(hào)、所屬爐次號(hào)、是否為接縫處鑄坯、鑄坯截面尺寸、鑄坯定尺、鑄坯定重、鑄坯對(duì)應(yīng)鑄流中位置、首坯長(zhǎng)度、尾坯長(zhǎng)度、是否補(bǔ)切、鑄坯溫度分布、切割損耗、鑄坯評(píng)級(jí)和鑄坯去向的跟蹤。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下效果：
1、根據(jù)連鑄現(xiàn)場(chǎng)存在的各種實(shí)際問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)需要，依據(jù)工藝約束條件、規(guī)則以及人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)為手段，提出了一種連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法的整體解決方案，該方案設(shè)計(jì)思路清晰，便于升級(jí)和擴(kuò)展；
2、采用的規(guī)則庫(kù)是通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘或者專家經(jīng)驗(yàn)獲取的，是基于對(duì)連鑄工藝及約束的充分理解基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，一方面規(guī)則的適應(yīng)性較強(qiáng)，另一方面規(guī)則的擴(kuò)展能力較強(qiáng)，尤其對(duì)連鑄環(huán)境復(fù)雜隨變的動(dòng)態(tài)環(huán)境有較強(qiáng)適應(yīng)能力；
3、通過(guò)對(duì)連鑄生產(chǎn)過(guò)程中影響質(zhì)量、效率、能耗、成本的本質(zhì)因素進(jìn)行深度挖掘，找出可控對(duì)象及可調(diào)因子，并通過(guò)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)加以控制，最終實(shí)現(xiàn)連鑄坯質(zhì)量的穩(wěn)定和提升，并同步提供生產(chǎn)效率，降低能耗水耗，實(shí)現(xiàn)綜合生產(chǎn)成本的降低。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明提供的所述連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳述。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法，包括如下步驟：
S1、采集底層實(shí)時(shí)信號(hào)并提取出過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)，形成包括回轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)、中間包子系統(tǒng)、結(jié)晶器子系統(tǒng)、二冷段子系統(tǒng)、拉矯子系統(tǒng)、切割子系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，并將各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)融合成最終的數(shù)據(jù)中心，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的集中采集、存儲(chǔ)、挖掘和分析、共享和管理；
S2、以能量守恒和凝固傳熱數(shù)據(jù)模型為方法對(duì)整個(gè)連鑄過(guò)程從大包到切割結(jié)束的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的溫度預(yù)測(cè)和溫度場(chǎng)分布進(jìn)行計(jì)算，并作為關(guān)鍵工藝參數(shù)保存至數(shù)據(jù)中心；
S3、以爐次跟蹤、鑄流跟蹤和鑄坯跟蹤為依托，將煉鋼過(guò)程、連鑄過(guò)程和煉鐵過(guò)程的工藝參數(shù)及事件同鑄坯關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成“鑄坯-工藝參數(shù)及事件”關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)；
S4、采用數(shù)據(jù)挖掘和人工專家經(jīng)驗(yàn)錄入的方法獲取協(xié)調(diào)控制專家規(guī)則和“鑄坯質(zhì)量-工藝參數(shù)”關(guān)聯(lián)規(guī)則，不斷積累數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)則自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)；
S5、按照決策樹(shù)模型技術(shù)從現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)提取出的調(diào)度相關(guān)信號(hào)，并結(jié)合從外部系統(tǒng)接口獲得的調(diào)度指令信息，以指導(dǎo)連鑄過(guò)程智能控制系統(tǒng)的運(yùn)作；
S6、以虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)形式監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)和指令執(zhí)行狀態(tài)，并顯示設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，給出設(shè)備故障報(bào)警信號(hào)，并預(yù)測(cè)出可能的設(shè)備狀態(tài)，以指導(dǎo)故障排除、優(yōu)化設(shè)備維修以及備品備件的管理；
S7、以“鑄坯-工藝參數(shù)及事件”關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，基于“鑄坯質(zhì)量-工藝參數(shù)”關(guān)聯(lián)規(guī)則的鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)，在連鑄環(huán)節(jié)鑄坯形成過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)控工藝參數(shù)的變動(dòng)，對(duì)鑄流中的質(zhì)量缺陷進(jìn)行精確定位跟蹤，當(dāng)出現(xiàn)工藝參數(shù)出格的情況時(shí)及時(shí)做出評(píng)估并將信息同步傳遞給協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，由其計(jì)算出最優(yōu)的參數(shù)調(diào)整目標(biāo)值協(xié)調(diào)相關(guān)控制系統(tǒng)做出及時(shí)調(diào)整；在切割結(jié)束后，對(duì)每塊形成的鑄坯進(jìn)行最終的質(zhì)量評(píng)級(jí)，并通過(guò)鑄坯缺陷檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行修正，以不斷提升評(píng)級(jí)的準(zhǔn)確性和可靠性；
S8、基于協(xié)調(diào)控制專家規(guī)則的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，以保證鑄坯質(zhì)量為基本前提和約束，以提高生產(chǎn)效率、降低能耗水耗、降低綜合成本為目標(biāo)，對(duì)整個(gè)連鑄生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。
所述連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法包含多個(gè)內(nèi)容，具體內(nèi)容與內(nèi)容間以及和目前的關(guān)系為：
內(nèi)容a：建立數(shù)據(jù)中心是其他內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)。
內(nèi)容b：連鑄過(guò)程溫度預(yù)測(cè)與溫度場(chǎng)的計(jì)算，可提供準(zhǔn)確、核心的工藝參數(shù)-溫度，這是掌控連鑄凝固進(jìn)展的關(guān)鍵，是保持連鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定并持續(xù)提升品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能耗水耗、降低綜合成本的基本要素，為后續(xù)其他內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)。
內(nèi)容c：“鑄坯-工藝參數(shù)及事件”關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，以內(nèi)容a、b的數(shù)據(jù)內(nèi)容為基礎(chǔ)，將鑄坯與其關(guān)聯(lián)的工藝參數(shù)及事件作映射，主要出于穩(wěn)定質(zhì)量提升品質(zhì)的角度考慮，為內(nèi)容d、g做鋪墊。
內(nèi)容d：規(guī)則獲取，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心內(nèi)容及難點(diǎn)，是內(nèi)容g、h能否有效實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，是所有目標(biāo)能否達(dá)到及達(dá)到的效果的保證。
由于連鑄過(guò)程不是獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，受上游煉鋼工序和下游軋鋼工序的影響和制約，同時(shí)連鑄過(guò)程運(yùn)行的好壞也受自身各功能段的影響，這些都是智能調(diào)度的內(nèi)容，因此：
內(nèi)容e：調(diào)度信息的獲取，主要是基于上述考慮，為內(nèi)容h提供指導(dǎo)。
而對(duì)連鑄運(yùn)行效果或者進(jìn)展的表達(dá)，最有效的方式之一就是虛擬動(dòng)畫(huà)展示，這是內(nèi)容f的動(dòng)機(jī)。
內(nèi)容g：鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)，更多的是從質(zhì)量的角度出發(fā)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)連鑄過(guò)程中質(zhì)量缺陷并做跟蹤，同步找出缺陷誘因交由內(nèi)容h處理，該部分內(nèi)容主要由內(nèi)容c、d作支撐。
內(nèi)容h：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，一方面關(guān)注對(duì)質(zhì)量的改善和提高，另一方面從全局出發(fā)做協(xié)調(diào)處理，以優(yōu)化連鑄效率，降低能耗水耗，實(shí)現(xiàn)綜合成本降低。
所述連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法的整體設(shè)計(jì)內(nèi)容之?dāng)?shù)據(jù)中心，主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的集中采集、存儲(chǔ)、挖掘和分析、共享和管理。
步驟S1中，底層實(shí)時(shí)信號(hào)包括設(shè)備狀態(tài)類信息、工藝參數(shù)類信息、控制參數(shù)類信息、生產(chǎn)環(huán)境類信息、通訊傳輸類信息和調(diào)度執(zhí)行類信息。
所述的回轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)包括以下設(shè)備及系統(tǒng)：回轉(zhuǎn)臺(tái)、鋼包、鋼包滑動(dòng)水口、滑板液壓缸、長(zhǎng)水口、長(zhǎng)水口操作臂、回轉(zhuǎn)臺(tái)部分的液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)臺(tái)部分的潤(rùn)滑系統(tǒng)。
所述的中間包子系統(tǒng)包括以下設(shè)備及系統(tǒng)：中間包、中間包車、備用中間包、備用中間包車、主烘烤裝置、備用烘烤裝置、塞棒機(jī)構(gòu)、浸入式水口、備用浸入式水口、浸入式水口的裝卸設(shè)備、中間包部分的液壓系統(tǒng)。
所述的結(jié)晶器子系統(tǒng)包括以下設(shè)備及系統(tǒng)：結(jié)晶器、振動(dòng)臺(tái)、冷卻水系統(tǒng)、電磁攪拌設(shè)備、電磁制動(dòng)設(shè)備、結(jié)晶器部分的液壓系統(tǒng)、結(jié)晶器部分的潤(rùn)滑系統(tǒng)。
所述的二冷段子系統(tǒng)包括以下設(shè)備及系統(tǒng)：支撐導(dǎo)向輥、二次冷卻水系統(tǒng)、電磁攪拌設(shè)備、扇形段、二冷段部分的液壓系統(tǒng)、二冷段部分的潤(rùn)滑系統(tǒng)。
所述的拉矯子系統(tǒng)包括以下設(shè)備及系統(tǒng)：拉矯機(jī)、引錠桿、脫錠裝置、存放裝置、拉矯部分的液壓系統(tǒng)、拉矯部分的潤(rùn)滑系統(tǒng)。
所述的切割子系統(tǒng)包括以下設(shè)備及系統(tǒng)：切割小車、切割槍、定尺裝置、稱重裝置、切割部分的液壓系統(tǒng)、切割部分的潤(rùn)滑系統(tǒng)。
所述步驟S2中，溫度預(yù)測(cè)和溫度場(chǎng)分布包括大包溫度預(yù)測(cè)、中間包溫度預(yù)測(cè)、結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布和二冷鑄流溫度場(chǎng)分布，并通過(guò)現(xiàn)有溫度傳感器進(jìn)行在線驗(yàn)證以提升模型溫度預(yù)測(cè)、計(jì)算的準(zhǔn)確性，最終取代現(xiàn)有溫度傳感器的功能，以達(dá)到減少溫度傳感器使用和維修成本的目的。
大包溫度預(yù)測(cè)是對(duì)大包內(nèi)鋼液質(zhì)心處單點(diǎn)的溫度計(jì)算及預(yù)測(cè)，采用能量守恒定律為基本原理，以上連鑄平臺(tái)前最近的準(zhǔn)確溫度測(cè)量數(shù)據(jù)為輸入，結(jié)合時(shí)間信息、大包散熱系數(shù)、鋼包輸出流量等相關(guān)參數(shù)加以運(yùn)算；所述大包散熱系數(shù)需要對(duì)環(huán)境溫度、絕熱層厚度、材質(zhì)、鋼包尺寸、鋼包性能、鋼種、是否加蓋、是否加保溫劑進(jìn)行綜合考慮。
中間包溫度預(yù)測(cè)是對(duì)中間包澆鑄區(qū)域內(nèi)各流出口處各分散點(diǎn)的溫度計(jì)算及預(yù)測(cè)，采用能量守恒定律為基本原理，以大包溫度測(cè)量或者預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為輸入，結(jié)合中間包內(nèi)鋼液流場(chǎng)、中包散熱系數(shù)、中包輸入流量和中包輸出流量的參數(shù)加以運(yùn)算；所述中包散熱系數(shù)需要對(duì)環(huán)境溫度、絕熱層厚度、材質(zhì)、中包尺寸、中包性能、鋼種、覆蓋劑性能進(jìn)行綜合考慮。
結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布計(jì)算包括結(jié)晶器目標(biāo)冷卻水量計(jì)算、結(jié)晶器凝固傳熱過(guò)程計(jì)算和結(jié)晶器凝固坯殼厚度計(jì)算。結(jié)晶器內(nèi)鋼液熱量絕大部分通過(guò)與結(jié)晶器內(nèi)冷卻水的間接熱交換過(guò)程散失，以實(shí)現(xiàn)鑄流凝固坯殼的均勻生長(zhǎng)，根據(jù)能量守恒：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)鋼液能量減少量等于冷卻水能量增量；鋼液能量變化過(guò)程通過(guò)鋼液邊界與周圍熱交換實(shí)現(xiàn)。
二冷鑄流溫度場(chǎng)分布計(jì)算包括二冷各段目標(biāo)噴水量的計(jì)算、二冷鑄流凝固傳熱過(guò)程計(jì)算和二冷鑄流凝固末端的計(jì)算，二冷段內(nèi)溫度場(chǎng)計(jì)算主要體現(xiàn)在對(duì)鑄流坯殼表面溫度、凝固厚度、凝固末端的計(jì)算，并以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，合理控制二次冷卻水各段的用量。
步驟S3中，“鑄坯-工藝參數(shù)及事件”關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄過(guò)程、煉鋼過(guò)程甚至是煉鐵過(guò)程的工藝參數(shù)及事件的跟蹤，并以鑄坯作為主鍵將這些工藝參數(shù)及事件聯(lián)系起來(lái)。
所述爐次跟蹤是以鋼包到達(dá)連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)為啟始點(diǎn)，以鋼包離開(kāi)回轉(zhuǎn)臺(tái)為結(jié)束點(diǎn)；包括對(duì)每一包鋼水的澆次號(hào)、爐次號(hào)、鋼種、化驗(yàn)成份、到達(dá)時(shí)間、離開(kāi)時(shí)間、重量、溫度、開(kāi)澆時(shí)間、澆完時(shí)間、是否為保護(hù)澆鑄、下渣檢測(cè)、滑動(dòng)水口開(kāi)度、氬氣流量、長(zhǎng)水口是否漏鋼、長(zhǎng)水口是否破損、滑動(dòng)水口是否漏鋼，并通過(guò)爐次號(hào)反推其在煉鋼各工序、煉鐵各工序的工藝事件及時(shí)間區(qū)間的跟蹤。
所述鑄流跟蹤包括從中包、結(jié)晶器、鑄流本體到板坯切割前的整個(gè)過(guò)程的生產(chǎn)信息，包括對(duì)中包重量、過(guò)熱度、鋼種、時(shí)間、中間包使用爐數(shù)、中間包覆蓋劑性能、在線換中間包及時(shí)間、鑄流長(zhǎng)度、爐次接縫位置、塞棒位置、浸入式水口深度、在線換浸入式水口及時(shí)間、結(jié)晶器保護(hù)渣性能、保護(hù)渣厚度、結(jié)晶器液位、結(jié)晶器振動(dòng)、結(jié)晶器冷卻水、結(jié)晶器鑄流溫度分布、結(jié)晶器坯殼厚度、結(jié)晶器過(guò)鋼量、結(jié)晶器尺寸、電磁攪拌、電磁制動(dòng)、二次冷卻水、二冷鑄流溫度分布、凝固末端位置、設(shè)備冷卻水、夾送輥壓下量、拉速、鑄流表面質(zhì)量及位置、鑄流內(nèi)部質(zhì)量及位置、浸入式水口是否破損及漏鋼預(yù)報(bào)的跟蹤。
所述鑄坯跟蹤以切割完成作為起始點(diǎn)，離開(kāi)切割輥道為結(jié)束點(diǎn)，包括對(duì)切割開(kāi)始時(shí)間、切割結(jié)束時(shí)間、鑄坯號(hào)、所屬爐次號(hào)、是否為接縫處鑄坯、鑄坯截面尺寸、鑄坯定尺、鑄坯定重、鑄坯對(duì)應(yīng)鑄流中位置、首坯長(zhǎng)度、尾坯長(zhǎng)度、是否補(bǔ)切、鑄坯溫度分布、切割損耗、鑄坯評(píng)級(jí)和鑄坯去向的跟蹤。
所述連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法的整體設(shè)計(jì)內(nèi)容之規(guī)則獲取，在系統(tǒng)運(yùn)行初期主要通過(guò)人工專家經(jīng)驗(yàn)將規(guī)則通過(guò)人機(jī)接口的形式錄入到規(guī)則庫(kù)中，當(dāng)系統(tǒng)獲得大量生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)后，則通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行規(guī)則的發(fā)現(xiàn)和抽取，逐步提升規(guī)則庫(kù)的精度和發(fā)掘未知或模糊的規(guī)則并逐漸形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)規(guī)則的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)。
所述規(guī)則主要包括：鑄坯質(zhì)量-工藝參數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則、設(shè)備控制規(guī)則、非穩(wěn)工況識(shí)別規(guī)則、非穩(wěn)工況控制規(guī)則、動(dòng)態(tài)二冷配水規(guī)則、輕壓下控制規(guī)則、鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)規(guī)則、協(xié)調(diào)控制規(guī)則、狀態(tài)-操作匹配規(guī)則、振動(dòng)-拉速匹配規(guī)則、優(yōu)化切割規(guī)則、智能調(diào)度規(guī)則、無(wú)人開(kāi)澆自動(dòng)控制規(guī)則、液位自適應(yīng)控制規(guī)則、質(zhì)量成本綜合優(yōu)化規(guī)則、接縫計(jì)算優(yōu)化規(guī)則、最優(yōu)拉速規(guī)則、電磁攪拌優(yōu)化規(guī)則、電磁制動(dòng)優(yōu)化規(guī)則、能耗水耗優(yōu)化控制規(guī)則等連鑄過(guò)程優(yōu)化控制規(guī)則、調(diào)度規(guī)則和參數(shù)優(yōu)化規(guī)則。
所述連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法的整體設(shè)計(jì)內(nèi)容之調(diào)度信息的獲取，一方面通過(guò)決策樹(shù)模型從連鑄現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)連鑄底層調(diào)度信息，另一方面通過(guò)與煉鋼環(huán)節(jié)、軋鋼環(huán)節(jié)智能調(diào)度系統(tǒng)或者ERP/MES系統(tǒng)做接口獲取上下工序的調(diào)度信息及連鑄上層調(diào)度信息，以指導(dǎo)連鑄過(guò)程控制，并將實(shí)際運(yùn)行結(jié)果反饋給相關(guān)接口系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)依據(jù)實(shí)際情況的動(dòng)態(tài)調(diào)整。
所述連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法的整體設(shè)計(jì)內(nèi)容之虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)展示，包括兩個(gè)方向：全局動(dòng)畫(huà)展示、局部動(dòng)畫(huà)展示。
所述全局動(dòng)畫(huà)展示主要從全局角度出發(fā)，實(shí)時(shí)再現(xiàn)展示連鑄生產(chǎn)中最核心的工藝參數(shù)、控制參數(shù)、設(shè)備性能，而只有當(dāng)設(shè)備狀態(tài)或者過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)出問(wèn)題或者預(yù)測(cè)出問(wèn)題，則給出相應(yīng)的報(bào)警或者預(yù)警提示，以實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性、高效的調(diào)度和指揮，保證連鑄生產(chǎn)安全、高效、順行。
所述局部動(dòng)畫(huà)展示主要展示的對(duì)象：回轉(zhuǎn)臺(tái)、中間包、結(jié)晶器、二冷段、拉矯設(shè)備、引錠設(shè)備、切割設(shè)備。對(duì)于各展示對(duì)象其展示的內(nèi)容：關(guān)鍵的生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)、控制參數(shù)、操作數(shù)據(jù)等的展示，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，得到有價(jià)值的信息，使相關(guān)責(zé)任者能夠及時(shí)準(zhǔn)確掌控各自系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并提供友好的介入方式，如報(bào)警、操作指導(dǎo)、指令下達(dá)等。
所述故障排除、優(yōu)化設(shè)備維修以及備品備件的管理，指的是建立連鑄設(shè)備生命周期管理系統(tǒng)，對(duì)在線使用的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行壽命統(tǒng)計(jì)，當(dāng)快達(dá)到設(shè)備壽命上限時(shí)提示并指導(dǎo)其下線操作。設(shè)計(jì)智能故障診斷系統(tǒng)，對(duì)核心設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)預(yù)測(cè)出某點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)故障時(shí)指導(dǎo)維修人員進(jìn)行精確定點(diǎn)維修，盡量做到視情維修；當(dāng)不能完全預(yù)測(cè)出所有的故障時(shí)也要能夠在出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并給出報(bào)警警示信息，以指導(dǎo)故障的排除；通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的精準(zhǔn)把控的基礎(chǔ)上結(jié)合調(diào)度計(jì)劃，制定出高效優(yōu)化的維修計(jì)劃，使綜合維修成本最低。通過(guò)對(duì)大量備件使用情況數(shù)據(jù)的綜合分析，得到各備件的性能指標(biāo)，結(jié)合成本因素、庫(kù)存信息、消耗速率，制定合理的采購(gòu)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)備品備件的優(yōu)化管理。
所述連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法的整體設(shè)計(jì)內(nèi)容之搭建鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)，根據(jù)“鑄坯-工藝參數(shù)及事件”關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合神經(jīng)元和模糊控制技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提取的“鑄坯質(zhì)量-工藝參數(shù)”關(guān)聯(lián)規(guī)則，對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)劃分不同的打分區(qū)間和打分權(quán)值，綜合各環(huán)節(jié)關(guān)鍵工藝參數(shù)的打分結(jié)果，形成鑄坯在線評(píng)級(jí)結(jié)果，包括存在哪些缺陷及缺陷程度，以及鑄坯的去向(包括：直接上軋機(jī)、下線精整、降級(jí)、報(bào)廢處理)。通過(guò)不斷比較計(jì)算結(jié)果與檢測(cè)結(jié)果(鑄坯缺陷在線檢測(cè)系統(tǒng)和離線檢測(cè)系統(tǒng)的反饋值)的偏差，以不斷優(yōu)化和調(diào)整關(guān)鍵工藝參數(shù)的打分區(qū)間、打分權(quán)值，使其能夠適應(yīng)不同的連鑄現(xiàn)場(chǎng)，建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一精確的鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)，并最終淘汰鑄坯缺陷在線檢測(cè)系統(tǒng)，以節(jié)約系統(tǒng)使用和維修成本。
所述鑄坯缺陷在線檢測(cè)系統(tǒng)主要包括：鑄坯表面質(zhì)量缺陷檢測(cè)、鑄坯內(nèi)部質(zhì)量缺陷檢測(cè)、鑄坯形狀質(zhì)量缺陷檢測(cè)。
所述鑄坯表面質(zhì)量缺陷檢測(cè)包括：表面縱裂紋、表面橫裂紋、表面星形裂紋、表面夾渣、角部橫裂紋、角部縱裂紋、皮下氣泡、表面增碳和偏析、凹坑和重皮、切割斷面缺陷、振痕、重結(jié)、劃傷、黑線。
所述鑄坯內(nèi)部質(zhì)量缺陷檢測(cè)包括：角部裂紋、中間裂紋、三角區(qū)裂紋、中心裂紋、皮下裂紋、矯直和壓下裂紋、斷面裂紋、中心星狀裂紋、疏松縮孔、中心偏析、樹(shù)狀晶間偏析、內(nèi)部夾雜、結(jié)構(gòu)缺陷、內(nèi)部增碳。
所述鑄坯形狀質(zhì)量缺陷檢測(cè)包括：方坯的菱變、圓坯的形狀缺陷、板坯的鼓肚。
所述連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法的整體設(shè)計(jì)內(nèi)容之協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，是基于模型預(yù)測(cè)控制框架，采用鑄坯質(zhì)量反饋(通過(guò)鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)或者鑄坯缺陷檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn))和鑄流溫度前饋(通過(guò)能量守恒和凝固傳熱數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn))的控制方案，以提高產(chǎn)量、節(jié)水降耗為綜合優(yōu)化目標(biāo)，以鑄坯質(zhì)量指標(biāo)和參數(shù)邊界為約束，為實(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行。包括四個(gè)層次的內(nèi)容：以鑄坯質(zhì)量為參考指標(biāo)的大閉環(huán)控制、過(guò)程環(huán)節(jié)間各控制系統(tǒng)的協(xié)同控制、各控制系統(tǒng)的控制參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算、底層小閉環(huán)控制。
所述以鑄坯質(zhì)量為參考指標(biāo)的大閉環(huán)控制是一生產(chǎn)高質(zhì)量無(wú)缺陷鑄坯為設(shè)定值，以實(shí)際生產(chǎn)的鑄坯質(zhì)量為反饋值，如果當(dāng)前生產(chǎn)的實(shí)際鑄坯質(zhì)量不能達(dá)到設(shè)定值要求，通過(guò)鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)或者鑄坯缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，尋找到鑄坯缺陷內(nèi)容、缺陷強(qiáng)度、位置，以及逆向追蹤并鎖定導(dǎo)致缺陷的精確原因：工藝參數(shù)出格、設(shè)備狀態(tài)異常、控制參數(shù)異常、通訊異常、傳感器故障。
所述過(guò)程環(huán)節(jié)間各控制系統(tǒng)的協(xié)同控制是在以鑄坯質(zhì)量為參考指標(biāo)的大閉環(huán)控制鎖定缺陷的成因后，根據(jù)將缺陷成因消除最小功耗原則，協(xié)調(diào)相關(guān)控制系統(tǒng)做出聯(lián)動(dòng)調(diào)整的控制邏輯，包括：時(shí)間上是否進(jìn)行順行控制、是否連鎖等。
所述各控制系統(tǒng)的控制參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算是為達(dá)到最經(jīng)濟(jì)地消除缺陷的目的，在當(dāng)前連鑄過(guò)程狀態(tài)的情況下，需要對(duì)相關(guān)控制系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算并予以修正，其中典型的代表為優(yōu)化切割控制。優(yōu)化算法包括：遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等啟發(fā)式算法和二次規(guī)劃算法。
所述優(yōu)化切割控制是：現(xiàn)有的鑄坯質(zhì)量在線評(píng)級(jí)系統(tǒng)依據(jù)影響鑄流質(zhì)量的因素(這些因素包括：頭坯、更換中間包、調(diào)寬、工藝參數(shù)出格、鋼液成分出格、鑄流停澆、控制參數(shù)異常、設(shè)備狀態(tài)異常、漏鋼預(yù)報(bào)、長(zhǎng)水口破損、浸入式水口破損、氬氣流量異常等)，對(duì)每流的不同缺陷作精確跟蹤，并確定合格鑄流段的精確位置，并將合格鑄流段細(xì)分成不同質(zhì)量分級(jí)段；切割時(shí)，考慮切割損失(切縫長(zhǎng)度)和收縮因子，在滿足割約束條件下，以提高產(chǎn)品檔次、提高訂單匹配率、提高收得率和降低綜合生產(chǎn)成本為優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算并確定出每流鑄流切割成鑄坯的切割時(shí)間及切割位置，并下發(fā)至底層PLC實(shí)現(xiàn)小閉環(huán)控制。
所述小閉環(huán)控制是在各控制系統(tǒng)得到最優(yōu)控制參數(shù)作為設(shè)定值下發(fā)給底層控制模塊進(jìn)行單回路控制，存在的控制算法包括：PID、無(wú)約束MPC(模型預(yù)測(cè)控制)、FUZZY控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
綜上，本發(fā)明根據(jù)連鑄現(xiàn)場(chǎng)存在的各種實(shí)際問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)需要，依據(jù)工藝約束條件、規(guī)則以及人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)為手段，提出了一種連鑄過(guò)程智能控制的系統(tǒng)方法的整體解決方案，該方案設(shè)計(jì)思路清晰，便于升級(jí)和擴(kuò)展；采用的規(guī)則庫(kù)是通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘或者專家經(jīng)驗(yàn)獲取的，是基于對(duì)連鑄工藝及約束的充分理解基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，一方面規(guī)則的適應(yīng)性較強(qiáng)，另一方面規(guī)則的擴(kuò)展能力較強(qiáng)，尤其對(duì)連鑄環(huán)境復(fù)雜隨變的動(dòng)態(tài)環(huán)境有較強(qiáng)適應(yīng)能力；通過(guò)對(duì)連鑄生產(chǎn)過(guò)程中影響質(zhì)量、效率、能耗、成本的本質(zhì)因素進(jìn)行深度挖掘，找出可控對(duì)象及可調(diào)因子，并通過(guò)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)加以控制，最終實(shí)現(xiàn)連鑄坯質(zhì)量的穩(wěn)定和提升，并同步提供生產(chǎn)效率，降低能耗水耗，實(shí)現(xiàn)綜合生產(chǎn)成本的降低。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。