冶金工業(yè)包括眾多的工藝過程，主要有磨礦、焦化、燒結(jié)、高爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、精煉、連鑄、模鑄、熱軋、冷軋、鍛壓等。國內(nèi)有實力進行產(chǎn)業(yè)化的專用控制系統(tǒng)幾乎覆蓋了冶金工業(yè)的所有工藝過程。傳統(tǒng)的專用控制系統(tǒng)大多采用DCS和PLC，對整個生產(chǎn)線進行控制，在硬件和軟件上很難分割。新一代的冶金工業(yè)專用控制系統(tǒng)是基于PC和網(wǎng)絡(luò)化的，整個系統(tǒng)在硬件和軟件上都是開放的，所以一條生產(chǎn)線的功能可以劃分為幾個相對獨立的部分，用完全獨立的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，再通過計算機網(wǎng)絡(luò)連接起來共同完成對整條生產(chǎn)線的控制。下面所列的專用控制系統(tǒng)，都是基于這種開放的硬件和軟件平臺的。 一、球磨機智能解耦控制系統(tǒng) 球磨機智能解耦控制系統(tǒng)解決了球磨機長期不能實現(xiàn)自動控制的難題，該系統(tǒng)分為三層，上層的管理級針對系統(tǒng)的運行工況進行實時辨識和控制策略切換，通過中層的協(xié)調(diào)級修改下層控制器的設(shè)定值，協(xié)調(diào)三個被控量之間的互相矛盾的關(guān)系，下層的基礎(chǔ)控制級采用了參數(shù)自整定、模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦等一系列的先進控制技術(shù)，三層分工合作，使該系統(tǒng)具有很強的自適應(yīng)能力，在煤質(zhì)和設(shè)備特性發(fā)生很大變化時，仍能保證系統(tǒng)安全可靠地工作。系統(tǒng)設(shè)計了比較完善的異常工況處理功能，實現(xiàn)了斷煤、堵磨、超溫等故障的自動處理，并且通過基于專家經(jīng)驗的運行支援系統(tǒng)，給出了必要的提示和在線操作指導(dǎo)，消除了操作人員的失誤，保證了運行安全，避免了設(shè)備損壞和環(huán)境污染。該系統(tǒng)的投入，降低了制粉電耗，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 全國有500多套鋼球磨中儲式制粉系統(tǒng)，基本上都處于手動運行狀態(tài)，另外，球磨機還廣泛地應(yīng)用于礦山和水泥等行業(yè)，球磨機智能解耦控制系統(tǒng)的市場前景非常廣闊。 二、高爐多媒體計算機集散監(jiān)控系統(tǒng) 高爐是冶金工業(yè)的重要裝備，對其控制系統(tǒng)進行產(chǎn)業(yè)化有重大意義。高爐多媒體計算機集散監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了高爐稱量裝入和實績收集，高爐本體和熱風(fēng)爐數(shù)據(jù)處理，出鐵渣作業(yè)管理和數(shù)據(jù)處理，高爐爐況分析，設(shè)備狀態(tài)分析等多種功能，并采用了報警分類、大屏顯示、語音廣播等形式。該系統(tǒng)無論從投產(chǎn)后運行的順利程度還是從生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定性來看，都達到了國際先進水平，產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用的前景廣闊。 三、轉(zhuǎn)爐煉鋼終點動態(tài)控制系統(tǒng) 轉(zhuǎn)爐終點動態(tài)控制系統(tǒng)以鋼水終點碳溫為主要控制目標，根據(jù)前幾爐的數(shù)據(jù)對模型進行訓(xùn)練，在吹煉前根據(jù)鋼種、初始條件及吹煉終點目標值，計算鐵水、廢鋼、造渣劑和冷卻劑的加入量以及供氧量，在吹煉中利用廢氣分析及聲納化渣技術(shù)對冶煉狀態(tài)不斷給出預(yù)測，特別是給出何時用副槍檢測的建議，根據(jù)副槍檢測結(jié)果推算出達到終點所需補吹的氧量和外加的冷卻劑量，命中率達到89%以上，極具推廣價值。 四、電爐煉鋼智能控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用典型的兩級計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)自動化級完成電極、上料、除塵等回路控制任務(wù)，上位機完成過程監(jiān)控與優(yōu)化控制。該針對因煉鋼過程存在高溫、強腐蝕使鋼水溫度和成分不能連結(jié)檢測的特點，建立了煉鋼過程溫度和成分預(yù)報模型，通過專家系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)定供電曲線、各種配料填加量和合金料補加量，從而顯著地縮短冶煉時間、提高鋼水終點溫度和成份的命中率。通過硬件選配和軟件可組態(tài)，該系統(tǒng)適用于各種功率的交流和直流電弧爐。 五、LF/VD型鋼包精煉爐先進控制系統(tǒng) 鋼包精煉可以顯著提高合金收得率和鋼水成份控制精度，方便地進行溫度調(diào)節(jié)，以作為煉鋼和連鑄中間和一個緩沖環(huán)節(jié)，在現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用很廣。LF/VD型鋼包精煉爐控制系統(tǒng)是一種集決策、管理、優(yōu)化和控制于一體的兩級計算機控制系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動化級采用現(xiàn)場總線技術(shù)和基于PC的可編程控制器，完成電極位置、上料稱量、氬氣流量等控制；過程計算機完成生產(chǎn)監(jiān)控、能量需求計算、合料添加量計算、鋼水成份和溫度估計、供電曲線優(yōu)化等功能。隨著我國連鑄比的不斷提高，采用爐外精煉的企業(yè)越來越多，所以鋼包精爐先進控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景很廣。 六、連鑄機結(jié)晶器液面高精度控制器 結(jié)晶器液面是影響鑄坯質(zhì)量的一個重要指標，在高速連鑄中，減小結(jié)晶器液面液面波動是一個難題，從而嚴重制約著連鑄機產(chǎn)量的提高。結(jié)晶器液面高精度控制器采用和魯棒控制技術(shù)，可以在高速連鑄中保持很高的液面控制精度。該控制器有兩種形式，一是有獨立的硬件和軟件，二是編譯成C代碼，嵌入到現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中。 七、連鑄坯質(zhì)量監(jiān)控專家系統(tǒng) 該專家系統(tǒng)具有鑄坯溫度場計算模型、晶粒生長模型、應(yīng)力模型等，能夠?qū)﹁T坯的表面和內(nèi)部缺陷進行預(yù)報，提醒操作人盡早采取措拖。該專家系統(tǒng)還能記錄與質(zhì)量相關(guān)的過程數(shù)據(jù)，結(jié)合實際的質(zhì)檢報告，對預(yù)測模型進行修正，不斷提高預(yù)測精度，并采用人機交互的方式，協(xié)助技術(shù)人員對鑄坯出現(xiàn)的質(zhì)量問題進行分析，以便查清原因，盡快消除。該專家系統(tǒng)目前只有軸承鋼大方坯知識庫，但知識庫是可組態(tài)的，經(jīng)過進一步開發(fā)可適用于其它鋼種和規(guī)格的連鑄坯。 八、冶金工業(yè)爐智能燃燒控制系統(tǒng) 隨著世界范圍內(nèi)經(jīng)濟競爭越演越烈，鋼鐵成本的降低已經(jīng)與鋼鐵企業(yè)的生存休戚相關(guān)。在冶金行業(yè)中，能源消耗的一大用戶是加熱爐，據(jù)有關(guān)文獻介紹，在軋鋼加工費用中能源消耗占65%~ 70%，在整個軋鋼工序能耗中，加熱爐燃耗占60%~ 70%。冶金行業(yè)中的加熱爐，大多數(shù)設(shè)備陳舊，能耗過大，環(huán)境污染嚴重，急待改造。這種改造不僅可以通過節(jié)能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，而且推動我國冶金行業(yè)的自動化控制水平的提高。 冶金工業(yè)爐智能燃燒控制系統(tǒng)，包括可以組態(tài)的十分豐富的軟件模塊，適用于步進梁式加熱爐、步進底式加熱爐、推鋼式加熱爐以及連續(xù)退火爐，主要功能有： (1)具有驅(qū)動燃油、燃氣各種燒嘴的程序，即可以進行連續(xù)燃燒控制，也可以用脈沖燃燒的方式進行控制，適合不同爐溫的高精度控制要求。 (2)采用雙交叉限幅等策略，對爐溫進行分段控制。 (3)鋼坯溫度預(yù)報。用數(shù)學(xué)模型預(yù)報鋼坯的溫度場，使之跟蹤理想的加熱曲線。 (4)鋼坯跟蹤。動態(tài)給出爐內(nèi)鋼坯的分布圖，對每根鋼坯的坯號、鋼號、溫度場進行全過程跟蹤。 (5)爐溫優(yōu)化設(shè)定?？紤]計劃和非計劃待軋、多鋼種小批量混合加熱和不同的熱送溫度，在保證鋼坯加熱質(zhì)量的前提下，對各段爐溫進行優(yōu)化設(shè)定，以達到節(jié)能降耗的目的。 (6)自學(xué)習(xí)功能。系統(tǒng)可以方便地進行自動和手動控制切換，系統(tǒng)能夠?qū)W習(xí)比較好的手動控制過程，不斷完善優(yōu)化設(shè)定策略。 (7)友好的圖形界面。對爐溫、坯溫、閥開度、空燃流量等參數(shù)給出直觀的圖形顯示，并顯示控制量和反饋量的趨勢曲線。與加熱質(zhì)量有關(guān)的數(shù)據(jù)還可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳到服務(wù)器保存，以便于管理層加強質(zhì)量控制。 冶金工業(yè)爐在鋼鐵廠普遍存在，部分仍停留在手工操作或回路儀表操作階段，有待進行控制系統(tǒng)改造；部分大中型企業(yè)的爐窯系統(tǒng)面臨更新?lián)Q代；各企業(yè)內(nèi)部緊抓節(jié)能增效也為冶金工業(yè)爐先進控制系統(tǒng)的推廣提供了良好的機遇。僅就加熱爐說，全國就有700多座，而實現(xiàn)計算機控制的不足30%，即使在我國十大鋼鐵企業(yè)中也仍有人工操作的加熱爐存在，另外絕大多數(shù)限于常規(guī)控制系統(tǒng)，可見冶金工業(yè)爐先進控制系統(tǒng)的市場前景是十分誘人的。 九、冷軋薄帶智能控制系統(tǒng) 世界上美、俄、日、法、德、英等主要產(chǎn)鋼國家，冷軋板卷占軋材總產(chǎn)量的比例大都在30%以上，而我國冷軋板卷占軋材總量比例僅為4%，每年都需要大量進口冷軋板卷，自給率僅達40%左右。目前國內(nèi)所需要的高精度帶材主要依賴進口的局面與軋制控制技術(shù)落后有關(guān)。我國已有的冷軋裝備及控制手段，大多為50~70年代水平，必須增置先進的檢測和控制手段，才能確保生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品；國外先進的控制技術(shù)不僅昂貴，而且優(yōu)化管理級極少能正常工作（基礎(chǔ)自動化級絕無問題），這是由于我國特定的環(huán)境、市場、人員以及組織等與國外不同所造成的；另外，軋材質(zhì)量的高低也直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，厚度為0.4毫米，偏差為±10微米的帶材每噸約4000元，而厚度為0.1毫米，偏差為±5微米的薄帶每噸約6000元，緊俏時每噸達8000元。所以，由我國科研人員自主開發(fā)的高精度薄帶控制系統(tǒng)，不僅能減少我國冶金工業(yè)對國外的依賴性，節(jié)約大量外匯，同時還可以為企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，將在我國具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。 擬產(chǎn)業(yè)化的冷軋帶鋼智能控制系統(tǒng)通過兩級計算機實現(xiàn)了對板厚和板形兩個指標的高精度控制，上位機完成過程監(jiān)控和優(yōu)化，給出下級控制器的設(shè)定值，實現(xiàn)各控制回路間的解耦。下級可分為三個相對獨立的控制器——高精度厚度控制器、板形控制專家系統(tǒng)和高精度張力控制器，現(xiàn)分別加以介紹。 1、高精度板厚控制器 對板厚控制系統(tǒng)的研究理論上已比較成熟，且國外應(yīng)用也很成功，但國內(nèi)的應(yīng)用水平較低，冷連軋厚度精度在±30~40微米，遠遠不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的高精度要求。以前常用的厚度控制策略有前饋式AGC、反饋式AGC、張力式AGC和壓力式AGC等。前饋AGC主要用來消除來料厚度波動；對反饋式AGC來說，由于測厚儀不能離軋輥太近，因此只能用來消除全局性誤差，而不能消除局部誤差；至于張力AGC只能用來微調(diào)；而壓力AGC雖說能較為及時進行厚度調(diào)節(jié)，但畢竟不是直接根據(jù)厚度反饋進行控制，為了提高控制精度，還要采取多種補償措施。擬產(chǎn)業(yè)化的高精度板厚控制器是基于國際上最先進的秒流量控制策略，采用專利產(chǎn)品——虛擬測厚儀，克服了反饋式AGC的滯后和壓力式AGC的測不準，從而使帶鋼厚度的控制精度得到了極大提高。所用的虛擬測厚儀能及時提供剛離開軋輥的帶鋼厚度，不僅克服了測厚儀不能離軋機太近的缺點，而且在測量精度上完全滿足軋制高精度帶鋼的要求，在可靠性上更遠遠超過了常規(guī)測厚儀。 　 2、板形控制專家系統(tǒng) 由于板形控制需要考慮的因素太多，迄今為止，還無法定量地表示板形與其它執(zhí)行機構(gòu)的控制量間的關(guān)系，所以用常規(guī)的控制器不能得到滿意的控制效果。但是在軋鋼企業(yè)的操作現(xiàn)場，由于熟練工人積累了豐富的經(jīng)驗，憑借他們迅速而準確的調(diào)節(jié)，在某種程度上仍能維持良好的板形。板板形控制專家系統(tǒng)正是總結(jié)了現(xiàn)場操作工人多年的控制板形經(jīng)驗，通過對激光板形儀的測量結(jié)果進行處理，在直觀顯示出當前的板形的同時，給出操作指導(dǎo)。該系統(tǒng)采用人機交互方式，兼有培訓(xùn)和操作指導(dǎo)雙重作用，能夠使新手較快地成為板形控制專家，對提高板形控制質(zhì)量，效果明顯。 　 3、高精度張力控制器 帶鋼質(zhì)量的優(yōu)劣主要由板厚和板形來衡量，而板形和板厚在很大程度上取決于張力控制，因此適當?shù)膸т搹埩κ潜ＷC軋制過程正常進行的條件和提高軋制產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的張力控制方案可歸納為兩種類型，即直接控制和間接控制，間接控制是根據(jù)張力設(shè)值計算軋機和卷取機所需的電流，這種方法簡單、可靠，目前大多數(shù)軋機都采用間接張力控制，但這種方法需要進行動態(tài)和靜態(tài)補償，并且控制精度較差；直接控制是利用張力計構(gòu)成張力閉環(huán)，這種方法不必考慮各種補償，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，但閉環(huán)控制系統(tǒng)不易穩(wěn)定。擬產(chǎn)業(yè)化的高精度張力控制器，采用復(fù)合張力控制方案，即先根據(jù)間力控制算法確定所需的電流，同時考慮各種補償使間接控制盡可能準確，然后利用直接張力控制進行微調(diào)。對于卷取張力，還采用了前饋控制、增益調(diào)度自適應(yīng)等一系列先進控制技術(shù)，實現(xiàn)了冷連軋過程中所有張力的高精度控制，為取得良好的板形和板厚控制效果提供了有力保障。 十、棒線材熱連軋機先進控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括傳動、過程控制和過程監(jiān)控三級，采用世界上最先進的的交流傳動技術(shù)，不僅在軋機調(diào)節(jié)性能上優(yōu)于直流調(diào)速，而且大大降低了電動機的維護費用?？刂葡到y(tǒng)基于PC，采用開放式的網(wǎng)絡(luò)連接，在采用多變量解耦技術(shù)控制活套和微張力方面處于國際先進地位。該系統(tǒng)不僅占領(lǐng)了國內(nèi)市場，而且能夠走出國門，參與國際競爭。 十一、棒線材連軋生產(chǎn)線高精度交流飛剪控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)以大功率交流異步電動機為執(zhí)行機構(gòu)，采用最先進的直接轉(zhuǎn)矩控制型變頻調(diào)速器進行拖動，利用變頻器內(nèi)的高速單板機，完成定尺剪切（加速、剪切、制動、定位）和切頭、切尾、點動等各種功能。系統(tǒng)中采用了轉(zhuǎn)矩預(yù)設(shè)定、提前時間自調(diào)整和參數(shù)自整定等先進技術(shù)，整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，響應(yīng)速度快，剪切精度高，可與國產(chǎn)的飛剪機械設(shè)備相配套，徹底解決飛剪整個系統(tǒng)國產(chǎn)化的難題。 十二、中厚板板層流智能控制系統(tǒng) 板層流（即水幕）冷卻系統(tǒng)位于中厚板終軋機出口之后，通過水幕的開關(guān)數(shù)量和水幕的流量來實現(xiàn)對鋼板冷卻速率和終冷溫度的控制，使鋼板在冷卻過程中的相變符合工藝要求，提高鋼板強度、韌性和加工性能。該系統(tǒng)分為兩級，上位機作為專家系統(tǒng)，完成模型參數(shù)優(yōu)化及控制決策，下位機完成基礎(chǔ)自動化的單回路調(diào)節(jié)及開關(guān)量控制。該系統(tǒng)基于智能控制技術(shù)，根據(jù)鋼板厚度和熱物理參數(shù)、鋼板的運動速度和初始溫度，動態(tài)調(diào)整水幕的開關(guān)數(shù)量和各水幕的流量，并能根據(jù)終冷溫度的實測值對控制策略進行修正，從而不斷改善控制效果，提高產(chǎn)品質(zhì)量。該系統(tǒng)成功地解決了國內(nèi)板層冷卻系統(tǒng)長期不能投入自動控制的難題，具有很大的推廣應(yīng)用價值。 十三、帶鋼管層流模型約束先進控制系統(tǒng) 管層流冷卻系統(tǒng)位于終軋機下游，用于薄板和帶鋼的軋后加速冷卻。由于帶鋼卷曲有一定的溫度要求，特別是帶鋼在穿過管層流冷卻水過程中，速度要發(fā)生大幅度的升降變化，客觀上要求管層流的數(shù)量要隨之進行快速的變化，這大大增加了控制難度。該系統(tǒng)采用基于模型約束的先進控制技術(shù)，能夠隨著工況的變化，適當?shù)卦鰷p管層流的數(shù)量，在很快的生產(chǎn)節(jié)奏中保證卷曲溫度的高精度控制，從而顯著地提高帶鋼的產(chǎn)量和質(zhì)量，為企業(yè)贏得巨大的經(jīng)濟效益。在高質(zhì)量熱軋板卷緊俏的今天，該系統(tǒng)的市場前景更是看好。