冶金自动化

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冯力力, 彭军, 黄兆军

冶金自动化. 2022, 46(3): 1-11.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 001

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可视化

为了打破钢铁生产企业现有系统之间的信息壁垒,集中监控生产全流程数据,通过物质流、能量流和信息流(三流)之间的协同,实现公司调度的“提前预测、精准调度冶 ,提出一种钢铁生产全流程智能协同管控策略,并进行智能协同管控系统的设计。首先,针对钢铁企业生产管理现状和主要任务进行分析,阐述“三流冶协同的基本概念,总结企业对智能协同管控系统的需求;然后,分别采用 B/ S 架构和分布式技术进行系统总体架构和数据库系统的设计,基于 Pearson 相关性分析方法选择产能预测模型的输入变量,并采用 Elman 神经网络进行建模,再对系统的主要功能进行详细设计;最后,将系统应用于湖南华菱涟源钢铁有限公司生产管理部。运行结果表明,该系统能通过“三流冶之间的协同为公司生产管理与能源调度提供有效指导,且视频联动、异常数据报警、产耗量预测等功能表现良好,满足了企业对钢铁生产全流程的智能管控需求。

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求解冷轧精整并行机调度的多目标迭代贪心算法

徐端, 吕明宇, 刘士新

冶金自动化. 2022, 46(3): 12-17.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 002

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利用工单在生产过程中相同或相似特性组批生产,优化批次生产顺序以减少生产过程中品种及规格的切换,可以提高生产效率和产品质量稳定性。针对冷轧带钢产品生产过程,研究冷轧精整并行机调度优化方法,建立了多目标优化数学模型,设计了多目标迭代贪心算法 ( multi-objective interated greedy algorithm,MOIGA) ,通过实际案例对模型和算法进行了验证。试验结果表明模型和算法有效,多目标优化算法求得的Pareto 解集优于采用目标加权方式求得的 Pareto 解集,便于决策者决策。

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基于双目视觉技术的钢卷坐标识别方法

陈欣

冶金自动化. 2022, 46(3): 18-24.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 003

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可视化

为在无人全自动仓库中使用无人行车实现自动吊运,提出一种适用于大场景的钢卷坐标识别方法。该方法采用双目视觉技术,并综合运用基于标定杆的标定方法和焦距校正算法,通过恢复场景中物体的三维坐标来精确识别库区内的钢卷外形尺寸与位置,进而提供给无人行车,实现自动吊运。为验证所提出方法的有效性,将该方法应用于某实验室搭建的试验环境中进行测试,测试结果表明,所提出方法对钢卷坐标识别误差在 ± 50 mm 以内具备可行性。

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基于长短期时间序列网络的氧气需求量预测

常婷婷, 张颜颜, 澈格乐根, 刘洪屾

冶金自动化. 2022, 46(3): 25-33.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 004

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钢铁企业转炉炼钢过程中的氧气消耗机理复杂,具有非线性、间歇性等特点。采用深度学习方法分析炼钢用氧规律,对未来一个炼钢吹炼计划内的氧气需求量进行多步预测,获取分钟级耗氧量及趋势曲线。针对工业数据中的异常值与缺失值进行预处理,建立基于超参数调节的长短期网络( long short-term network,LSTNet)预测模型,采用钢铁企业炼钢过程用氧量的实际数据对算法进行测试,并与基于长短期记忆网络( long short-term memory,LSTM)的预测模型对比,相比 LSTM 预测模型,平均绝对误差( mean absolute error,MAE)指标降低了 12. 3% ,均方根误差( root mean square error,RMSE)指标则降低了 8. 5% ,表明该预测方法对钢铁企业转炉炼钢过程中氧气需求量的预测效果较好。

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基于主成分分析协同深度神经网络的带钢板凸度预测

赵志挺, 朱亮宇, 高珣洋, 王力

冶金自动化. 2022, 46(3): 34-41.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 005

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为快速精确地预测板凸度,建立了一种基于主成分分析( principal component analysis,PCA)协同深度神经网络( deep neural network,DNN)的板凸度预测模型 PCA-DNN。首先,对从某热轧厂采集的 10 134 卷带钢生产数据进行数据预处理。其次,用 PCA 法对数据样本进行分析,通过计算特征值、主成分贡献度和累计贡献度进行特征选择。最后,训练最佳的 PCA-DNN 预测模型,并与传统的两个模型人工神经网络( artificial neural network,ANN)和 DNN 进行比较。结果表明,PCA-DNN 模型预测准确率为 97. 02% ,训练时间为 120 s,预测时间为 291 ms,具有最优的综合性能,能够快速精确地预测热轧带钢板凸度。

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基于信息物理系统的轧制过程能源负荷时间序列预测

张岩, 吴鲲魁, 孙瑞琪, 刘洪宇

冶金自动化. 2022, 46(3): 42-47.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 006

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随着生产流程日趋复杂,传统的轧制过程能源管控方法已无法有效应对大数据、物联网等新场景、新模式带来的挑战,而信息物理系统( cyber physical system,CPS)热潮的到来,为上述问题的解决提供了新的思路。本文提出一种基于 CPS 架构的自适应变分模态分解( variational mode decomposition,VMD)的能源负荷时间序列预测方法,通过与现有方法的对比可以看出,其均方根误差( root mean square error,RMSE)为 0. 634 2,平均绝对误差( mean absolute error,MAE)为 0. 582 1,平均绝对百分比误差( mean absolute percentage error,MAPE)为 0. 27,都达到最佳预测结果。本方法可通过更换回归模型来取得预测精度和计算效率的折中,证明了其场景适应能力较强。

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基于改进长短期记忆神经网络的钢铁企业电力负荷预测方法

何心毅, 郎劲, 张颜颜, 赵赓楠, 赵祥

冶金自动化. 2022, 46(3): 48-56.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 007

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可视化

钢铁企业的用电负荷受企业生产工况影响较大,区别于传统区域电网的电力负荷预测,其用电负荷不受季节气候的影响,具有用电负荷高、用电波动大、工序变化瞬时冲击性强、扰动强等特点。针对上述特点,将基于长短期记忆神经网络( long short-term memory,LSTM)的序列对序列( sequence to sequence, Seq2Seq)模型应用到电力负荷预测中,提出了 LSTM-Seq2Seq 负荷预测模型,以解决模型训练时 LSTM 模型产生的较为严重的过拟合现象。为了避免参数更新时的大幅震荡和更新速度过慢的问题,优化方法采用 Adadelta 方法。利用某钢铁企业实际负荷数据进行测试,LSTM-Seq2Seq 模型准确率能达到 97. 94% 。实验结果表明,本文提出的方法能够提高电力负荷预测精度,提高钢铁企业运行的安全性,降低生产运行成本。

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基于图形处理器加速的连铸坯实时凝固传热模拟

刘晓玉, 刘文红

冶金自动化. 2022, 46(3): 57-64.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 008

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实时模拟连铸坯的传热过程对于保证二冷动态控制的精确性和压下效果十分重要。实际生产过程中,为了适应工艺参数的不断变化,连铸的动态控制系统需要调整二冷水量以保证铸坯表面温度稳定。对于基于模型的动态系统,其核心是准确的在线传热模型。然而,在线模型对求解时间的严苛要求往往使得精确的模型在实际应用中受限。针对这个问题,在保障模型计算精度的基础上,应用图形处理器( graphics processing unit,GPU)技术来加速连铸凝固传热过程模拟,并针对连铸凝固传热过程和 GPU 硬件特征,对求解算法进行设计和优化。与基于 28 核中央处理器( central processing unit,CPU)并行的模型相比,GPU 加速的传热模型实现了 78 倍的加速比。此外,模型的准确性通过表面温度测量得到了验证,最大相对误差为 0. 728% 。

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基于改进广义预测控制的带钢厚度优化控制策略

朱亮宇, 赵志挺, 高珣洋, 王力

冶金自动化. 2022, 46(3): 65-71.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 009

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可视化

为提高冷轧机出口带钢厚度控制精度,提出了一种改进的广义预测控制( improved generalized predictive control,IGPC)算法。首先,根据冷轧机反馈控制双闭环系统模型,确定传递函数;然后,提出了 IGPC,并给出了考虑时滞的预测模型和目标优化函数。最后,对 IGPC 控制器优化 AGC( automatic gauge control)系统进行仿真研究。研究结果表明,与 Smith鄄AGC 和 GPC鄄AGC 相比,IGPC 控制器有效地缓解了由时滞引起的出口带钢厚度控制超调和震荡现象,且在系统参数失配情况下,具有较好的动态特性和系统稳定性。

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工业微电网中混合储能系统与负载电机协同控制

王浩丞, 白秉堃, 张勇军, 肖雄, 韩硕, 宋国明

冶金自动化. 2022, 46(3): 72-79.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 02. 010

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近年来,工业微电网在钢铁企业中得到了越来越广泛的关注,其中的储能系统通常由蓄电池和超级电容混合组成,以兼顾储能效率和响应速度。以生产中常见的电机负载为例,由于运行工况改变,将会引起母线电压波动,从而导致负载动态性能变差。以此为背景,提出了一种负载电机与不同种类储能介质的协同策略,在双侧采用模型预测控制( model predictive control,MPC)的基础上,对负载功率波动进行预测,采用滑动平均法计算反馈值,滚动优化超级电容与蓄电池输出功率滤波系数。在实验室条件下,在负载电机调速过程中,储能系统母线电压波动减少约 40% ,电机转矩调节时间减少约 15% ,证明了所提策略的有效性。

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新型断带监测抓捕自锁系统在散料上运胶带输送机上的应用

徐言东, 白金龙, 白英超

冶金自动化. 2022, 46(3): 80-86.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 011

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由于工业用输送带的长期运转等因素,散料上运胶带输送机断带事故时有发生。断带监测抓捕自锁系统主要适用于监控到断带事故发生时,对下滑断带的抓捕以防止其造成重大经济损失、人身伤亡事故。基于现场状况研发了一种新型断带监测抓捕自锁系统,对机械执行机构、基于 PLC 的断带自锁控制及监控系统进行了重点介绍。新型的断带自锁系统采用电机驱动,无复杂机械动作,能够在 0. 5 s 内完成抓捕且便于安装;电控系统稳定可靠,可参与控制散料上运胶带输送机运行。该系统能够有效减少因断带造成的损坏,可避免灾难性事故的发生。

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钢铁冶金工业激光三角法抗强热辐射干扰方法研究

黄标彩, 蔡常青, 王龙飞, 方宇荣, 高涵, 何庆

冶金自动化. 2022, 46(3): 87-93.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 012

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强热辐射干扰光通常限制了激光三角法在高温物体位置测量中的应用。以钢铁冶金工业连铸中间包覆盖层高度为测量对象,从 CCD 成像理论出发,分析了影响激光三角测距系统信噪比的相关因素,给出了信噪比计算公式和系统光学参数设计。基于色调滤波的思想,测量系统允许大部分激光工作波长的光照射到CCD 上,并结合色调差异与形态学滤波的方法将强热辐射干扰光彻底滤除。现场试验表明,即使热辐射干扰光强在全波段下强度超过激光信号,该方法仍能可靠辨识激光信号并滤除热辐射干扰光。与传统采用极窄带深截止滤光片的方法相比,以较低的成本实现了激光三角法对 1 400 ℃ 被测目标的可靠测量。

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风冷段高速线材温度测量及其应用

黄标彩, 廖琳琳, 陈健健, 严海峰, 方宇荣, 张玖

冶金自动化. 2022, 46(3): 94-99.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2022. 03. 013

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风冷是高速线材控制相变的关键环节,然而盘条在风冷线运动中搭接位置和搭接状态不固定,导致测温困难,冷却控制不精准。为此,本文研发了风冷线测温系统,利用热像仪测量盘条温度分布,通过点温仪校准,该系统可评价盘条搭接处的冷却不对称。以准8 mm HRB400E 盘条为例,上下搭接处本应相近的温度其温差达 35 益 ,反映了冷却不对称程度。此外,该系统具有评价每根盘条温度质量的功能,如统计了异常盘条相邻 10 根盘条温度,70% 盘条的搭接温度波动在依 10 益以内的部分占比为 50. 98% ~ 62. 76% ,其余盘条低至 5. 42% ~ 29. 03% ,这表明搭接温度波动较大,温度质量可能存在问题。

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2022年, 第46卷, 第3期　刊出日期：2022-05-25

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