薄带材冷轧过程具有控制参数多、响应时间短及精度要求高的特点，其质量控制水平代表着一个国家钢铁工业的技术水平，可谓是钢铁技术领域的“皇冠”。对于冷轧板形控制而言，其控制过程存在多变量、时变性、大滞后及非线性等特点，全球仅有几个国家掌握相关技术，可谓是“皇冠上的明珠”。随着国民经济的快速发展，汽车、家用电器、电子和航空航天等行业对冷轧带材产生了巨大的需求，同时也对其板形质量提出了更高的要求，如何进一步提高冷轧带材的板形控制精度，是从事冷轧领域技术研究人员需要面对的重要课题。 针对板形控制模型与轧制过程的失配问题，研究将仿真建模、机理建模、知识工程推理与过程数据进行融合建模的理论与方法。通过研究串联结构形式的板形混合建模方法，提高板形控制模型对轧制过程的适应能力，并建立相适应的板形前馈与反馈控制系统间的协调优化控制策略。通过本项目的实施，可为冷连轧过程板形控制精度和稳定性的提高带来新的思路，对于其它复杂工业优化控制过程具有一定的理论参考意义。

随着智能化向冶金行业的不断深入，产线也加快了其各个工序的智能化脚步。加热作为其中间工序，智能化势在必行，而加热炉控制系统又是产线自动化水平较为薄弱的环节，主要体现在以下几个方面： （1）加热炉生产受上游连铸、板坯库库存、下游轧制节奏、生产计划等众多因素影响，装炉基本依靠人工进行调度、核对、定位直至最终入炉。出炉基本采用周期或手动出钢的方式，很难做到依据轧制的节奏，结合即将出炉板坯的温度，自动出钢。 （2）影响加热炉板坯加热质量的因素很多，且各因素互相耦合，是个多变量、非线性很强的系统，控制难度大。而炉内高温、粉尘的气氛环境，没有有效的检测手段来实时测量板坯的温度，使其成为名副其实的“黑箱”。 （3）多年来一直困扰加热炉生产调度、精准控制等的一系列难题，如板坯的加热过程缺乏规划和连续性、加热质量难以保障、随机性强等。换辊或轧机故障时，也不能有效地进行炉温智能控制，无法保证恢复轧制时板坯出钢温度达到要求的同时加热能耗达到最优。 （4）对加热炉能效及加热质量缺乏整体的评估，相关性参数也较为单一，仅仅依靠开轧或轧后温度作为评估的依据，时效性较差且难以满足目前复杂工况、炉况、多规格、高品质生产的需求。 因此，面对产线智能化的需求，针对加热炉的现状，解决控制系统的痛点问题，实现“会思考”的加热炉是目标。加热炉智能化过程控制技术的突破，对推进产线数字化、智能化革新具有重要意义。

冷轧控制过程是典型多工序、多变量、多层级的大型复杂工业流程。针对尺寸质量精度差、薄硬规格轧制易振动、生产效率低下等关键共性技术难题，以材料加工过程自动化、信息化、智能化、绿色化等为出发点，开发具有自主知识产权的冷轧智能化质量精准控制系统具有非常重要的现实意义。 本技术将给出冷轧自动化系统的硬件配置与软件功能总体方案，建立冷轧多层次完整的控制体系架构，开发基于控制器性能综合最优评价的多机架协调板厚控制模型、基于板形调控功效系数的多变量板形前馈和反馈控制模型、以超差长度最小为指标的最优动态变规格控制模型、基于成本函数的冷连轧负荷分配模型、融合工艺机理和大数据的轧制过程数学模型等智能化质量精准控制模型，为酸洗冷连轧或单机架冷轧机提供完整的控制系统方案。 应用智能化的冷轧质量精准控制系统可使冷轧带钢尺寸质量控制精度全面达到PREMETAL、ABB等国际先进水平，厚度指标±2.5μm ，变规格头尾超差长度小于10米，板形控制指标小于6I。该项技术填补国内空白，打破了国外封锁和技术垄断。相比传统冷轧控制系统，可大幅度提高头尾成材率和带钢本体厚度及板形等尺寸质量、大大减少工人劳动强度，已推广应用至某1450mm酸洗冷连轧等20余条生产线，至少创造80亿元的经济效益。

热连轧控制过程是典型多工序、多变量、多层级的大型复杂工业流程。针对尺寸质量精度差、产品性能控制稳定性差、生产效率低下等关键共性技术难题，以材料加工过程自动化、信息化、智能化、绿色化等为出发点，开发具有自主知识产权的热连轧质量精准控制系统具有非常重要的现实意义。 本技术将给出带钢连轧自动化系统的硬件配置与软件功能总体方案，建立热连轧全工序多层次完整的控制体系架构，开发热连轧活套高度-张力多变量解耦控制模型、基于硬度前馈的多机架前馈AGC控制模型、基于SMITH预估补偿的监控AGC控制模型、板凸度前馈和反馈控制模型、强宽工艺微张力协调控制模型、融合工艺机理和大数据的轧制过程数学模型等一系列智能化质量精准控制模型，可为热连轧生产线提供完整的控制系统方案。 应用智能化的热连轧质量精准控制系统使带钢尺寸质量控制精度全面达到PREMETAL等国际先进水平，厚度指标±20μm ，宽度指标0-2mm，凸度指标±30μm。该项技术填补国内空白，打破了国外封锁和技术垄断。相比传统热连轧控制系统，可大幅度节能降耗、提高成材率和带钢质量、减少工人劳动强度，已推广应用至某1100mm全连续热连轧等30余条生产线，至少创造300亿元的经济效益。

冷轧机板形控制核心技术具有典型的多变量、多控制回路、非线性、强耦合、时变性强的特征，是冶金领域高科技产品的代表之一。现代化的主流板形控制冷轧机通常具备多种板形控制的调节机构，如轧辊倾斜控制、工作辊/中间辊弯辊控制、工作辊/中间辊窜辊和工作辊分段冷却控制，众多的调节机构是实现高精度板形控制的保证，但也为实际的控制带来了很大的难题。深入研究冷轧板形控制系统的核心模型，制定合理有效的板形控制策略，开发适用于实际冷轧带钢生产的板形控制系统，对提高我国冷轧板形控制水平具有重要的意义。 在带材平直度控制方面，开发出独具特色的整体镶块式板形测量辊。实际应用测量精度高、工作稳定可靠。开发出基于数字信号处理技术DSP的无线板形信号处理系统。信号传输抗干扰能力强、使用周期长、调试维护方便。开发出基于模型自适应与板形控制影响效率函数相结合的多变量板形闭环控制系统，实现冷轧带钢板形质量的高精度控制。提出并建成基于最小磨损与轴向力板形控制优化设计的4/6辊混合配置冷连轧机组，形成冷连轧板形技术的鞍钢模式。采用非对称板形综合控制技术，解决实际生产过程中板形与轧制工艺控制难题。 在边部减薄控制方面，开发具有自主知识产权的短行程工作辊窜辊单端锥度控制功能的UCMW六辊冷连轧机。制定了边部减薄控制用短行程工作辊窜辊式六辊冷轧机的技术方案，设计了独特的工作辊辊形，开发了工作插入量、窜辊速度、弯辊力等工艺参数的数学模型，形成带钢边部减薄高效控制工艺技术。开发了窜辊预设定和再设定相结合的边部减薄控制动态高精度设定模型；基于功效系数多特征点优化的反馈控制模型；动态变规格窜动、非对称窜动和窜辊速度动态设定等控制功能，提高边部减薄控制稳定性，减少轧辊磨损和轴向力，延长轧辊的使用寿命；冷轧硅钢平直度与边部减薄协调控制系统，实现带钢边部减薄的高精度控制。

目前，国内外三座热风炉都在采用“两烧一送”的操作制度。此种操作制度只能单炉送风，无法降低换炉排放能耗；人为安排的燃烧时间过于浪费，影响热风炉的效率；发挥不出小孔格子砖换热面积大的优点。中冶京诚工程技术有限公司开发的“三座热风炉采用一烧两送热并联技术”，针对不同的热风炉设计参数，选择适当的送风时间和燃烧时间，可以达到提高风温、节能减排的目的。 一．技术特点  保持原有拱顶温度条件下，可以提高风温；  保持原有风温一定的条件下，可减少换炉排放次数，达到节能减排的目的；  可以使高炉接收的风温更加稳定；  能够充分发挥小孔格子砖加热面积大的优势；  用在新设计热风炉上，在满足相同风温的条件下，可以减少格子砖的总重。 二．控制系统组成 1、多变量参数热风炉数字模型；2、神经元矩阵模型推演机；3、具有专家知识库的热风炉自适应智能调节算法；4、数字式高精度冷风流量调节阀；5、热风炉PLC 系统。 三．主要技术参数 送风方式：一烧二送 热风温度控制范围：900-1350℃ 热风温度控制误差：+/-5℃ 冷风调节阀直径：适合用户冷风管道尺寸 冷风调节阀精度：0.00001度 三座热风炉如果采用“一烧两送热并联”创新工艺，可以取得的效果有多条。 1、可降低同等设计条件下热风炉系统的一次性建设投资5~10%。 2、原有拱顶温度不变时，既可以提高风温，同时可以降低换炉排放能耗，而且可以自定分配份额。 以某钢厂1为例，可提高风温25℃、同时减排50%；以某钢厂2为例，可提高风温40℃，同时减排38.3%。

课题任务： (1)研究如何建立统一的、全工序的质量数据仓库构成质量缺陷分析及控制的数据基础； (2)研究如何使用机理模型和数据驱动相结合的方法对单工序的产品质量缺陷影响因素进行定量和定性地分析； (3)建立多变量统计过程模型，研究利用实时质量数据，实施主元分析并建立多变量统计过程模型对产品生产过程进行实时监视； (4)建立稳态质量闭环控制模型，研究如何量化离散操作条件建立适应于批次内和批次间的稳态质量闭环控制模型，并研究如何引入质量控制目标函数实现操作条件的定量化。 课题承担单位：冶金自动化研究设计院