一种考虑能耗的钢厂生产调度方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种考虑能耗的钢厂生产调度方法及系统。该生产调度方法包括以下步骤：获取钢厂生产批量计划、钢厂生产工艺和能耗相关参数；建立从制造流程和制造单元两个层面考虑能耗的钢厂生产调度多目标函数以及生产工艺和能源等相关约束条件，进而构建钢厂生产调度多目标模型；求解该模型，得到Pareto最优解；输出钢厂生产调度方案，并形成调度指令控制钢厂生产过程运行。本发明专利技术在钢厂生产调度的过程中考虑能耗，能够在提高钢厂生产效率的前提下实现节能降耗，同时保障能源系统安全稳定运行的目标。的目标。的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑能耗的钢厂生产调度方法及系统


[0001]本专利技术涉及冶金控制
，具体涉及一种考虑能耗的钢厂生产调度方法及系统。

技术介绍

[0002]钢厂生产过程是一个典型的高温、离散
‑
连续混合的化学物理变化过程，其包括炼钢、精炼和连铸三个主要过程，每个炉次按生产钢种的工艺路径经过各个工序实现从液态铁水到固态钢坯的转换。其中，炼钢和精炼工序是按炉次(同一转炉冶炼的钢水)加工的离散作业过程，连铸工序是按浇次(同一连铸机上连续浇铸的炉次集合)内炉次排序加工的离散
‑
连续混合过程。钢厂生产过程具有多阶段、多并行机、多任务的特点，钢厂的生产工艺特点是:(1)连铸工序同一浇次内的炉次必须实现连续浇铸，且同一铸机上相邻浇次之间存在一个准备时间。(2)所有炉次加工需经过炼钢、精炼和连铸三个过程，但不同钢种有特定的工艺路线，可能存在多重精炼。(3)能源系统的运行与生产过程密切相关。能源消耗满足生产过程的需要，炉次加工也促进了能源的转换。(4)每个工序有多台同类设备并行可用，每个设备机器只能同时加工一个炉次。(5)不考虑相邻工序间的运输设备的分配，假设其能力是充足的，但相邻工序间的运输时间是需要考虑的。
[0003]而钢厂的生产过程是形成钢铁产品品种和质量的关键环节，它具有复杂的生产工艺和高温运行特征。在该过程中，物质流和能量流是相互耦合的。物质流的加工需要在能量流的作用下完成，能源是保证物质流顺行的基本条件。同时，鉴于物质流高温运行特点，能量流的运行受物质流的生产运行状态的影响。钢厂生产调度作为钢铁生产系统运行控制的主要技术手段，是实现钢铁企业节能降耗的重要手段。一方面，在制造流程上通过工序间的高效衔接降低由温降导致的额外能耗；另一方面，在制造单元通过稳定能源的消耗量和产生量来保障能源系统的安全平稳运行。因此设计一种在满足生产要求的前提下实现耗能最少并保障能源系统安全稳定运行的钢厂生产调度方案是急需的。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种考虑能耗的钢厂生产调度方法及系统。
[0005]为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种考虑能耗的钢厂生产调度方法，包括以下步骤：
[0006]S1，获取钢厂的生产批量计划，钢厂生产工艺参数和能耗参数；
[0007]S2，建立以钢厂生产过程能耗、能耗波动以及生产效率为目标的钢厂生产调度多目标函数；
[0008]建立生产工艺及能源相关约束条件；
[0009]构建钢厂生产调度多目标模型；
[0010]求解该模型，得到Pareto最优解；
[0011]S3，输出钢厂生产调度方案，并形成调度指令控制钢厂生产过程运行。
[0012]本专利技术在钢厂生产调度的过程中考虑能耗，能够在提高钢厂生产效率的前提下实现节能降耗，同时保障能源系统安全稳定运行的目标。
[0013]本专利技术在钢厂生产调度的过程中考虑能耗，在提高生产效率的前提下，减少了工序之间钢水温降，降低了炉次综合能耗，实现了系统的节能，稳定了氧气消耗量和转炉煤气产生量，使管网压力的波动尽可能保持在正常范围内，保证了能源系统的安全稳定运行。
[0014]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述多目标函数包括以最小化能源消耗为目标，最小化能耗波动为目标，以及以最小化炉次最大完工时间或最小化等待时间两者中至少一者为目标建立的目标函数。
[0015]根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述多目标函数还包括以最大化炉机匹配程度和/或最小化开浇时间偏差为目标建立的目标函数。
[0016]本专利技术采用最小化能源消耗，最小化能耗波动，以及最小化炉次最大完工时间和/或最小等待时间为目标，减少了工序之间钢水温降，降低了炉次综合能耗，实现了系统的节能，另外可以以最大化炉机匹配程度，最小化开浇时间偏差两者中至少一者为目标，提高生产效率，目标函数的选择多样性，可根据生产目的灵活设置，与实际生产适应性更好。
[0017]为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种考虑能耗的钢厂生产调度系统，其包括生产控制系统，所述生产控制系统执行本专利技术的考虑能耗的钢厂生产调度方法，生成钢厂生产调度方案，并形成生产调度指令控制钢厂生产过程按此方案运行。
[0018]本专利技术调度系统减少了工序之间钢水温降，降低了炉次综合能耗，实现了流程系统的节能，稳定了耗氧量和转炉煤气产生量，使管网压力的波动尽可能保持在正常范围内，保证了能源系统的安全稳定运行。
[0019]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0020]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0021]图1是本专利技术考虑能耗的钢厂生产调度方法的流程图；
[0022]图2是本专利技术的多目标优化算法的求解流程图；
[0023]图3(a)是GD的平均置信区间；
[0024]图3(b)是RD的平均置信区间；
[0025]图3(c)是IGD的平均置信区间；
[0026]图4(a)是方案1和方案4的炉次综合能耗；
[0027]图4(b)是方案1和方案4的氧气消耗量曲线；
[0028]图4(c)是方案1和方案4的转炉煤气产生量曲线；
[0029]图5(a)是方案2和方案4的炉次综合能耗；
[0030]图5(b)是方案2和方案4的氧气消耗量曲线；
[0031]图5(c)是方案2和方案4的转炉煤气产生量曲线；
[0032]图6(a)是方案3和方案4的炉次综合能耗；
[0033]图6(b)是方案3和方案4的氧气消耗量曲线；
[0034]图6(c)是方案3和方案4的转炉煤气产生量曲线。
具体实施方式
[0035]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0036]在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0037]现有钢厂生产过程主要包含3个生产环节:炼钢、精炼和连铸。一般性的钢厂生产过程为:从高炉运来的高温铁水经铁水预处理工序后兑入转炉冶炼成钢水,钢水倒入钢包内,通过天车或台车的运输作业,把钢水包运送至精炼环节,根据生产工艺要求依次在不同的精炼设备上精炼钢水,精炼完成后,再通过天车或台车,把钢水包运送至连铸并实施浇铸,形成铸坯。
[0038]在钢厂生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑能耗的钢厂生产调度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取钢厂的生产批量计划，钢厂生产工艺参数和能耗参数；S2，建立以钢厂生产过程能耗、能耗波动以及生产效率为目标的钢厂生产调度多目标函数；建立生产工艺及能源相关约束条件；构建钢厂生产调度多目标模型；求解该模型，得到Pareto最优解；S3，输出钢厂生产调度方案，并形成调度指令控制钢厂生产过程运行。2.根据权利要求1所述的考虑能耗的钢厂生产调度方法，其特征在于，所述多目标函数包括以最小化能源消耗为目标，以最小化能耗波动为目标，以及以最小化炉次最大完工时间，最小化等待时间两者中至少一者为目标建立目标函数。3.根据权利要求2所述的考虑能耗的钢厂生产调度方法，其特征在于，所述多目标函数还包括以最大化炉机匹配程度和/或最小化开浇时间偏差为目标建立的目标函数。4.根据权利要求1至3任一项所述的考虑能耗的钢厂生产调度方法，其特征在于，所述目标函数为：以最小化炉次最大完工时间为目标的生产效率目标函数以最小化能源消耗为目标的制造流程能耗目标函数以最小化能耗波动为目标的制造单元能耗目标函数以最小化炉次等待时间为目标的生产效率目标函数：以最大化炉机匹配程度为目标的生产效率目标函数以最小化开浇时间偏差为目标的生产效率目标函数其中，i是炉次索引，I为炉次总数，i＝(1,2,3
……
I)；j是工序索引，J为工序总数，j＝(1,2,3
……
J)，n为浇次索引，N为浇次总数，n＝(1,2,3
……
N)；e
i,j
为炉次i在工序j的结束作业时间，s
i,j
为炉次i在工序j的开始作业时间，CT
n
为浇次n的计划开浇时间，Ω为所有炉次的有序集合，|Ω
n
|为浇次n包含的炉次数，r
n
为浇次n的最后一个炉次，炉次i的加工能耗，为炉次i的能量损失，为炉次i在炼钢工序t时刻的氧气流量，
TBOF
为炼钢工序的生产周期，ω1为氧气消耗量波动的惩罚系数，ω2为煤气产生量波动的惩罚系数，为炉次i在炼钢工序t时刻的煤气流量；TT
j,j+1
是工序j与工序j+1之间的运输时间，R
b
为调度周期内转炉b生产的炉次数，R
bc
为调度周期内转炉b向连铸机c提供的炉次数。5.根据权利要求1至3任一项所述的考虑能耗的钢厂生产调度方法，其特征在于，所述
约束条件为：基本调度约束：一个设备一次只能加工一个炉次：炉次在各工序最多被加工一次：只有在前一工序完成后才能将炉次运送到下一工序：炉次在某一工序上的开始作业时间不早于加工设备的最早可用时间：生产工艺约束：同一连铸机上相邻浇次之间必须有一个准备时间炉次作业时间必须在可控时间范围内：炉次在连铸工序内的加工设备是预先确定的：同一浇次中的炉次在连铸机上必须实现连浇：能源相关约束：能源管网压力必须控制在安全范围之内：决策变量约束：决策变量约束：决策变量约束：决策变量约束：决策变量约束：其中，Ψ
j
为工序j的设备；O
i,j
为炉次i在工序j处理；Ω为所有炉次的有序集合；Ω
n
为浇次n包含的炉次集合；h
n
为浇次n的第一个炉次，；rt为连铸机上相邻浇次间的准备时间；MT
m
为设备m的最早可用时间；TT
j,j+1
为工序j到工序j+1的运输时间；为炉次i在工序j的最小作业时间；为炉次i在工序j的最大作业时间；PP
k,t
为t时刻能源k的管网压力；为t时刻能源k的管网压力上限；为t时刻能源k的管网压力下限；U为足够大的正整数；为一个0
‑
1决策变量，炉次i1和i2分配到设备m，若炉次i1先于炉次i2加工,否则,否则,为一个0
‑
1决策变量，若炉次i在工序j被分配给设备m,则否则，6.根据权利要求1所述的考虑能耗的钢厂生产调度方法，其特征在于，求解目标函数采用遗传算法，或蚁群算法，或粒子群算法，或基于分解的多目标优化算法，或差分进化算法。7.根据权利要求1或6所述的考虑能耗的钢厂生产调度方法，其特征在于，基于分解的多目标优化算法求解目标函数的方法为：
A，将目标函数分解为多个子问题：初始化子问题数量N、邻域大小T、邻域的权重向量{λ1，λ2，...,λ
N
}、交叉概率Pc、变异概率Pm；计算任意两个权重向量的欧氏距离，确定每个权重向量最近的T个邻域；B，以炉次在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑忠，连小圆，王成，高小强，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：