一种炼铁炼钢连铸一体化调度系统技术方案

一种炼铁炼钢连铸一体化调度系统，属于炼铁炼钢连铸生产计划调度领域。调度系统包括系统实现条件和四个子模块；实现条件包括：设备状态及数据采集程序；数据库服务器、数据库管理程序和数据库软件；客户端应用程序；四个子模块包括：鱼雷罐、铁水包调度计划及高炉区－转炉区铁水计划匹配模型模块；铁钢界面铁水调度框架模块；铁水预处理－连铸调度模块；信息通讯模块。通过对设备状态监控、生产异常情况判断、作业实绩记录，结合调度人员的设定参数，建立高炉区－转炉区铁水计划匹配模型，实现铁钢界面鱼雷罐调度；采用启发式算法生成铁水预处理－连铸区段静态调度，再应用混合遗传算法实现动态调度；实现了从铁水预处理－连铸区段的快速、灵活的在线调度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于炼铁炼钢连铸生产计划调度领域，特别是提供了一种炼铁-炼钢-连 铸的一体化调度方法，实现了从炼铁到连铸的快速、灵活的在线调度。
技术介绍
炼铁-炼钢-连铸是钢铁生产的一个重要环节。高炉生产的铁水由鱼雷罐或铁水 包运输至转炉，转炉生产的钢水由钢包运输经炉外精炼处理后送到连铸机。炼铁-炼钢-连 铸生产不同于高炉上游工序和连铸机下游工序有中间库，且此区段对铁水温度和钢水温度 有一定的生产要求，生产条件复杂，异常情况等不确定因素较多。之前的调度系统研究只局 限于炼钢连铸或炼钢连铸轧钢，没有将铁钢界面调度的重要性体现到生产调度中来。本发 明针对之前研究不足，提出一种炼铁_炼钢_连铸一体化调度系统方法，该方法能在较短的 时间内完成作业计划，并根据生产情况和设备状态实时调整计划并重新编制，达到指导生 产的目的。目前已申请专利的有关计划编排和生产调度方法如下“99108440.3(生产计 划订单系统)”主要实现了一种运行于单台计算机上的生产计划订单系统，用于离散制 造行业的计划订单系统。“94101993. 4(生产计划编制方法及其装置)，，主要实现了在多 个生产过程中，生产计划编排和追加。“94109469. 3(生产资源规划的优化)”实现了一 种用于在有约束情况下制定原料需求计划、实行最优资源分配和制定生产计划的方法。 “200410009705. 6 ( —种炼钢连铸生产在线动态调度方法)，，实现了一种软硬件相结合，采 用滚动搜索优化方式，编排出动态作业计划的炼钢连铸生产在线动态调度方法。文献《炼 钢厂的计算机辅助生产调度系统》(钢铁，2004，39 (6))阐述了炼钢厂计算机辅助生产调度 系统(CAPSS)的核心问题、软件结构及研发内容等重要问题，但此生产调度系统只涉及转 炉-连铸区段调度系统。文献《冶铸轧一体化生产调度方法的探讨》(钢铁，2000，35 (2)) 提出了采用启发式搜索方法和离散事件仿真方法来解决冶铸轧一体化生产调度问题。文献 《全连铸生产调度系统仿真模型的建立》(北京科技大学学报，1996，18(3))对具有离散事件 系统特征的全连铸车间生产调度系统通过建立其仿真模型进行试验，实现了借助计算机仿 真全连铸生产过程，编制了相应调度程序软件，给出多种优化调度方案图。上述专利和文 献主要涉及离散行业静态生产计划的编排和炼钢连铸的动态调度问题，没有涉及炼铁_炼 钢-连铸一体化调度问题。
技术实现思路
本专利技术目的是解决炼铁-炼钢-连铸一体化调度问题，实现从炼铁到连铸的快速、 灵活的在线调度。炼铁炼钢连铸一体化调度系统，主要通过对设备状态监控、生产异常情况判断、作 业实绩记录，结合调度人员的设定参数，建立高炉区_转炉区铁水计划匹配模型，实现铁钢 界面鱼雷罐调度。采用启发式算法生成铁水预处理-连铸区段静态调度，再应用混合遗传算法实现动态调度；实现了从铁水预处理-连铸区段的快速、灵活的在线调度。本专利技术包 括炼铁炼钢连铸一体化调度系统实现条件和四个子模块。系统实现条件包括设备状态及 数据采集；数据库服务器、数据库管理程序和数据库软件；客户端应用程序。四个子模块包 括鱼雷罐、铁水包调度计划及高炉区-转炉区铁水计划匹配模型子模块；铁钢界面铁水调 度框架子模块；铁水预处理-连铸调度子模块；信息通讯子模块。本专利技术系统的实现条件(1)设备状态及数据采集生产设备的工作状态和运行参数以及工艺参数，由 PLC、MES系统收集、上传至数据库，本专利技术系统再从数据库中读取相应数据，保障了各种数 据的一致性和实时性；(2)数据库服务器、数据库管理程序和数据库软件将生产实时数据和计划编排数 据按照数据格式和表结构存储在数据库中；(3)客户端应用程序利用算法模块，各工位客户端根据需要调用数据库服务器 中的数据，并显示在操作界面上；此外，可将生产计划和调度方案写入数据库保存。本专利技术系统的四个子模块一、鱼雷罐、铁水包调度计划及高炉区-转炉区铁水计划匹配模型子模块(1)鱼雷罐、铁水包生产计划的生成根据转炉、铁水预处理计划和高炉的容积、 利用系数、每天出铁次数，每次出铁时间、每次出铁量等工艺参数，以及相关的初始条件，建 立高炉区-转炉区铁水计划匹配模型，并计算出高炉出铁的计划表和鱼雷罐、铁水包运行 计划。高炉区-转炉区铁水计划匹配模型如下 式中，C1 = Cly表示高炉第1次出铁，已经出铁的满包数；nk表示炼钢区计划的第k条开始执行时，在炼钢区准备满包铁水包的个数；表示炼钢区计划的第1条计划执行 前在炼钢区准备满包铁水包的最大个数；M为铁水包盛满铁水所需铁水量城表示第i次出铁后未满铁包中铁水的量，Qc1 = O, Q,=m- I Ok^Gi = G表示第i次出铁量，且每次出铁量都相等Ji = Tdraining表示第i次出铁时间，每次出铁时间都相等；Talte表示相邻两 次出铁的间隔时间；TaltCT_TdMining表示前一次出铁结束到下一次出铁开始间隔的时间，单位 时间的出铁量相同；CU表示高炉第i次出铁的第j个铁包的盛铁水量与G的比例，其中 r =1，表示高炉第i次出铁的第j个铁包已经满包Cu e (O, 1)，表示高炉第i次出铁的第j个铁包没有满包，已经装入量占需 J <要装入量G的比例=0，表示高炉第i次出铁的第j个铁包是空包，还没有装铁水；F表示出铁顺序次数的集合，Fe {1，2，. . . i}，其中i表示高炉第i次出铁；队表示第i次出铁的满包数，N1=Ttran每次铁水包从高炉运输到炼钢区的时间；P表L M J示炼钢区生产的一组计划 schedule (a set of plans) P = It1, t2, t3, ... tk}，tk 表示第 k 条计划执行的开始时刻。目标函数式(1)表示在t =、时刻，带有权值的高炉区满包数与带有权值的转炉 区准备的满包数之和最小。约束条件(2)表示了在t =、时刻，转炉区准备的满包数不能 超过最大值nmax，可以通过实际生产数据计算得到；约束条件(3)表示炼钢区计划的第k条 开始执行时，在炼钢区准备满包铁水包的个数不能小于1个；约束条件(5)表示当i = 1时，保证第H1个计划开始执行时需要满足的条件；约束条件(6)表示当i彡2时，保证第 ^、/=I个计划开始执行时需要满足的条件。首先利用枚举法(附图1)求得模型初步解，再利用二分法(附图2)求得精确解。 通过模型求得精确解之后，得到在高炉初始条件确定情况下，满足炼钢区计划执行的鱼雷 罐备罐数和铁水包备包数。(2)鱼雷罐、铁水包的调度模型铁钢界面调度程序实时从数据库中读取计划参 数、转炉冶炼情况、高炉出铁情况、鱼雷罐位置状态，这四项是铁钢界面调度的输入条件。程 序根据输入条件利用内嵌鱼雷罐、铁水包周转物理(附图3)模型实现铁钢界面调度。二、铁钢界面铁水调度框架子模块实现铁钢界面一体化调度首先需对铁水用户的需求进行管理，即接受、处理转炉 的出钢计划；其次，需对铁水供应源管理，包括高炉铁次、铁水重量、成分、温度等；另外，还 需建立在途铁水与出钢计划的对应关系和完成鱼雷罐、铁水包调度计划的制定及调整。根 据铁水供应过程的抽象、简化原理，本专利技术设计出铁水供求计划流程图，如附图4所示，作 为铁钢界面铁水调度的核心框架本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炼铁炼钢连铸一体化调度系统，其特征是通过对设备状态监控、生产异常情况判断、作业实绩记录，结合调度人员的设定参数，建立高炉区－转炉区铁水计划匹配模型，实现铁钢界面鱼雷罐调度；采用启发式算法生成铁水预处理－连铸区段静态调度，再应用混合遗传算法实现动态调度；炼铁炼钢连铸一体化调度系统包括系统实现条件和四个子模块；系统实现条件包括：设备状态及数据采集程序；数据库服务器、数据库管理程序和数据库软件；客户端应用程序；四个子模块包括：鱼雷罐、铁水包调度计划及高炉区－转炉区铁水计划匹配模型模块；铁钢界面铁水调度框架模块；铁水预处理－连铸调度模块；信息通讯模块。

【技术特征摘要】
一种炼铁炼钢连铸一体化调度系统，其特征是通过对设备状态监控、生产异常情况判断、作业实绩记录，结合调度人员的设定参数，建立高炉区 转炉区铁水计划匹配模型，实现铁钢界面鱼雷罐调度；采用启发式算法生成铁水预处理 连铸区段静态调度，再应用混合遗传算法实现动态调度；炼铁炼钢连铸一体化调度系统包括系统实现条件和四个子模块；系统实现条件包括设备状态及数据采集程序；数据库服务器、数据库管理程序和数据库软件；客户端应用程序；四个子模块包括鱼雷罐、铁水包调度计划及高炉区 转炉区铁水计划匹配模型模块；铁钢界面铁水调度框架模块；铁水预处理 连铸调度模块；信息通讯模块。2.如权利要求1所述一种炼铁炼钢连铸一体化调度系统，其特征是系统实现条件包括(1)设备状态及数据采集方式为生产设备的工作状态和运行参数以及工艺参数由 PLC、MES系统收集、上传至数据库，一体化调度系统再从数据库中读取相应数据，保障各种 数据的一致性和实时性；(2)数据库服务器、数据库管理程序和数据库软件将生产实时数据和计划编排数据按 照数据格式和表结构存储在数据库中；(3)客户端应用程序将各工位客户端根据需要调用数据库服务器中的数据，并显示在 操作界面上；此外，将生产计划和调度方案写入数据库保存。3.如权利要求1所述一种炼铁炼钢连铸一体化调度系统，其特征是鱼雷罐、铁水包调 度计划及高炉区-转炉区铁水计划匹配模型子模块包括(1)鱼雷罐、铁水包生产计划的生成根据转炉、铁水预处理计划和高炉的容积、利用 系数、每天出铁次数，每次出铁时间、每次出铁量等设计参数，以及相关的初始条件，建立高 炉区-转炉区铁水计划匹配模型，并计算出高炉出铁的计划表和鱼雷罐、铁水包运行计划； 高炉区_转炉区铁水计划匹配模型如下 W1+1式中，C1 = YjCij 表示高炉第1次出铁，已经出铁的满包数；nk表示炼钢区计划的第k条开始执行时，在炼钢区准备满包铁水包的个数；nmax表示炼钢区计划的第1条计划执行前 在炼钢区准备满包铁水包的最大个数；M为铁水包盛满铁水所需铁水量舟表示第i次出铁后未满铁包中铁水的量，Q0 = OiQi=IVQ1- ^ OkT5Gi = G表示第i次出铁量，且每次出L M J铁量都相等；Ti = Tdraining表示第i次出铁时间，每次出铁时间都相等；Talte表示相邻两次 出铁的间隔时间；TaltCT-TdMining表示前一次出铁结束到下一次出铁开始间隔的时间，单位时 间的出铁量相同；cu表示高炉第i次出铁的第j个铁包的盛铁水量与G的比例，其中 r =1,表示高炉第i次出铁的第j个铁包已经满包Cii G (O, 1)，表示高炉第i次出铁的第j个铁包没有满包，已经装入量占需 1 <要装入量G的比例=0,表示高炉第i次出铁的第j个铁包是空包，还没有装铁水；F表示出铁顺序次数的集合，Fe {1，2，... i}，其中i表示高炉第i次出铁；队表示第i次出铁的满包数，代=^^ Ttmn每次铁水包从高炉运输到炼钢区的时间；P表示炼钢L M J区生产的一组计划schedule (a set of plans) P = It1, t2，t3，…tk}，tk表示第k条计划 执行的开始时刻；目标函数式(1)表示在t =、时刻，带有权值的高炉区满包数与带有权值的转炉区准 备的满包数之和最小；约束条件(2)表示了在t =、时刻，转炉区准备的满包数不能超过 最大值nmax，可以通过实际生产数据计算得到；约束条件(3)表示炼钢区计划的第k条开始 执行时，在炼钢区准备满包铁水包的个数不能小于1个；约束条件(5)表示当i = 1时，保证第H1个计划开始执行时...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐安军，贺东风，田乃媛，黄帮福，韩庆，沈一平，李广双，王新，史建国，齐岩，李东，谢翠红，李志毅，冯会山，李永生，
申请(专利权)人：秦皇岛首秦金属材料有限公司，北京科技大学，首钢总公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]