一种提高钢铁企业罩式炉机组物流设备运行效率的方法和装置制造方法及图纸

一种提高钢铁企业罩式炉机组物流设备运行效率的控制方法和装置，主要通过数据采集器１、数据处理器２、控制方案生成器３、生产过程仿真器４，以及控制信息上传器５通过网络（ＴＣＰ／ＩＰ）６来实现。数据处理器用于对采集到的信息进行深层次的分析和处理，并输入传送给控制方案生成器；吊机控制方案生成器包括资源分配方案生成器９和吊机运行方案调整器１０两个模块，前者对罩式炉车间有限资源进行分配；后者对资源分配结果的具体执行，并可对资源的分配做进一步调整；生产过程仿真器模拟罩式炉生产车间的运行环境，对罩式炉生产流程及吊机的运作进行动态仿真并通过ＬＥＤ显示器８显示出来；控制信息上传器用来将吊机控制方案生成器产生的控制信息上传到罩式炉车间吊机控制终端７，指导罩式炉车间的生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金信息
，涉及到自动化技术，特别是提供了一种提高钢铁企业罩式炉机组物流设备运行效率的方法和装置，用于控制罩式炉车间物流设备的运行。
技术介绍
罩式炉退火是板卷经冷轧工序进行深加工的必要工序，它对于提高钢卷抗拉强度、屈服强度，改善内在机械性能等方面有着十分显著的效果。罩式炉退火短期过程如表1所示，包括装炉、扣内罩、密封、预吹扫、扣加热罩、加热、卸热罩、扣冷却罩、冷却、卸冷却罩、卸内罩、卸卷等十几个步骤。罩式炉车间的主要物流设备是吊机，大部分工序均由吊机协助完成(包括装炉，口内罩，扣加热罩，卸加热罩，卸冷却罩，卸内罩及卸卷)。因此可以将对整个车间生产节奏的控制及资源的分配转化为对吊机运行的控制。在罩式炉退火生产过程中加热和冷却的处理时间较长，而为了节约生产投入，退火车间的加热罩和冷却罩的数量一般均为炉台数量的一半，如果资源分配不合理必然会造成资源的冲突及等待，影响正常的生产节奏，从而导致不必要的能源浪费。由于罩式炉退火生产具有生产周期长、生产节奏慢、生产工序复杂、能量消耗大等特点，使得人工无法得到合理的控制方案，从而出现某些工序的等待时间过长，其所占用的资源的利用率也随之下降的情况，导致整个罩式炉车间能源浪费严重，生产效率不高，实际生产能力达不到设计能力，故罩式炉吊机物流调度成为冷轧生产中的“瓶颈”。 表1罩式炉流程资源信息表 目前，国内罩式炉车间的物流操作还仅停留在人工控制阶段，主要依靠人工经验对物流设备进行分配，不能对全局进行有效的把握，缺少合理性及科学性。好的罩式炉机组物流设备运行效率控制方法不但可以更好的解决罩式炉车间物流资源的冲突，还可以对生产车间起到有效指导作用，提高罩式炉车间的生产效率，并达到节能降耗的目的，对实际生产车间有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高钢铁企业罩式炉机组物流设备运行效率的控制方法，用于控制罩式炉车间的物流设备，实现资源的合理配置。它从罩式炉车间生产设备着手，通过对现场设备信息的实时监控以实现生产信息的实时性；通过对整个生产过程深层次地分析，以实现吊机控制的优化控制及资源的合理分配；通过整体及局部的仿真结构、搭建罩式炉生产环境，以实现系统控制过程的可视化。本专利技术不仅可以控制罩式炉车间物流设备的运行，还可以有效提高罩式炉车间生产设备的利用率，缩短生产时间，提高生产效率，达到节能降耗的效果。 本专利技术从罩式炉生产的实际情况出发，经过分析与探索，发现问题可作如下简化一、在罩式炉生产车间的四个区域上空各配有一个吊机，两个吊机共用一个跨。吊机的操作规范限定了同一跨上两个吊机的活动范围，各吊机操作互不影响，不会发生吊机碰撞，所以可以单独考虑每个吊机的运行情况，不会影响罩式炉退火过程的控制结果，罩式炉退火实际生产中的复杂的多吊机问题便可转化为简单的单吊机问题；二、不同型号的加热罩、冷却罩不可以相互使用，即不同类型的计划可分开考虑，这样减小了问题的规模。 经过简化之后，本专利技术主要解决的问题可以描述为给定若干个待退火垛，每个板卷垛要经过若干个退火步骤才能完成退火工序。对于每个板卷垛，退火步骤的顺序是给定的，且不同的退火步骤需要不同的资源；对于各个资源包括板卷的装卸操作是通过吊机完成的；吊机及各个资源是有限的。本专利技术要做的就是如何控制吊机完成各个退火步骤，从而达到合理分配有限资源，加快生产节奏的目的。该问题可以通过如下数学模型进行描述 min s.t. Teil-Tsil＝PTil Tsil-Teil-1＝STil Tsil+1-Teil≥ATil TSejk-TSsjk＝SsTjk Tsi′l′-Teil≥-U(2-xiljk-xi′l′jk+1)+SUll′(9) j∈{crane}，k∈Kj-{kj} Tsi′，l′-1-Tei，l+1≥-U(2-xiljk-xu′l′jk+1) j∈J-{crane}，k∈Kj-{kj} (10) xiljk∈{0，1} Cmax＝max{Teil|i∈I，l∈Li}(12) 其中， i＝1，...NB，表示炉台； 1＝1，...，Li，表示炉台i的第1个加工阶段； j＝1，...，NU(NF+NC+1)，表示包括NF个加热罩，NC个冷却罩和一个吊机在内的资源； k＝1，...，Kj，表示资源j的工作时间段； Xiljk＝1，表示在资源j在第k个时间段用于加工第i和炉台的第l个工序；否则为0； Teil，表示第i个炉台的第l个工序的结束时间； Tsil，表示第i个炉台的第l个工序的开始时间； PTil，表示第i个炉台的第l个工序的处理时间； STil，表示第i个炉台的第l个工序的等待时间； TSsjk，表示第j个资源第k个工作时间段的开始时间； TSejk，表示第j个资源第k个工作时间段的结束时间； SsTjk，表示第j个资源在第k个工作段内的工作时间； ATil，表示第i个炉台第l阶段的准备时间； U，为无限大整数； SUll′，表示工序l和l’之间的准备时间； RTjk，表示资源j实际应工作的时间； α，表示吊机利用率惩罚系数； β，表示加热罩及冷却罩惩罚系数； γ，表示最大完成时间惩罚系数； 上述目标函数包括三个部分(1)吊机利用率惩罚，罩式炉退火过程中共有8个工序需要吊机调度，因此，提高吊机的利用率是必要的；模型中用吊机的载物时间来衡量吊机的利用率；对于一批给定的调度计划，吊机的载物时间越小，利用率也必然越高；(2)加热罩及冷却罩利用率惩罚，罩式炉退火车间内罩式炉资源数量有限是罩式炉生产成为冷轧生产的瓶颈的主要原因；因此，提高加热罩、冷却罩的利用率对于提高罩式炉车间生产能力，节约能源等方面都有很大帮助；(3)最大完成时间惩罚； 约束(2)表示必须给每个炉台的每个阶段分配相应的资源； 约束(3)表示每个资源的每个工作时段最多只能用于处理一个炉台的一个工序； 约束(4)定义了第i个炉台的第l个工序的处理时间； 约束(5)定义了第i个炉台的第l个工序的等待时间； 约束(6)表示第i个炉台的l及l+1工序之间存在被忽略的工序(充气及自然冷却)，此约束中，只有充气及自然冷却时ATil为非零数； 约束(7)表示吊机的所有操作必须严格按照的罩式炉退火工艺要求的顺序执行； 约束(8)用来定义吊机的总运行时间； 约束(9)表示吊机必须在工序准备好的前提下才能进行下一个操作； 约束(10)表示对于加热和冷确操作来说，不同的炉台应用相同的资源时，资源必须是可利用的，也就是说如果加热罩从炉台1到炉台2，那么就要求在加热罩扣到炉台2之前必须从炉台1上卸下； 约束(11)表示变量的取值范围； 约束(12)对Cmax进行了定义； 从功能上讲，本专利技术是对罩式炉车间下达的待处理钢卷计划的具体执行，通过合理控制吊机的运行，解决罩式炉钢卷垛退火处理从装炉、扣内罩、密封、预吹扫、扣加热罩、加热、卸热罩、扣冷却罩、冷却、卸冷却罩、卸内罩、卸卷这十二个过程的资源分配问题及吊机控制问本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高钢铁企业罩式炉机组物流设备运行效率的方法，其特征在于：通过如下数学模型来解决如何控制吊机完成各个退火步骤，达到合理分配有限资源的问题：　ｍｉｎＺ＝＊＊αＳｓＴ↓［ｊｋ］＋＊β↓［ｌ］（＊ＳＴ↓［ｉｌ］／＊ＰＴ↓［ｉｌ］）＋γＣ ↓［ｍａｘ］　（１）　ｓ．ｔ．　＊＊ｘ↓［ｉｌｊｋ］＝１　＊ｉ∈Ｉ，ｌ∈Ｌ↓［ｉ］　（２）　＊＊ｘ↓［ｉｌｊｋ］≤１　＊ｊ∈Ｊ↓［ｉｌ］，ｋ∈Ｋ↓［ｊ］　（３）　Ｔｅ↓［ｉｌ］－Ｔｓ↓［ｉｌ］＝ＰＴ↓［ｉｌ ］　＊ｉ∈Ｉ，＊ｌ∈Ｌ↓［ｉ］　（４）　Ｔｓ↓［ｉｌ］－Ｔｅ↓［ｉｌ－１］＝ＳＴ↓［ｉｌ］　＊ｌ∈Ｌ↓［ｉｊ］，＊ｉ∈Ｉ　（５）　Ｔｓ↓［ｉｌ＋１］－Ｔｅ↓［ｉｌ］≥ＡＴ↓［ｉｌ］　＊ｉ∈Ｉ，＊ｌ∈Ｌ↓［ｉ］－｛＊↓［ ｉ］｝　（６）　＊ｋｘ↓［ｉｌｊｋ］≤∑ｋｘ↓［ｉｌ′ｊｋ］　＊ｉ∈Ｉ，ｌ，ｌ′∈Ｌ↓［ｉｊ］，ｌ＜ｌ′，ｊ∈｛ｃｒａｎｅ｝　（７）　ＴＳｅ↓［ｊｋ］－ＴＳｓ↓［ｊｋ］＝ＳｓＴ↓［ｊｋ］　＊ｊ∈｛ｃｒａｎｅ｝，ｋ∈Ｋ↓［ ｊ］　（８）　Ｔｓ↓［ｉ′ｌ′］－Ｔｅ↓［ｉｌ］≥－Ｕ（２－ｘ↓［ｉｌｊｋ］－ｘ↓［ｉ′ｌ′ｊｋ＋１］）＋ＳＵ↓［ｌｌ′］　＊ｉ，ｉ′∈Ｉ，ｌ∈Ｌ↓［ｉｊ］，ｌ′∈Ｌ↓［ｉ′ｊ］，ｊ∈｛ｃｒａｎｅ｝，ｋ∈Ｋ↓［ｊ］－｛＊↓［ｊ］｝ 　（９）　Ｔｓ↓［ｉ′，ｌ′－１］－Ｔｅ↓［ｉ，ｌ＋１］≥－Ｕ（２－ｘ↓［ｉｌｊｋ］－ｘ↓［ｕ′ｌ′ｊｋ＋１］）　＊ｉ，ｉ′∈Ｉ，ｌ，ｌ′∈｛ｈｅａｔｉｎｇ，ｃｏｏｌｉｎｇ｝，ｊ∈Ｊ－｛ｃｒａｎｅ｝，ｋ∈Ｋ↓［ｊ］－｛＊↓［ｊ］｝ 　（１０）　ｘ↓［ｉｌｊｋ］∈｛０，１｝　＊ｉ∈Ｉ，ｌ∈Ｌ↓［ｉ］，ｊ∈Ｊ↓［ｉｌ］，ｋ∈Ｋ↓［ｊ］　（１１）　Ｃ↓［ｍａｘ］＝ｍａｘ｛Ｔｅ↓［ｉｌ］｜ｉ∈Ｉ，ｌ∈Ｌ↓［ｉ］｝　（１２）　其中，　ｉ＝１，…Ｎ Ｂ，表示炉台；　ｌ＝１，…，Ｌｉ，表示炉台ｉ的第ｌ个加工阶段；　ｊ＝１，…，ＮＵ（ＮＦ＋ＮＣ＋１），表示包括ＮＦ个加热罩，ＮＣ个冷却罩和一个吊机在内的资源；　ｋ＝１，…，Ｋｊ，表示资源ｊ的工作时间段；　ｘ↓［ｉｌｊｋ ］＝１，表示在资源ｊ在第ｋ个时间段用于加工第ｉ和炉台的第ｌ个工序；否则为０；　Ｔｅ↓［ｉｌ］，表示第ｉ个炉台的第ｌ个工序的结束...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐立新，孟盈，叶娜，吕亚娜，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]