[發明專利]一種鋼鐵企業加熱爐與熱軋生產作業集成控制方法及裝置

無效

• 申請號: 201010108432.6
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101791631A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 唐立新;王顯鵬
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B21B37/00
• 分類號: B21B37/00;G05B19/418
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 朱光林

1.一種鋼鐵企業加熱爐與熱軋生產作業集成控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：確定熱軋機組生產運行的控制目標，并建立機組自身正常運行所需要的工藝約束條件；

為確定控制目標和約束條件，建立熱軋生產作業模型，對熱軋機組的生產作業系統進行描述；

所述的建立生產作業模型如下：

設有1條熱軋機組，當前待軋制板坯集合N＝{1，2，...，n}，建立的熱軋生產作業模型描述如下：

minimizeΣi=1n-1cxixi+1---(1)]]>

s.t.

式中，x_i為決策變量，表示熱軋機組的軋制順序中排在第i個位置的板坯的板坯號，即x_i∈N，i＝1，2，...，n；表示相鄰板坯之間的規格和工藝切換所對應的生產成本，其中相鄰板坯之間的規格包括板坯的寬度、厚度、硬度、軋制溫度；表示總的熱軋生產成本；

模型的約束條件如下：

|wxi-wxi+1|≤Wmax,i=1,...,n-1---(2)]]>

|gxi-gxi+1|≤Gmax,i=1,...,n-1---(3)]]>

pximin≤i≤pximax,i=1,...,n---(4)]]>

|CUTxi|≤qxi,i=1,...,n-1---(5)]]>

|Hxi|≤h,i=1,...,n-1---(6)]]>

x_i∈N，i＝1，...，n???????????????????????(7)

式中，約束(2)和(3)為系統自身的工藝和生產運行約束條件，分別保證相鄰板坯的寬度和厚度跳躍在允許的范圍內，和分別表示板坯x_i的軋制寬度和厚度，W_max和G_max分別表示相鄰板坯的最大允許寬度和厚度跳躍；約束(4)保證板坯x_i必須編排在規定的軋制位置范圍內，p_i^min和p_i^max分別表示板坯x_i在軋制單元中的最小和最大允許編排位置；約束(5)保證具有相同切割類型的板坯連續編排量不能超過該類型所規定的最大允許值其中表示在板坯x_i之前連續軋制且與板坯x_i的切割類型相同的板坯集合；約束(6)保證厚度較大板坯的連續編排量不能超過規定的最大允許值h，其中表示在板坯x_i之前連續軋制且與板坯x_i同屬于厚度較大板坯的板坯集合；約束(7)是決策變量x_i的取值范圍；

步驟2：確定加熱爐工序生產運行的控制目標，并建立加熱爐自身正常運行所需要的工藝約束條件；

根據步驟1所確定的熱軋生產作業方案，建立加熱爐生產作業模型，對加熱爐工序的生產作業系統進行描述；

所述的加熱爐生產作業模型如下：設給定熱軋生產作業為S＝{s₁，s₂，....，s_n}，其中s_i表示軋制單元中編排在第i個位置進行軋制的板坯的板坯號，設共有M個相同的并行加熱爐，加熱爐工序生產作業模型描述如下：

minimizew1Σi=1n(ei-bi-hi)+w2Σi=2n(ei-ei-1-ri-1)++w3(en-b1)---(8)]]>

s.t.

式中，w_i表示各子目標在目標函數(8)中的權重；第一項是所有板坯的過燒時間，其中b_i、e_i、h_i分別表示編排在第i個位置的板坯s_i的入爐時間、出爐時間和需要的最小在爐加熱爐時間；第二項是熱軋機組等待加熱爐出板坯的總等待時間，其中r_i表示編排在第i個位置的板坯s_i的軋制時間；第三項w₃(e_n-b₁)表示加熱爐的總工作時間；

模型的約束條件如下：

Σm=1Mxim=1,i=1,...,n;m=1,...,M---(9)]]>

y_ij＝0，i，j＝1，...，n?and?i＞j????????????????????????????????????(10)

|g_i-g_j|≤G′_max+Q(1-y_ij)，i，j＝1，...，n???????????????????????????(11)

b_i+t≤b_j+Q(1-y_ij)，i，j＝0，...，n??????????????????????????????????(12)

e_i+t≤e_j+Q(1-y_ij)，i，j＝0，...，n??????????????????????????????????(13)

b_j≥e_i+Q(z_ij-1)，i，j＝0，...，n????????????????????????????????????(14)

e_i≥b_i+h_i，i＝2，...，n?????????????????????????????????????????????(15)

e_i≥e_i-1+r_i-1，i＝2，...，n???????????????????????????????????(16)

x_im，y_ij，z_ij∈{0，1}，i，j＝0，...，n；m＝1，...，M??????????(17)

b_i，e_i≥0，i＝0，...，n???????????????????????????????????????(18)

式中，約束(9)保證每個板坯能且只能分配到一個加熱爐進行加熱，其中x_im表示板坯s_i的裝爐方案，即如果將板坯s_i裝入m#加熱爐，那么x_im＝1，否則x_im＝0；約束(10)保證加熱爐中板坯的加熱順序要服從已編制好的板坯熱軋軋制順序，其中y_ij表示板坯s_i和s_j在加熱爐內的相鄰關系，即如果在加熱爐中板坯s_j緊鄰在板坯s_i之后，那么y_ij＝1，否則y_ij＝0；約束(11)保證同一加熱爐中相鄰的板坯的厚度跳躍在規定的最大允許范圍G′_max內，其中Q是一個足夠大的數，g_i和g_j分別表示板坯s_i和s_j的厚度；約束(12)和(13)是相鄰板坯進出加熱爐的時間關系，保證加熱爐在加熱板坯時是先進先出，其中t是板坯進出加熱爐所需要的調整時間；約束(14)是加熱爐的自身運行條件約束，保證加熱爐能夠同時加熱的最大在爐板坯數為L_m(m＝1，2，..，M)，其中z_ij＝1表示在同一加熱爐的板坯加熱序列中板坯s_i在板坯s_j之前的第L_m個位置上；約束(15)是板坯自身的加熱工藝要求，保證每個板坯必須在加熱爐中加熱到所要求的時間后才能出爐；約束(16)是加熱爐與熱軋之間的無緩沖工藝要求，保證只有當熱軋空閑時下一塊要軋制的板坯才能從加熱爐中出來；約束(17)和(18)是決策變量b_i和e_i的取值范圍約束；

步驟3：確定熱軋工序的初始生產作業方案和加熱工序的產生作業方案；

根據步驟2的加熱爐生產作業模型，利用基于決策樹的啟發式算法并確定與熱軋工序的初始生產作業對應的加熱爐工序的初始生產作業方案；

步驟4：利用智能優化算法對初始熱軋工序和加熱爐工序生產作業集成方案進行優化和改進；

步驟5：對改進的熱軋工序和加熱爐工序生產作業進行評價和分析：根據加熱爐工序和熱軋工序的生產和操作規程、生產成本經濟指標，確定改進后的加熱爐工序生產作業和熱軋工序生產作業的不協調因素，包括熱軋和加熱爐之間生產節奏的協調程度、熱軋和加熱爐中相鄰板坯之間在規格或工藝上的切換是否圓滑、加熱爐中板坯的過燒程度；

步驟6：將評價和分析結果進行反饋，并對生產作業進行相應的修改和調整；

步驟7：如果修改和調整后的生產作業符合實際的生產工藝要求，則下發給熱軋機組和加熱爐執行；否則，將該生產作業作為輸入，轉到步驟4。

2.一種鋼鐵企業加熱爐與熱軋生產作業集成控制裝置，其特征在于：包括數據服務器、數據采集器、數據處理器、存儲器、優化處理器、生產作業上傳器、加熱爐生產控制器、熱軋生產控制器、熱軋機組和加熱爐；

數據服務器與數據采集器、加熱爐生產控制器、熱軋生產控制器、生產作業上傳器通過TCP/IP網絡連接，數據采集器分別與數據處理器和存儲器連接，數據處理器與存儲器連接，存儲器與優化處理器連接，優化處理器分別與顯示器和生產作業上傳器連接，加熱爐生產控制器與加熱爐連接，熱軋生產控制器與熱軋機組連接；

數據采集器檢測數據服務器中加熱爐和熱軋機組的實時生產信息，將其發送給數據處理器；數據采集器同時下載數據服務器中板坯庫中待加工板坯信息，并將其保存至存儲器中；數據處理器對加熱爐和熱軋機組的實時生產信息和板坯庫中待加工板坯信息進行分類、格式轉換，并將其保存至存儲器中；優化處理器對初始加熱爐工序生產作業和熱軋工序生產作業進行改進，將改進后的初始加熱爐工序生產作業和熱軋工序生產作業通過生產作業上傳器傳給數據服務器；數據服務器將改進的加熱爐工序生產作業和熱軋工序生產作業分別傳遞給加熱爐生產控制器和熱軋生產控制器；加熱爐生產控制器控制加熱爐工作；熱軋生產控制器控制熱軋機組工作。