全连铸生产计算机调度管理系统

1、全连铸生产计算机调度管理系统徐幸天欧阳昭 张敏祥(钢铁研究总院) (上海第三钢铁厂)田乃媛(北京科技大学)摘要运用网络学、运筹学及其有关的系统工程理论研究分析全连铸生产中多维物流管制的问题，以调度方案寻优为指导思想，建立了计算机仿真全连铸生产过程的模拟调度系统。硬件系统采用主从式小型集散系统(DCS)，运行稳定可靠。经多次实验表明，软件基本覆盖了全连铸生产实况，命中率高，为生产调度合理化、科学化、向自动化迈进提供了一实用工具。关键词全连铸生产物流管制调度系统COMPUTER-AIDED SCHEDULING MANAGEMENT SYSTEM IN 100 %CONTINUOUS CASTIN

2、G PRODUCTIONXU XingtianOUYANG Zhao(Central Iron and Steel Research Institute)ZHANG Minxiang(Shanghai No.3 Iron and Steel Factory)TIAN Naiyuan(University of Science and Technology Beijing)ABSTRACTThe multiple logistic control system in the 100 % continuous casting production has been investigated wit

3、h network,operations research and system engineering theories.Guided by optimizing the schedule scheme,the computer-aided scheduling system simulation in 100 % CC process has been set up with DCS (host-server Discrete Control System)hardware,which executes stably and reliably.It has been shown by ex

4、periments that the software is generally suited for 100 % CC.The percentage of hits is high.The system can provide a practical tool for automation and optimization of production scheduling.KEY WORDS100 % continuous casting,logistic control system,scheduling system1前言全连铸生产调度系统是一项复杂的冶金工程系统，需依据系统工程的理论加

5、以分析研究，逐步使生产调度管理合理化、科学化，进而运用计算机技术来管理生产，实现企业生产的自动化。我国现有三十余个全连铸车间目前均处于调度人员现场指挥操作的局面，劳动强度大，且效率差，调度水平低。虽然，国内宝钢在应用计算机进行生产调度上已取得一定成效，但绝大多数中小转炉厂，尤其是全连铸车间如何实现信息现代化和调度过程的自动化仍属空白。近年来，我们开展了全连铸生产物流管制的研究课题，应用了网络学、运筹学及有关系统工程方面的数理理论研究分析了全连铸生产中时间因素、温度因素、物质因素等物流管制问题，以上钢三厂全连铸生产实际为依托，面向国内各连铸车间中的物流管制现状，收集了大量的数据，制订出多种调度方

6、案，基本覆盖了转炉连铸车间全连铸实况，命中率很高。在此基础上以调度方案寻优为指导思想，借助计算机建立了仿真全连铸生产过程的调度模拟系统，并编制出相应的调度方案软件。本调度系统采用主从式小型集散系统(DCS)的整套软、硬件，其中硬件已全部国产化，各终端采用英特尔(Intel)公司先进的网络技术联网，经多次实践表明，运行稳定可靠。总之，现开发出的计算机管理系统可迅速转化到生产实际中应用。2调度系统仿真全连铸车间是钢铁冶金企业大系统中的子系统，它由多工序：混铁炉(化铁炉)、转炉、二次精炼装置、连铸机等有机组成。为分析研究该系统内调度问题，首先要建立其系统模型，然后在模型上试验，此过程称为系统仿真1。

7、2.1离散事件仿真及其方法系统、模型、计算机是仿真三要素。系统是研究的对象；模型是系统特征的描述，它不仅用来代替系统，而且是系统的简化；计算机则用来建立模型并开展试验。联系三要素的基本活动是：建模型、建仿真模型、仿真实验。三要素和三个基本活动间的关系如图1所示。具体的研究步骤可通过图2中的流程来描述。全连铸生产调度系统是离散事件系统，该系统状态在某些时刻由于某随机事件的驱动会发生变化，比如钢包到达连铸机正值闲期，它可立即由闲变忙；此外，全连铸生产系统是在高温状态下运行的，各工序时间上的衔接均受温度条件约束。这两个特点使系统对时间调控的要求甚严。通过采用系统仿真的方法，建立调度仿真模型进行实验。

8、图 1要素和活动的联系Fig.1Relation between activities and elements图 2仿真框图Fig.2Simulating flow chart离散事件系统仿真中仿真进程的推进方法，根据处理方法不同分三类：事件调度法、活动扫描法、进程交互法。基于进程交互法最为直观，其模型接近实际系统，特别适用于可预测的活动及顺序易确定的系统，全连铸生产调度系统中主体活动较为规则，故选用此法来处理2。2.2全连铸生产调度系统仿真模型为使全连铸生产车间调度合理，必须加强时间参数的管制，充分考虑生产中各操作环节的时间调控，开发该流程的计算机调度系统可快速、安全可靠、按合理时间节奏来

9、管理生产。企业的时间管制是企业战略组成部分，时间管制的目的是在能源和材料价格波动的情况下，缩短流程时间、提高设备的灵活性、缩短反应时间、提高企业的竞争力3。而生产调度系统如能在产量和质量方面准确地按计划调度时间节奏工作，必然能够降低生产成本。比如转炉冶炼时间按计划实现，就可以缩短钢水在炉内时间，同样也缩短精炼时间和等待时间。对调度人员而言，难以在出现故障的情况下进行合理调度，就是在进行正常生产时，也无法胜任全方位来合理指挥生产，生产中各工序物流和时间参数的管制需要一个有效的中心调度系统，从而形成辅助决策的调度系统。(1) 调度系统的设计特点1) 具有现场模拟信号、开关信号、生产过程的静动态数据

10、的收集和传送；2) 实时性，即必须能实时地掌握生产调度所需的数据，程序执行不仅有先后次序而且具有时间限制关系，因此它能在规定的时间之内对外部发生的异步随机事件给予响应、处理；3) 动态调整性，即根据不同的生产情况对原计划进行跟踪，在与原计划不相同时进行动态调整以适应不同的生产情况。在程序设计实现时采用两层的调度控制策略；4) 在线性，即在线网络随时都在传送来自各工序的信号，以实现在线定计划和对变化的生产过程进行调整；5) 优化性，即系统运行必须随时处于优化运行状态，使之真正成为调度人员的辅助生产决策工具；6) 高的反馈性和稳定性。(2) 设计思想针对全连铸生产存在多重并发和冲突事件，构成了一种

11、多任务多线程的调度系统，可协调或使多处理机并行运行，来满足实际生产的实时要求。1) 对计划的产生有一个计划模板，控制其过程参数即可形成一个实际规则；2) 具有各种可实现计划控制的冲突、阻塞、优化、动态实时模型；3) 多任务多线程的运行环境；4) 反映生产特征的生产规则、模型规则；5) 动态刷新计划和生产数据；6) 具有一个控制其过程实现的控制序列。全连铸生产调度系统涉及到多因素的影响，相当复杂，为简化起见，编程时均需做若干假设。作为一个例子结合上钢三厂转炉分厂全连铸生产模拟，选择三转配三机的生产模式，根据用户产品要求先将开吹时刻和正在浇钢的连铸机的机号输入程序，通过仿真模型程序运算，考虑各种约

12、束条件，最终运行结果就可能得到调度作业时间表和相应的调度方案图。由调度作业时间表绘出的调度方案图则更为直观，可作为厂方实际生产时的调度参考依据。需要指出的一点，在仿真调度方案制订后，合理的温度制度的仿真就迎刃而解。考虑不可避免的温度损失，尽量减少等待过程中的温降，就可决定合理的出钢温度。各厂工艺流程不同，温度损失、等待间隙、所炼钢种均不同，温度制度也不尽相同。3计算机调度系统的描述3.1系统结构图3为上钢三厂转炉分厂调度系统的网络拓扑，该系统是由上位机、网络通讯卡和若干个工作站组成，ipcx344网络通讯卡插在PC机内，通过双绞线和各工作站(下位机)连接，网络最大通讯长度为13.2 km，最佳

13、使用距离为1 km，网络上可挂255个工作站，使用1015个站的效果最好。现场信号经过各工作站(INS100系列模板)处理后与主机进行双向数据通讯，并可通过上位机配备的INS控制器软件包实现对远程过程检测点或执行机构的监控。INS100系列随时输入、输出现场各种信号，而在现场各办公室分设的若干工作站进行终端显示，如需要还能在转炉分厂厂部办公室安放终端显示。调度人员通过屏幕即可了解生产中各工序实际情况和具体调度方案及其执行情况。因现场作业千变万化，各工序尽管努力执行计划在规定时间内组织生产，偏差仍时而会出现，此刻便导致后部工序自动延迟，如这一推迟影响了下一工序的运行，就产生红灯报警，调度人员可通

14、过调整时间来改变调度方案。3.2计算机结构计算机结构(硬件)应用国内自行开发的小型集散系统(DCS)，通过INS100系列产品完成数据采集、监控、通讯多项任务，其关键技术是消化了美国英特尔公司的位总线(bitbus)通讯技术，并对网络通讯部分加以改进，提高了系统抗干扰能力。DCS系统对简单工艺流程可单级控制，对中等以上规模的流程可分级控制；系统中下位机配备了功能强大的实时多任务操作系统；上位机可应用PC机的丰富软件，同时开发了在WINDOWS环境下的动态数据交换技术，可实现多任务实时运行。DCS系统具有成本低、可靠、使用方便灵活的特点。该系统还包括系列模板和INS控制器软件包，包内含各种工业控

15、制用的画面和算法模块，可供C语言调用。3.3软件结构计算机调度系统软件开发原则是以连铸为中心，尽量减少钢包等待时间来计算各工序的起始时间和间隙时间，从而满足产量最高的要求。本系统编程采用的是面向对象程序设计Borland C+语言，开发了WINDOWS 环 境 下运图 3计算机调度系统网络拓扑图Fig.3Network topology on computer-aided scheduling system行的调度系统软件。软件的核心部分采用Borland C+编程，外围的界面设计采用WINDOWS的丰富资源库、类和通讯技术，并结合其它语言形成软件实现环境，结构如图4所示。在WINDOWS环境

16、下可采用多媒体手段，实现对现场的监控，多个摄象头的视频信号可进入现场监控画面；加之相应的音频技术，使视频、音频、过程数据一起提供给调度人员。利用WINDOWS的多任务、多界面的技术，解决了各种信号及消息的传输与处理以及中断的处理。图 4调度系统的软件体系结构Fig.4Software system structure of scheduling system软件的主要功能有：(1) 根据不同生产计划制定出不同的调度，实现不同生产规则；(2) 可采用不同的调度方案制定出不同的调度策略，如：有方案1为使一座转炉生产处于最优先的安排序列；方案2为使两座转炉生产处于相同的使用序列；方案3为使三座转炉生

17、产处于相同的使用序列，即每班每座转炉有相同的产量；(3) 输入每班或每天的生产计划产量、钢种、设备维护计划、连铸连浇炉数和更换包时间等数据；(4) 监控或接受来自各下位机的故障数据；(5) 计算以标准的冶炼周期、吊车运输时间、精炼时间、钢包等待时间为基础，调度人员根据变化了的情况调整时间节奏。当输入基本数据后(如开吹、开浇时刻、连浇炉数等)，计算机模型就自动给出合理的调度方案，利用彩色图象显示系统，可直观地显示各生产设备的工作时间、开始和结束作业时间的画面，调度人员就可在轻松、直观、便利的环境中指挥生产。应指出，计算机调度是帮助人们及时准确地作出决定，而决不应取消人作决定的权力，所以说计算机调

18、度系统是炼钢厂调度和操作人员决策时的辅助工具，调度模型多次使用后，积累较多的经验再加以改进，软件就会更适合生产实际情况，一定会受广大调度人员的欢迎。3.4上钢三厂计算机调度系统的运行状况调度系统是直接面向调度人员(包括总调和区调)，需准确地实时地获取各个工序的各设备的实际运行状况及生产计划的执行状况等数据， 因此必须有较好的基础自动化的装备，使计算机自动采集的数据准确可靠。这势必对基本现场数据提出了准确性、在线性、实时性和可靠到位的要求，它们是计算机调度系统运行的基本环境。由于计算机调度系统涉及面广，采集的数据多，数据要求严格等特点，在实际生产中能全部满足有困难，因此我们在上钢三厂采用了各工序的运行参数就地采集，经本地工作站的完善处理，使之满足调度系统的要求。上钢三厂转炉分厂是一个老厂，基础自动化水平不高，给数据采集造成了困难和工作量大，与转炉分厂的技术人员近2年的通力合作，现已基本具备了计算机调度系统所需数据的要求，已投入生产的试运行阶段，积累经验和摸索出转炉分厂生产的规律，并加以修正，将与实际生产更加吻合。4结论计算机调度系统的开发在国内是首次，虽然近3年进行了有关物流管制方面的科研工作和上钢三厂全连铸生产实际调查、总结以及国