CN101869979B - 一种应用于炼铁—炼钢界面的鱼雷罐管理系统 - Google Patents

Abstract

一种应用于炼铁—炼钢界面的鱼雷罐管理系统，属于炼铁、炼钢领域，涉及钢铁企业铁钢界面鱼雷罐重、空、半罐的周转监控和管理。系统包括以下几点：1)开发了铁钢界面鱼雷罐周转事件解析方法并建立鱼雷罐周转物理模型；2)采用等维新息法进行鱼雷罐数据库维护技术；3)建立鱼雷罐个数优化数学模型；4)利用鱼雷罐自动定位和鱼雷罐人工监控相结合技术实现鱼雷罐状态信息的采集和管理。本发明将自动定位和人工监控技术相结合，在各个工序对鱼雷罐的位置、时间、状态等信息进行记录，对铁钢界面所有在线周转鱼雷罐进行实时监控管理，较好地满足了各个工位对鱼雷罐状态监控的需求；较大程度的提高了鱼雷罐自动化管理水平。

Description

一种应用于炼铁—炼钢界面的鱼雷罐管理系统

技术领域

本发明属于炼铁、炼钢领域，涉及钢铁企业炼铁—炼钢工序之间界面(铁钢界面)鱼雷罐，特别是鱼雷罐重、空、半罐的周转监控和管理。

背景技术

铁钢界面是衔接炼铁、炼钢的纽带，之前工作人员和研究者对此界面做了大量的研究。文献《宝钢铁钢界面运输调度应用程序的开发》(钢铁，2003，38(5))对协同作业规范和匹配问题等调度规则进行了研究，编制出可实现机车自动调度的软件，但该软件只能满足机车调度，而无法对鱼雷罐和在线铁水量进行管理。文献《宝钢制造业流程铁钢界面物流参数的解析》(北京科技大学学报，2004，26(2))对宝钢铁钢界面的空间组织、时间因素、铁水流量和温度等物流参数进行了解析，并对流程物流调控进行量化处理，此研究也没有形成系统的鱼雷罐管理模式。

当前钢铁企业铁钢界面鱼雷罐管理一般采用电话、对讲和人工记录表等方式，信息的可靠性、实时性差，各工序间信息共享不畅，影响了整个流程的生产组织优化。因此，急需开发一套鱼雷罐管理方法和管理系统，以满足实际生产要求，提高铁钢界面自动化管理水平和工作效率。

发明内容

本发明目的是应用冶金流程工程学相关理论和方法，对铁钢界面鱼雷罐周转行为进行解析，建立相应的鱼雷罐周转数理模型，并利用自动定位技术和网络技术开发出鱼雷罐管理系统。

本发明在对铁钢界面鱼雷罐周转过程进行详尽解析基础上，利用自动定位和人工监控相结合的方法，采集鱼雷罐到达各工序时间和状态变化，通过数据库管理和界面按重、空、半罐显示，实现对全部在线鱼雷罐的状态监控。

一种应用于炼铁—炼钢界面的鱼雷罐管理系统，包括以下几点：

1.开发了铁钢界面鱼雷罐周转事件解析方法并建立鱼雷罐周转物理模型(如附图1、2所示)：

此模型中鱼雷罐位置状态涉及工序包括：高炉、冶车站、倒罐站、铸铁机、修罐间；鱼雷罐重量状态包括：重罐、半罐、空罐。鱼雷罐在高炉、冶车站、倒罐站、铸铁机、修罐间工序之间周转，对鱼雷罐周转事件进行解析，可知鱼雷罐在每个工序的事件包括到达、处理开始(如受铁开始)、处理结束(如受铁结束)和离开。到达和离开事件发生时，鱼雷罐的位置状态发生改变，而处理开始和处理结束事件发生时，鱼雷罐的载铁状态发生改变，即重、空、半罐状态的改变。鱼雷罐载铁状态的变化存在如下关系：高炉向冶车站供应重罐；而冶车站向高炉配送空罐，特殊情况下返回给高炉半罐；冶车站向倒罐站、铸铁机配送重罐；倒罐站、铸铁机往冶车站返回空罐；冶车站还存在与修罐间来回周转空罐的情况。鱼雷罐事件解析和物理模型不仅体现出各工位之间所存在的鱼雷罐周转关系，而且深入、透彻的描述了鱼雷罐的所有周转行为。该模型为鱼雷罐管理系统提供了管理逻辑。

2.利用等维新息法进行鱼雷罐数据库维护技术：

鱼雷罐状态后台数据库样本集维护方法如下：系统在线运行时，客户端向数据库输入一组最新的鱼雷罐状态后，后台程序将新样本加入数据库样本集，而数据库则会自动去掉该鱼雷罐所对应的之前一组旧记录，这样就使数据库样本集数量始终维持不变。当然，去掉的一组记录后，该记录将会自动进入历史数据库，以便累计和分析。此技术使数据库样本集实现了自学习、自完善功能。

3.建立鱼雷罐个数优化数学模型：

模型首先引用了时间计算法：

$n_1^{\mathrm{re}}=\frac{n_h\×{\mathrm{\τ}}_1^{\mathrm{re}}}{60\×8}$

式中，

为与高炉产量对应的鱼雷罐周转个数。n_h为8h内高炉出铁次数。

为鱼雷罐周转周期，min。

应用时间计算法计算出但由于此

为假设鱼雷罐载铁量与高炉每次出铁量相同的鱼雷罐周转个数，因此，需进一步用产量匹配原则(高炉出铁量＝鱼雷罐运输量)，优化计算公式，模型如下：

$n_1^{\mathrm{re}}\×Q_b=n\×Q_t$

式中，Q_b为高炉每次出铁量，t。Q_t为鱼雷罐每罐载铁量，t。n为实际鱼雷罐周转个数。

该模型中

由刚性时间和柔性时间两部分组成，进一步表示为：

其中等待时间即为柔性时间，其它均为刚性时间。

使用该模型时，需根据高炉具体出铁量、受铁时间等实际参数设置模型相应变量，从而才能准确的计算出对应高炉所需合理鱼雷罐周转个数。

4.利用鱼雷罐自动定位和鱼雷罐人工监控相结合技术实现鱼雷罐状态信息的采集和管理：

鱼雷罐自动定位技术实施方案为：在每个鱼雷罐相应位置和铁钢界面各工序的合适位置安装定位设备；生产过程中当鱼雷罐进入或离开某工序时，利用定位设备采集鱼雷罐位置、状态、时间信息，其中位置信息根据定位设备在不同工序的设置进行识别，而状态信息在高炉工序的采集默认为：鱼雷罐进入视为空罐，鱼雷罐运出视为重罐；倒罐站工序采集默认为：鱼雷罐进入视为重罐，鱼雷罐运出视为空罐；铸铁机工序采集默认为：鱼雷罐进入视为重罐，鱼雷罐运出视为空罐；冶车站工序采集默认为：来自高炉的鱼雷罐视为重罐，来自倒罐站、铸铁机、修罐间的鱼雷罐视为空罐。系统会自动将采集到的鱼雷罐相应信息保存到后台数据库，并将鱼雷罐状态显示在各个工序的客户端界面。系统客户端界面共分为高炉、冶车站、倒罐站操作界面，其中高炉、倒罐站工序操作界面设有三个表格，自上而下分别是重罐、半罐、空罐表，而冶车站操作界面则包括了高炉、倒罐站、冶车站以及铸铁机四个工序的所有鱼雷罐状态表，其总体布局自左向右依次为高炉区域、冶车站区域、倒罐站区域，铸铁机区域和修罐间区域包含在冶车站区域内，且每个区域也是自上而下分别为重罐、半罐、空罐表。

鱼雷罐人工监控技术实施方案为：当自动定位系统出现故障或因其它生产事故无法实现鱼雷罐信息自动采集时，可采用人工操作方式进行鱼雷罐状态信息的采集和管理。人工操作与自动定位共用相同的客户端界面，但各工序的人工操作界面按照本工序的鱼雷罐处理性质进行权限设置，即本工序只能操作本工序内的鱼雷罐状态，如冶车站只能操作在途鱼雷罐，而无法操作高炉炉下空罐何时出铁或倒罐站站下重罐何时开始兑铁，其它工位依此类推。各工序操作权限的设置，可有效避免不同工位对同一鱼雷罐状态的重复操作，导致数据库混乱，从而提高鱼雷罐信息的准确性和一致性。人工监控操作模式分为重罐操作、半罐操作、空罐操作，根据工序不同，三种操作模式之间的关系也不同。对高炉工序而言：空罐执行出铁则变为半罐状态，空罐执行返回冶车站则该罐变为冶车站空罐；半罐执行出铁完毕则变为高炉炉下重罐，半罐执行返回空罐则变为高炉炉下空罐，半罐暂停出铁则变为暂停出铁罐；重罐执行拉罐则变为冶车站重罐，重罐执行返回半罐则变为高炉炉下半罐(见附图3)。对冶车站工序而言：空罐执行配送高炉则变为高炉炉下空罐，空罐执行维检修则该罐变为修罐间空罐；重罐执行配送倒罐站则变为倒罐站重罐，重罐执行配送铸铁机则变为铸铁机重罐；铸铁机重罐执行开始铸铁则变为铸铁机半罐，铸铁机半罐执行铸铁完毕则变为铸铁机空罐，铸铁机空罐执行返回冶车站则变为冶车站空罐；修罐间空罐执行投入使用则变为冶车站空罐(见附图4)。对倒罐站工序而言：空罐执行拉罐则变为冶车站空罐，空罐执行返回兑铁罐则该罐变为倒罐站半罐；半罐执行兑铁完毕则变为倒罐站下空罐，半罐执行返回重罐则变为倒罐站下重罐；重罐执行开始兑铁则变为倒罐站半罐，重罐执行返回冶车站则变为冶车站重罐(见附图5)。以上鱼雷罐的各种状态变化过程中，系统都会自动将变化的鱼雷罐相应信息保存到后台数据库，并将鱼雷罐状态显示在各个工序的客户端界面。

发明优点：

与当前各钢铁企业铁钢界面鱼雷罐管理一般采用电话、对讲和人工记录表等落后方式对鱼雷罐进行管理相比，本发明将自动定位和人工监控技术相结合，在各个工序对鱼雷罐的位置、时间、状态等信息进行记录，由此对铁钢界面所有在线周转鱼雷罐进行实时监控管理，不仅可以对各个鱼雷罐的所有信息进行实时监控，而且还较好地满足了各个工位对鱼雷罐状态监控的需求。与现有管理方式相比，本发明较大程度的提高了鱼雷罐自动化管理水平。

附图说明：

1.鱼雷罐周转事件解析图

2.鱼雷罐周转物理模型图

3.高炉工序鱼雷罐管理模式

图中的虚线区域，对应高炉工序操作界面的三个鱼雷罐状态显示表，自上而下分别为重、半、空罐表格，各表之间的鱼雷罐管理模式对应系统自动定位和人工监控过程的鱼雷罐状态变化过程；虚线区域右侧部分的‘2工序重罐表格’和‘2工序空罐表格’对应冶车站工序鱼雷罐管理模式的重罐表格和空罐表格。

4.冶车站工序鱼雷罐管理模式

图中的虚线区域，对应冶车站工序操作界面的鱼雷罐状态显示表，自上而下分别为冶车站重罐表、铸铁机重罐表、铸铁机空罐表、冶车站空罐表和修罐间空罐表，各表之间的鱼雷罐管理模式对应系统自动定位和人工监控过程的鱼雷罐状态变化过程；虚线区域左侧部分的‘1工序重罐表格’和‘1工序空罐表格’对应高炉工序鱼雷罐管理模式的重罐表格和空罐表格，虚线区域右侧部分的‘3工序重罐表格’和‘3工序空罐表格’对应倒罐站工序鱼雷罐管理模式的重罐表格和空罐表格，。

5.倒罐站工序鱼雷罐管理模式

图中的虚线区域，对应倒罐站工序操作界面的三个鱼雷罐状态显示表，自上而下分别为重、半、空罐表格，各表之间的鱼雷罐管理模式对应系统自动定位和人工监控过程的鱼雷罐状态变化过程；虚线区域右侧部分的‘2工序重罐表格’和‘2工序空罐表格’对应冶车站工序鱼雷罐管理模式的重罐表格和空罐表格。

(图中1代表高炉、2代表冶车站、3代表倒罐站、4代表铸铁机、5代表修罐间)

具体实施方式

在钢铁企业铁钢界面使用鱼雷罐管理系统，其运行应采用服务器/客户端模式，服务器安装在企业信息部门或相关部门以便管理，客户端则安装在高炉、冶车站、倒罐站三个操作工序以及相应所需监控查询鱼雷罐周转状态的工序。

本发明自动定位系统实施过程为：当机车将鱼雷罐运送到高炉某个出铁位时，利用鱼雷罐定位装置和出铁口定位装置，确定该鱼雷罐的时间、状态、位置。例如，001号鱼雷罐进入1号高炉的1号出铁位，系统自动采集相关信息并由后台程序录入数据库，记录信息包括鱼雷罐号、进入出铁位时刻、高炉出铁位编号、高炉铁次等。当鱼雷罐受铁结束，离开时，定位装置会自动采集鱼雷离开信息，包括：鱼雷罐号、离开出铁位时刻、高炉出铁位编号、高炉出铁序号、鱼雷罐重罐状态等，并将采集信息录入数据库。当定位装置发生故障或其它因素导致不能自动采集时，则换为人工监控模式。人工监控模式主要指操作人员操作工序界面的重、空、半罐，如：当高炉炉下001号空罐需出铁时，操作人员在高炉界面空罐表格先选中该准备出铁鱼雷罐，并点击右键，画面将弹出需要出铁操作窗口，在窗口中输入高炉出铁序号且点击‘确定’按钮，则此空罐就变为正在出铁罐，其位置会自动跳至正在出铁罐表格内。正在出铁罐表格和重罐表格操作与此类似。鱼雷罐的人工操作方式在冶车站、倒罐站工序与高炉工序操作同理。

另外，应用鱼雷罐管理系统的历史数据，还可以对鱼雷罐周转个数进行优化。例如，以1#高炉平均出铁周期90min、每次出铁量360t，2#高炉平均出铁周期120min、每次出铁量450t，通过管理系统内嵌模型计算出，当等待时间(柔性时间)≥200min时，合理的鱼雷罐周转个数应为14个，而实际情况下周转了17个鱼雷罐，可知，铁钢界面可减少3个鱼雷罐，即14个鱼雷罐在线周转就能满足生产需求。

鱼雷罐管理系统极大地加快了铁钢界面信息传递，实现了鱼雷罐或在途铁量与其它工位的数据共享，优化了钢铁企业的生产组织。同时促进了鱼雷罐管理的规范化与高效化。并且，利用历史数据，管理系统还可以提出优化的鱼雷罐在线个数，进而实现减少鱼雷罐周转个数，节约鱼雷罐修包和烤包成本，实现钢铁企业的节能降耗的目标。

Claims (4)

1.一种应用于炼铁-炼钢界面的鱼雷罐管理系统，其特征是：

1)、利用基于鱼雷罐周转事件解析方法的鱼雷罐周转物理模型描述鱼雷罐的周转行为；

2)、采用等维新息法进行鱼雷罐数据库维护；

3)、利用基于时间计算法的鱼雷罐个数优化数学模型进行鱼雷罐周转个数管理；

4)、利用鱼雷罐自动定位和鱼雷罐人工监控相结合技术实现鱼雷罐状态信息的采集和管理；

所述鱼雷罐周转物理模型中鱼雷罐位置状态涉及工序包括：高炉、冶车站、倒罐站、铸铁机、修罐间；鱼雷罐重量状态包括：重罐、半罐、空罐；鱼雷罐在高炉、冶车站、倒罐站、铸铁机、修罐间工序之间周转，对鱼雷罐周转事件进行解析，可知鱼雷罐在每个工序的事件包括到达、处理开始、处理结束和离开；到达和离开事件发生时，鱼雷罐的位置状态发生改变，而处理开始和处理结束事件发生时，鱼雷罐的载铁状态发生改变，即重、空、半罐状态的改变；鱼雷罐载铁状态的变化存在如下关系：高炉向冶车站供应重罐；而冶车站向高炉配送空罐或返回给高炉半罐；冶车站向倒罐站和铸铁机配送重罐；倒罐站、铸铁机往冶车站返回空罐；冶车站还存在与修罐间来回周转空罐的情况。

2.如权利要求1所述一种应用于炼铁-炼钢界面的鱼雷罐管理系统，其特征是采用等维新息法进行鱼雷罐数据库维护技术如下：系统在线运行时，客户端向数据库输入一组最新的鱼雷罐状态后，后台程序将新样本加入数据库样本集，而数据库则会自动去掉该鱼雷罐所对应的之前一组旧记录，这样就使数据库样本集数量始终维持不变；当然，去掉的一组记录后，该记录将会自动进入历史数据库，以便累计和分析。

3.如权利要求1所述一种应用于炼铁-炼钢界面的鱼雷罐管理系统，其特征是鱼雷罐个数优化数学模型首先引用了时间计算法：

$n_1^{\mathrm{re}}=\frac{n_h\×{\mathrm{\τ}}_1^{\mathrm{re}}}{60\×8}$

式中，

为与高炉产量对应的鱼雷罐周转个数，n_h为8h内高炉出铁次数，

为鱼雷罐周转周期，min；

应用时间计算法计算出

但由于此

为假设鱼雷罐载铁量与高炉每次出铁量相同的鱼雷罐周转个数，因此，需进一步用产量匹配原则、即高炉出铁量＝鱼雷罐运输量，优化计算公式，修正模型如下：

$n_1^{\mathrm{re}}\×Q_b=n\×Q_t$

式中，Q_b为高炉每次出铁量，t，Q_t为鱼雷罐每罐载铁量，t，n为实际鱼雷罐周转个数；

修正模型中由刚性时间和柔性时间两部分组成，进一步表示为：鱼雷罐周转周期＝鱼雷罐在高炉受铁时间+重罐运输时间+倒罐站出铁或铸铁机铸铁时间+空罐运输时间+等待时间，其中等待时间即为柔性时间，其它均为刚性时间。

4.如权利要求1所述一种应用于炼铁-炼钢界面的鱼雷罐管理系统，其特征是鱼雷罐自动定位技术实施方案为：在每个鱼雷罐相应位置和铁钢界面各工序的合适位置安装定位设备；生产过程中当鱼雷罐进入或离开某工序时，利用定位设备采集鱼雷罐位置、状态、时间信息，其中位置信息根据定位设备在不同工序的设置进行识别，而状态信息在高炉工序的采集默认为：鱼雷罐进入视为空罐，鱼雷罐运出视为重罐；倒罐站工序采集默认为：鱼雷罐进入视为重罐，鱼雷罐运出视为空罐；铸铁机工序采集默认为：鱼雷罐进入视为重罐，鱼雷罐运出视为空罐；冶车站工序采集默认为：来自高炉的鱼雷罐视为重罐，来自倒罐站、铸铁机、修罐间的鱼雷罐视为空罐；鱼雷罐管理系统会自动将采集到的鱼雷罐相应信息保存到后台数据库，并将鱼雷罐状态显示在各个工序的客户端界面；鱼雷罐管理系统客户端界面共分为高炉、冶车站、倒罐站操作界面，其中高炉、倒罐站工序操作界面设有三个表格，自上而下分别是重罐、半罐、空罐表，而冶车站操作界面则包括了高炉、倒罐站、冶车站以及铸铁机四个工序的所有鱼雷罐状态表，鱼雷罐管理总体布局自左向右依次为高炉区域、冶车站区域、倒罐站区域，铸铁机区域和修罐间区域包含在冶车站区域内，且每个区域也是自上而下分别为重罐、半罐、空罐表；

鱼雷罐人工监控技术实施方案为：当自动定位系统出现故障或因其它生产事故无法实现鱼雷罐信息自动采集时，采用人工操作方式进行鱼雷罐状态信息的采集和管理；人工操作与自动定位共用相同的客户端界面，但各工序的人工操作界面按照本工序的鱼雷罐处理性质进行权限设置，即本工序只能操作本工序内的鱼雷罐状态，冶车站只能操作在途鱼雷罐，而无法操作高炉炉下空罐何时出铁或倒罐站站下重罐何时开始兑铁，其它工位依此类推；各工序操作权限的设置，能有效避免不同工位对同一鱼雷罐状态的重复操作，导致数据库混乱，从而提高鱼雷罐信息的准确性和一致性；鱼雷罐人工监控操作模式分为重罐操作、半罐操作、空罐操作，根据工序不同，三种操作模式之间的关系也不同；对高炉工序而言：空罐执行出铁则变为半罐状态，空罐执行返回冶车站则该罐变为冶车站空罐；半罐执行出铁完毕则变为高炉炉下重罐，半罐执行返回空罐则变为高炉炉下空罐，半罐暂停出铁则变为暂停出铁罐；重罐执行拉罐则变为冶车站重罐，重罐执行返回半罐则变为高炉炉下半罐；对冶车站工序而言：空罐执行配送高炉则变为高炉炉下空罐，空罐执行维检修则该罐变为修罐间空罐；重罐执行配送倒罐站则变为倒罐站重罐，重罐执行配送铸铁机则变为铸铁机重罐；铸铁机重罐执行开始铸铁则变为铸铁机半罐，铸铁机半罐执行铸铁完毕则变为铸铁机空罐，铸铁机空罐执行返回冶车站则变为冶车站空罐；修罐间空罐执行投入使用则变为冶车站空罐；对倒罐站工序而言：空罐执行拉罐则变为冶车站空罐，空罐执行返回兑铁罐则该罐变为倒罐站半罐；半罐执行兑铁完毕则变为倒罐站下空罐，半罐执行返回重罐则变为倒罐站下重罐；重罐执行开始兑铁则变为倒罐站半罐，重罐执行返回冶车站则变为冶车站重罐；以上鱼雷罐的各种状态变化过程中，鱼雷罐管理系统都会自动将变化的鱼雷罐相应信息保存到后台数据库，并将鱼雷罐状态显示在各个工序的客户端界面。

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