CN107688346A - 基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法 - Google Patents

基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法，周期性采集料槽重量，选择低于重量下限LOW的若干个料槽作为上料料槽；计算空闲小车的个数，并记录空闲小车对应的料槽；根据上料料槽和空闲小车的数目及位置，按照排列组合的方式获得几种上料策略，计算每条策略下每辆空闲小车移动的时间和移动里程，得到每条策略下每辆空闲小车移动的时间的最大值、空闲小车移动里程的总和；选择目标函数对应的上料策略进行上料；判断小车的工作时间是否超过最大值，若超过，则输出上料时序。本发明基于预测原理，让供料料槽整体获得最大的下料时间的供料时序，完成供料系统在单位时间内供料量最大，提高原料厂的生产率，节省生产力和能源。

Description

基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法
技术领域
本发明属于原料厂中供料料槽系统设计领域，具体涉及一种基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法。
背景技术
码头原料厂的供料系统是利用料槽按照一定的下料速率来均匀混合各种原料的系统，原料混合时各个料槽不断料，在原料从小车通过皮带运送到各个料槽的过程中，需要保证各个料槽中的原料既不能溢出，也不能低于原料槽一半重量。料槽中的原料是利用小车分别进行运送，目前原料料槽总是出现因为原料不够而停止抖动的现象，使得供料效率很低。为了使供料机工作在最佳效率，保证一个工作班组期间能够混匀最多的原料，目前各种最佳合理配置、最优作业方式的理论研究也大都处于数学模型和系统仿真阶段，尚无实际应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法，让供料料槽整体获得最大的下料时间的供料时序。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法，原料通过传送带给料槽上料，传送带由小车运送至料槽的上料口，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、以最左边料槽为第1个料槽，第1个料槽的坐标为0，相邻的料槽之间距离为L，从左数第i个料槽的坐标xi＝(i-1)×L；周期性采集料槽重量，选择低于重量下限LOW的若干个料槽作为上料料槽，所选的料槽的数量少于或等于小车的总数n；
S2、计算空闲小车的个数，并记录空闲小车对应的的料槽，设空闲小车当前位置对应的料槽为第mcar个料槽，目的地对应的料槽为第i个料槽，小车的移动速度为v，那么小车从当前位置到达目的地的时间
S3、根据上料料槽和空闲小车的数目及位置，按照排列组合的方式获得几种上料策略，计算每条策略下每辆空闲小车移动的时间和移动里程，得到每条策略下每辆空闲小车移动的时间的最大值、空闲小车移动里程的总和；选择目标函数对应的上料策略进行上料；所述的目标函数为：
min f(x)＝w1×每辆空闲小车移动的时间的最大值+w2×空闲小车移动里程的总和
式中，w1和w2为权系数；
S4、判断小车的工作时间是否超过最大值，若超过，则输出上料时序；若没有超过则返回S1。
按上述方法，所述的S1通过在料槽底部设置重量传感器采集料槽的重量。
按上述方法，所述的S2根据小车的重量判断小车是否空闲。
按上述方法，在上料时，实时检测料槽的重量，当料槽重量达到重量上限时停止上料。
本发明的有益效果为：基于预测原理，让供料料槽整体获得最大的下料时间的供料时序，完成供料系统在单位时间内供料量最大，提高原料厂的生产率，节省生产力和能源。
附图说明
图1为本发明一实施例的供料系统结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为本发明一实施例的工艺要求图。
图4为本发明一实施例的方法流程图。
图5为本发明一实施例的供料小车任务时序图。
图6至图13分别为本发明一实施例1至8号料槽原料变化曲线图。
图中：1-料槽，2-传送带，3-小车，4-原料。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法，如图1和图2所示，原料4通过传送带2给料槽1上料，传送带2由小车3运送至料槽的上料口，本方法如图4所示，包括以下步骤：
S1、以最左边料槽为第1个料槽，第1个料槽的坐标为0，相邻的料槽之间距离为L，从左数第i个料槽的坐标xi＝(i-1)×L；通过在料槽底部设置重量传感器采集料槽的重量，周期性采集料槽重量，选择低于重量下限LOW的若干个料槽作为上料料槽，所选的料槽的数量少于或等于小车的总数n。
S2、根据小车的重量判断小车是否空闲；计算空闲小车的个数，并记录空闲小车对应的的料槽，设空闲小车当前位置对应的料槽为第mcar个料槽，目的地对应的料槽为第i个料槽，小车的移动速度为v，那么小车从当前位置到达目的地的时间
S3、根据上料料槽和空闲小车的数目及位置，按照排列组合的方式获得几种上料策略，计算每条策略下每辆空闲小车移动的时间和移动里程，得到每条策略下每辆空闲小车移动的时间的最大值、空闲小车移动里程的总和；选择目标函数对应的上料策略进行上料；所述的目标函数为：
min f(x)＝w1×每辆空闲小车移动的时间的最大值+w2×空闲小车移动里程的总和
式中，w1和w2为权系数。
在设置上料策略时，比较所有上料料槽的可持续时间，选择下料持续时间最短的料槽(1个、2个或者3个，因为料槽可能不是同时需要加料)作为被加料料槽，然后再根据小车的位置和已经加料时间来决定下一个小车策略，料槽下料时间取决于料槽中原料的重量，第i个料槽的下料持续时间为Wi(t)(吨)为第i个料槽的原料重量，vleaki(吨/秒)为第i个料槽的下料速度，每个小车处于互不相交的轨道中运行，不存在位置冲突。
S4、判断小车的工作时间是否超过最大值，若超过，则输出上料时序；若没有超过则返回S1。
本实施例中，料槽个数为8，小车数量为3，相邻料槽相距12米，而实际的小车移动速度是0.136米/秒。供料系统是利用8个料槽按照一定的下料速率来均匀混合各种原料的系统，基本要求如图3所示，是原料混合时各个料槽不断料，保证一个工作班组期间能够混匀最多的原料。另外，在原料从皮带运送到各个料槽的过程中，需要保证各个料槽中的原料既不能超过上限值(即原料不能溢出)，也不能低于原料槽一半重量。8个料槽中的原料是利用3个小车分别进行运送，每一个小车处于互不相交的轨道上运行，不存在位置冲突。
单纯考虑供料系统的调度问题，也就是考虑小车的调度问题，由于不存在小车之间的轨道冲突，因此只需要考虑如下3个问题：小车何时开始上料；给哪一个料槽上料；上料何时结束。
因为按照实际操作人员反馈的信息要求每一个小车加料不能太短，因此即使有的料槽发出了加料触发信号时，前一个小车策略中小车加料时间太短也不能立即变换策略，需要满足一定的时长限制，这里可以根据实际的要求来设定。
在每一个决策如何分配小车料槽加料时，本方案设计了如下目标函数：
min f(x)＝w1×每辆空闲小车移动的时间的最大值+w2×空闲小车移动里程的总和
上述目标函数意义在于要求小车能够最快移动到目的料槽以补充原料，而当移动时间相等时，则需要判断哪一种组合时移动总里程最小，因为这样更节约能源。
根据小车调度策略原理，利用Matlab软件m语言建立了供料系统的模型，获得了如图5所示的小车工作时序曲线和图6-13所示料槽原料重量变化曲线。仿真中供料系统各参数如下：
(1)各个料槽原料初始重量为
W1(0)＝30t W2(0)＝300t W3(0)＝100t W4(0)＝30t
W5(0)＝90t W6(0)＝30t W7(0)＝400t W8(0)＝30t
(2)料槽下料速度
vleak1＝220t/h
vleak2＝110t/h
vleak3＝660t/h
vleak4＝220t/h
vleak5＝440t/h
vleak6＝176t/h
vleak7＝264t/h
vleak8＝110t/h
(3)皮带加料速度
V＝0.555555555555556t/s
(4)小车运行速度
v＝0.136m/s
(5)料槽间隔
L＝12m
(6)料槽上限和下限
UP＝920t LOW＝460t
(7)小车的初始位置
x1＝0m x2＝12m x3＝24m
(8)小车的初始加料状态
三个小车均没有加料任务，即Car＝[0 0 0]。
从图6-13中可以看出，基于预测原理的供料料槽时序优化方法生成的供料时序使得供料料槽能得到及时的加料，加料稳定性好，每个料槽里面的原料都稳定在料槽原料重量下限460t到重量上限920t之间，供料料槽没有出现停止下料的现象。保证了供料系统在一个班组期间混匀了最多的原料，节省了能源，提高了生产效率，一定程度上提高了原料厂经济效益。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法，原料通过传送带给料槽上料，传送带由小车运送至料槽的上料口，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、以最左边料槽为第1个料槽，第1个料槽的坐标为0，相邻的料槽之间距离为L，从左数第i个料槽的坐标xi＝(i-1)×L；周期性采集料槽重量，选择低于重量下限LOW的若干个料槽作为上料料槽，所选的料槽的数量少于或等于小车的总数n；
S2、计算空闲小车的个数，并记录空闲小车对应的的料槽，设空闲小车当前位置对应的料槽为第mcar个料槽，目的地对应的料槽为第i个料槽，小车的移动速度为v，那么小车从当前位置到达目的地的时间
S3、根据上料料槽和空闲小车的数目及位置，按照排列组合的方式获得几种上料策略，计算每条策略下每辆空闲小车移动的时间和移动里程，得到每条策略下每辆空闲小车移动的时间的最大值、空闲小车移动里程的总和；选择目标函数对应的上料策略进行上料；所述的目标函数为：
min f(x)＝w1×每辆空闲小车移动的时间的最大值+w2×空闲小车移动里程的总和
式中，w1和w2为权系数；
S4、判断小车的工作时间是否超过最大值，若超过，则输出上料时序；若没有超过则返回S1。
2.根据权利要求1所述的基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法，其特征在于：所述的S1通过在料槽底部设置重量传感器采集料槽的重量。
3.根据权利要求1所述的基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法，其特征在于：所述的S2根据小车的重量判断小车是否空闲。
4.根据权利要求1所述的基于预测原理的原料场供料料槽时序优化方法，其特征在于：在上料时，实时检测料槽的重量，当料槽重量达到重量上限时停止上料。
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