CN1275154C - 一种基于计算机的连铸物流的仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于计算机的连铸物流的仿真系统。包括仿真内核(1)、计划调度仿真器(2)、工艺卡存储器(4)和监控显示设备(3)。仿真内核(1)包括生产过程通讯(6)、生产过程控制(7)、生产过程仿真(8)、生产过程跟踪(9)、时钟管理(10)、调试(11)、日志(12)和生产信息发布(13)子系统，每个子系统对应于连铸生产的各个环节；工艺卡存储器(4)用来存储连铸生产过程的各种工艺参数；计划调度仿真器(2)模拟了炼钢厂调度的角色，为系统建立了连铸生产的运行环境；监控显示设备用于监控计算机的仿真并给出连铸生产过程的画面显示。其优点在于：不仅可作为研究连铸生产的仿真平台，也可以作为整个冶金生产分布式仿真的一个节点。

Description

一种基于计算机的连铸物流的仿真系统

技术领域

本发明属于冶金的生产仿真技术领域，特别是提供了一种基于计算机的连铸物流的仿真系统，对炼钢的连铸过程物流仿真，用于模拟连铸的生产过程。

背景技术

钢铁生产为一典型的混合流程，复杂的物理、化学过程交织，各种突变和不确定性因素繁多，原料、半成品和成品之间温度、化学成分及物理形态在各工序都截然不同，加之对冶金流程可直接利用的信息和知识太少，冶金生产过程的研究还存在很多问题。目前，解决这一问题的有效办法是，利用系统建模、仿真技术，来模拟现实钢铁工业产品生产全过程，这样，可通过直观定量化的流程再现，对过程状况进行分析，减少钢铁生产过程中的经验性，提高其科学性。

连铸作为冶金生产过程的一个关键环节，其物流过程对生产计划调度、物流生产的执行、提高成材率和设备利用率、降低能耗等有重要作用。

目前，国内外针对连铸物流的研究大多停留在生产计划层，对连铸各个生产设备的关联涉及不多；对连铸生产细节的研究大多重点在钢水的凝固、铸坯的质量等方面。而连铸作为冶金生产过程的环节之一，与其它生产环节相互作用，对模拟冶金产品全过程，有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸的物流仿真，用于模拟连铸的生产过程。发明以国家863项目“冶金工业制造执行系统”下的子课题“炼钢-连铸-热轧流程模拟”为背景，解决并实现了冶金工业制造执行系统的一个重要瓶颈——连铸生产环节的物流仿真。它从连铸各个生产设备着手，在各个生产设备建模的基础上，通过组态实现了仿真系统的精确性和通用性；通过分布式仿真结构、搭建连铸生产环境，实现了系统的独立性。该发明不仅可作为研究连铸生产的仿真平台，也可以作为整个冶金生产分布式仿真的一个节点，支持连铸与其它生产环节的关联问题的分析。

本发明由Ethernet局域网络5连接的仿真内核1、计划调度仿真器2、监控显示设备4、工艺卡存储器3构成。其中，计划调度仿真器2和工艺卡存储器3搭建了连铸生产环境；仿真内核1实现连铸生产过程的仿真；监控显示设备4完成对仿真内容的显示。

从功能上讲，本发明仿真了连铸生产过程中的接收生产命令、开浇、浇铸和终浇过程，其中对浇铸过程中的换大包、换中间包、大包浇注、中包浇注、拉坯、切割等都进行了仿真。

仿真内核1包括生产过程通讯6、生产过程控制7、生产过程仿真8、生产过程跟踪9、时钟管理10、调试11、日志12和生产信息发布13子系统。其中生产过程通讯6仿真了连铸生产过程与调度之间的交互，它通过抽象各种生产命令定义了一系列消息，仿真内核1根据消息的内容定义生产设备、确定工艺参数以及组织生产，从而实现了该发明的通用性。生产过程控制7监视每个仿真设备的状态及运行情况，协调整个系统的运行，根据外部调度发送的信息，进行生产过程指挥，根据生产过程的控制要求调整生产过程，将一些生产过程的信息和生产结果通过生产过程通讯6通知调度。生产过程跟踪9仿真了物流跟踪、生产过程的分析统计和连铸利用率统计，其中物流跟踪涉及炉次跟踪、钢包跟踪、热流跟踪和板坯跟踪，通过物流跟踪，得到钢包到达、钢包开始/结束浇注、铸坯切割打号等各种生产信息和炉次之间的对应关系。时钟管理10实现在时间轴上推进系统的运行，维护仿真时钟及连铸生产时间场景。调试11为了系统开发方便以及保证系统的可维护性，提供了专门的调试模块。日志12记录仿真过程发生的主要事件，日志信息可以组态，也可以被关闭。生产信息发布13将生产信息动态以广播的形式向外部发送。

生产过程仿真8是该发明的核心部分，以构成连铸生产过程的各个主要设备为线索，模拟生产过程的基本行为。仿真的连铸主要设备包括回转台20、大包21、中间包22、1～12个流对象23，每个流对象23包括结晶器24、结晶器冷却系统30、振动系统31、二冷系统25、二冷冷却系统32、拉矫系统26、切割系统27、打号系统28和铸坯系统29。其中，回转台20模拟挂包、卸包和回转过程，回转台(臂)的当前位置根据回转速度进行计算；大包21模拟大包的浇注过程，并动态计算大包钢水的重量、温度，中间包22模拟开浇、浇注、中包换包过程，动态计算中包钢水的温度、重量、成分；结晶器24模拟结晶器液位及尺寸调整；结晶器冷却系统30模拟结晶器冷却；振动系统31模拟结晶器震动；二二冷系统25模拟二冷过程，并计算对铸坯温度的影响；拉矫系统26计算板坯拉速；切割系统27根据定尺模拟铸坯切割过程；打号机系统28根据打号规则对运动到打号位的铸坯进行模拟打号；铸坯系统29模拟切割好的铸坯在辊道上的运动。

计划调度仿真器2模拟了炼钢厂调度的角色，为系统建立了连铸生产的运行环境。它包括计划管理14、连铸设备参数15、物流调度16、生产过程通讯17。计划调度仿真器2有两种运行方式，当连铸物流仿真作为一个独立的系统时，该模块通过用户输入和读取数据库建立生产运行环境；当系统作为分布式仿真的一个节点时，则各种参数通过消息从局域网络5上获得。

工艺卡存储器3存储了连铸生产过程的各种工艺参数。仿真内核1通过选择合适的工艺参数仿真生产过程。

监控显示设备4提供了连铸物流仿真的可视化界面。它通过局域网络5接收生产信息发布13发布的生产过程数据，获得目前连铸生产状况和各个子设备的状态。监控显示设备4与仿真过程完全分离，仅通过局域网络5用定义好的数据进行交互。

本发明的优点在于：

1、通过对连铸机的建模，将不同的连铸机的差异部分变为可输入的参数，例如中包规格和寿命、结晶器尺寸、流数等，实际仿真的连铸机由这些参数决定，因此本发明仿真的连铸机有很好的通用性，可以仿真广泛的连铸生产过程。

2、仿真的连铸生产过程依据调度接口传递的生产命令而进行，可以通过不同的调度命令改变连铸的生产过程，这不仅使本发明可以表现多样的生产过程，也使得对连铸生产过程的研究更加有效。

3、本发明不仅具有独立性，还能够和其它工位(转炉、精炼等)的生产仿真系统联合构成一个可以模拟整个工厂的生产过程的仿真系统。在这种情况下，整个工厂(或工厂某一部分)的生产过程仿真系统，是一个分布式的仿真系统，而本系统作为分布式节点而存在。在本系统中，解决了两个分布式系统的主要问题，通讯标准和场景时间一致性的维护。

4、本发明不局限于仿真单纯的连铸生产过程，同时对连铸生产的管理问题也进行了比较全面的考虑，内嵌了很多的生产管理模块，如物流跟踪系统，连铸的生产过程在更多的层面上被展示。

5、本发明可用来支持冶金炼钢生产计划编排、连铸生产调试、冶金新产品方案测试等工作。

附图说明

图1是本发明仿真系统结构图。

图2是本发明生产过程仿真子系统组成示意图。

具体实施方式

图1和图2为本发明的一种实施方式。

其中，计划调度仿真器2和工艺卡存储器3搭建了连铸生产环境；仿真内核1实现连铸生产过程的仿真；监控显示设备4完成对仿真内容的显示。其中生产过程通讯6仿真了连铸生产过程与调度之间的交互，它通过抽象各种生产命令定义了一系列消息，仿真内核1根据消息的内容定义生产设备、确定工艺参数以及组织生产，从而实现了该发明的通用性。生产过程控制7监视每个仿真设备的状态及运行情况，协调整个系统的运行，根据外部调度发送的信息，进行生产过程指挥，根据生产过程的控制要求调整生产过程，将一些生产过程的信息和生产结果通过生产过程通讯6通知调度。生产过程跟踪9仿真了物流跟踪、生产过程的分析统计和连铸利用率统计，其中物流跟踪涉及炉次跟踪、钢包跟踪、热流跟踪和板坯跟踪，通过物流跟踪，得到钢包到达、钢包开始/结束浇注、铸坯切割打号等各种生产信息和炉次之间的对应关系。时钟管理10实现在时间轴上推进系统的运行，维护仿真时钟及连铸生产时间场景。调试11为了系统开发方便以及保证系统的可维护性，提供了专门的调试模块。日志12记录仿真过程发生的主要事件，日志信息可以组态，也可以被关闭。生产信息发布13将生产信息动态以广播的形式向外部发送。

生产过程仿真8是该发明的核心部分，以构成连铸生产过程的各个主要设备为线索，模拟生产过程的基本行为。仿真的连铸主要设备包括回转台20、大包21、中间包22、1～12个流对象23，每个流对象23包括结晶器24、结晶器冷却系统30、振动系统31、二冷系统25、二冷冷却系统32、拉矫系统26、切割系统27、打号系统28和铸坯系统29。其中，回转台20模拟挂包、卸包和回转过程，回转台(臂)的当前位置根据回转速度进行计算；大包21模拟大包的浇注过程，并动态计算大包钢水的重量、温度，中间包22模拟开浇、浇注、中包换包过程，动态计算中包钢水的温度、重量、成分；结晶器24模拟结晶器液位及尺寸调整；结晶器冷却系统30模拟结晶器冷却；振动系统31模拟结晶器震动；二冷系统25模拟二冷过程，并计算对铸坯温度的影响；拉矫系统26计算板坯拉速；切割系统27根据定尺模拟铸坯切割过程；打号机系统28根据打号规则对运动到打号位的铸坯进行模拟打号；铸坯系统29模拟切割好的铸坯在辊道上的运动。

Claims (5)

1、一种基于计算机的连铸物流的仿真系统，其特征在于：由Ethernet局域网络(5)连接的仿真内核(1)、计划调度仿真器(2)、监控显示设备(4)、工艺卡存储器(3)构成；其中，计划调度仿真器(2)和工艺卡存储器(3)搭建了连铸生产环境；仿真内核(1)实现连铸生产过程的仿真；监控显示设备(4)完成对仿真内容的显示；仿真了连铸生产过程中的接收生产命令、开浇、浇铸和终浇过程，其中对浇铸过程中的换大包、换中间包、大包浇注、中包浇注、拉坯、切割都进行了仿真；仿真内核(1)包括生产过程通讯(6)、生产过程控制(7)、生产过程仿真(8)、生产过程跟踪(9)、时钟管理(10)、调试(11)、日志(12)和生产信息发布(13)子系统；其中生产过程通讯(6)仿真了连铸生产过程与调度之间的交互，它通过抽象各种生产命令定义了一系列消息，仿真内核(1)根据消息的内容定义生产设备、确定工艺参数以及组织生产，实现了通用性；生产过程控制(7)监视每个仿真设备的状态及运行情况，协调整个系统的运行，根据外部调度发送的信息，进行生产过程指挥，根据生产过程的控制要求调整生产过程，将一些生产过程的信息和生产结果通过生产过程通讯(6)通知调度；生产过程跟踪(9)仿真了物流跟踪、生产过程的分析统计和连铸利用率统计，其中物流跟踪涉及炉次跟踪、钢包跟踪、热流跟踪和板坯跟踪，通过物流跟踪，得到钢包到达、钢包开始/结束浇注、铸坯切割打号各种生产信息和炉次之间的对应关系；时钟管理(10)实现在时间轴上推进系统的运行，维护仿真时钟及连铸生产时间场景；调试(11)为了系统开发方便以及保证系统的可维护性，提供了专门的调试模块；日志(12)记录仿真过程发生的主要事件，日志信息可以组态，也可以被关闭；生产信息发布(13)将生产信息动态以广播的形式向外部发送。

2、按照权利要求1所述的仿真系统，其特征在于：生产过程仿真(8)构成连铸生产过程的各个主要设备为线索，模拟生产过程的基本行为；仿真的连铸主要设备包括回转台(20)、大包(21)、中间包(22)、1～12个流对象(23)，每个流对象(23)包括结晶器(24)、结晶器冷却系统(30)、振动系统(31)、二冷系统(25)、二冷冷却系统(32)、拉矫系统(26)、切割系统(27)、打号系统(28)和铸坯系统(29)；其中，回转台(20)模拟挂包、卸包和回转过程，回转台的当前位置根据回转速度进行计算；大包(21)模拟大包的浇注过程，并动态计算大包钢水的重量、温度，中间包(22)模拟开浇、浇注、中包换包过程，动态计算中包钢水的温度、重量、成分；结晶器(24)模拟结晶器液位及尺寸调整；结晶器冷却系统(30)模拟结晶器冷却；振动系统(31)模拟结晶器震动；二冷系统(25)模拟二冷过程，并计算对铸坯温度的影响；拉矫系统(26)计算板坯拉速；切割系统(27)根据定尺模拟铸坯切割过程；打号机系统(28)根据打号规则对运动到打号位的铸坯进行模拟打号；铸坯系统(29)模拟切割好的铸坯在辊道上的运动。

3、按照权利要求1所述的仿真系统，其特征在于：计划调度仿真器(2)模拟了炼钢厂调度的角色，为系统建立了连铸生产的运行环境；它包括计划管理(14)、连铸设备参数(15)、物流调度(16)、生产过程通讯(17)；计划调度仿真器(2)有两种运行方式，当连铸物流仿真作为一个独立的系统时，该模块通过用户输入和读取数据库建立生产运行环境；当系统作为分布式仿真的一个节点时，则各种参数通过消息从局域网络(5)上获得。

4、按照权利要求1所述的仿真系统，其特征在于：工艺卡存储器(3)存储了连铸生产过程的各种工艺参数；仿真内核(1)通过选择合适的工艺参数仿真生产过程。

5、按照权利要求1所述的仿真系统，其特征在于：监控显示设备(4)提供了连铸物流仿真的可视化界面；它通过局域网络(5)接收生产信息发布(13)发布的生产过程数据，获得目前连铸生产状况和各个子设备的状态；监控显示设备(4)与仿真过程完全分离，仅通过局域网络(5)用定义好的数据进行交互。

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