一種基於計算機的高爐槽下仿真系統及其仿真方法
2023-09-20 17:35:45
專利名稱：一種基於計算機的高爐槽下仿真系統及其仿真方法
技術領域：
本發明屬於冶金煉鐵的生產仿真技術領域，特別是提供了一種基於計算機的高爐槽下的仿真系統，對高爐槽下的供料過程仿真。
背景技術：
由於鋼鐵企業生產能力過剩、原材料價格高漲以及環境保護等壓力，鋼鐵企業必須努力發展高效的生產工藝，最大限度地使用原料，降低生產成本，提高產品質量和減輕對環境的汙染。高爐槽下供料是高爐生產的一個關鍵環節，其物流過程對生產計劃的調度、物流生產的執行、降低能耗、提高設備利用率及產品質量起著至關重要的作用。但由於高爐的生產的特殊性決定了在點火之前不能將物料送入高爐內，而一旦高爐點火，就必須保證整個系統高效穩定的運行。這種局限性導致高爐槽下供料系統研究不僅費時費錢，而且很難做至IJ，用計算機仿真技術則可化繁為簡，大大的節省物力財力，並且能夠有效地對新研發的工藝和供料控制策略進行分析，大大節省了人力物力，對高爐槽下供料工藝及技術的研究創新提供了方法。目前，國內對高爐槽下供料的研究大多停留在生產計劃層，對供料工藝、控制策略、控制方法及各個設備的關聯涉及不多，而且研究都是先進行理論研究，然後直接用於生產現場並調節修改的模式，為了保證安全可靠，往往都是用現有的保守的工藝及控制方法，對技術的發展有著限制作用。由於大型高爐的不斷發展，生產調度越來越繁雜，高爐槽下供料技術即將成為高爐生產的瓶頸，因為，對槽下供料系統的仿真有著十分重要的意義。
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於計算機的高爐槽下仿真系統及其仿真方法，用於模擬高爐槽下的供料過程。本發明所採用的技術方案是一種基於計算機的高爐槽下仿真系統，該系統包括工藝配置器、高爐槽下過程仿真器、控制策略仿真器、計劃調度仿真器、算法模型庫、監控顯示設備，這六個子系統通過網絡總線相連；
其中，工藝配置器實現了不同工況下的流程配置；高爐槽下過程仿真器實現了槽下供料過程的仿真；控制策略仿真器仿真了槽下的供料策略，實現對供料過程的節奏控制；計劃調度仿真器仿真了煉鐵過程中生產計劃的調度；算法模型庫存儲了槽下所有設備的工藝計算模型和控制模型；監控顯示設備以動畫的形式對槽下仿真過程進行顯示；
工藝配置器將工藝配置信息發送給其他五個子系統，高爐槽下過程仿真器從控制策略仿真器和計劃調度仿真器中分別獲取控制策略信息和物料的調度信息，並從算法模型庫中獲取模型計算結果，用以實現對生產過程仿真的節奏控制；高爐槽下過程仿真器還將仿真產生的設備狀態信息發送給控制策略仿真器、計劃調度仿真器和監控顯示設備，並將過程量發送給算法模型庫，以驅動算法模型的計算功能。上述各子系統運行在計算機上。所述的仿真系統，工藝配置器包括流程組態模塊和工藝參數配置模塊；其中流程組態模塊完成對槽下供料系統工藝流程的配置；工藝參數配置模塊完成對工序、設備、工藝的生產參數的設置；流程組態模塊在配置完成後，激活工藝參數配置模塊，並將工藝流程的配置作為形參傳遞給工藝參數配置模塊。所述的仿真系統，高爐槽下過程仿真器包括第一生產過程通訊模塊、生產過程控制模塊、生產過程仿真模塊、生產過程跟蹤模塊、時鐘管理模塊、日誌記錄模塊和生產信息發布模塊； 其中，第一生產過程通訊模塊與所述仿真系統進行數據通訊；生產過程控制模塊監視生產過程仿真模塊模擬系統中每個設備的狀態及運行情況，協調整個模擬系統的運行，根據外部的計劃調度仿真器發送的信息，對模擬系統進行生產過程指揮，並根據控制策略仿真器發送的生產過程控制要求調整模擬系統的生產過程，將生產過程的狀態、運行信息以及生產結果通過第一生產過程通訊模塊通知計劃調度仿真器和控制策略仿真器；生產過程仿真模塊根據工藝配置器提供的高爐槽下供料過程的設備、工序和工藝，以及算法模型庫提供的模型為基礎，模擬供料過程的基本行為；生產過程跟蹤模塊仿真了槽下物流跟蹤、生產過程的統計分析和供料過程中不同配方的利用率；時鐘管理模塊實現在時間軸上推進系統，維護仿真時鐘及高爐槽下供料的時間場景；日誌記錄模塊記錄仿真過程發生的主要事件；生產信息發布模塊將生產信息動態的以廣播的形式向外部發送；
第一生產過程通訊模塊將來自其他子系統的信息，包括工藝配置信息、控制策略信息和調度信息通過事件傳送給生產過程控制模塊和生產過程仿真模塊；生產過程仿真模塊將仿真的過程量、控制量以及仿真過程中的事件以及故障信息全部通過事件發送給生產過程跟蹤模塊、日誌記錄模塊和生產信息發布模塊；生產過程跟蹤模塊則將過程量信息發送給生產過程控制模塊；生產過程控制模塊則根據獲得的信息產生控制執行，發送給生產過程仿真模塊；時鐘管理模塊向生產過程仿真模塊發送時間場景信息。所述的仿真系統，生產過程仿真模塊仿真的高爐槽下設備包括料倉、給料機、振動篩、供料皮帶、集中鬥和主皮帶。所述的仿真系統，控制策略仿真器包括第二生產過程通訊模塊、控制策略模擬模塊和過程監控模塊；第二生產過程通訊模塊與高爐槽下過程仿真器和計劃調度仿真器進行數據通訊；控制策略模擬模塊仿真了高爐槽下供料的各種控制模式，根據從計劃調度仿真器得到的生產計劃生成相應的控制策略並發送給高爐槽下過程仿真器；過程監控模塊模擬了對生產過程監控，包括控制策略模擬的當前配方的執行狀況、附加命令狀態、當前料批的狀態、當前放料指針狀態；控制策略模擬模塊將控制策略信息通過事件發送給過程監控模塊和第二生產過程通訊模塊，並接收來自第二生產過程通訊模塊的高爐槽下過程仿真器的數據；過程監控模塊還接收來自第二生產過程通訊模塊的信息，更新生產過程中各個變量的監控狀態。所述的仿真系統，計劃調度仿真器包括計劃管理模塊、槽下設備參數模塊、物流調度模塊和第三生產過程通訊模塊；計劃管理模塊根據預先編排的生產計劃表制定生產計劃；槽下設備參數模塊根據計劃管理模塊的生產計劃從參數表中選擇與該計劃相匹配的設備參數；物料調度模塊根據計劃管理模塊的生產計劃模擬從原料廠傳送物料到槽下物料入口點的流程；第三生產過程通訊模塊則通過發送消息的形式將計劃管理模塊、槽下設備參數模塊和物流調度模塊的過程信息及流程信息發送給高爐槽下過程仿真器；其中，計劃管理模塊將生產計劃作為計劃選擇完成事件的形參傳遞給槽下設備參數模塊、物料調度模塊以及第三生產過程通訊模塊。所述的仿真系統，算法模型庫保存了高爐槽下供料過程中的各種計算模型，並對各種模型進行統一管理；算法模型庫中的模型以動態連結庫的形式存在，必須包含輸入、輸出、模型代碼以及模型的具體實現，算法模型庫通過工藝流程和設備的類型或者型號代碼與模型代碼匹配，從而選擇與組態相對應的模型。
所述的仿真系統，監控顯示設備以動態的可視化的界面實時提供了高爐槽下仿真系統的工藝及設備狀態；當該設備與高爐槽下過程仿真器在同一網絡節點時，通過內存共享的方式來交換數據；當該設備與高爐槽下過程仿真器在不同節點時，通過網絡方式進行數據交換。一種基於計算機的高爐槽下仿真系統的仿真方法，包括以下步驟
51)根據現場工藝要求，工藝配置器組態與該工藝布置相同的槽下仿真系統，組態完成後向高爐槽下過程仿真器發送生成的配置消息；
52)高爐槽下過程仿真器接收配置消息，並選擇算法模型庫中的局部工藝模型和設備單體模型，生成完整的仿真系統模型，然後向計劃調度仿真器發送準備好信號；
53)計劃調度仿真器收到準備好信號後，開始廣播生產計劃消息；
54)高爐槽下過程仿真器收到步驟S3的生產計劃消息，開始初始化各個設備狀態；生產過程控制模塊根據連鎖關係控制各設備的運行；生產過程仿真模塊接受生產過程控制模塊的指令，仿真系統模型，並將指令轉換為模型輸入；
55)控制策略仿真器接收到步驟S3生產指令後，裝載供料配方，並巡檢各個設備的運行狀態以及料流信息，然後進行物料分倉計算，並將計算結果發送給高爐槽下過程仿真器；
56)高爐槽下過程仿真器的生產過程仿真模塊在接收到控制策略仿真器的消息後，根據供料配方和連鎖關係對各設備進行控制；
57)當前供料配方的步驟執行完畢後，進入下一步，轉入步驟S5;若當前供料配方所有步驟按生產計劃執行結束，控制策略仿真器通過第二生產過程通訊模塊向計劃調度仿真器發送申請調度，進入下一階段的生產過程仿真。本發明的優點在於
I.通過對高爐槽下供料過程的組態，將所有可能的工藝布置都融入系統中，使仿真系統可以廣泛的用來仿真不同需求的高爐槽下系統，確保了系統的通用性。2.通過對算法模型庫的統一管理，使該系統的工藝模型、設備模型以及控制模型能夠方便的修改、替換及擴展，可提高系統的精度，對改進和提高工藝水平和生產水平有很大的幫助。3.完全脫離實際的工藝設備，不需要藉助第三方軟體，實施簡單方便，成本低，既能輔助煉鐵生產計劃編排，又能檢測新工藝的可行性，還可以驗證控制策略的正確性及使用效果。4.可以用來當作操作培訓系統，能夠靈活的模擬各種故障，培訓操作人員高效的處理能力，降低培訓成本。 5.仿真的槽下供料過程通過調度接口傳遞命令而進行，可以通過不同的調度命令改變高爐槽下供料過程，不僅使本發明可以變現多樣性的生產過程，也使研究更加有效。6.本發明不僅具有獨立性，還能和其 他工藝系統聯合構成整個工廠的仿真系統。
圖I是本發明系統結構示意圖。
具體實施例方式該發明以高爐槽下供料工藝著手，抽象出高爐槽下供料過程中的各種工藝計算模型，以計算模型為基礎，在工藝層面對槽下配、上料進行了模擬，同時對高爐槽下供料設備進行了建模、組態，實現了高爐槽下仿真系統的精確性和通用性；該系統不僅可作為研究高爐槽下供料的仿真平臺，也可以作為整個冶金生產分布式仿真的一個節點，支持與其他生產環節的關聯問題分析，還可以作為高爐槽下培訓系統。本發明包括工藝配置器I、高爐槽下過程仿真器2、控制策略仿真器3、計劃調度仿真器4、算法模型庫5、監控顯示設備6 ;其中工藝配置器I實現了不同工況下的流程配置功能，使該仿真系統能用於任何狀況下的高爐槽下仿真；高爐槽下過程仿真器2實現了槽下供料過程的仿真；槽下策略仿真器3仿真了槽下的供料策略，實現了對供料過程的節奏控制；計劃調度仿真器4仿真了煉鐵過程中生產計劃的調度；算法模型庫5存儲了槽下所有設備的工藝計算模型和控制模型；監控顯示設備6以動畫的形式對槽下仿真過程進行顯
/Jn ο從功能上講，本發明仿真了高爐槽下供料過程中的接收生產計劃，根據生產計劃計算不同料種的裝入量、不同料種的分倉、物料的稱量、傳送過程，向生產調度申請物料的裝入和放料稱量，並對高爐槽下的上料能力等進行了計算。工藝配置器I包括流程組態7、工藝參數配置8 ;其中，流程組態完成對槽下供料系統流程的布置，可根據不同的功能需求，組態滿足任何實際條件的工藝流程；工藝參數配置8完成對工序設備，工藝等生產參數的設置，使仿真器可根據不同的參數進行仿真計算，使仿真過程具有通用性；
高爐槽下過程仿真器2，包括生產過程通訊9，生產過程控制10，生產過程仿真11，生產過程跟蹤12，時鐘管理13，日誌14和生產信息發布15子系統；其中生產過程通訊9仿真了高爐槽下仿真供料過程與控制策略仿真器3及計劃調度仿真器之間的數據通訊，它通過抽象各種生產命令定了一系列的消息，高爐槽下過程仿真器2根據工藝配置器I組態的工藝流程以及消息來組織生產；生產過程控制10監視每個設備的狀態及運行情況，協調整個系統的運行，根據外部的調度發送的信息，進行生產過程指揮，並根據生產過程的控制要求調整生產過程，將部分的生產過程的狀態、運行信息以及生產結果通過生產過程通訊9通知調度和控制策略仿真器；生產過程跟蹤12仿真了槽下物流跟蹤，生產過程的統計分析和供料過程中不同配方的利用率，其中物流跟蹤包括料批跟蹤、料頭料尾跟蹤，通過物流跟蹤，得到生產信息和批次之間的關係，並且得到不同批次之間的安全距離信息。時鐘管理13實現在時間軸上推進系統，維護仿真時鐘及高爐槽下供料的時間場景；日誌14記錄仿真過程發生的主要事件；生產信息發布系統將生產信息動態的以廣播的形式向外部發送。
生產過程仿真11以構成高爐槽下供料過程的各個主要設備為線索，以槽下供料工藝和模型為基礎模擬供料過程的基本行為；仿真的高爐槽下主要設備包括料倉23、給料機24、振動篩25、稱量鬥26、供料皮帶27、集中鬥28、主皮帶29 ;料倉23模擬實現對料倉參數以及料狀態變化的跟蹤和管理，包括料倉內物種、料位以及料倉閥門的狀態；給料機24模擬實現對給料機的參數和狀態的跟蹤和管理，包括給料機的設備狀態、閥門的狀態以及給料速率；振動篩25實現對振動篩的參數和狀態的跟蹤和管理，包括振動篩的運行狀態以及下料速率；稱量鬥26模擬實現了對物料的計量，包括料重以及稱量鬥閥門的狀態；供料皮帶27模擬實現對供料皮帶的參數和狀態的跟蹤，包括皮帶的運行速度及運行狀態；集中鬥28模擬實現對朱皮帶的參數和狀態的跟蹤和管理，包括集中鬥中料種、料批號、料位、料重、設備狀態和閥門的狀態；主皮帶29模擬實現對主皮帶的參數和狀態的跟蹤，包括主皮帶的速度，皮帶上物料的批次、重量、料頭料尾在皮帶的位置。控制策略仿真器3，包括生產過程通訊16、控制策略模擬17、過程監控18 ;生產過程通訊16主要仿真了控制策略仿真器3與生產過程仿真之間的數據交換，通過獲得的工藝流程狀態和設備狀態來控制生產節奏；控制策略模擬17仿真了高爐槽下供料的各種控制模式，根據生產計劃生成相應的控制策略，生成對應的控制命令以消息的形成發送給過程控制仿真器2 ;過程監控18模擬了對生產過程監控，包括控制策略模擬的當前配方的執行狀況、附加命令狀態、當前料批的狀態、當前放料指針狀態。計劃調度仿真器4模擬了煉鐵廠調度的角色，為系統建立了高爐槽下供料的運行環境，它包括計劃管理19、槽下設備參數20、物流調度21、生產過程通訊22 ；
算法模型庫5，保存了高爐槽下供料過程中的各種計算模型，該模型庫對各種模型進行統一管理，所有模型可在不幹擾系統運行的情況下靈活替換和擴展，高爐槽下仿真器可以根據不用的工藝配置情況適用不同的工藝模型及控制模型；算法模型庫5的統一管理可使高爐槽下仿真系統可模擬不同的工藝過程，模型的可替換和擴展性是系統方便地使用第三方提供的模型；
監控顯示設備6以動態的可視化的界面實時提供了高爐槽下仿真系統的工藝及設備狀態；當該設備與高爐槽下過程仿真器2在同一網絡節點時，則通過內存共享的方式來交換數據，當該設備與高爐槽下過程仿真器2在不同節點時，則通過網絡方式進行數據交換；監控顯示設備6的交換的數據可在不同的工藝配置情況根據預定義規則自動生成，也可根據用戶需求自定義。下面以仿真某鋼廠現有的高爐槽下供料過程為例，對該系統的實施方式進行說明。該槽下系統主要設備包括多個礦、焦給料機及振動篩，稱量鬥、供料皮帶、稱量鬥閘門、上料主皮帶。根據現場工藝要求，焦炭貯存運輸系統和礦石貯存運輸系統一列布置，共用一條供料皮帶與主皮帶相接。通過工藝配置器I組態與該工藝布置相同的槽下仿真系統，在組態過程中，系統自動根據組態生成相應的系統配置及設備關聯關係配置，並選擇仿真用的各個設備初始參數，並通過現場生產過程通訊向高爐槽下過程仿真器2發送生成的配置消息。配置信息生成過程是這樣的用戶配置時，先選擇工藝流程配置，再選擇每個高爐槽下子系統中包含的設備並設置設備的參數，然後將設備的物理關聯通過工藝配置器提供的模型關係連接管道關聯起來。在組態配置完成後，通過觸發配置完成事件激活配置文件生成功能，生成配置文件，其內容主要包含三部分，第一部分是子系統，包含料倉子系統、皮帶子系統、爐頂子系統，每個子系統中包含組成該系統的所有單體設備的名稱以及設備類型；第二部分是設備關係，包含每個子系統內部設備之間的關聯關係以及不同子系統之間的關聯關係；第三部分是設備屬性，包含每個設備的名稱、類型、設備型號以及設備運行時不可或缺的參數，比如料倉容量，皮帶速度等。高爐槽下過程仿真器2接收配置消息，自動搭建系統，過程如下分析配置信息，提取配置信息中所有設備的類型；算法模型庫5通過設備類型選擇與當前流程配置相匹配的設備及工藝模型，生成模型實例，即仿真系統中的局部工藝模型和設備單體模型；在模型實例生成後，分析配置信息中相關聯的設備，提取設備類型，根據模型實例中的枚舉關係接口生成實例屬性間的關係，即設備關聯關係。需要說明的是，算法模型庫5中的模型可以由系統使用者自定義的修改和擴展，但修改或者擴展的模型必須遵從以下規則必須通過自定義屬性來說明該模型對應的設備類型，且該設備類型必須是組態系統裡所包含設備種類；必須枚舉該設備相關聯的其他設備類型，以及對應的關聯關係接口，且將該接口暴露於其他模型；模型以動態連結庫的形式發布，且存放於配置好的模型存放路徑。當高爐槽下仿真器2接收槽下配置信息後，分析配置信息，提取配置信息中所有設備的類型；算法模型庫5通過設備類型選擇與當前流程配置相匹配的設備及工藝模型，生成模型實例；在模型選定之後，分析配置信息中相關聯的設備，提取設備類型，根據模型實例中的枚舉關係接口生成實例屬性間的關係，即設備關聯關係O系統自動搭建完成之後，通過生產過程計劃通訊向計劃調度仿真器4發送準備好信號。計劃調度仿真器4包括計劃管理模塊19、槽下設備參數模塊20、物流調度模塊21和第三生產過程通訊模塊22。計劃調度仿真器4收到準備好信號後，啟動計劃管理模塊19，根據預先編排的生產計劃表制定生產計劃；然後調用槽下設備參數模塊20，根據生產計劃從參數表中選擇與該計劃相匹配的設備參數；通過物料調度模塊22模擬從原料廠傳送物料到槽下物料入口點，然後通過第三生產過程通訊模塊開始廣播生產計劃消息以及該計劃對應的設備參數。高爐槽下仿真器2收到生產計劃消息，開始初始化各個設備狀態；生產過程控制10根據連鎖關係控制設備的運行，在滿足條件時，先後發送啟動主皮帶和供料皮帶的指令；生產過程仿真11接受指令，調用主皮帶和供料皮帶模型，並將指令轉換為模型輸入。控制策略仿真器3接收到生產指令後，裝載供料配方，並巡檢各個設備的運行狀態以及料流信息，然後根據設備狀態、配方中當前步驟需稱量的物料種種類及重量、給料機、振動篩和稱量鬥的功能等對當前需稱量的物料進行分倉計算。分倉計算按照平均分倉 方式，找出當前供料步驟中空閒並且料倉中物料品種與當前需供料品種相同的倉，平均分配當前步驟需供料的重量，計算結束，通過設備模型的屬性找出和參與分倉的料倉相關聯的設備，根據當前設備狀態、設備連鎖關係以及生產節奏要求，產生設備的控制操作指令，通過生產過程通訊16將計算結果和指令以消息的形式發送給高爐槽下過程仿真器2。在接收到控制策略仿真器3的消息後，生產過程仿真根據連鎖關係關閉相應的稱量鬥閘門，先後啟動振動篩和給料機，開始進行稱量，達到配方設定的重量時先後停止給料機和振動篩，在滿足連鎖條件的情況下啟動稱量鬥閘門下料。當前配方步中執行完成後，進入下一配方步，直到當前配方所有步驟按生產計劃執行結束，控制策略仿真器3通過生產過程通訊16向計劃調度仿真器4發送申請調度，進入下一階段的生產過程仿真。整個高爐槽下供料過程仿真中，始終伴隨著物料的分配、稱量、補償及當前上料能力的計算，計算以設備狀態、物流狀態為基礎，不同的生產階段通過算法模型庫5的統一管理採用不同的計算模型。整個高爐槽下生產過程仿真中，時鐘管理13在時間軸上推進系統的運行，維護仿真時鐘及高爐槽下生產實踐場景；日誌14記錄各個生產階段開始結束，設備動作以及消息的收發情況；生產過程跟蹤12對每個配方步中的物料狀態、設備狀態進行跟蹤。整個高爐槽下生產過程仿真中，生產信息發布15將生產過程中的極端情況，設備動作，物料的種類、批號、重量、分配狀態、下料狀態以及料批間的間隔，仿真時鐘等內容以動態廣播的形式向外部發布；監控顯示設備6以動態圖形化的方式對生產信息進行顯示。
最後所應說明的是，以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種基於計算機的高爐槽下仿真系統，其特徵在於該系統包括工藝配置器(I)、高爐槽下過程仿真器(2)、控制策略仿真器(3)、計劃調度仿真器(4)、算法模型庫(5)、監控顯示設備(6)，這六個子系統通過網絡總線相連； 其中，工藝配置器(I)實現了不同工況下的流程配置；高爐槽下過程仿真器(2)實現了槽下供料過程的仿真；控制策略仿真器(3)仿真了槽下的供料策略，實現對供料過程的節奏控制；計劃調度仿真器(4)仿真了煉鐵過程中生產計劃的調度；算法模型庫(5)存儲了槽下所有設備的工藝計算模型和控制模型；監控顯示設備(6)以動畫的形式對槽下仿真過程進行顯示； 工藝配置器(I)將工藝配置信息發送給其他五個子系統，高爐槽下過程仿真器(2)從控制策略仿真器(3)和計劃調度仿真器(4)中分別獲取控制策略信息和物料的調度信息，並從算法模型庫(5)中獲取模型計算結果，用以實現對生產過程仿真的節奏控制；高爐槽下過程仿真器(2)還將仿真產生的設備狀態信息發送給控制策略仿真器(3)、計劃調度仿真器(4)和監控顯示設備(6)，並將過程量發送給算法模型庫(5)，以驅動算法模型的計算功能。
2.根據權利I所述的仿真系統，其特徵在於工藝配置器(I)包括流程組態模塊(7)和工藝參數配置模塊(8);其中流程組態模塊(7)完成對槽下供料系統工藝流程的配置；工藝參數配置模塊(8)完成對工序、設備、工藝的生產參數的設置；流程組態模塊(7)在配置完成後，激活工藝參數配置模塊(8)，並將工藝流程的配置作為形參傳遞給工藝參數配置模塊(8)。
3.根據權利I所述的仿真系統，其特徵在於高爐槽下過程仿真器(2)包括第一生產過程通訊模塊(9)、生產過程控制模塊(10)、生產過程仿真模塊(11)、生產過程跟蹤模塊(12)、時鐘管理模塊(13)、日誌記錄模塊(14)和生產信息發布模塊(15); 其中，第一生產過程通訊模塊(9)與所述仿真系統進行數據通訊；生產過程控制模塊(10)監視生產過程仿真模塊(11)模擬系統中每個設備的狀態及運行情況，協調整個模擬系統的運行，根據外部的計劃調度仿真器(4)發送的信息，對模擬系統進行生產過程指揮，並根據控制策略仿真器(3)發送的生產過程控制要求調整模擬系統的生產過程，將生產過程的狀態、運行信息以及生產結果通過第一生產過程通訊模塊(9)通知計劃調度仿真器(4)和控制策略仿真器(3);生產過程仿真模塊(11)根據工藝配置器(I)提供的高爐槽下供料過程的設備、工序和工藝，以及算法模型庫(5)提供的模型為基礎，模擬供料過程的基本行為；生產過程跟蹤模塊(12)仿真了槽下物流跟蹤、生產過程的統計分析和供料過程中不同配方的利用率；時鐘管理模塊(13)實現在時間軸上推進系統，維護仿真時鐘及高爐槽下供料的時間場景；日誌記錄模塊(14)記錄仿真過程發生的主要事件；生產信息發布模塊(15)將生產信息動態的以廣播的形式向外部發送； 第一生產過程通訊模塊(9)將來自其他子系統的信息，包括工藝配置信息、控制策略信息和調度信息通過事件傳送給生產過程控制模塊(10 )和生產過程仿真模塊(11);生產過程仿真模塊(11)將仿真的過程量、控制量以及仿真過程中的事件以及故障信息全部通過事件發送給生產過程跟蹤模塊(12)、日誌記錄模塊(14)和生產信息發布模塊(15);生產過程跟蹤模塊(12)則將過程量信息發送給生產過程控制模塊(10);生產過程控制模塊(10)則根據獲得的信息產生控制執行，發送給生產過程仿真模塊(11);時鐘管理模塊(13)向生產過程仿真模塊(11)發送時間場景信息。
4.根據權利3所述的仿真系統，其特徵在於生產過程仿真模塊(11)仿真的高爐槽下設備包括料倉(23 )、給料機(24 )、振動篩(25 )、供料皮帶(26 )、集中鬥(27 )和主皮帶(28 )。
5.根據權利I所述的仿真系統，其特徵在於控制策略仿真器(3)包括第二生產過程通訊模塊(16)、控制策略模擬模塊(17)和過程監控模塊(18);第二生產過程通訊模塊(16)與高爐槽下過程仿真器(2)和計劃調度仿真器(4)進行數據通訊；控制策略模擬模塊(17)仿真了高爐槽下供料的各種控制模式，根據從計劃調度仿真器(4)得到的生產計劃生成相應的控制策略並發送給高爐槽下過程仿真器(2);過程監控模塊(18)模擬了對生產過程監控，包括控制策略模擬的當前配方的執行狀況、附加命令狀態、當前料批的狀態、當前放料指針狀態；控制策略模擬模塊(17)將控制策略信息通過事件發送給過程監控模塊(18)和第二生產過程通訊模塊(16)，並接收來自第二生產過程通訊模塊(16)的高爐槽下過程仿真器(2)的數據；過程監控模塊(18)還接收來自第二生產過程通訊模塊(16)的信息，更新生產過程中各個變量的監控狀態。
6.根據權利I所述的仿真系統，其特徵在於計劃調度仿真器(4)包括計劃管理模塊(19)、槽下設備參數模塊(20)、物流調度模塊(21)和第三生產過程通訊模塊(22);計劃管理模塊(19)根據預先編排的生產計劃表制定生產計劃；槽下設備參數模塊(20)根據計劃管理模塊(19)的生產計劃從參數表中選擇與該計劃相匹配的設備參數；物料調度模塊(22)根據計劃管理模塊(19)的生產計劃模擬從原料廠傳送物料到槽下物料入口點的流程；第三生產過程通訊模塊(22)則通過發送消息的形式將計劃管理模塊(19)、槽下設備參數模塊(20)和物流調度模塊(21)的過程信息及流程信息發送給高爐槽下過程仿真器(2);其中，計劃管理模塊(19)將生產計劃作為計劃選擇完成事件的形參傳遞給槽下設備參數模塊(20),物料調度模塊(21)以及第三生產過程通訊模塊(22)。
7.根據權利I所述的仿真系統，其特徵在於算法模型庫(5)保存了高爐槽下供料過程中的各種計算模型，並對各種模型進行統一管理；算法模型庫(5)中的模型以動態連結庫的形式存在，必須包含輸入、輸出、模型代碼以及模型的具體實現，算法模型庫(5)通過工藝流程和設備的類型或者型號代碼與模型代碼匹配，從而選擇與組態相對應的模型。
8.根據權利I所述的仿真系統，其特徵在於監控顯示設備(6)以動態的可視化的界面實時提供了高爐槽下仿真系統的工藝及設備狀態；當該設備與高爐槽下過程仿真器(2)在同一網絡節點時，通過內存共享的方式來交換數據；當該設備與高爐槽下過程仿真器(2)在不同節點時，通過網絡方式進行數據交換。
9.一種基於計算機的高爐槽下仿真系統的仿真方法，其特徵在於包括以下步驟 SI)根據現場工藝要求，工藝配置器(I)組態與該工藝布置相同的槽下仿真系統，組態完成後向高爐槽下過程仿真器(2)發送生成的配置消息； S2 )高爐槽下過程仿真器(2 )接收配置消息，並選擇算法模型庫(5 )中的局部工藝模型和設備單體模型，生成完整的仿真系統模型，然後向計劃調度仿真器(4)發送準備好信號； 53)計劃調度仿真器(4)收到準備好信號後，開始廣播生產計劃消息； 54)高爐槽下過程仿真器(2)收到步驟S3的生產計劃消息，開始初始化各個設備狀態；生產過程控制模塊(10)根據連鎖關係控制各設備的運行；生產過程仿真模塊(11)接受生產過程控制模塊(10)的指令，仿真系統模型，並將指令轉換為模型輸入；55)控制策略仿真器(3)接收到步驟S3生產指令後，裝載供料配方，並巡檢各個設備的運行狀態以及料流信息，然後進行物料分倉計算，並將計算結果發送給高爐槽下過程仿真器⑵； 56)高爐槽下過程仿真器(2)的生產過程仿真模塊(11)在接收到控制策略仿真器(3)的消息後，根據供料配方和連鎖關係對各設備進行控制； 57)當前供料配方的步驟執行完畢後，進入下一步，轉入步驟S5;若當前供料配方所有步驟按生產計劃執行結束，控制策略仿真器(3)通過第二生產過程通訊模塊(16)向計劃調度仿真器(4)發送申請調度，進入下一階段的生產過程仿真。
全文摘要
本發明提供了一種基於計算機的高爐槽下仿真系統及其仿真方法。該系統包括工藝配置器(1)、高爐槽下過程仿真器(2)、控制策略仿真器(3)、計劃調度仿真器(4)、算法模型庫(5)、監控顯示設備(6)。工藝配置器(1)實現了不同工況下的流程配置；高爐槽下過程仿真器(2)實現了槽下供料過程的仿真；控制策略仿真器(3)仿真了槽下的供料策略，實現對供料過程的節奏控制；計劃調度仿真器(4)仿真了煉鐵過程中生產計劃的調度；算法模型庫(5)存儲了槽下所有設備的工藝計算模型和控制模型；監控顯示設備(6)以動畫的形式對槽下仿真過程進行顯示。本發明具有通用性，能夠仿真各種不同工藝的槽下系統，還能作為槽下供料培訓系統。
文檔編號G06F17/50GK102637234SQ201210123530
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者葉理德, 歐燕, 趙菁, 鄧維, 邵遠敬, 雷奇文, 黃瑛 申請人:中冶南方工程技術有限公司