專利名稱：一種基于計算機(jī)的高爐槽下仿真系統(tǒng)及其仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金煉鐵的生產(chǎn)仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種基于計算機(jī)的高爐槽下的仿真系統(tǒng)，對高爐槽下的供料過程仿真。
背景技術(shù)：
由于鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)能力過剩、原材料價格高漲以及環(huán)境保護(hù)等壓力，鋼鐵企業(yè)必須努力發(fā)展高效的生產(chǎn)工藝，最大限度地使用原料，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和減輕對環(huán)境的污染。高爐槽下供料是高爐生產(chǎn)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其物流過程對生產(chǎn)計劃的調(diào)度、物流生產(chǎn)的執(zhí)行、降低能耗、提高設(shè)備利用率及產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。但由于高爐的生產(chǎn)的特殊性決定了在點(diǎn)火之前不能將物料送入高爐內(nèi)，而一旦高爐點(diǎn)火，就必須保證整個系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)行。這種局限性導(dǎo)致高爐槽下供料系統(tǒng)研究不僅費(fèi)時費(fèi)錢，而且很難做至IJ，用計算機(jī)仿真技術(shù)則可化繁為簡，大大的節(jié)省物力財力，并且能夠有效地對新研發(fā)的工藝和供料控制策略進(jìn)行分析，大大節(jié)省了人力物力，對高爐槽下供料工藝及技術(shù)的研究創(chuàng)新提供了方法。目前，國內(nèi)對高爐槽下供料的研究大多停留在生產(chǎn)計劃層，對供料工藝、控制策略、控制方法及各個設(shè)備的關(guān)聯(lián)涉及不多，而且研究都是先進(jìn)行理論研究，然后直接用于生產(chǎn)現(xiàn)場并調(diào)節(jié)修改的模式，為了保證安全可靠，往往都是用現(xiàn)有的保守的工藝及控制方法，對技術(shù)的發(fā)展有著限制作用。由于大型高爐的不斷發(fā)展，生產(chǎn)調(diào)度越來越繁雜，高爐槽下供料技術(shù)即將成為高爐生產(chǎn)的瓶頸，因?yàn)?，對槽下供料系統(tǒng)的仿真有著十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于計算機(jī)的高爐槽下仿真系統(tǒng)及其仿真方法，用于模擬高爐槽下的供料過程。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于計算機(jī)的高爐槽下仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(diào)度仿真器、算法模型庫、監(jiān)控顯示設(shè)備，這六個子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)總線相連；
其中，工藝配置器實(shí)現(xiàn)了不同工況下的流程配置；高爐槽下過程仿真器實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)對供料過程的節(jié)奏控制；計劃調(diào)度仿真器仿真了煉鐵過程中生產(chǎn)計劃的調(diào)度；算法模型庫存儲了槽下所有設(shè)備的工藝計算模型和控制模型；監(jiān)控顯示設(shè)備以動畫的形式對槽下仿真過程進(jìn)行顯示；
工藝配置器將工藝配置信息發(fā)送給其他五個子系統(tǒng)，高爐槽下過程仿真器從控制策略仿真器和計劃調(diào)度仿真器中分別獲取控制策略信息和物料的調(diào)度信息，并從算法模型庫中獲取模型計算結(jié)果，用以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程仿真的節(jié)奏控制；高爐槽下過程仿真器還將仿真產(chǎn)生的設(shè)備狀態(tài)信息發(fā)送給控制策略仿真器、計劃調(diào)度仿真器和監(jiān)控顯示設(shè)備，并將過程量發(fā)送給算法模型庫，以驅(qū)動算法模型的計算功能。上述各子系統(tǒng)運(yùn)行在計算機(jī)上。所述的仿真系統(tǒng)，工藝配置器包括流程組態(tài)模塊和工藝參數(shù)配置模塊；其中流程組態(tài)模塊完成對槽下供料系統(tǒng)工藝流程的配置；工藝參數(shù)配置模塊完成對工序、設(shè)備、工藝的生產(chǎn)參數(shù)的設(shè)置；流程組態(tài)模塊在配置完成后，激活工藝參數(shù)配置模塊，并將工藝流程的配置作為形參傳遞給工藝參數(shù)配置模塊。所述的仿真系統(tǒng)，高爐槽下過程仿真器包括第一生產(chǎn)過程通訊模塊、生產(chǎn)過程控制模塊、生產(chǎn)過程仿真模塊、生產(chǎn)過程跟蹤模塊、時鐘管理模塊、日志記錄模塊和生產(chǎn)信息發(fā)布模塊； 其中，第一生產(chǎn)過程通訊模塊與所述仿真系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；生產(chǎn)過程控制模塊監(jiān)視生產(chǎn)過程仿真模塊模擬系統(tǒng)中每個設(shè)備的狀態(tài)及運(yùn)行情況，協(xié)調(diào)整個模擬系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)外部的計劃調(diào)度仿真器發(fā)送的信息，對模擬系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)過程指揮，并根據(jù)控制策略仿真器發(fā)送的生產(chǎn)過程控制要求調(diào)整模擬系統(tǒng)的生產(chǎn)過程，將生產(chǎn)過程的狀態(tài)、運(yùn)行信息以及生產(chǎn)結(jié)果通過第一生產(chǎn)過程通訊模塊通知計劃調(diào)度仿真器和控制策略仿真器；生產(chǎn)過程仿真模塊根據(jù)工藝配置器提供的高爐槽下供料過程的設(shè)備、工序和工藝，以及算法模型庫提供的模型為基礎(chǔ)，模擬供料過程的基本行為；生產(chǎn)過程跟蹤模塊仿真了槽下物流跟蹤、生產(chǎn)過程的統(tǒng)計分析和供料過程中不同配方的利用率；時鐘管理模塊實(shí)現(xiàn)在時間軸上推進(jìn)系統(tǒng)，維護(hù)仿真時鐘及高爐槽下供料的時間場景；日志記錄模塊記錄仿真過程發(fā)生的主要事件；生產(chǎn)信息發(fā)布模塊將生產(chǎn)信息動態(tài)的以廣播的形式向外部發(fā)送；
第一生產(chǎn)過程通訊模塊將來自其他子系統(tǒng)的信息，包括工藝配置信息、控制策略信息和調(diào)度信息通過事件傳送給生產(chǎn)過程控制模塊和生產(chǎn)過程仿真模塊；生產(chǎn)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(fā)送給生產(chǎn)過程跟蹤模塊、日志記錄模塊和生產(chǎn)信息發(fā)布模塊；生產(chǎn)過程跟蹤模塊則將過程量信息發(fā)送給生產(chǎn)過程控制模塊；生產(chǎn)過程控制模塊則根據(jù)獲得的信息產(chǎn)生控制執(zhí)行，發(fā)送給生產(chǎn)過程仿真模塊；時鐘管理模塊向生產(chǎn)過程仿真模塊發(fā)送時間場景信息。所述的仿真系統(tǒng)，生產(chǎn)過程仿真模塊仿真的高爐槽下設(shè)備包括料倉、給料機(jī)、振動篩、供料皮帶、集中斗和主皮帶。所述的仿真系統(tǒng)，控制策略仿真器包括第二生產(chǎn)過程通訊模塊、控制策略模擬模塊和過程監(jiān)控模塊；第二生產(chǎn)過程通訊模塊與高爐槽下過程仿真器和計劃調(diào)度仿真器進(jìn)行數(shù)據(jù)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(jù)從計劃調(diào)度仿真器得到的生產(chǎn)計劃生成相應(yīng)的控制策略并發(fā)送給高爐槽下過程仿真器；過程監(jiān)控模塊模擬了對生產(chǎn)過程監(jiān)控，包括控制策略模擬的當(dāng)前配方的執(zhí)行狀況、附加命令狀態(tài)、當(dāng)前料批的狀態(tài)、當(dāng)前放料指針狀態(tài)；控制策略模擬模塊將控制策略信息通過事件發(fā)送給過程監(jiān)控模塊和第二生產(chǎn)過程通訊模塊，并接收來自第二生產(chǎn)過程通訊模塊的高爐槽下過程仿真器的數(shù)據(jù)；過程監(jiān)控模塊還接收來自第二生產(chǎn)過程通訊模塊的信息，更新生產(chǎn)過程中各個變量的監(jiān)控狀態(tài)。所述的仿真系統(tǒng)，計劃調(diào)度仿真器包括計劃管理模塊、槽下設(shè)備參數(shù)模塊、物流調(diào)度模塊和第三生產(chǎn)過程通訊模塊；計劃管理模塊根據(jù)預(yù)先編排的生產(chǎn)計劃表制定生產(chǎn)計劃；槽下設(shè)備參數(shù)模塊根據(jù)計劃管理模塊的生產(chǎn)計劃從參數(shù)表中選擇與該計劃相匹配的設(shè)備參數(shù)；物料調(diào)度模塊根據(jù)計劃管理模塊的生產(chǎn)計劃模擬從原料廠傳送物料到槽下物料入口點(diǎn)的流程；第三生產(chǎn)過程通訊模塊則通過發(fā)送消息的形式將計劃管理模塊、槽下設(shè)備參數(shù)模塊和物流調(diào)度模塊的過程信息及流程信息發(fā)送給高爐槽下過程仿真器；其中，計劃管理模塊將生產(chǎn)計劃作為計劃選擇完成事件的形參傳遞給槽下設(shè)備參數(shù)模塊、物料調(diào)度模塊以及第三生產(chǎn)過程通訊模塊。所述的仿真系統(tǒng)，算法模型庫保存了高爐槽下供料過程中的各種計算模型，并對各種模型進(jìn)行統(tǒng)一管理；算法模型庫中的模型以動態(tài)鏈接庫的形式存在，必須包含輸入、輸出、模型代碼以及模型的具體實(shí)現(xiàn)，算法模型庫通過工藝流程和設(shè)備的類型或者型號代碼與模型代碼匹配，從而選擇與組態(tài)相對應(yīng)的模型。
所述的仿真系統(tǒng)，監(jiān)控顯示設(shè)備以動態(tài)的可視化的界面實(shí)時提供了高爐槽下仿真系統(tǒng)的工藝及設(shè)備狀態(tài)；當(dāng)該設(shè)備與高爐槽下過程仿真器在同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時，通過內(nèi)存共享的方式來交換數(shù)據(jù)；當(dāng)該設(shè)備與高爐槽下過程仿真器在不同節(jié)點(diǎn)時，通過網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。一種基于計算機(jī)的高爐槽下仿真系統(tǒng)的仿真方法，包括以下步驟
51)根據(jù)現(xiàn)場工藝要求，工藝配置器組態(tài)與該工藝布置相同的槽下仿真系統(tǒng)，組態(tài)完成后向高爐槽下過程仿真器發(fā)送生成的配置消息；
52)高爐槽下過程仿真器接收配置消息，并選擇算法模型庫中的局部工藝模型和設(shè)備單體模型，生成完整的仿真系統(tǒng)模型，然后向計劃調(diào)度仿真器發(fā)送準(zhǔn)備好信號；
53)計劃調(diào)度仿真器收到準(zhǔn)備好信號后，開始廣播生產(chǎn)計劃消息；
54)高爐槽下過程仿真器收到步驟S3的生產(chǎn)計劃消息，開始初始化各個設(shè)備狀態(tài)；生產(chǎn)過程控制模塊根據(jù)連鎖關(guān)系控制各設(shè)備的運(yùn)行；生產(chǎn)過程仿真模塊接受生產(chǎn)過程控制模塊的指令，仿真系統(tǒng)模型，并將指令轉(zhuǎn)換為模型輸入；
55)控制策略仿真器接收到步驟S3生產(chǎn)指令后，裝載供料配方，并巡檢各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及料流信息，然后進(jìn)行物料分倉計算，并將計算結(jié)果發(fā)送給高爐槽下過程仿真器；
56)高爐槽下過程仿真器的生產(chǎn)過程仿真模塊在接收到控制策略仿真器的消息后，根據(jù)供料配方和連鎖關(guān)系對各設(shè)備進(jìn)行控制；
57)當(dāng)前供料配方的步驟執(zhí)行完畢后，進(jìn)入下一步，轉(zhuǎn)入步驟S5;若當(dāng)前供料配方所有步驟按生產(chǎn)計劃執(zhí)行結(jié)束，控制策略仿真器通過第二生產(chǎn)過程通訊模塊向計劃調(diào)度仿真器發(fā)送申請調(diào)度，進(jìn)入下一階段的生產(chǎn)過程仿真。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
I.通過對高爐槽下供料過程的組態(tài)，將所有可能的工藝布置都融入系統(tǒng)中，使仿真系統(tǒng)可以廣泛的用來仿真不同需求的高爐槽下系統(tǒng)，確保了系統(tǒng)的通用性。2.通過對算法模型庫的統(tǒng)一管理，使該系統(tǒng)的工藝模型、設(shè)備模型以及控制模型能夠方便的修改、替換及擴(kuò)展，可提高系統(tǒng)的精度，對改進(jìn)和提高工藝水平和生產(chǎn)水平有很大的幫助。3.完全脫離實(shí)際的工藝設(shè)備，不需要借助第三方軟件，實(shí)施簡單方便，成本低，既能輔助煉鐵生產(chǎn)計劃編排，又能檢測新工藝的可行性，還可以驗(yàn)證控制策略的正確性及使用效果。4.可以用來當(dāng)作操作培訓(xùn)系統(tǒng)，能夠靈活的模擬各種故障，培訓(xùn)操作人員高效的處理能力，降低培訓(xùn)成本。 5.仿真的槽下供料過程通過調(diào)度接口傳遞命令而進(jìn)行，可以通過不同的調(diào)度命令改變高爐槽下供料過程，不僅使本發(fā)明可以變現(xiàn)多樣性的生產(chǎn)過程，也使研究更加有效。6.本發(fā)明不僅具有獨(dú)立性，還能和其 他工藝系統(tǒng)聯(lián)合構(gòu)成整個工廠的仿真系統(tǒng)。


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式該發(fā)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(chǔ)，在工藝層面對槽下配、上料進(jìn)行了模擬，同時對高爐槽下供料設(shè)備進(jìn)行了建模、組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了高爐槽下仿真系統(tǒng)的精確性和通用性；該系統(tǒng)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(chǎn)分布式仿真的一個節(jié)點(diǎn)，支持與其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)問題分析，還可以作為高爐槽下培訓(xùn)系統(tǒng)。本發(fā)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(diào)度仿真器4、算法模型庫5、監(jiān)控顯示設(shè)備6 ;其中工藝配置器I實(shí)現(xiàn)了不同工況下的流程配置功能，使該仿真系統(tǒng)能用于任何狀況下的高爐槽下仿真；高爐槽下過程仿真器2實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)了對供料過程的節(jié)奏控制；計劃調(diào)度仿真器4仿真了煉鐵過程中生產(chǎn)計劃的調(diào)度；算法模型庫5存儲了槽下所有設(shè)備的工藝計算模型和控制模型；監(jiān)控顯示設(shè)備6以動畫的形式對槽下仿真過程進(jìn)行顯
/Jn ο從功能上講，本發(fā)明仿真了高爐槽下供料過程中的接收生產(chǎn)計劃，根據(jù)生產(chǎn)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(chǎn)調(diào)度申請物料的裝入和放料稱量，并對高爐槽下的上料能力等進(jìn)行了計算。工藝配置器I包括流程組態(tài)7、工藝參數(shù)配置8 ;其中，流程組態(tài)完成對槽下供料系統(tǒng)流程的布置，可根據(jù)不同的功能需求，組態(tài)滿足任何實(shí)際條件的工藝流程；工藝參數(shù)配置8完成對工序設(shè)備，工藝等生產(chǎn)參數(shù)的設(shè)置，使仿真器可根據(jù)不同的參數(shù)進(jìn)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(chǎn)過程通訊9，生產(chǎn)過程控制10，生產(chǎn)過程仿真11，生產(chǎn)過程跟蹤12，時鐘管理13，日志14和生產(chǎn)信息發(fā)布15子系統(tǒng)；其中生產(chǎn)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(diào)度仿真器之間的數(shù)據(jù)通訊，它通過抽象各種生產(chǎn)命令定了一系列的消息，高爐槽下過程仿真器2根據(jù)工藝配置器I組態(tài)的工藝流程以及消息來組織生產(chǎn)；生產(chǎn)過程控制10監(jiān)視每個設(shè)備的狀態(tài)及運(yùn)行情況，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)外部的調(diào)度發(fā)送的信息，進(jìn)行生產(chǎn)過程指揮，并根據(jù)生產(chǎn)過程的控制要求調(diào)整生產(chǎn)過程，將部分的生產(chǎn)過程的狀態(tài)、運(yùn)行信息以及生產(chǎn)結(jié)果通過生產(chǎn)過程通訊9通知調(diào)度和控制策略仿真器；生產(chǎn)過程跟蹤12仿真了槽下物流跟蹤，生產(chǎn)過程的統(tǒng)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(chǎn)信息和批次之間的關(guān)系，并且得到不同批次之間的安全距離信息。時鐘管理13實(shí)現(xiàn)在時間軸上推進(jìn)系統(tǒng)，維護(hù)仿真時鐘及高爐槽下供料的時間場景；日志14記錄仿真過程發(fā)生的主要事件；生產(chǎn)信息發(fā)布系統(tǒng)將生產(chǎn)信息動態(tài)的以廣播的形式向外部發(fā)送。
生產(chǎn)過程仿真11以構(gòu)成高爐槽下供料過程的各個主要設(shè)備為線索，以槽下供料工藝和模型為基礎(chǔ)模擬供料過程的基本行為；仿真的高爐槽下主要設(shè)備包括料倉23、給料機(jī)24、振動篩25、稱量斗26、供料皮帶27、集中斗28、主皮帶29 ;料倉23模擬實(shí)現(xiàn)對料倉參數(shù)以及料狀態(tài)變化的跟蹤和管理，包括料倉內(nèi)物種、料位以及料倉閥門的狀態(tài)；給料機(jī)24模擬實(shí)現(xiàn)對給料機(jī)的參數(shù)和狀態(tài)的跟蹤和管理，包括給料機(jī)的設(shè)備狀態(tài)、閥門的狀態(tài)以及給料速率；振動篩25實(shí)現(xiàn)對振動篩的參數(shù)和狀態(tài)的跟蹤和管理，包括振動篩的運(yùn)行狀態(tài)以及下料速率；稱量斗26模擬實(shí)現(xiàn)了對物料的計量，包括料重以及稱量斗閥門的狀態(tài)；供料皮帶27模擬實(shí)現(xiàn)對供料皮帶的參數(shù)和狀態(tài)的跟蹤，包括皮帶的運(yùn)行速度及運(yùn)行狀態(tài)；集中斗28模擬實(shí)現(xiàn)對朱皮帶的參數(shù)和狀態(tài)的跟蹤和管理，包括集中斗中料種、料批號、料位、料重、設(shè)備狀態(tài)和閥門的狀態(tài)；主皮帶29模擬實(shí)現(xiàn)對主皮帶的參數(shù)和狀態(tài)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?？刂撇呗苑抡嫫?，包括生產(chǎn)過程通訊16、控制策略模擬17、過程監(jiān)控18 ;生產(chǎn)過程通訊16主要仿真了控制策略仿真器3與生產(chǎn)過程仿真之間的數(shù)據(jù)交換，通過獲得的工藝流程狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)來控制生產(chǎn)節(jié)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(jù)生產(chǎn)計劃生成相應(yīng)的控制策略，生成對應(yīng)的控制命令以消息的形成發(fā)送給過程控制仿真器2 ;過程監(jiān)控18模擬了對生產(chǎn)過程監(jiān)控，包括控制策略模擬的當(dāng)前配方的執(zhí)行狀況、附加命令狀態(tài)、當(dāng)前料批的狀態(tài)、當(dāng)前放料指針狀態(tài)。計劃調(diào)度仿真器4模擬了煉鐵廠調(diào)度的角色，為系統(tǒng)建立了高爐槽下供料的運(yùn)行環(huán)境，它包括計劃管理19、槽下設(shè)備參數(shù)20、物流調(diào)度21、生產(chǎn)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(jìn)行統(tǒng)一管理，所有模型可在不干擾系統(tǒng)運(yùn)行的情況下靈活替換和擴(kuò)展，高爐槽下仿真器可以根據(jù)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(tǒng)一管理可使高爐槽下仿真系統(tǒng)可模擬不同的工藝過程，模型的可替換和擴(kuò)展性是系統(tǒng)方便地使用第三方提供的模型；
監(jiān)控顯示設(shè)備6以動態(tài)的可視化的界面實(shí)時提供了高爐槽下仿真系統(tǒng)的工藝及設(shè)備狀態(tài)；當(dāng)該設(shè)備與高爐槽下過程仿真器2在同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時，則通過內(nèi)存共享的方式來交換數(shù)據(jù)，當(dāng)該設(shè)備與高爐槽下過程仿真器2在不同節(jié)點(diǎn)時，則通過網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；監(jiān)控顯示設(shè)備6的交換的數(shù)據(jù)可在不同的工藝配置情況根據(jù)預(yù)定義規(guī)則自動生成，也可根據(jù)用戶需求自定義。下面以仿真某鋼廠現(xiàn)有的高爐槽下供料過程為例，對該系統(tǒng)的實(shí)施方式進(jìn)行說明。該槽下系統(tǒng)主要設(shè)備包括多個礦、焦給料機(jī)及振動篩，稱量斗、供料皮帶、稱量斗閘門、上料主皮帶。根據(jù)現(xiàn)場工藝要求，焦炭貯存運(yùn)輸系統(tǒng)和礦石貯存運(yùn)輸系統(tǒng)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(tài)與該工藝布置相同的槽下仿真系統(tǒng)，在組態(tài)過程中，系統(tǒng)自動根據(jù)組態(tài)生成相應(yīng)的系統(tǒng)配置及設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系配置，并選擇仿真用的各個設(shè)備初始參數(shù)，并通過現(xiàn)場生產(chǎn)過程通訊向高爐槽下過程仿真器2發(fā)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(tǒng)中包含的設(shè)備并設(shè)置設(shè)備的參數(shù)，然后將設(shè)備的物理關(guān)聯(lián)通過工藝配置器提供的模型關(guān)系連接管道關(guān)聯(lián)起來。在組態(tài)配置完成后，通過觸發(fā)配置完成事件激活配置文件生成功能，生成配置文件，其內(nèi)容主要包含三部分，第一部分是子系統(tǒng)，包含料倉子系統(tǒng)、皮帶子系統(tǒng)、爐頂子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)中包含組成該系統(tǒng)的所有單體設(shè)備的名稱以及設(shè)備類型；第二部分是設(shè)備關(guān)系，包含每個子系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及不同子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；第三部分是設(shè)備屬性，包含每個設(shè)備的名稱、類型、設(shè)備型號以及設(shè)備運(yùn)行時不可或缺的參數(shù)，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(tǒng)，過程如下分析配置信息，提取配置信息中所有設(shè)備的類型；算法模型庫5通過設(shè)備類型選擇與當(dāng)前流程配置相匹配的設(shè)備及工藝模型，生成模型實(shí)例，即仿真系統(tǒng)中的局部工藝模型和設(shè)備單體模型；在模型實(shí)例生成后，分析配置信息中相關(guān)聯(lián)的設(shè)備，提取設(shè)備類型，根據(jù)模型實(shí)例中的枚舉關(guān)系接口生成實(shí)例屬性間的關(guān)系，即設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系。需要說明的是，算法模型庫5中的模型可以由系統(tǒng)使用者自定義的修改和擴(kuò)展，但修改或者擴(kuò)展的模型必須遵從以下規(guī)則必須通過自定義屬性來說明該模型對應(yīng)的設(shè)備類型，且該設(shè)備類型必須是組態(tài)系統(tǒng)里所包含設(shè)備種類；必須枚舉該設(shè)備相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備類型，以及對應(yīng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系接口，且將該接口暴露于其他模型；模型以動態(tài)鏈接庫的形式發(fā)布，且存放于配置好的模型存放路徑。當(dāng)高爐槽下仿真器2接收槽下配置信息后，分析配置信息，提取配置信息中所有設(shè)備的類型；算法模型庫5通過設(shè)備類型選擇與當(dāng)前流程配置相匹配的設(shè)備及工藝模型，生成模型實(shí)例；在模型選定之后，分析配置信息中相關(guān)聯(lián)的設(shè)備，提取設(shè)備類型，根據(jù)模型實(shí)例中的枚舉關(guān)系接口生成實(shí)例屬性間的關(guān)系，即設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系O系統(tǒng)自動搭建完成之后，通過生產(chǎn)過程計劃通訊向計劃調(diào)度仿真器4發(fā)送準(zhǔn)備好信號。計劃調(diào)度仿真器4包括計劃管理模塊19、槽下設(shè)備參數(shù)模塊20、物流調(diào)度模塊21和第三生產(chǎn)過程通訊模塊22。計劃調(diào)度仿真器4收到準(zhǔn)備好信號后，啟動計劃管理模塊19，根據(jù)預(yù)先編排的生產(chǎn)計劃表制定生產(chǎn)計劃；然后調(diào)用槽下設(shè)備參數(shù)模塊20，根據(jù)生產(chǎn)計劃從參數(shù)表中選擇與該計劃相匹配的設(shè)備參數(shù)；通過物料調(diào)度模塊22模擬從原料廠傳送物料到槽下物料入口點(diǎn)，然后通過第三生產(chǎn)過程通訊模塊開始廣播生產(chǎn)計劃消息以及該計劃對應(yīng)的設(shè)備參數(shù)。高爐槽下仿真器2收到生產(chǎn)計劃消息，開始初始化各個設(shè)備狀態(tài)；生產(chǎn)過程控制10根據(jù)連鎖關(guān)系控制設(shè)備的運(yùn)行，在滿足條件時，先后發(fā)送啟動主皮帶和供料皮帶的指令；生產(chǎn)過程仿真11接受指令，調(diào)用主皮帶和供料皮帶模型，并將指令轉(zhuǎn)換為模型輸入?？刂撇呗苑抡嫫?接收到生產(chǎn)指令后，裝載供料配方，并巡檢各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及料流信息，然后根據(jù)設(shè)備狀態(tài)、配方中當(dāng)前步驟需稱量的物料種種類及重量、給料機(jī)、振動篩和稱量斗的功能等對當(dāng)前需稱量的物料進(jìn)行分倉計算。分倉計算按照平均分倉 方式，找出當(dāng)前供料步驟中空閑并且料倉中物料品種與當(dāng)前需供料品種相同的倉，平均分配當(dāng)前步驟需供料的重量，計算結(jié)束，通過設(shè)備模型的屬性找出和參與分倉的料倉相關(guān)聯(lián)的設(shè)備，根據(jù)當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備連鎖關(guān)系以及生產(chǎn)節(jié)奏要求，產(chǎn)生設(shè)備的控制操作指令，通過生產(chǎn)過程通訊16將計算結(jié)果和指令以消息的形式發(fā)送給高爐槽下過程仿真器2。在接收到控制策略仿真器3的消息后，生產(chǎn)過程仿真根據(jù)連鎖關(guān)系關(guān)閉相應(yīng)的稱量斗閘門，先后啟動振動篩和給料機(jī)，開始進(jìn)行稱量，達(dá)到配方設(shè)定的重量時先后停止給料機(jī)和振動篩，在滿足連鎖條件的情況下啟動稱量斗閘門下料。當(dāng)前配方步中執(zhí)行完成后，進(jìn)入下一配方步，直到當(dāng)前配方所有步驟按生產(chǎn)計劃執(zhí)行結(jié)束，控制策略仿真器3通過生產(chǎn)過程通訊16向計劃調(diào)度仿真器4發(fā)送申請調(diào)度，進(jìn)入下一階段的生產(chǎn)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(bǔ)償及當(dāng)前上料能力的計算，計算以設(shè)備狀態(tài)、物流狀態(tài)為基礎(chǔ)，不同的生產(chǎn)階段通過算法模型庫5的統(tǒng)一管理采用不同的計算模型。整個高爐槽下生產(chǎn)過程仿真中，時鐘管理13在時間軸上推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行，維護(hù)仿真時鐘及高爐槽下生產(chǎn)實(shí)踐場景；日志14記錄各個生產(chǎn)階段開始結(jié)束，設(shè)備動作以及消息的收發(fā)情況；生產(chǎn)過程跟蹤12對每個配方步中的物料狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行跟蹤。整個高爐槽下生產(chǎn)過程仿真中，生產(chǎn)信息發(fā)布15將生產(chǎn)過程中的極端情況，設(shè)備動作，物料的種類、批號、重量、分配狀態(tài)、下料狀態(tài)以及料批間的間隔，仿真時鐘等內(nèi)容以動態(tài)廣播的形式向外部發(fā)布；監(jiān)控顯示設(shè)備6以動態(tài)圖形化的方式對生產(chǎn)信息進(jìn)行顯示。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于計算機(jī)的高爐槽下仿真系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)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(diào)度仿真器(4)、算法模型庫(5)、監(jiān)控顯示設(shè)備(6)，這六個子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)總線相連； 其中，工藝配置器(I)實(shí)現(xiàn)了不同工況下的流程配置；高爐槽下過程仿真器(2)實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)對供料過程的節(jié)奏控制；計劃調(diào)度仿真器(4)仿真了煉鐵過程中生產(chǎn)計劃的調(diào)度；算法模型庫(5)存儲了槽下所有設(shè)備的工藝計算模型和控制模型；監(jiān)控顯示設(shè)備(6)以動畫的形式對槽下仿真過程進(jìn)行顯示； 工藝配置器(I)將工藝配置信息發(fā)送給其他五個子系統(tǒng)，高爐槽下過程仿真器(2)從控制策略仿真器(3)和計劃調(diào)度仿真器(4)中分別獲取控制策略信息和物料的調(diào)度信息，并從算法模型庫(5)中獲取模型計算結(jié)果，用以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程仿真的節(jié)奏控制；高爐槽下過程仿真器(2)還將仿真產(chǎn)生的設(shè)備狀態(tài)信息發(fā)送給控制策略仿真器(3)、計劃調(diào)度仿真器(4)和監(jiān)控顯示設(shè)備(6)，并將過程量發(fā)送給算法模型庫(5)，以驅(qū)動算法模型的計算功能。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于工藝配置器(I)包括流程組態(tài)模塊(7)和工藝參數(shù)配置模塊(8);其中流程組態(tài)模塊(7)完成對槽下供料系統(tǒng)工藝流程的配置；工藝參數(shù)配置模塊(8)完成對工序、設(shè)備、工藝的生產(chǎn)參數(shù)的設(shè)置；流程組態(tài)模塊(7)在配置完成后，激活工藝參數(shù)配置模塊(8)，并將工藝流程的配置作為形參傳遞給工藝參數(shù)配置模塊(8)。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于高爐槽下過程仿真器(2)包括第一生產(chǎn)過程通訊模塊(9)、生產(chǎn)過程控制模塊(10)、生產(chǎn)過程仿真模塊(11)、生產(chǎn)過程跟蹤模塊(12)、時鐘管理模塊(13)、日志記錄模塊(14)和生產(chǎn)信息發(fā)布模塊(15); 其中，第一生產(chǎn)過程通訊模塊(9)與所述仿真系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；生產(chǎn)過程控制模塊(10)監(jiān)視生產(chǎn)過程仿真模塊(11)模擬系統(tǒng)中每個設(shè)備的狀態(tài)及運(yùn)行情況，協(xié)調(diào)整個模擬系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)外部的計劃調(diào)度仿真器(4)發(fā)送的信息，對模擬系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)過程指揮，并根據(jù)控制策略仿真器(3)發(fā)送的生產(chǎn)過程控制要求調(diào)整模擬系統(tǒng)的生產(chǎn)過程，將生產(chǎn)過程的狀態(tài)、運(yùn)行信息以及生產(chǎn)結(jié)果通過第一生產(chǎn)過程通訊模塊(9)通知計劃調(diào)度仿真器(4)和控制策略仿真器(3);生產(chǎn)過程仿真模塊(11)根據(jù)工藝配置器(I)提供的高爐槽下供料過程的設(shè)備、工序和工藝，以及算法模型庫(5)提供的模型為基礎(chǔ)，模擬供料過程的基本行為；生產(chǎn)過程跟蹤模塊(12)仿真了槽下物流跟蹤、生產(chǎn)過程的統(tǒng)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(shí)現(xiàn)在時間軸上推進(jìn)系統(tǒng)，維護(hù)仿真時鐘及高爐槽下供料的時間場景；日志記錄模塊(14)記錄仿真過程發(fā)生的主要事件；生產(chǎn)信息發(fā)布模塊(15)將生產(chǎn)信息動態(tài)的以廣播的形式向外部發(fā)送； 第一生產(chǎn)過程通訊模塊(9)將來自其他子系統(tǒng)的信息，包括工藝配置信息、控制策略信息和調(diào)度信息通過事件傳送給生產(chǎn)過程控制模塊(10 )和生產(chǎn)過程仿真模塊(11);生產(chǎn)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(fā)送給生產(chǎn)過程跟蹤模塊(12)、日志記錄模塊(14)和生產(chǎn)信息發(fā)布模塊(15);生產(chǎn)過程跟蹤模塊(12)則將過程量信息發(fā)送給生產(chǎn)過程控制模塊(10);生產(chǎn)過程控制模塊(10)則根據(jù)獲得的信息產(chǎn)生控制執(zhí)行，發(fā)送給生產(chǎn)過程仿真模塊(11);時鐘管理模塊(13)向生產(chǎn)過程仿真模塊(11)發(fā)送時間場景信息。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于生產(chǎn)過程仿真模塊(11)仿真的高爐槽下設(shè)備包括料倉(23 )、給料機(jī)(24 )、振動篩(25 )、供料皮帶(26 )、集中斗(27 )和主皮帶(28 )。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于控制策略仿真器(3)包括第二生產(chǎn)過程通訊模塊(16)、控制策略模擬模塊(17)和過程監(jiān)控模塊(18);第二生產(chǎn)過程通訊模塊(16)與高爐槽下過程仿真器(2)和計劃調(diào)度仿真器(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)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(jù)從計劃調(diào)度仿真器(4)得到的生產(chǎn)計劃生成相應(yīng)的控制策略并發(fā)送給高爐槽下過程仿真器(2);過程監(jiān)控模塊(18)模擬了對生產(chǎn)過程監(jiān)控，包括控制策略模擬的當(dāng)前配方的執(zhí)行狀況、附加命令狀態(tài)、當(dāng)前料批的狀態(tài)、當(dāng)前放料指針狀態(tài)；控制策略模擬模塊(17)將控制策略信息通過事件發(fā)送給過程監(jiān)控模塊(18)和第二生產(chǎn)過程通訊模塊(16)，并接收來自第二生產(chǎn)過程通訊模塊(16)的高爐槽下過程仿真器(2)的數(shù)據(jù)；過程監(jiān)控模塊(18)還接收來自第二生產(chǎn)過程通訊模塊(16)的信息，更新生產(chǎn)過程中各個變量的監(jiān)控狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利I所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于計劃調(diào)度仿真器(4)包括計劃管理模塊(19)、槽下設(shè)備參數(shù)模塊(20)、物流調(diào)度模塊(21)和第三生產(chǎn)過程通訊模塊(22);計劃管理模塊(19)根據(jù)預(yù)先編排的生產(chǎn)計劃表制定生產(chǎn)計劃；槽下設(shè)備參數(shù)模塊(20)根據(jù)計劃管理模塊(19)的生產(chǎn)計劃從參數(shù)表中選擇與該計劃相匹配的設(shè)備參數(shù)；物料調(diào)度模塊(22)根據(jù)計劃管理模塊(19)的生產(chǎn)計劃模擬從原料廠傳送物料到槽下物料入口點(diǎn)的流程；第三生產(chǎn)過程通訊模塊(22)則通過發(fā)送消息的形式將計劃管理模塊(19)、槽下設(shè)備參數(shù)模塊(20)和物流調(diào)度模塊(21)的過程信息及流程信息發(fā)送給高爐槽下過程仿真器(2);其中，計劃管理模塊(19)將生產(chǎn)計劃作為計劃選擇完成事件的形參傳遞給槽下設(shè)備參數(shù)模塊(20),物料調(diào)度模塊(21)以及第三生產(chǎn)過程通訊模塊(22)。
7.根據(jù)權(quán)利I所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于算法模型庫(5)保存了高爐槽下供料過程中的各種計算模型，并對各種模型進(jìn)行統(tǒng)一管理；算法模型庫(5)中的模型以動態(tài)鏈接庫的形式存在，必須包含輸入、輸出、模型代碼以及模型的具體實(shí)現(xiàn)，算法模型庫(5)通過工藝流程和設(shè)備的類型或者型號代碼與模型代碼匹配，從而選擇與組態(tài)相對應(yīng)的模型。
8.根據(jù)權(quán)利I所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控顯示設(shè)備(6)以動態(tài)的可視化的界面實(shí)時提供了高爐槽下仿真系統(tǒng)的工藝及設(shè)備狀態(tài)；當(dāng)該設(shè)備與高爐槽下過程仿真器(2)在同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時，通過內(nèi)存共享的方式來交換數(shù)據(jù)；當(dāng)該設(shè)備與高爐槽下過程仿真器(2)在不同節(jié)點(diǎn)時，通過網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
9.一種基于計算機(jī)的高爐槽下仿真系統(tǒng)的仿真方法，其特征在于包括以下步驟 SI)根據(jù)現(xiàn)場工藝要求，工藝配置器(I)組態(tài)與該工藝布置相同的槽下仿真系統(tǒng)，組態(tài)完成后向高爐槽下過程仿真器(2)發(fā)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，并選擇算法模型庫(5 )中的局部工藝模型和設(shè)備單體模型，生成完整的仿真系統(tǒng)模型，然后向計劃調(diào)度仿真器(4)發(fā)送準(zhǔn)備好信號； 53)計劃調(diào)度仿真器(4)收到準(zhǔn)備好信號后，開始廣播生產(chǎn)計劃消息； 54)高爐槽下過程仿真器(2)收到步驟S3的生產(chǎn)計劃消息，開始初始化各個設(shè)備狀態(tài)；生產(chǎn)過程控制模塊(10)根據(jù)連鎖關(guān)系控制各設(shè)備的運(yùn)行；生產(chǎn)過程仿真模塊(11)接受生產(chǎn)過程控制模塊(10)的指令，仿真系統(tǒng)模型，并將指令轉(zhuǎn)換為模型輸入；55)控制策略仿真器(3)接收到步驟S3生產(chǎn)指令后，裝載供料配方，并巡檢各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及料流信息，然后進(jìn)行物料分倉計算，并將計算結(jié)果發(fā)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(chǎn)過程仿真模塊(11)在接收到控制策略仿真器(3)的消息后，根據(jù)供料配方和連鎖關(guān)系對各設(shè)備進(jìn)行控制； 57)當(dāng)前供料配方的步驟執(zhí)行完畢后，進(jìn)入下一步，轉(zhuǎn)入步驟S5;若當(dāng)前供料配方所有步驟按生產(chǎn)計劃執(zhí)行結(jié)束，控制策略仿真器(3)通過第二生產(chǎn)過程通訊模塊(16)向計劃調(diào)度仿真器(4)發(fā)送申請調(diào)度，進(jìn)入下一階段的生產(chǎn)過程仿真。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于計算機(jī)的高爐槽下仿真系統(tǒng)及其仿真方法。該系統(tǒng)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(diào)度仿真器(4)、算法模型庫(5)、監(jiān)控顯示設(shè)備(6)。工藝配置器(1)實(shí)現(xiàn)了不同工況下的流程配置；高爐槽下過程仿真器(2)實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)對供料過程的節(jié)奏控制；計劃調(diào)度仿真器(4)仿真了煉鐵過程中生產(chǎn)計劃的調(diào)度；算法模型庫(5)存儲了槽下所有設(shè)備的工藝計算模型和控制模型；監(jiān)控顯示設(shè)備(6)以動畫的形式對槽下仿真過程進(jìn)行顯示。本發(fā)明具有通用性，能夠仿真各種不同工藝的槽下系統(tǒng)，還能作為槽下供料培訓(xùn)系統(tǒng)。
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(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者葉理德, 歐燕, 趙菁, 鄧維, 邵遠(yuǎn)敬, 雷奇文, 黃瑛 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司