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1、全连铸生产计算机调度管理系统全连铸生产计算机调度管理系统徐幸天 欧阳昭 张敏祥(钢铁研究总院) (上海第三钢铁厂)田乃媛(北京科技大学)摘摘 要要 运用网络学、运筹学及其有关的系统工程理论研究分析全连铸 生产中多维物流管制的问题，以调度方案寻优为指导思想，建立了计算 机仿真全连铸生产过程的模拟调度系统。硬件系统采用主从式小型集散 系统(DCS)，运行稳定可靠。经多次实验表明，软件基本覆盖了全连铸 生产实况，命中率高，为生产调度合理化、科学化、向自动化迈进提供 了一实用工具。 关键词关键词 全连铸生产 物流管制 调度系统COMPUTER-AIDED SCHEDULING MANAGEMENT S
2、YSTEM IN 100 %CONTINUOUS CASTING PRODUCTION XU Xingtian OUYANG Zhao (Central Iron and Steel Research Institute) ZHANG Minxiang (Shanghai No.3 Iron and Steel Factory) TIAN Naiyuan (University of Science and Technology Beijing)ABSTRACT The multiple logistic control system in the 100 % continuous casti
3、ng production has been investigated with network,operations research and system engineering theories.Guided by optimizing the schedule scheme,the computer-aided scheduling system simulation in 100 % CC process has been set up with DCS (host-server Discrete Control System)hardware,which executes stab
4、ly and reliably.It has been shown by experiments that the software is generally suited for 100 % CC.The percentage of hits is high.The system can provide a practical tool for automation and optimization of production scheduling. KEY WORDS 100 % continuous casting,logistic control system,scheduling s
5、ystem1 1 前言前言全连铸生产调度系统是一项复杂的冶金工程系统，需依据系统工程 的理论加以分析研究，逐步使生产调度管理合理化、科学化，进而运用 计算机技术来管理生产，实现企业生产的自动化。我国现有三十余个全 连铸车间目前均处于调度人员现场指挥操作的局面，劳动强度大，且效 率差，调度水平低。虽然，国内宝钢在应用计算机进行生产调度上已取 得一定成效，但绝大多数中小转炉厂，尤其是全连铸车间如何实现信息 现代化和调度过程的自动化仍属空白。近年来，我们开展了全连铸生产 物流管制的研究课题，应用了网络学、运筹学及有关系统工程方面的数 理理论研究分析了全连铸生产中时间因素、温度因素、物质因素等物流 管
6、制问题，以上钢三厂全连铸生产实际为依托，面向国内各连铸车间中 的物流管制现状，收集了大量的数据，制订出多种调度方案，基本覆盖 了转炉连铸车间全连铸实况，命中率很高。在此基础上以调度方案寻 优为指导思想，借助计算机建立了仿真全连铸生产过程的调度模拟系统， 并编制出相应的调度方案软件。本调度系统采用主从式小型集散系统 (DCS)的整套软、硬件，其中硬件已全部国产化，各终端采用英特尔 (Intel)公司先进的网络技术联网，经多次实践表明，运行稳定可靠。 总之，现开发出的计算机管理系统可迅速转化到生产实际中应用。2 2 调度系统仿真调度系统仿真全连铸车间是钢铁冶金企业大系统中的子系统，它由多工序：混铁
7、 炉(化铁炉)、转炉、二次精炼装置、连铸机等有机组成。为分析研究该 系统内调度问题，首先要建立其系统模型，然后在模型上试验，此过程 称为系统仿真1。 2.12.1 离散事件仿真及其方法系统、模型、计算机是仿真三要素。系统是研究的对象；模型是系 统特征的描述，它不仅用来代替系统，而且是系统的简化；计算机则用 来建立模型并开展试验。联系三要素的基本活动是：建模型、建仿真模 型、仿真实验。三要素和三个基本活动间的关系如图 1 所示。具体的研究步骤可通过图 2 中的流程来描述。全连铸生产调度系统是离散事件系统，该系统状态在某些时刻由于 某随机事件的驱动会发生变化，比如钢包到达连铸机正值闲期，它可立 即
8、由闲变忙；此外，全连铸生产系统是在高温状态下运行的，各工序时 间上的衔接均受温度条件约束。这两个特点使系统对时间调控的要求甚 严。通过采用系统仿真的方法，建立调度仿真模型进行实验。图 1 要素和活动的联系Fig.1 Relation between activities and elements图 2 仿真框图Fig.2 Simulating flow chart离散事件系统仿真中仿真进程的推进方法，根据处理方法不同分三类： 事件调度法、活动扫描法、进程交互法。基于进程交互法最为直观，其 模型接近实际系统，特别适用于可预测的活动及顺序易确定的系统，全 连铸生产调度系统中主体活动较为规则，故选用
9、此法来处理2。 2.22.2 全连铸生产调度系统仿真模型为使全连铸生产车间调度合理，必须加强时间参数的管制，充分考 虑生产中各操作环节的时间调控，开发该流程的计算机调度系统可快速、 安全可靠、按合理时间节奏来管理生产。企业的时间管制是企业战略组成部分，时间管制的目的是在能源和 材料价格波动的情况下，缩短流程时间、提高设备的灵活性、缩短反应 时间、提高企业的竞争力3。而生产调度系统如能在产量和质量方面 准确地按计划调度时间节奏工作，必然能够降低生产成本。比如转炉冶 炼时间按计划实现，就可以缩短钢水在炉内时间，同样也缩短精炼时间 和等待时间。对调度人员而言，难以在出现故障的情况下进行合理调度， 就
10、是在进行正常生产时，也无法胜任全方位来合理指挥生产，生产中各 工序物流和时间参数的管制需要一个有效的中心调度系统，从而形成辅 助决策的调度系统。(1) 调度系统的设计特点1) 具有现场模拟信号、开关信号、生产过程的静动态数据的收集 和传送；2) 实时性，即必须能实时地掌握生产调度所需的数据，程序执行 不仅有先后次序而且具有时间限制关系，因此它能在规定的时间之内对 外部发生的异步随机事件给予响应、处理；3) 动态调整性，即根据不同的生产情况对原计划进行跟踪，在与 原计划不相同时进行动态调整以适应不同的生产情况。在程序设计实现 时采用两层的调度控制策略；4) 在线性，即在线网络随时都在传送来自各工
11、序的信号，以实现 在线定计划和对变化的生产过程进行调整；5) 优化性，即系统运行必须随时处于优化运行状态，使之真正成 为调度人员的辅助生产决策工具；6) 高的反馈性和稳定性。(2) 设计思想针对全连铸生产存在多重并发和冲突事件，构成了一种多任务多线 程的调度系统，可协调或使多处理机并行运行，来满足实际生产的实时 要求。1) 对计划的产生有一个计划模板，控制其过程参数即可形成一个 实际规则；2) 具有各种可实现计划控制的冲突、阻塞、优化、动态实时模型；3) 多任务多线程的运行环境；4) 反映生产特征的生产规则、模型规则；5) 动态刷新计划和生产数据；6) 具有一个控制其过程实现的控制序列。全连铸
12、生产调度系统涉及到多因素的影响，相当复杂，为简化起见， 编程时均需做若干假设。作为一个例子结合上钢三厂转炉分厂全连铸生 产模拟，选择三转配三机的生产模式，根据用户产品要求先将开吹时刻 和正在浇钢的连铸机的机号输入程序，通过仿真模型程序运算，考虑各 种约束条件，最终运行结果就可能得到调度作业时间表和相应的调度方 案图。由调度作业时间表绘出的调度方案图则更为直观，可作为厂方实 际生产时的调度参考依据。需要指出的一点，在仿真调度方案制订后，合理的温度制度的仿真 就迎刃而解。考虑不可避免的温度损失，尽量减少等待过程中的温降， 就可决定合理的出钢温度。各厂工艺流程不同，温度损失、等待间隙、 所炼钢种均不
13、同，温度制度也不尽相同。3 3 计算机调度系统的描述计算机调度系统的描述3.13.1 系统结构图 3 为上钢三厂转炉分厂调度系统的网络拓扑，该系统是由上位机、 网络通讯卡和若干个工作站组成，ipcx344 网络通讯卡插在 PC 机内， 通过双绞线和各工作站(下位机)连接，网络最大通讯长度为 13.2 km，最佳使用距离为 1 km，网络上可挂 255 个工作站，使用 1015 个站的 效果最好。现场信号经过各工作站(INS100 系列模板)处理后与主机进 行双向数据通讯，并可通过上位机配备的 INS 控制器软件包实现对远程 过程检测点或执行机构的监控。INS100 系列随时输入、输出现场各种信
14、号，而在现场各办公室分 设的若干工作站进行终端显示，如需要还能在转炉分厂厂部办公室安放 终端显示。调度人员通过屏幕即可了解生产中各工序实际情况和具体调 度方案及其执行情况。因现场作业千变万化，各工序尽管努力执行计划 在规定时间内组织生产，偏差仍时而会出现，此刻便导致后部工序自动 延迟，如这一推迟影响了下一工序的运行，就产生红灯报警，调度人员 可通过调整时间来改变调度方案。 3.23.2 计算机结构计算机结构(硬件)应用国内自行开发的小型集散系统(DCS)，通过 INS100 系列产品完成数据采集、监控、通讯多项任务，其关键技术是 消化了美国英特尔公司的位总线(bitbus)通讯技术，并对网络通
15、讯部分 加以改进，提高了系统抗干扰能力。DCS 系统对简单工艺流程可单级控制，对中等以上规模的流程可分 级控制；系统中下位机配备了功能强大的实时多任务操作系统；上位机 可应用 PC 机的丰富软件，同时开发了在 WINDOWS 环境下的动态数据交 换技术，可实现多任务实时运行。DCS 系统具有成本低、可靠、使用方 便灵活的特点。该系统还包括系列模板和 INS 控制器软件包，包内含各种工业控制 用的画面和算法模块，可供 C 语言调用。 3.33.3 软件结构计算机调度系统软件开发原则是以连铸为中心，尽量减少钢包等待 时间来计算各工序的起始时间和间隙时间，从而满足产量最高的要求。本系统编程采用的是面
16、向对象程序设计 Borland C+语言，开发了 WINDOWS 环 境 下运图 3 计算机调度系统网络拓扑图Fig.3 Network topology on computer-aided scheduling system行的调度系统软件。软件的核心部分采用 Borland C+编程，外围的界 面设计采用 WINDOWS 的丰富资源库、类和通讯技术，并结合其它语言形 成软件实现环境，结构如图 4 所示。在 WINDOWS 环境下可采用多媒体手 段，实现对现场的监控，多个摄象头的视频信号可进入现场监控画面； 加之相应的音频技术，使视频、音频、过程数据一起提供给调度人员。 利用 WINDOWS 的多任务、多界面的技术，解决了各种信号及消息的传输 与处理以及中断的处理。图 4 调度系统的软件体系结构Fig.4 Software system structure of scheduling system软件的主要功能有：(1) 根据不同生产计划制定出不同的调度，实现不同生产规则；(2) 可采用不同的调度方案制定出不同的调度策略，
