薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统的开发

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.041.009 第25卷第4期 北京科技大学学报 Vol.25 No.4 2003年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2003 薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统的开发 唐洪华田乃媛宋立东 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要开发了唐钢薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统.该系统分为调度、炼钢、精炼、连 铸、加热炉、连轧六个子系统，其中调度子系统负责仿真参数的初始化、计划的编制、实时调 整等：其他子系统负责工序仿真、参数产生以及故障模拟生成等，所编软件能够较好地模拟 实际生产流程，实现了整个生产线的合理衔接匹配：可以根据实际生产情况，进行计划的制 定和实时调整，并实现了对常见故障及时、灵活的处理. 关键词薄板坯连铸连轧流程，物流，仿真，调度 分类号TF087;TP319 薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统是一集 长度为36m;平移时间为40s. 中式计算机信息管理系统.该系统采用计算机网 轧机为2机架粗轧+5机架精轧；粗轧机咬 络通讯、数据库技术和Client/Server体系结构以 入速度13m/min;轧机的轧制间隙为30s:最大卷 及钢铁制造流程多维物流管制理论完成对炼钢 重为30t. 一连铸一连轧生产过程作业状态、物流状态的实 时监控和管制：运用物流管制理论编制科学的生 2开发背景 产调度作业计划，使各工序间生产节奏协调、物 薄板坯连铸连轧生产线的物流仿真系统是 流衔接稳定合理，从而实现整个生产工艺流程的 一个集中了冶金工艺技术、计算机技术、网络技 管理科学化 术、数据库管理技术等的有机整体.系统软硬件 1系统基本参数 平台的选用，必须能最大限度地描述生产过程的 实际情况且能够满足系统的总体建设目标和应 “薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统”是受 用需求，还要为今后发展做好准备，确保系统运 唐钢的委托，我校承担的科研课题。根据唐钢项 行环境整体性能优良，整个计算机硬件网络系统 目的进展情况，本仿真系统在设计时以达涅利 构成如图1所示.实际用到的硬件包括有PC服 (Danieli)与三菱组合流程参数来考虑，具体参数 务器、网络连接设备、前端的客户机和打印设备 如下， 等，均选用了当前较新的配制，以便满足系统的 模拟流程：1转炉一1LF一1薄板坯连铸机一 高效运行，同时便于今后的扩展 1加热炉一2粗轧机+5精轧机一1卷取机. 钢种：SS400(Q235),SMA400(16CuCr). 数据库服务器 成品规格：(0.8,1.2,1.5,2.0,3.0mm)×(850, 100M交换机 1150,1350,1550,1650mm), 转炉为150t熔炼周期为40min/炉：LF炉为 150t;平均处理时间为3640min;平均拉速为5m/ min;浇铸时间为40min/炉；连浇炉数为8炉 加热炉为BRICMONT,全长为230m;过渡段 调度 炼钢 精炼 连铸 加热炉 连轧 收稿日期2002-06-27唐洪华男，30岁，博士 图1仿真系统硬件平台网络拓扑图 *国家经贸委资助课题No.01BK-099-011) Fig.1 Network topology of the simulation system

第 2 5 卷 第 4 期 200 3 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n iv e 招iyt o f s c ie . e e a n d eT e 血n o lo gy B e ij 恤 g V b L2 5 N 0 . 4 A u g . 20 3 薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统的开发 唐 洪 华 田 乃 媛 宋 立 东 北京科技大 学冶金 学 院 , 北 京 10 0 0 83 摘 要 开发 了唐钢 薄板 坯连 铸连 轧流 程物 流仿 真 系统 . 该 系 统分 为调 度 、 炼钢 、 精 炼 、 连 铸 、 加 热 炉 、 连轧 六个 子系 统 , 其 中调度 子 系统 负责仿 真参 数 的初始 化 、 计 划 的编制 、 实时 调 整 等 : 其 他 子系 统负 责工序 仿 真 、 参 数产 生 以及 故障模 拟 生成 等 . 所 编软 件 能够较 好地 模 拟 实际 生产流 程 , 实现 了整个 生 产线 的合 理衔接 匹配 : 可 以根 据 实际 生产情 况 , 进行 计划 的制 定和 实时调 整 , 并实现 了对 常见 故 障及 时 、 灵 活 的处理 . 关键 词 薄板 坯连铸 连 轧流 程 , 物 流 , 仿 真 , 调 度 分类号 FT O87 ; PT 31 9 薄板 坯 连铸 连 轧 流 程 物 流 仿 真 系 统 是一 集 中式计 算机信 息管理 系统 . 该 系统 采用计 算机网 络通 讯 、 数据 库技 术和 lC l e n 灯S e r v e r 体 系结 构 以 及钢 铁 制 造 流 程 多维 物 流 管 制 理论 完 成 对炼 钢 一连 铸一连 轧生产 过 程作 业状 态 、 物流 状态 的实 时监 控和 管制 ; 运 用物流 管制 理论 编制 科 学 的生 产 调度 作 业计 划 , 使 各 工序 间生产 节 奏协 调 、 物 流衔 接 稳定 合理 , 从 而 实现 整个 生产 工艺 流程 的 管 理科学 化 , 长度 为 36 m ;平 移 时 间为 4 0 5 . 轧机为 2 机架 粗 轧 + 5 机架 精轧 ; 粗 轧机咬 入速 度 13 m /m in ; 轧机 的 轧制 间 隙 为 30 5 ; 最大 卷 重 为 3 0t . 1 系 统基 本参数 “ 薄板 坯 连铸 连 轧流 程 物流 仿 真 系统 ” 是 受 唐 钢 的委 托 , 我 校承 担 的科 研 课题 . 根 据 唐钢 项 目的进 展情 况 , 本 仿 真 系 统在 设 计 时 以达 涅 利 (D ian iel ) 与三 菱组 合 流程 参 数 来考 虑 . 具 体 参数 如下 . 模拟 流程 : 1 转炉一 IL F一 1薄板坯连 铸 机一 1 加 热 炉一 2 粗 轧 机 + 5 精轧 机一 1 卷取 机 . 钢 种 : 5 5 4 0 0 (Q 2 3 5) , S M A 4 0 0 ( 16 C uC 吟 . 成 品规 格 : ( 0 , 8 , 1 . 2 , 1 . 5 , 2 . 0 , 3 . o r n r n ) x ( 85 0 , 1 15 0 , 1 3 5 0 , 1 5 5 0 , 1 6 5 0 r o r n ) . 转 炉 为 15 0t ; 熔 炼 周 期为 40 m训 炉 ; L F 炉 为 150 t ; 平 均处 理时 间为 3 -6 40 m ;in 平 均拉 速 为 5耐 m in ;浇 铸 时 间为 4 0 m i川炉 ; 连 浇 炉数 为 8 炉 . 加 热 炉 为 B IR C M O N T , 全 长 为 23 0 m ;过渡 段 收稿 日期 2 0 02 刁卜 2 7 唐洪华 男 , 30 岁 , 博 士 * 国家经 贸委资 助课题 困 。 . ol B K · 0 9 9 一 0 1 1) 2 开 发 背景 薄 板 坯连 铸 连 轧 生产 线 的物 流 仿 真 系统 是 一 个集 中 了冶金 工 艺技 术 、 计算 机 技术 、 网络 技 术 、 数据 库 管理 技 术 等 的有 机整 体 . 系统 软硬 件 平 台 的选用 , 必须 能最 大 限度地 描 述生 产过程 的 实际情况 且 能够 满足 系统 的 总体 建设 目标和 应 用 需 求 , 还 要 为今 后 发展 做 好准 备 , 确保 系 统运 行 环境 整 体性 能优 良 . 整 个计 算机 硬件 网络 系 统 构成 如 图 1 所 示 . 实 际用 到 的硬件包 括 有 PC 服 务器 、 网络 连 接 设备 、 前端 的客 户机 和 打 印设 备 等 , 均 选用 了当 前较新 的配 制 , 以便满足 系统 的 高效运 行 , 同时 便于 今 后 的扩 展 . 数据 库服务器 1 0 0 M 交换机 , , , , , 彩搜咨)l哗飞 ’ 四旦里塑塑 , 丛坦里塑 , 四色更里 趁缪 调粤度 粤炼钢 粤精 炼 墓连铸 自 加热 炉 图 1 仿真 系统 硬件 平 台网络 拓 扑图 F咭 . 1 N e幻斤 o kr t o p o】0盯 o f t h e s i ln u l a it o n 盯 st e m DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2003. 04. 009

324 北京科技大 学 学 报 2003年第4期 本仿真系统运行过程中需要产生大量的数 (开始 据信息，并且各工序间需要共享这些信息.为了 便于管理和提高效率，把这些信息集中放在服务 仿真参数初始化 更改计划 器的数据库表中，由服务器来进行管理，各工序 生产计划输入放行 客户端只负责调用和显示这些信息，这就是所谓 调整流程 生产流程仿真 1否 的客户机/服务器(C/S)体系结构，可将工作负载 莎 合理地放到客户机和服务器上，因而能显著地提 →故障仿真 、调整计划？ 是 高系统性能.在实际设计中，从开发的角度来分 仿真工艺参数收集 析，业务规则的实现由客户端和服务器完成.软 打印仿真报告 件配置包括：服务器和客户机的网络操作系统， 分别采用Windows NT的Server和Workstation,.通 仿真结束？ 过TCPP协议进行通信；服务器端数据库采用 是 IBM公司的DB2 Universal Database Server关系型 (结束 数据库管理系统；前端开发工具采用DELPHI 图2系统总体流程图 5.0. Fig.2 Flow chart of the simulation system 热炉、连轧子系统.各子系统又包括许多模块，如 3系统设计 调度子系统主要包括生产计划生成、实时调整模 仿真软件的流程如图2所示.系统启动后，首 块：炼钢子系统包括炼钢过程模块、连铸信息查 先初始化仿真参数，如仿真开始时刻、仿真时间 询模块、过程数据查询模块等；连铸子系统包括 比例等，然后输入生产计划并放行后，开始进行 过程动态模拟、生产数据查询、成分查询、计划数 生产流程仿真，同时收集工艺参数以进行计划的 据查询、故障生成等模块：连轧子系统包括过程 动态调整.生产过程中还可以进行故障仿真，如 动态模拟、速度、温度、厚度信息查询及故障生成 加热炉缓冲或降低连铸拉速等，在仿真过程中， 模块，为保证系统风格一致，各子系统有部分模 各工序可以相互发送消息.计划执行完毕后，打 块统一设计，如仿真参数初始化、全厂信息、计划 印仿真报告，.如果继续仿真，需要重新输入生产 甘特图、实际甘特图、消息发送、报表等糢块，服 计划. 务器负责数据库和网络管理.详细介绍计划制度 根据系统仿真目标和软硬件配制，确定了如 和实时调整模块功能如下，其他子系统设计详见 图3所示的系统总体功能逻辑图.具体来说，仿 文献[1]第7章. 真系统按流程划分为：调度、炼钢、精炼、连铸、加 生产计划的制定采用炼钢、连铸、轧钢一体 服务器 数据库管理、网络管理 仿真时钟协调、数据存取、工序间通讯 ! 仿真系统初始化 接收总调度下齿 接收总调度下达 接收总调度下达 模拟产生加热炉接收总调度下达 生产计划的编制、 的生产调度指令 的生产调度指令 的生产调度指令 生产过程参数， 的生产调度指令 下达. 模拟产生炼钢生 模拟产生精炼生 模拟产生连铸生 缓冲时间计算， 轧制生产运行过 各工序故障接收， 产过程参数. 产过程参数， 产过程参数， 轧机故障处理策 程仿真， 根据故障调整生 做障情况和部分 故障情况和部分 产量计算、 略选择. 模拟产生轧制生 产调度计划. 生产信息的输入， 生产信息的输入， 故障情况和部分 生产信息输入， 产过程参数、 各工序状态显示 显示其他工段有 湿示其他工段有 生产信息的输入 显示其他工段有 模拟故障发生 报表， 关信息. 关信息。 显示其他工段有 关信息。 显示其他工段有 报表 报表。 关信息. 报表.~ 关信息. 报表。 报表。 图3系统总体功能 Fig.3 Functions of the simulation system

. 32 4 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 3 年 第 4 期 本 仿 真系 统 运 行 过 程 中 需要 产 生 大 量 的 数 据 信 息 , 并且 各 工序 间需 要共 享 这些信 息 . 为 了 便 于管 理和 提 高效 率 , 把 这 些信 息 集中放 在服 务 器 的数 据 库表 中 , 由服 务 器 来进 行 管 理 , 各 工 序 客 户端 只 负责 调用 和 显示 这 些信 息 . 这 就 是所 谓 的客户 机 /服 务 器 (C /)S 体 系 结构 , 可 将 工作 负 载 合 理地 放 到客 户机和 服 务器 上 , 因而 能显 著地 提 高 系统 性 能 . 在 实 际设 计 中 , 从 开发 的角度 来 分 析 , 业务 规 则 的 实现 由客 户 端和 服 务 器完 成 . 软 件 配置 包 括 : 服 务 器 和 客户 机 的 网 络操 作系 统 , 分 别采 用 V八n d 0 W s N T 的 S ver er 和 W 6 d 留 t at ion , 通 过 T C P八P 协 议 进行通信 ; 服 务器 端 数 据库 采 用 IB M 公 司 的 D B Z nU i v er s al D a at b a s e S e vr e r 关系 型 数 据 库 管 理 系 统 ; 前 端 开 发 工 具 采 用 D E L P H I 5 . 0 . 通噩) 仿真参数初始化 生产计划输入放行 更改计划 生产流程仿真 仿真 工艺参数收集 打印仿真报告 重新输划入计 图 2 系统 总体 流程 图 F ig . 2 F le w e h a rt o f t h e s i m u is iot n sy s et m 3 系统设 计 仿真 软件 的流程如 图 2 所 示 . 系 统 启动 后 , 首 先 初始 化 仿真参 数 , 如 仿 真开始 时刻 、 仿真 时间 比 例等 , 然 后 输 入 生产 计 划 并放 行 后 , 开始 进 行 生 产流 程仿 真 , 同时 收集工 艺参 数 以进 行 计划 的 动 态调 整 . 生 产 过程 中还 可 以进 行 故 障仿 真 , 如 加 热炉 缓 冲 或 降低 连 铸 拉速等 . 在 仿 真过 程 中 , 各 工序 可 以相 互发 送 消息 . 计划 执 行 完 毕 后 , 打 印 仿真 报告 . 如 果 继续 仿 真 , 需要 重 新 输入 生 产 计 划 . 根据 系 统 仿真 目标和 软 硬件 配制 , 确 定 了如 图 3 所示 的系 统 总体 功 能 逻辑 图 . 具 体来 说 , 仿 真 系统 按流 程划 分 为 : 调度 、 炼 钢 、 精 炼 、 连 铸 、 加 热炉 、 连轧 子 系统 . 各 子 系统 又包 括 许 多模块 , 如 调度 子 系统 主 要包 括 生产 计 划 生成 、 实 时 调整 模 块 ; 炼钢 子 系 统包 括 炼 钢 过程 模块 、 连铸信 息 查 询模块 、 过 程 数据 查 询 模块 等 ; 连 铸 子 系统 包 括 过程 动 态模 拟 、 生产数 据 查询 、 成分 查询 、 计划 数 据 查询 、 故 障 生成 等 模块 ; 连 轧子 系 统 包括 过 程 动态 模拟 、 速度 、 温度 、 厚度 信 息查 询及 故 障 生成 模块 . 为保 证 系统 风 格 一致 , 各 子 系 统 有部 分 模 块统 一 设计 , 如 仿 真参 数 初始 化 、 全 厂信 息 、 计 划 甘特 图 、 实 际甘 特图 、 消 息发 送 、 报 表等模 块 . 服 务器 负 责数 据 库和 网络 管理 . 详 细 介绍 计 划制 度 和 实时 调整 模 块功 能 如下 , 其 他 子 系统 设 计详 见 文献 【l] 第 7 章 . 生产 计 划 的制 定采 用 炼钢 、 连 铸 、 轧钢 一 体 服务器 数据库管理 、 网络管理 仿真时钟协调 、 数据存取 、 工序 间通讯 仿 真 系 统 初 始 化 接 收 总 调 度 下 达 接 收 总 调 度 下 达 接 收 总 调度 下 达 模 拟产 生加 热 炉 接 收 总 调度 下 达 生 产 计划 的编 制 、 的生 产调 度 指令 . 的生 产调 度指 令 . 的生产 调度 指令 . 生 产过 程 参数 . 的生 产调度 指令 . 下 达 . 模 拟 产 生 炼 钢 生 模拟 产 生 精 炼 生 模 拟 产 生 连 铸 生 缓 冲 时间 计算 . 轧 制 生产 运 行 过 各工序 故 障接 收 . 产过 程参 数 . 产过 程 参数 . 产 过程 参 数 . 轧 机故 障处 理 策 程仿 真 . 根 据 故 障 调 整 生 故 障 情 况 和 部 分 故 障 情况 和 部 分 产 量计 算 . 略 选择 . 模拟产 生 轧制 生 产 调度 计划 . 生产 信息 的输 入 . 生产信 息 的输 入 . 故 障 情 况 和 部 分 生 产信 息 输入 . 产过 程参 数 . 各 工序状 态 显示 . 显 示 其 他 工 段 有 显 示 其 他 工 段 有 生产 信 息 的输入 . 显示其 他工 段有 模拟 故 障发 生 . 报表 . 关 信 息 . 关信 息 . 显 示 其 他 工 段 有 关信息 . 显 示其 他 工 段 有 报 表 . 报 表 . 关信 息 . 报 表 . ` · 关信 息 . 报表 . 报表 . 图 3 系统 总体 功 能 F ig . 3 F u n e t i o n s o f t h e s i m u l a iot n sy s t e m

Vol.25 No.4 唐洪华等：薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统的开发 ·325- 化调整策略，综合考虑各个工序的生产约束条 时性很强的OLTP数据库系统.系统采用C/S结 件，制定出合理的生产计划.编制生产计划时，根 构，将数据集中放在厂调度室的数据库服务器 据合同反推出轧钢、连铸、炼钢的生产计划 上，具体用于各个分调度室客户端，各个客户端 生产计划制定后，生产实际参数与计划不同 不存在本地数据库.通过网络，生产中的实时数 或流程中某工序发生故障时需要调整，调整的最 据首先上传到数据库服务器：客户端依据各自功 大原则是尽量保证连铸不停浇，可以根据连轧故 能要求及权限，操作数据库服务器中的数据，设 障和炼钢一连铸区段故障分别制定调整策略，连 计了品种、钢种、工位、取样点、炉号、浇次号、板 轧故障可以由加热炉来缓冲，根据故障的持续时 坯号、生产计划号、轧制批号等16个信息代码来 间和加热炉的缓冲时间可以分四个层次来考虑： 保证信息的可靠性、可比性和适应性，使信息便 不影响连铸生产、连铸降低拉速、个别连铸坯碎 于与上级管理部门或外单位信息交换的要求，经 坯、连铸机停机.炼钢一连铸区段的故障调整策 现场的调研并根据用户提出的需求，系统在运行 略根据该区段的故障类型归纳为八种模式来处 过程中将产生以下几类数据表：基础数据表（提 理：兑铁时刻调整、剩余冶炼时间调整、出钢时刻 供系统运行所必需的各类基础参数，如品种、钢 调整、到站时刻调整、出站时刻调整、开浇时刻调 种、工位等信息)、过程数据表（提供各个生产工 整、剩余浇铸时间调整、停浇时刻调整，见图4.文 位上与生产相关的各种数据，这些数据一般实时 (开始 性较强且与生产节奏紧密相连，如转炉冶炼过 程、精炼过程等产生的数据)、实时数据表（各工 从计划表中取得数据 位生产过程中的实时数据，如连铸的剩余浇铸时 按浇次，连浇炉数排序 间、气体流量等)、计划表（轧钢计划、浇次计划、 否 栋钢一连铸计划等)、其他表（不能归为以上各类 有计划否？ 的数据，如用户表等)共52个.还设计了11个视 是 图和33个触发器. 取得数据中第一条记录 薄板坯连铸连轧物流仿真系统是一分布式 否 还有记录否？ 交互仿真系统，计算机网络是信息传输的桥梁， 是 薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统中数据通讯 结束 取得实际生产数据 事件具有随机性，必须有效利用并发通讯技术. 本系统中采用多进程、多线程机制.多线程是一 选择调整模式 种把线程划分为进程，并按照预分配的线程优先 级分配每个线程各自享用CPU时间的技术.线程 转炉 剩余 转炉精炼 精炼连铸 剩余连铸 对象在多个物流系统中使用，能及时、准确地在 兑铁 冶炼 出钢 到站 出站 开浇 浇铸 停浇 网络中各结点间传递消息，实时通讯内容主要包 时刻 时间 时 时刻 时刻 时刻 时间 时刻 括生产消息（如兑铁、开浇等）和故障及其处理消 调整 调整 调整 调整 调整 调整 调整 调整 息（如轧机故障、调整拉速等）两类共24种， 取得计划表中下一条记录 5仿真 5.1计划编制 图4炼钢一连铸区段实时调整模型 进入调度子系统后，按轧钢计划输入按钮进 Fig.4 Real time adjusting model of LD-CC section 入计划输入画面，见图5. 献[1]给出了各种模式的调整策略及相应的产生 首先选择本轧制单位的成品钢种、宽度和厚 式规则. 度，确定后再选择各轧制批次的厚度、重量、质量 4数据库设计和实时通讯 级别和铸坯单重.一个轧制批次的数据选好之 后，点“添加”按钮，即将此轧制批次数据写入下 “薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统”的数 方的列表中去，然后可以继续下一个轧制批次的 据库设计采用DB2关系数据库系统，属中型、实 计划输入，步骤同上，如有必要还可以调整各轧

Vb l . 2 5 N o . 4 唐 洪华 等 : 薄板坯 连 铸连 轧流程 物流 仿真 系 统的 开发 . 3 2 5 . 化 调 整 策 略 , 综 合 考 虑 各个 工序 的生 产 约束 条 件 , 制 定 出合理 的 生产计 划 . 编 制生产 计划 时 , 根 据 合 同反 推 出轧 钢 、 连 铸 、 炼 钢 的 生产 计划 . 生 产计 划制 定 后 , 生 产实际参数与计 划不 同 或 流程 中某 工序 发 生故 障 时需要 调整 , 调整 的最 大 原则 是尽 量保 证 连铸 不停 浇 . 可 以根据 连 轧故 障和炼 钢一连铸 区 段故 障分 别制 定调 整策 略 . 连 轧 故障 可 以 由加 热 炉来 缓冲 , 根据 故障 的持续 时 间和 加 热炉 的缓 冲 时 间可 以分 四个层 次来 考虑 : 不 影 响连 铸 生产 、 连 铸降低拉 速 、 个 别 连铸 坯 碎 坯 、 连铸 机停机 . 炼钢一 连铸 区段 的故 障调 整 策 略 根 据 该 区段 的故 障类 型 归纳 为 八 种模 式 来 处 理 : 兑铁 时刻调 整 、 剩余 冶炼 时 间调整 、 出钢 时刻 调 整 、 到站 时刻 调整 、 出站 时刻调 整 、 开浇 时刻 调 整 、 剩 余浇铸 时 间调整 、 停 浇 时刻调 整 , 见 图 4 . 文 从计 划表 中取 得数 据 按浇 次 , 连 浇炉 数排 序 取得数据 中第一条记录 取得实际生产数据 选择调整模式 剩 余 精炼 冶 炼 出站 时间 时刻 调整 调 整 取得计划表中下一条记录 时性 很 强 的 O LT P 数据 库 系 统 . 系 统采 用 C/ S 结 构 , 将 数 据 集 中放 在 厂 调 度 室 的数 据 库 服 务器 上 , 具 体用 于 各个 分 调度 室 客 户端 , 各个 客 户 端 不 存在本地 数据库 . 通过 网络 , 生产 中 的实时数 据 首 先上传 到 数据 库服 务器 ; 客户 端 依据各 自功 能要 求及 权 限 , 操 作 数据 库 服 务器 中的数 据 . 设 计 了品种 、 钢 种 、 工 位 、 取 样 点 、 炉 号 、 浇次 号 、 板 坯 号 、 生产 计划 号 、 轧 制 批号 等 16 个 信 息代 码来 保 证 信息 的可靠 性 、 可 比 性 和适 应 性 , 使 信 息便 于 与上 级 管理部 门或 外 单位 信息交 换 的要求 . 经 现 场 的调研 并根 据用 户提 出的需 求 , 系 统在运行 过 程 中将 产 生 以下 几类 数 据表 : 基 础数 据 表 ( 提 供 系 统运 行 所必 需 的 各类 基础 参数 , 如 品种 、 钢 种 、 工 位等 信 息 ) 、 过 程 数据 表 ( 提 供 各个 生产 工 位 上与 生产 相关 的各 种 数据 , 这 些 数据 一般 实 时 性 较 强且 与生 产 节 奏 紧密 相 连 , 如 转 炉冶 炼 过 程 、 精 炼过 程 等产 生 的 数据 ) 、 实 时数 据 表 ( 各 工 位 生产 过程中 的实 时数据 , 如连铸 的剩 余浇铸 时 间 、 气 体流 量 等 ) 、 计划 表 ( 轧钢 计 划 、 浇次 计 划 、 炼 钢一连铸 计划 等 ) 、 其 他 表 ( 不 能归 为 以上 各类 的数 据 , 如 用 户表 等 ) 共 52 个 . 还 设 计 了 1 个 视 图和 3 个触 发器 . 薄 板 坯 连 铸 连 轧 物 流 仿 真 系 统 是一 分 布 式 交 互 仿真 系 统 , 计 算机 网 络 是信 息 传输 的桥 梁 . 薄 板 坯连铸连轧 流 程物流 仿 真 系统 中数据 通 讯 事 件 具有 随 机性 , 必 须有 效 利用 并发 通讯 技 术 . 本 系统 中采 用 多进 程 、 多线程机制 . 多线 程 是一 种 把 线程划 分 为进程 , 并 按照预 分 配 的线程 优先 级 分配 每个 线程 各 自享 用 C P U 时 间的技 术 . 线程 对 象 在 多个 物流 系 统 中使 用 , 能及 时 、 准 确 地在 网络 中各 结点 间传 递消 息 . 实时通 讯 内容主 要包 括 生 产消 息 (如 兑 铁 、 开浇 等 ) 和故 障 及其 处理 消 息 ( 如 轧机 故 障 、 调 整 拉速 等 ) 两 类 共 24 种 . 图 4 炼钢 一 连铸 区段实 时调 整模 型 F ig . 4 eR a l it m e a dj u s it n g m o d e l o f L D · C C s e c iOt l l 献 【l] 给 出了各 种模式 的调 整 策 略及 相应 的产 生 式规 则 . 4 数据 库 设 计 和 实 时通 讯 “ 薄板 坯连 铸 连轧 流 程物 流 仿真 系 统 ” 的数 据 库设 计 采用 D B Z 关系 数据 库系 统 , 属 中型 、 实 5 仿 真 .5 1 计 划编 制 进 入 调度 子 系统 后 , 按 轧钢 计 划输 入按 钮 进 入计 划输 入 画 面 , 见 图 5 . 首先 选择 本 轧制 单位 的成 品钢 种 、 宽度 和 厚 度 , 确 定后 再选择 各 轧制 批次 的厚 度 、 重量 、 质 量 级 别和 铸 坯 单 重 . 一个 轧 制 批 次 的数据 选 好 之 后 , 点 “ 添 加 ” 按 钮 , 即将 此 轧制 批 次数 据 写入 下 方 的列表 中去 , 然后 可 以继 续下 一个 轧制 批次 的 计划 输 入 , 步骤 同上 . 如 有 必要 还 可 以调整 各 轧

·326· 北京科技大学学报 2003年第4期 制批次的先后顺序，改变某一轧制批次的部分计 5.4仿真结果 划数据，直至删除某一轧制批次，随着轧制批次 薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统仿真的 的添加、删除和更改，画面下方会显示此时的总 结果可以通过两种方式表现出来：(1)生产报表. 重量、合计的炉数以及轧制长度，供计划人员参 炼钢、精炼、连铸、加热炉、连轧子系统有本工位 考.当一个轧制单位的所有轧制批次都输入后， 的生产报表，调度子系统将生产信息分类，有钢 点“确定”按钮，系统调用知识库中的规程检验规 水生产报表、铸坯报表、钢卷报表；(2)实际甘特 则对当前计划进行检验、若有违反规则的地方， 图.如图6所示，由实际甘特图可知每炉钢水在 系统会报警并给出相应的提示，待更改计划后再 各工序的生产时刻及其铸坯生产的相关信息，从 进行提交：若检验通过，则提示计划提交成功，并 仿真软件的实际运行情况来看，所编软件达到了 写入数据库.计划提交后需要放行计划，将轧制 流程仿真系统的要求，具有良好的人机界面，能 计划列入生产日程，同时规定预轧制时刻，系统 够较好地模拟实际生产流程，基本实现了整个生 会按此准备生产. 产线的合理衔接匹配，对生产节奏的控制及缓冲 当轧制计划编制完毕后，系统调用知识库中 方案也进行了比较深入的研究，并且可实现对常 的规则同时完成炼钢计划，至此完成了整个生产 见故障及时、灵活地处理，为薄板坯连铸连轧流 计划的编制.当生产过程中实际参数与计划参数 程生产调度系统的在线应用打下了基础， 不一致时，实时调整模块自动调整生产计划， 转女 58400 1400 70 20 时 重 是号 单块 图6实际甘特图 Fig.6 Real gantt chart 900 《长度型红？ 6结论 提文 ×取情 (1)本系统采用CS结构，硬件平台由服务 图5计划输入画面 器、客户机和网络连接设备组成局域网，软件采 Fig.5 Menu of the plan inputting 用Windows NT作操作系统，数据库选用DB2,开 5.2流程仿真 发语言为Delphi5. 当计划制定后，炼钢、精炼、连铸、加热炉和 (②)系统设计为总体设计思想和仿真模块两 轧机工序将按照生产计划组织生产.通过相应模 部分系统分为调度、炼钢、精炼、连铸、加热炉、 块可以仿真薄板坯连铸连轧生产的实际过程，完 连轧六个子系统，其中总调子系统负责系统参数 成数据采集和管理、物料跟踪、通讯、报表等功 的初始化、计划的编制下达、故障的处理等：其他 能 子系统负责流程仿真、参数产生以及故障模拟生 5.3故障模拟 成等.六个子系统拥有仿真参数设置、全厂工序 模型库中的故障发生概率模型可产生生产 信息、计划甘特图、实际甘特图、报表、消息发送 过程中的随机故障，还可人工模拟故障的发生， 等相同模块， 系统采用相应的调度策略来处理.故障生成窗口 (3)根据故障发生位置制定了四种连轧故障 显示后，输入需要的各种信息，然后点击“确定” 实时调整策略，中种炼钢一连铸区段故障实时调 即可模拟实际故障的发生.当故障生成以后，系 整策略. 统可以自动调用故障处理模型来处理故障，并将 (4)数据库设计中，对系统基本要素加以编 调整后的调度计划下达给各个工位参照执行. 码，定义出16个基本代码：在信息模型中，制定 了基础数据表、过程数据表、实时数据表、计划数

一 32 6 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 03 年 第 4期 制批次 的先 后顺 序 , 改变某 一 轧制 批 次 的部 分计 划 数 据 , 直 至删 除 某 一轧 制 批 次 . 随着 轧 制批 次 的添加 、 删 除和 更 改 , 画面 下 方会 显 示 此 时 的总 重量 、 合 计 的炉 数 以及 轧 制 长度 , 供 计 划 人 员参 考 . 当一 个 轧制 单位 的所 有 轧制 批 次 都输入 后 , 点“ 确定 ” 按 钮 , 系 统调 用知 识 库 中的规 程 检验 规 则 对 当 前计 划 进 行检验 . 若 有违 反 规 则 的地 方 , 系统会 报警 并给 出相 应 的提 示 , 待 更改 计划 后 再 进 行提 交 ; 若 检验 通 过 , 则提 示 计划 提交成 功 , 并 写 入 数据 库 . 计划 提 交 后 需要 放 行 计划 , 将 轧制 计 划 列入 生 产 日程 , 同时规 定 预 轧 制 时刻 , 系统 会 按 此准 备 生 产 . 当 轧制 计 划编 制 完毕后 , 系统 调用 知识 库中 的规则 同 时完 成炼 钢 计划 , 至 此完 成 了整个 生产 计 划 的编制 . 当 生产过 程 中 实际 参数 与 计划 参数 不 一致 时 , 实 时调 整模块 自动 调整 生 产 计划 . .5 4 仿 真结果 薄 板 坯连 铸 连 轧 流 程 物 流 仿 真 系 统 仿 真 的 结果 可 以通 过 两 种 方 式表 现 出来 : ( l) 生 产 报表 . 炼钢 、 精 炼 、 连 铸 、 加热 炉 、 连 轧 子 系 统有 本 工位 的生 产 报表 , 调 度 子 系统 将 生 产信 息分 类 , 有钢 水 生 产 报表 、 铸坯 报 表 、 钢 卷 报 表 ; (2 ) 实际 甘特 图 . 如图 6 所示 , 由实际甘 特图 可 知每炉 钢 水在 各 工序 的生产 时 刻及 其铸 坯 生 产的相 关信息 . 从 仿 真 软件的 实际 运行 情 况来 看 , 所 编软件 达 到 了 流 程 仿真 系 统 的要 求 , 具 有 良好 的人 机 界 面 , 能 够 较好 地模 拟 实际生 产流 程 , 基 本 实现 了整个 生 产 线 的合 理衔接 匹配 , 对 生 产节 奏 的控 制 及 缓冲 方 案也 进行 了 比较 深 入 的研究 , 并 且可 实现 对 常 见 故 障及 时 、 灵活 地 处 理 . 为薄 板 坯 连铸 连 轧 流 程 生产 调 度 系统 的在 线 应用 打 下 了 基础 . 01 55 4 0 0 02 55 4 0 0 03 55 4 0 0 0 4 5 5 4 00 0 ` 55 4 00 0 6 55 4 00 O T 55 4 00 OB s 目滋孩 粼釜次魏纽 ` 掩佃箫 图 6 实 际 甘 特 图 F i g · 6 eR a l g a n t e h a rt 图 5 计划 输入 画面 iF g . 5 M e n u o f t h e Pl a n i n P u it n g .5 2 流 程 仿真 当计 划制 定 后 , 炼 钢 、 精 炼 、 连 铸 、 加 热 炉和 轧 机工 序 将按 照 生产 计划 组 织生 产 . 通 过相 应模 块 可 以仿 真薄 板坯 连铸 连 轧生产 的 实际 过程 . 完 成 数据 采 集 和 管理 、 物料 跟踪 、 通 讯 、 报 表 等功 育旨 . .5 3 故 障模拟 模型 库 中 的故 障 发 生 概 率 模型 可 产 生 生产 过程 中 的随 机 故 障 , 还 可 人工 模拟 故 障 的发 生 , 系统 采用相 应 的调 度策 略 来 处理 . 故 障 生成 窗 口 显示 后 , 输 入 需 要 的各 种信 息 , 然 后 点 击 “ 确 定 ” 即可 模拟 实际故 障 的 发 生 . 当故 障 生成 以后 , 系 统可 以 自动 调用 故 障处 理模 型 来处 理 故 障 , 并将 调 整后 的调 度计 划 下达 给 各个 工位 参 照 执行 . 6 结 论 ( l) 本 系 统 采 用 C/ S 结 构 , 硬 件平 台 由服 务 器 、 客 户机 和 网络 连 接 设 备 组成 局 域 网 , 软件 采 用 iW n d ow s N T 作操 作系 统 , 数 据库 选 用 D B Z , 开 发 语 言 为 D e lP hi s . (2 ) 系 统 设 计 为总 体 设 计 思想 和 仿 真模块两 部 分 . 系统 分 为 调度 、 炼 钢 、 精炼 、 连 铸 、 加热炉 、 连轧六 个 子系 统 , 其 中 总调 子系 统 负责系 统参 数 的 初始化 、 计划 的编制 下 达 、 故 障 的处理 等 ; 其 他 子 系统 负责 流 程仿 真 、 参 数 产生 以及故 障模拟 生 成 等 . 六 个 子 系统 拥 有 仿真参 数 设 置 、 全 厂 工 序 信 息 、 计划 甘 特 图 、 实际甘特 图 、 报表 、 消 息发 送 等 相 同模块 . (3 ) 根 据 故 障发 生 位 置制 定 了 四种连 轧 故 障 实 时调 整策 略 , 中种 炼钢一 连铸 区段故 障实时调 整 策 略 . (4 ) 数 据 库设计 中 , 对 系统 基 本 要 素加 以编 码 , 定 义 出 16 个 基 本代 码 ; 在 信 息模 型 中 , 制 定 了基 础数 据 表 、 过 程数 据表 、 实 时数据表 、 计划 数

VoL.25 No.4 唐洪华等：薄板坯连铸连轧流程物流仿真系统的开发 327 据表等52个表，11个视图，33个触发器 4殷瑞钰.钢铁制造流程的解析与集成[A].第125次 (⑤)系统中通过多进程、多线程机制实现实时 香山科学会议一钢铁制造流程的解析与集成报 通讯，主要内容为生产信息和故障信息两类，共 告摘要汇编（中国科学院C].北京：钢铁研究总院， 24种. 1999 (⑥)编制出薄板坯连铸连轧流程物流仿真系 5田乃媛，唐洪华，宋立东，等.薄板坯连铸连轧流程 的最新进展[].钢铁，2001,36(5)：681 统.从实际运行情况来看，所编软件具有良好的 6徐安军，田乃媛.薄板坯连铸一连轧流程的物流参 人机界面，能够较好地模拟实际生产流程，实现 数分析[).钢铁研究学报，1998,10(9)：136 了整个生产线的合理衔接匹配：可以根据实际生 7宋立东.薄板坯连铸连轧物流分析及调度策略仿真 产情况，进行计划的制定和实时调整，基本实现 [D1.北京：北京科技大学，2002 了对常见故障的及时、灵活的处理.对该系统作 8吴重光.仿真技术M).北京：化学工业出版社，2000 适当扩充、修改即可应用到相关流程的仿真，进 9施伯乐，周傲英，汪卫，等.DB2应用开发指南M. 一步完善后可在线应用， 北京：电子工业出版杜，1998 10皮德常，张凤林，丁宗红，等.CMS中的信息分类编 参考文献 码技术及其发展[).计算机集成制造系统，2002,8 1唐洪华.薄板坯连铸连轧流程的物流调控仿真D] (1):770 北京：北京科技大学，2002 11刘培志，周卫华，樊利霞，等。分布式仿真中实时网 2田乃媛.薄板坯连铸连轧M).北京：冶金工业出版 络通讯技术的研究[).计算机仿真学报，2000,17 社，1998 (5):482 3殷瑞钰，关于薄板坯连铸一连轧的工程分析).钢 12王忠，迟中先.Delphi5开发指南M.北京：电子工 铁，1998,33(1)：1 业出版社，2000 Development of the Mass Flow Simulation System of Thin Slab Continuous Cas- ting and Rolling Process TANG Honghua,TIAN Naiyuan,SONG Lidong Metallurgy School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The mass flow simulation system of thin slab continuous casting and rolling process in Tangshan iron and steel company was developed by integrating the technologies of simulation,database,network,communi- cation and computer.This system is composed of six subsystems:scheduling,steelmaking,refining,continuous cas- ting,reheating and continuous rolling.The scheduling subsystem mainly deals with initializing simulation parame- ters,establishing produce schedule and real modifying.The other subsystems mainly work for procedure simulating, parameters enacting and malfunction arising.This developed software can simulate the producing process so as to realize reasonable the joining and matching of all the procedures in the producing line.The scheduling plan can be established and modified on-line according to the real production conditions.The malfunctions can be disposed timely and flexibly. KEY WORDS thin slab continuous casting and rolling process;mass flow;simulation;scheduling

V b L2 5 N 0 . 4 唐洪 华等 : 薄板 坯 连铸连 轧 流程 物流 仿真系统 的开 发 一 32 7 . 据表 等 25 个表 , 1 个视 图 , 3 个 触 发器 . (5 )系统 中通过 多进 程 、 多线程 机制 实现 实 时 通 讯 , 主要 内容 为生 产信 息 和 故 障信 息两 类 , 共 2 4 种 . (6 ) 编 制出薄板坯连 铸 连 轧流 程 物流 仿 真系 统 . 从实 际 运行 情况来 看 , 所编 软 件 具有 良好 的 人 机 界面 , 能够 较 好地 模 拟 实 际生 产流 程 , 实现 了整 个 生产 线 的合 理衔接 匹配 ; 可 以根据 实 际生 产情 况 , 进行 计 划 的制 定和 实 时调整 , 基 本 实现 了对 常 见 故 障 的及 时 、 灵 活 的处 理 . 对 该 系统 作 适 当扩 充 、 修 改 即可 应 用 到相 关 流程 的仿真 , 进 一步 完善后 可 在线 应 用 . 参 考 文 献 唐 洪华 . 薄板坯 连铸 连 轧流程 的物 流 调控 仿真 ` 【D 】 . 北京 : 北京 科技 大学 , 2 0 0 2 田乃 媛 . 薄板 坯连 铸连 轧【M 」 . 北京 : 冶金 工业 出版 社 , 199 8 殷瑞 饪 . 关 于薄 板坯 连铸一连 轧 的工程 分 析 IJ . 钢 铁 , 19 9 8 , 3 3 ( l ) : l 4 殷 瑞 钮 . 钢 铁制 造 流程 的解 析与 集成 A[ ] . 第 125 次 香 山科 学会 议— 钢 铁 制造 流 程 的 解 析与 集 成报 告摘 要 汇编 ( 中国科 学院 ) [C] . 北京 : 钢铁 研究 总 院 , 19 9 9 5 田 乃媛 , 唐 洪华 , 宋立 东 , 等 . 薄 板坯 连铸 连轧 流程 的 最新进 展 IJ ] . 钢 铁 , 2 0 0 1 , 3 6 ( 5 ) : 6 8 1 6 徐 安军 , 田乃 媛 . 薄 板坯 连铸 一连轧 流程 的物 流参 数分 析 明 , 钢铁 研 究学 报 , 1 9 9 8 , 1 0( 9 ) : 13 6 7 宋 立东 . 薄板 坯 连铸 连轧物 流 分析 及调 度策 略仿 真 [D ] . 北京 : 北 京科 技 大学 , 2 0 0 2 8 吴 重光 . 仿真 技术 [M ] . 北京 : 化 学工 业 出版社 , 200 9 施 伯 乐 , 周傲英 , 汪 卫 , 等 , D B Z 应 用 开发指 南 M[ ] . 北京 : 电子 工业 出版 社 , 1 9 8 10 皮德 常 , 张 凤林 , 丁宗 红 , 等 . C IM S 中的信息 分类编 码 技术 及其 发展 [J] . 计 算机集 成 制造 系统 , 2 002 , 8 ( l ) : 7 7 0 1 刘 培志 , 周 卫 华 , 樊利 霞 , 等 . 分 布式 仿真 中实 时 网 络通 讯 技术 的研 究 明 . 计算 机仿 真 学报 , 2 00 , 17 ( 5 ) : 4 8 2 12 王 忠 , 迟 中先 . D e lP hi s 开 发指 南【M ] . 北 京 : 电子工 业 出版社 , 2 0 0 0 D e v e lop m e n t o f ht e M a s s F l o w S im u lat i o n S y s t e m o f T h i n S lab C o n t inu o u s C a s - t ign an d R o lli n g P or c e s s AT N G 石勺馆丙au, IT汉 N 入乞 iy u an, S O N G Lido gn M e alt 】嘶罗 Shc o o l , nU iV esr iyt o f s e ien e e an d eT e hn o 1 0 gy B e ij in g , B e ij in g l 0 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T Th e m as s fl ow is m u l iat on sy s t e m of t ih n sl ab c o n t l n u o u s c as t i n g an d or il gn P r o ce s in 毛坦g s h an i orn an d st e e l c o m P an y w a s de v e l o P e d 妙 加t e gr at ign ht e t e e iln o l o g i e s o f s lm u l at i叽 d a 切bL as e , n e wt o rK e o n u 力 u n l - e iat on an d e o m Put .er Th l s s y s ot m 1 5 e o m P o s e d o f s 议 s ub s y s et m s : s e h e dul ign , st e e iln iak n g , er if in n g , e o in l n u o us e as - 血g , r e h e a t i n g an d c o n tiun o us or n ign . Th e sc he dul ign s ub sy st em m a l n l y de al s W lht iin t l al 返in g s众n u l iat on p a r 田叭 e - et sr , e s abt li s h i n g P r o d u e e s hc e d u l e an d er a l m o id fy in g . T七e o t h e r s ub s y s t e m s m ian ly w o r k fo r P r o e e d ur e s im u 1at 1 n g , Pa了aj m et e sr e acn t ign an d m al 五』11 ct i o n iar s ign . T h i s d e v e loP e d s o ft w ar e e an s l m u l at e het P r o du c ign P r o e e s s 5 0 a s t o er al 说e er as o n ab l e ht e j o i n 1 n g an d m at c hi n g o f al l ht e P or e e d ur e s in het P r o du c ign l ien . hT e s e h e du l ign P lan e an b e e s abt li s h e d an d m o id if e d o n 一 l ien ac e o r d ign t o 奴 , er al Por d u e it o n e on id it on s . hT e m al 丘m e t l osn e an b e d isP o s e d it m e ly an d fl e 劝b l.y K E Y W O R D S ht in s l ab e o n t i n u o us e as t l n g an d or lli n g P or e e s s : m a s s fl ow : s im u lat ion ; s e h e d u li n g