·120· 工程科学学报，第39卷，第1期 过制造单元的生产信息和能源信息的实时监控，向 的生成计划及二次资源量，进而用于能量流网络的供 制造执行系统、企业资源计划系统和能源管理系统 需匹配.在能量流网络的能量匹配过程中，利用能源 系统及时反馈，可为实现物质流和能量流的优化匹 平衡和㶲平衡分析方法，进行能量数量和质量的评价， 配创造条件 通过能量的质、量相当的供应、转化和利用，以及能量 3.2制造流程的协同 的梯级利用，进一步优化能源的分配，提高能源利用效 从钢铁制造流程的角度，铁素物质流是按生产工 率，促进节能减排 艺要求在流程主要工序的工位设备上进行冶金或加 以煤气子网络为例，在焦炉、高炉和转炉的铁素流 工，完成物质和能量的转换及利用，并且，生产计划与 治金过程中，冶金反应会分别产生焦炉煤气、高炉煤气 能源计划调度的协调可实现物质流和能量流的耦合， 和转炉煤气，如图4所示.煤气能源产品产生后按煤 基于流程的协调关系如图4所示 气种类分类储存与供应用户，进入能源系统，如供给加 基于图4可知，以生产计划与调度的对象一铁 热炉、热风炉等热工设备作为燃料利用，富余的煤气也 素物质流的生产计划为基础，引导能量流在特定位置 可用于发电.从制造流程的角度，一方面，了解生产计 进行网络交互：而在各种不同形式的能量流网络中又 划信息可有助于对二次煤气资源产生进行预测，了解 可按产能和用能关系进行网络匹配：将用能计划与生 生产调度信息可修正预测提高准确性：另一方面，计划 产计划相关联，通过生产作业计划既可确定各冶金工 和调度信息也可以为制造流程中用能设备能源需求进 艺过程所需的能源供应计划，同时也可确定二次能源 行预测和修正，提高煤气利用效率 煤气子网路 电力子网络 气体动力子网路 富余煤气 余热余压 LDG 用于发电 用于发电 气体及动力 蒸汽、压缩空气等 能量流网络 煤气分类与 电力供应 发电厂 电力供应 分类制备与 热水等供应 BFG 储存系统 调节系统 COG 为各设备正滑 高炉氧冷却水 运行提供电力 炉顶 余正 豪及茂汽 ○石灰 O加工 +烧结矿 热轧材 产品 球团矿 铁水 钢水 钢坯 加热 煤 焦炭 钢坯 88 1○ 5热风 热 COG BFG LDG 物质流路线 ·焦炉煤气输送路线一一+高炉煤气输送路线一·一，转炉煤气输送路线+其他物质及动力输送路线 COG一焦炉煤气：BFG一高炉煤气：LDG一转炉煤气 图4钢铁制造流程网络物质流和能量流的关系 Fig.4 Relationship between materials flow and energy flow in the iron and steel manufacturing process network 总体而言，钢铁制造流程的物质流和能量流的协 产的高效运行和能源的高效利用创造条件 同优化，可以从设备上的铁素物质流在能量流协同下 4.1钢铁制造流程不同生产运行控制水平的协同方式 的制造工艺过程进行有效控制，以及对基于生产计划 钢铁制造流程生产及能源系统的运行管控架构如 调度的制造流程网络运行状态的控制来实现，需要发 图5所示.从制造单元各设备的过程控制系统采集设 挥生产信息系统、能源管理系统及两者的协调作用. 备和生产过程的计划、生产实绩、设备状况及能源的相 4 钢铁制造流程物质流和能量流的协同优 关数据信息，进行数据的分类及存储，得到制造单元生 产及能源的数字化信息：生产管控和能源管理系统通 化方法 过相关信息的传递，进行生产及能源相协调的计划安 基于生产和能源相关信息，围绕生产计划、生产执 排：再通过设备层生产实绩信息的及时反馈，进行生产 行调度目标，进行生产资源和能源的匹配与协调，为生 执行过程中的及时调度调控，进而实现智能化的生产工程科学学报,第 39 卷,第 1 期 过制造单元的生产信息和能源信息的实时监控,向 制造执行系统、企业资源计划系统和能源管理系统 系统及时反馈,可为实现物质流和能量流的优化匹 配创造条件. 3郾 2 制造流程的协同 从钢铁制造流程的角度,铁素物质流是按生产工 艺要求在流程主要工序的工位设备上进行冶金或加 工,完成物质和能量的转换及利用,并且,生产计划与 能源计划调度的协调可实现物质流和能量流的耦合, 基于流程的协调关系如图 4 所示. 基于图 4 可知,以生产计划与调度的对象———铁 素物质流的生产计划为基础,引导能量流在特定位置 进行网络交互;而在各种不同形式的能量流网络中又 可按产能和用能关系进行网络匹配;将用能计划与生 产计划相关联,通过生产作业计划既可确定各冶金工 艺过程所需的能源供应计划,同时也可确定二次能源 的生成计划及二次资源量,进而用于能量流网络的供 需匹配. 在能量流网络的能量匹配过程中,利用能源 平衡和 平衡分析方法,进行能量数量和质量的评价, 通过能量的质、量相当的供应、转化和利用,以及能量 的梯级利用,进一步优化能源的分配,提高能源利用效 率,促进节能减排. 以煤气子网络为例,在焦炉、高炉和转炉的铁素流 冶金过程中,冶金反应会分别产生焦炉煤气、高炉煤气 和转炉煤气,如图 4 所示. 煤气能源产品产生后按煤 气种类分类储存与供应用户,进入能源系统,如供给加 热炉、热风炉等热工设备作为燃料利用,富余的煤气也 可用于发电. 从制造流程的角度,一方面,了解生产计 划信息可有助于对二次煤气资源产生进行预测,了解 生产调度信息可修正预测提高准确性;另一方面,计划 和调度信息也可以为制造流程中用能设备能源需求进 行预测和修正,提高煤气利用效率. COG—焦炉煤气;BFG—高炉煤气;LDG—转炉煤气 图 4 钢铁制造流程网络物质流和能量流的关系 Fig. 4 Relationship between materials flow and energy flow in the iron and steel manufacturing process network 总体而言,钢铁制造流程的物质流和能量流的协 同优化,可以从设备上的铁素物质流在能量流协同下 的制造工艺过程进行有效控制,以及对基于生产计划 调度的制造流程网络运行状态的控制来实现,需要发 挥生产信息系统、能源管理系统及两者的协调作用. 4 钢铁制造流程物质流和能量流的协同优 化方法 基于生产和能源相关信息,围绕生产计划、生产执 行调度目标,进行生产资源和能源的匹配与协调,为生 产的高效运行和能源的高效利用创造条件. 4郾 1 钢铁制造流程不同生产运行控制水平的协同方式 钢铁制造流程生产及能源系统的运行管控架构如 图 5 所示. 从制造单元各设备的过程控制系统采集设 备和生产过程的计划、生产实绩、设备状况及能源的相 关数据信息,进行数据的分类及存储,得到制造单元生 产及能源的数字化信息;生产管控和能源管理系统通 过相关信息的传递,进行生产及能源相协调的计划安 排;再通过设备层生产实绩信息的及时反馈,进行生产 执行过程中的及时调度调控,进而实现智能化的生产 ·120·