[发明专利]一种钢铁企业加热炉与热轧生产作业集成控制方法及装置

摘要

一种钢铁企业加热炉与热轧生产作业集成控制方法及装置，属于钢铁冶金的技术领域。首先建立热轧生产作业模型和加热炉生产作业模型，利用智能优化算法确定初始生产作业；对所得到的生产作业方案进行评价和分析；通过闭环控制策略将评价和分析的结果进行反馈，对生产作业方案进行修正，最终确定符合条件的加热炉与热轧工序生产作业集成控制方案。本发明采用闭环控制策略，将加热炉和热轧工序集成起来，可以在很大程度上避免现有方法容易陷入局部最优的局限，并有效解决当前实际生产中存在的突出矛盾问题，实现加热炉和热轧生产作业编制的集成控制和优化。

主权项

1.一种钢铁企业加热炉与热轧生产作业集成控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：确定热轧机组生产运行的控制目标，并建立机组自身正常运行所需要的工艺约束条件；为确定控制目标和约束条件，建立热轧生产作业模型，对热轧机组的生产作业系统进行描述；所述的建立生产作业模型如下：设有1条热轧机组，当前待轧制板坯集合N＝{1，2，...，n}，建立的热轧生产作业模型描述如下：minimizeΣi=1n-1cxixi+1---(1)]]>s.t.式中，x_i为决策变量，表示热轧机组的轧制顺序中排在第i个位置的板坯的板坯号，即x_i∈N，i＝1，2，...，n；表示相邻板坯之间的规格和工艺切换所对应的生产成本，其中相邻板坯之间的规格包括板坯的宽度、厚度、硬度、轧制温度；表示总的热轧生产成本；模型的约束条件如下：|wxi-wxi+1|≤Wmax,i=1,...,n-1---(2)]]>|gxi-gxi+1|≤Gmax,i=1,...,n-1---(3)]]>pximin≤i≤pximax,i=1,...,n---(4)]]>|CUTxi|≤qxi,i=1,...,n-1---(5)]]>|Hxi|≤h,i=1,...,n-1---(6)]]>x_i∈N，i＝1，...，n                       (7)式中，约束(2)和(3)为系统自身的工艺和生产运行约束条件，分别保证相邻板坯的宽度和厚度跳跃在允许的范围内，和分别表示板坯x_i的轧制宽度和厚度，W_max和G_max分别表示相邻板坯的最大允许宽度和厚度跳跃；约束(4)保证板坯x_i必须编排在规定的轧制位置范围内，p_i^min和p_i^max分别表示板坯x_i在轧制单元中的最小和最大允许编排位置；约束(5)保证具有相同切割类型的板坯连续编排量不能超过该类型所规定的最大允许值其中表示在板坯x_i之前连续轧制且与板坯x_i的切割类型相同的板坯集合；约束(6)保证厚度较大板坯的连续编排量不能超过规定的最大允许值h，其中表示在板坯x_i之前连续轧制且与板坯x_i同属于厚度较大板坯的板坯集合；约束(7)是决策变量x_i的取值范围；步骤2：确定加热炉工序生产运行的控制目标，并建立加热炉自身正常运行所需要的工艺约束条件；根据步骤1所确定的热轧生产作业方案，建立加热炉生产作业模型，对加热炉工序的生产作业系统进行描述；所述的加热炉生产作业模型如下：设给定热轧生产作业为S＝{s₁，s₂，....，s_n}，其中s_i表示轧制单元中编排在第i个位置进行轧制的板坯的板坯号，设共有M个相同的并行加热炉，加热炉工序生产作业模型描述如下：minimizew1Σi=1n(ei-bi-hi)+w2Σi=2n(ei-ei-1-ri-1)++w3(en-b1)---(8)]]>s.t.式中，w_i表示各子目标在目标函数(8)中的权重；第一项是所有板坯的过烧时间，其中b_i、e_i、h_i分别表示编排在第i个位置的板坯s_i的入炉时间、出炉时间和需要的最小在炉加热炉时间；第二项是热轧机组等待加热炉出板坯的总等待时间，其中r_i表示编排在第i个位置的板坯s_i的轧制时间；第三项w₃(e_n-b₁)表示加热炉的总工作时间；模型的约束条件如下：Σm=1Mxim=1,i=1,...,n;m=1,...,M---(9)]]>y_ij＝0，i，j＝1，...，n and i＞j                                    (10)|g_i-g_j|≤G′_max+Q(1-y_ij)，i，j＝1，...，n                           (11)b_i+t≤b_j+Q(1-y_ij)，i，j＝0，...，n                                  (12)e_i+t≤e_j+Q(1-y_ij)，i，j＝0，...，n                                  (13)b_j≥e_i+Q(z_ij-1)，i，j＝0，...，n                                    (14)e_i≥b_i+h_i，i＝2，...，n                                             (15)e_i≥e_i-1+r_i-1，i＝2，...，n                                   (16)x_im，y_ij，z_ij∈{0，1}，i，j＝0，...，n；m＝1，...，M          (17)b_i，e_i≥0，i＝0，...，n                                       (18)式中，约束(9)保证每个板坯能且只能分配到一个加热炉进行加热，其中x_im表示板坯s_i的装炉方案，即如果将板坯s_i装入m#加热炉，那么x_im＝1，否则x_im＝0；约束(10)保证加热炉中板坯的加热顺序要服从已编制好的板坯热轧轧制顺序，其中y_ij表示板坯s_i和s_j在加热炉内的相邻关系，即如果在加热炉中板坯s_j紧邻在板坯s_i之后，那么y_ij＝1，否则y_ij＝0；约束(11)保证同一加热炉中相邻的板坯的厚度跳跃在规定的最大允许范围G′_max内，其中Q是一个足够大的数，g_i和g_j分别表示板坯s_i和s_j的厚度；约束(12)和(13)是相邻板坯进出加热炉的时间关系，保证加热炉在加热板坯时是先进先出，其中t是板坯进出加热炉所需要的调整时间；约束(14)是加热炉的自身运行条件约束，保证加热炉能够同时加热的最大在炉板坯数为L_m(m＝1，2，..，M)，其中z_ij＝1表示在同一加热炉的板坯加热序列中板坯s_i在板坯s_j之前的第L_m个位置上；约束(15)是板坯自身的加热工艺要求，保证每个板坯必须在加热炉中加热到所要求的时间后才能出炉；约束(16)是加热炉与热轧之间的无缓冲工艺要求，保证只有当热轧空闲时下一块要轧制的板坯才能从加热炉中出来；约束(17)和(18)是决策变量b_i和e_i的取值范围约束；步骤3：确定热轧工序的初始生产作业方案和加热工序的产生作业方案；根据步骤2的加热炉生产作业模型，利用基于决策树的启发式算法并确定与热轧工序的初始生产作业对应的加热炉工序的初始生产作业方案；步骤4：利用智能优化算法对初始热轧工序和加热炉工序生产作业集成方案进行优化和改进；步骤5：对改进的热轧工序和加热炉工序生产作业进行评价和分析：根据加热炉工序和热轧工序的生产和操作规程、生产成本经济指标，确定改进后的加热炉工序生产作业和热轧工序生产作业的不协调因素，包括热轧和加热炉之间生产节奏的协调程度、热轧和加热炉中相邻板坯之间在规格或工艺上的切换是否圆滑、加热炉中板坯的过烧程度；步骤6：将评价和分析结果进行反馈，并对生产作业进行相应的修改和调整；步骤7：如果修改和调整后的生产作业符合实际的生产工艺要求，则下发给热轧机组和加热炉执行；否则，将该生产作业作为输入，转到步骤4。