炼钢厂连铸机的开浇时间确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金控制技术领域，具体涉及一种炼钢厂连铸机的开浇时间确定方 法。
【背景技术】
[0002] 连铸机开饶时间决策（Casting start time decision of continuous caster，CSDCC)问题的核心任务是确定连铸机各待开浇次是否能与前浇次连浇以及具体的 开浇时间。连铸机待开浇次开浇时间的合理确定是编制炼钢-连铸生产作业计划的前提条 件。目前，在实际生产中，炼钢连铸生产作业计划通常是在由调度员人工确定开浇时间后 编制完成，开浇时间的科学性与合理性成为制约钢厂生产作业计划能否顺利实施的重要因 素。因此研宄CSDCC问题有重要现实意义。
[0003] 炼钢厂生产线上的铁水/钢水的金属资源量平衡是影响开浇决策有效性的重要 条件。近年来，国内外专家学者针对炼钢一连铸生产的计划调度问题广为关注，研宄取得明 显进展。在与连铸机开浇时间相关的研宄中，Hubert M等设计了一种利用已知铁水量循环 迭代计算开浇时间的调度算法；谭圆圆等从最小电能消耗角度研宄了包括浇次开浇等在内 的调度作业时间计算方法；王闯等提出了在假设某台连铸机开浇时间已知情况下求解其他 连铸机的开浇时间的方法。然而，在目前研宄中大多对影响连铸机能否按计划连浇的因素 进行了简化处理，将研宄重点集中在对时间因素进行分析处理的生产作业计划的编制方 法方面，未涉及对影响开浇时间的生产线上铁水/钢水金属资源平衡各因素与开浇决策的 关系的研宄，因而制约了炼钢连铸生产计划调度问题研宄成果的现实应用效果。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种炼钢厂连铸机的 开浇时间确定方法，该方法能够实现连铸机浇次开浇时间的科学计算。
[0005] 为了实现本发明的上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种炼钢厂 连铸机的开浇时间确定方法，其包括如下步骤：
[0006] Sl，控制器分别与炼钢厂的制造执行系统（MES)数据库及MES客户端系统连接；
[0007] S2,建立开浇决策目标函数，所述目标函数为：
[0008]
[0009]
[0010]
[0011；
[0012；
[0013；
[0014；
[0015；
[0016] 其中，k为计划期序号，k e U，2，···，Ω}，Ω为计划期总数；i为铸机序列号， i e {1，2，…，H}，H为铸机总数；j为浇次序号，{1, 2,…，, iVf为第i铸机浇 次总数；P为钢液密度；η为金属损耗系数；q(!为各炉次平均浇钢量；4第k计划期全流 程平均物流时间；4为第k计划期开始时刻；< 为第k计划期结束时刻；4为第k计划期 第i铸机第j浇次计划浇铸炉数；〃；；为第k计划期第i铸机第j浇次最小间隔；为第 k计划期第i铸机第j浇次遗留任务结束时刻； 为第k计划期第i铸机第j浇次遗留任 务平均拉速；为第k计划期第i铸机第j浇次浇铸周期，4为第k计划期第i铸机第 j待开浇次平均拉速；为第k计划期第i铸机第j浇次遗留任务断面积；为第k计 划期第i铸机第j待开浇次任务断面积；叫?为第k计划期第i铸机第j浇次遗留任务浇 钢量；Cl为效益系数；C2为成本系数；这为第k计划期的进铁量，为已知量；gf为第k计划 期初的库存金属量，为已知量；0为第k计划期末的积压金属量，为未知过程变量；成为第 k计划期的线安全库存金属量，为未知过程变量；这为第k计划期金属损耗量，为未知过程 变量；&为第k计划期浇钢量，为未知过程变量；为第k计划期第i铸机第j待开浇次 开浇时刻，为待求未知数；
[0017] 式（1)表示目标函数由连续化程度收益减去积压金属量的成本构成；式（2)表示 连续化程度（Qk)等于各台连铸机的遗留任务浇铸时间与待开浇次浇铸时间之和除以H台 连铸机总的计划期时间；（3)表示积压金属量(G)分别由该计划期的进铁量(@)、期初库 存金属量（&)、在线安全库存金属量（迖）、金属损耗量（送）、浇钢量（这）的关系构成； 式（4)表示计划期累计浇钢量等于各台连铸机的遗留任务量与待开浇次浇钢量之和；式 (5)表示H台连铸机在计划期内的单位时间平均浇钢量（C)等于累计浇钢量除以计划期长 度；式（6)表示当计划期金属损耗系数已知时，累计金属损耗量与累计浇钢量的相互关系； 式（7)表示当用单位时间平均浇钢量计算平均在线库存金属量（G)时，应该利用金属损 耗系数η将其折算成相应数量的铁水量；式（8)表示在线安全库存金属量需要在平均在线 库存金属量的基础上加一个随机变动需求金属量。
[0018] S3,建立待开浇次与遗留任务约束条件、待开浇次之间是否连浇的约束条件、各待 开浇次时间与计划期起止时间约束条件以及积压金属量的约束条件，
[0019] S4,控制器通过MES数据库及全厂各MES客户端系统获得步骤S2中各已知量参数 的取值；
[0020] S5,根据步骤S4中已知量参数的取值计算中间变量，所述中间变量包括各待开浇 次浇铸周期、各铸机遗留任务浇铸时间、各铸机单位时间浇钢量、汇总的金属损耗系数、整 理后积压金属量公式中实数决策变量前系数、整理后实数型决策变量前系数；
[0021] S6,根据步骤S5获得的中间变量确定目标函数各系数，对于第i连铸机第j浇次， 令：
[0022] f (i，j) = f (i，j) +整理后实数型决策变量前系数X连铸机i第j浇次开浇时间 x(i，j)，令 P = f(i，j)，所述 x(i，j) = sdpvar(i，j)，其中，sdpvar(i，j)是 matlab 中定 义实数型变量的函数；
[0023] S7,根据步骤S5获得的中间变量确定步骤S3中的约束关系；
[0024] S8,利用优化求解器solvesdp (F，-P)，得到第k计划期第i铸机第j待开浇次开 饶时刻4及饶次间是否连饶的参数％，，其中，solvesdp ()是matlab优化函数，F为总的 约束关系，-P为求最大值时总的目标函数标识符；
[0025] S9,控制器根据得到的数据进行炼钢-连铸生产的作业计划编制，并对生 产运行系统实施有效控制。
[0026] 本发明从钢厂生产线上待加工的铁水/钢水金属资源平衡的角度，建立了以连铸 生产总效益最大为目标函数的连铸机开浇决策的混合整数规划算法并求解。能够实现连铸 机浇次开浇时间的科学计算，为编制合理的炼钢厂生产调度作业计划奠定基础，也有助于 稳定各班次之间的生产运行，降低生产线上的积压金属量，为炼钢厂连铸机的有序开浇提 供了技术手段。
[0027] 在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤S3中约束条件为：
[0028] 1)各待开浇次之间的连浇关系约束：
[0029]
(9)
[0030] 其中，￥为二进制变量，1表示第k计划期第i铸机第j浇次与遗留任务连浇，0 表示断浇，<、4为待求未知数；
[0031] Fl :当判断待开浇次与遗留任务之间是否连浇时，式（9)中
[0032]
[0033]
[0034] 式（9-10)表示当待开浇次与遗留任务连浇时，开浇时间点取遗留任务结束时刻， 非连浇时取遗留任务结束时刻加上浇次间隔时间至计划期结束某时刻；式（11)表示第k计 划期第i台连铸机第j浇次遗留任务量等于该铸机前一计划期计划浇钢量与已浇铸量的差 值；
[0035] F2:当决策其余各待开浇次之间是否连浇时，式（9)中
[0036]
[0037] 式（9)、（12)表示当除与遗留任务相邻的其余各待开浇次相互连浇时，该开浇时 间点取前浇次结束时刻，非连浇时取前浇次结束时刻加上浇次间隔时间至计划期结束某 时刻；
[0038] F3 :各待开浇次时间与计划期起止时间关系约束条件：
[0039] < <xke, (13)
[0040] F4 :积压金属量约束条件：
[0041] OSQhQtl-Qks-Qi-Qkc (14)。
[0042] 在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤S5中获得的中间变量为：
[0043] 各待开浇次浇铸周期=各待开浇次内炉数*各炉平均钢水重量八待开浇次拉速 *待开浇次断面积*钢液密度）；
[0044] 各铸机遗留任务浇铸时间=各铸机遗留任务钢水量八各铸机遗留任务拉速*各 铸机遗留任务断面积*钢液密度）；
[0045] 各铸机单位时间浇钢量=浇次拉速*浇次断面积*钢液密度；
[0046] 汇总的金属损耗系数=(1+金属损耗系数八1_金属损耗系数）+全流程物流时间