专利名称：一种钢铁企业能源仿真场景编制方法
技术领域：
本发明属于冶金的能源仿真技术领域，特别是提供了一种钢铁企业能源仿真场景 编制方法，是一种通用的、可反映钢铁制品物质流变化、产品工艺、异常工况、设备检修等因 素的方法，
背景技术：
钢铁企业涉及的能源介质众多，各种介质之间存在转换和制约关系，能源消耗与 生产过程密切相关，钢铁企业能源仿真平台可模拟钢铁企业能源系统，是研究钢铁企业能 源系统的有效工具。在钢铁企业生产过程中，企业模式、产品类型、生产路径、设备生产周 期、设备异常工况是造成能源波动的主要因素，能源仿真平台需要编制不同的仿真场景，以 反映这些因素对企业生产和能耗的影响。目前，国内外研究的钢铁企业能源仿真多针对具体的企业中某种能源介质，其仿 真场景建立有以下几种方式依据企业实际生产计划；根据定义设备的启动或停止确定若 干方案。其仿真场景建立的问题在于多直接根据企业实际生产计划，涉及的能源设备有 限，对于不同的企业，通用性体现得不够。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢铁企业能源仿真场景编制方法，不仅可编制出钢铁 企业能源仿真平台所需要的物流变化、产品工艺变化、异常工况、设备检修的仿真场景，而 且该场景可适用于多个钢铁企业的能源系统仿真，从而使仿真平台可模拟出各种场景下各 个钢铁企业能源介质的使用、转换、输配、存储和放散的情况。通过该方法，可编制出钢铁企业能源仿真平台所需要的物流变化、产品工艺变化、 异常工况、设备检修等仿真场景，使仿真平台能够模拟出各种场景下能源的使用、副产能源 的回收、能源设备的负荷分配、能源的放散和外购情况。本发明从钢铁企业能源波动变化因素着手，考虑不同钢铁企业钢厂模式、设备类 型、产品类型、工艺路径、生产周期、设备状态、异动因素、物流因素等内容，编制出可反映以 上因素的仿真场景。本发明包括以下步骤模型构造，钢铁企业建模，场景初始化，场景编制，场景结果 输出；其中模型构造和钢铁企业建模是场景编制的基础，场景初始化是场景编制的初始条 件，场景结果输出是场景编制的最终结果。方法中的模型构造是场景编制的基础，提供了相对通用的钢铁企业的表示方法， 用以解决钢铁企业不同模式、设备类型、产品类型和工艺路径而带来的生产过程差异。主要 构造了设备模型和产品模型，两类模型通过模型的属性和参数，以及工艺路径的定义进行 关联，其中产品模型中的机组、产出产品规格、对应原料规格属性，与设备模型中的产出规 格范围相关联，工艺路径中定义的工序链为设备模型中工序属性的集合。钢铁企业建模依据具体的实际钢铁企业或设计的钢铁企业确定各类模型的参数值。对于设备模型，首先确定模型的数量，其次定义模型的基本参数和输入输出参数。产品 模型则直接确定其参数。通过改变模型参数，可对不同的钢铁企业建模，从而表现企业设备 类型、产品类型、工艺路径的变化引起的能源的波动情况。场景初始化对包括与工况和物流相关因素的场景初始化，以及仿真参数的定义。 工况初始化定义某些设备在某个时间段的工况(检修或故障)，具体内容包括设备名称， 工况(检修或故障)，该工况起始时间点和结束时间点。物流相关因素初始化包括产品名 称，产品计划产量，各设备的负荷率(缺省为设备的设计能力)，其中设备负荷率用来表示 某些外部条件下生产任务不饱满而导致的能耗差异。在产品名称和产品计划产量的定义 中，可同时定义多个产品，这样可对钢铁企业多种产品同时生产的情况进行仿真。仿真参数 定义包括仿真开始时间，仿真步长。场景编制的目的是在钢铁企业模型的基础上，根据初始化数据，给出钢铁企业各 个设备在每个时间步的设备状态、计划产量、开始时间等内容，供仿真平台作为输入场景进 行仿真。场景编制分三个子步骤分别为逆向确定产品生产流程的工序有向图并计算各工 序所需物料；正向确定生产流程中工序有向图中的各个具体设备，以及设备的运行时间、计 划产量、设备状态等内容；确定能源和回收设备的设备状态。其中前两个子步骤对生产设 备进行处理，是仿真场景编制的重点，最后一个步骤是对能源和回收设备的处理。钢铁生产 流程中铁素流为主流程，能量流是主流程的驱动力，是为主流程服务的，而铁素流的流动与 生产设备的作业计划密切相关。因此，场景编制的前两个与生产设备相关的编制子步骤参 考作业计划的编制过程，以钢铁企业建模建立的模型为基础，从场景初始化定义的初始化 数据开始，逆向物料计算，正向编制各个设备在各个仿真周期的状态、产量、生产时间等内 容。逆向确定产品生产流程的工序有向图并计算各工序所需物料中，工序有向图的确定和 相应的物料计算进一步细分为子步骤逆向确定钢后工序有向图并计算所需物料，逆向确定 冶炼工序有向图并计算所需物料和逆向计算铁前工序有向图并计算所需物料。其中逆向确 定钢后工序有向图并计算所需物料是对钢后工序的处理，主要指连铸、热轧、钢管和冷轧， 钢后工序的特点是根据设备产出和输入物料的规格和钢种来确定具体的生产设备，由初始 化中产品的机组属性确定最终工序，从最终工序开始，根据产品与原料对应关系，得到前一 工序的输出规格，再将产品规格与前一工序产出的规格相匹配，确定前一道工序。逆向确定 冶炼工序有向图并计算所需物料是对冶炼工序进行处理，一般指从铁水预处理到连铸前的 精炼，其生产工序根据最终产品的钢种所对应的工艺路径确定。逆向计算铁前工序有向图 并计算所需物料指对铁前工序进行处理，主要指高炉、烧结、球团和焦化，只要企业中包括 这些工序，则这些工序均在生产流程中。该子步骤从生产流程的最后一道工序开始，到仅用 原材料进行生产的工序结束，逆向确定了生产的工序链，并在确定过程中，对物料进行了合 并，同时对工序有向图中每个可用的设备进行了列举，计算了设备的原料需求量和产出量。 正向确定生产流程中的各生产设备状态包括子步骤正向确定各设备仿真时间步，得到总步 数和分别确定各生产设备在各时间步的状态、产量。正向确定各设备仿真时间步，得到总步 数从子步骤确定的生产工序有向图某个起始点开始，依次确定各个设备的时间步产量、步 数、生产时间，在确定这些信息的过程中，考虑初始化定义的检修、故障工况，最终得到仿真 场景的仿真总时间步。分别确定各生产设备在各时间步的状态、产量正向确定每个生产设 备在各个时间步的设备状态、设备计划产量、开始时间等内容。确定能源和回收设备的设备状态将企业的能源和回收设备，按照仿真时间和仿真步长，确定其设备状态。若初始化定义 了某设备的检修和故障，则设备状态按定义给定，否则设备状态为正常。场景输出依据仿真平台场景要求，将仿真场景按以下格式输出场景编码、仿真开 始时间、场景说明、仿真步长、设备名称、仿真时间步、设备状态、设备产量。本发明的优点在于1、通过模型构造和钢铁企业定义，提供了相对通用的钢铁企业的表示方法，解决 了钢铁企业不同模式、设备类型、产品类型和工艺路径而带来的生产过程差异和能源波动 的仿真场景表示。2、仿真场景建立考虑了企业的能源设备和回收设备，通过初始化定义任意设备在 某个时间段的检修和故障情况，可使仿真平台不仅对生产设备，还可对能源和回收设备检 修和故障情况的场景进行仿真，从而模拟出这些工况下能源介质的消耗、产出和存储情况。3、通过初始化定义设备负荷率，并在编制过程中通过负荷率计算设备产量，使仿 真场景可表示由于设备不能满负荷运行时，导致的对能源介质回收、消耗、及设备效率的影 响。4、生产设备工况的编制过程参考作业计划的编制过程，采用逆向确定工序有向图 并计算物料需求量，在计算过程中进行必要的物料合并，正向确定具体设备的仿真时间、状 态、计划产量。使仿真场景与实际钢铁企业生产相吻合，从而使仿真平台更能反映企业的能 源系统运行情况。
图1是钢铁企业能源仿真场景编制方法步骤。图2是子步骤逆向确定钢后工序链并计算所需物料的流程图。图3是子步骤逆向确定冶炼工序有向图并计算所需物料的流程图。图4是子步骤正向确定各设备仿真时间步，得到总步数的流程图。图5是子步骤分别确定各生产设备在各时间步的状态、产量的流程图。
具体实施例方式发明包括以下步骤模型构造，钢铁企业建模，场景初始化，场景编制，场景结果输 出。其中模型构造和钢铁企业建模是场景编制的基础，场景初始化是场景编制的初始条件， 场景结果输出是场景编制的最终结果。方法中的模型构造是场景编制的基础，提供了相对通用的钢铁企业的表示方法， 用以解决钢铁企业不同模式、设备类型、产品类型和工艺路径而带来的生产过程差异。主要 构造了设备模型和产品模型，两类模型通过模型的属性和参数，以及工艺路径的定义进行 关联。具体设备模型如下所示
权利要求
1.一种钢铁企业能源仿真场景编制方法，其特征在于，包括模型构造，钢铁企业建模， 场景初始化，场景编制，场景结果输出；其中模型构造和钢铁企业建模是场景编制的基础， 场景初始化是场景编制的初始条件，场景结果输出是场景编制的最终结果；模型构造是场景编制的基础，构造了设备模型和产品模型，设备模型和产品模型通过 模型的属性和参数，以及工艺路径的定义进行关联，其中产品模型中的机组、产出产品规 格、对应原料规格属性，与设备模型中的产出规格范围相关联，工艺路径中定义的工序链为 设备模型中工序属性的集合；钢铁企业建模依据具体的实际钢铁企业或设计的钢铁企业确定各类模型的参数值；对 于设备模型，首先确定模型的数量，其次定义模型的基本参数和输入输出参数；产品模型则 直接确定其参数；通过改变模型参数，对不同的钢铁企业建模，从而表现企业设备类型、产 品类型、工艺路径的变化弓I起的能源的波动情况；场景初始化对包括与工况和物流相关因素的场景初始化，以及仿真参数的定义；工况 初始化定义某些设备在某个时间段的工况；场景编制是在钢铁企业模型的基础上，根据初始化数据，给出钢铁企业各个设备在每 个时间步的设备状态、计划产量、开始时间内容，供仿真平台作为输入场景进行仿真；场景输出依据仿真平台场景要求，将仿真场景按以下格式输出场景编码、仿真开始时 间、场景说明、仿真步长、设备名称、仿真时间步、设备状态、设备产量。
2.根据权利要求1所述的能源仿真场景编制方法，其特征在于场景初始化具体内容 包括设备名称，工况，该工况起始时间点和结束时间点；物流相关因素初始化包括产品 名称，产品计划产量，各设备的负荷率，其中设备负荷率用来表示某些外部条件下生产任务 不饱满而导致的能耗差异；在产品名称和产品计划产量的定义中，能同时定义多个产品，这 样能对钢铁企业多种产品同时生产的情况进行仿真；仿真参数定义包括仿真开始时间， 仿真步长。
3.根据权利要求1所述的能源仿真场景编制方法，其特征在于场景编制分三个子步 骤分别为逆向确定产品生产流程的工序有向图并计算各工序所需物料；正向确定生产流 程中工序有向图中的各个具体设备，以及设备的运行时间、计划产量、设备状态内容；确定 能源和回收设备的设备状态；其中前两个子步骤对生产设备进行处理，是仿真场景编制的 重点，最后一个步骤是对能源和回收设备的处理；钢铁生产流程中铁素流为主流程，能量 流是主流程的驱动力，是为主流程服务的，而铁素流的流动与生产设备的作业计划密切相 关；因此，场景编制的前两个与生产设备相关的编制子步骤参考作业计划的编制过程，以钢 铁企业建模建立的模型为基础，从场景初始化定义的初始化数据开始，逆向物料计算，正向 编制各个设备在各个仿真周期的状态、产量、生产时间等内容；逆向确定产品生产流程的工 序有向图并计算各工序所需物料中，工序有向图的确定和相应的物料计算进一步细分为子 步骤逆向确定钢后工序有向图并计算所需物料，逆向确定冶炼工序有向图并计算所需物料 和逆向计算铁前工序有向图并计算所需物料；其中逆向确定钢后工序有向图并计算所需物 料是对钢后工序的处理，主要指连铸、热轧、钢管和冷轧，钢后工序的特点是根据设备产出 和输入物料的规格和钢种来确定具体的生产设备，由初始化中产品的机组属性确定最终工 序，从最终工序开始，根据产品与原料对应关系，得到前一工序的输出规格，再将产品规格 与前一工序产出的规格相匹配，确定前一道工序；逆向确定冶炼工序有向图并计算所需物料是对冶炼工序进行处理，一般指从铁水预处理到连铸前的精炼，其生产工序根据最终产 品的钢种所对应的工艺路径确定；逆向计算铁前工序有向图并计算所需物料指对铁前工序 进行处理，主要指高炉、烧结、球团和焦化，只要企业中包括这些工序，则这些工序均在生产 流程中；该子步骤从生产流程的最后一道工序开始，到仅用原材料进行生产的工序结束，逆 向确定了生产的工序链，并在确定过程中，对物料进行了合并，同时对工序有向图中每个可 用的设备进行了列举，计算了设备的原料需求量和产出量；正向确定生产流程中的各生产 设备状态包括子步骤正向确定各设备仿真时间步，得到总步数和分别确定各生产设备在各 时间步的状态、产量；正向确定各设备仿真时间步，得到总步数从子步骤确定的生产工序有 向图某个起始点开始，依次确定各个设备的时间步产量、步数、生产时间，在确定这些信息 的过程中，考虑初始化定义的检修、故障工况，最终得到仿真场景的仿真总时间步；分别确 定各生产设备在各时间步的状态、产量，正向确定每个生产设备在各个时间步的设备状态、 设备计划产量、开始时间内容；确定能源和回收设备的设备状态将企业的能源和回收设备， 按照仿真时间和仿真步长，确定其设备状态；若初始化定义了某设备的检修和故障，则设备 状态按定义给定，否则设备状态为正常。
全文摘要
一种钢铁企业能源仿真场景编制方法，属于冶金的能源仿真技术领域。包括模型构造、钢铁企业建模、场景初始化、场景编制、场景结果输出。通过该方法，不仅可编制出钢铁企业能源仿真所需要的物流变化、产品工艺变化、异常工况、设备检修等情况的仿真场景，而且该场景可适用于多个钢铁企业的能源系统仿真，从而使仿真平台可模拟出各种场景下各个钢铁企业能源介质的使用、转换、输配、存储和放散的情况。
文档编号G06Q50/00GK102073951SQ20111005065
公开日2011年5月25日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者张云利, 李文兵, 胡宇 申请人:冶金自动化研究设计院