铁水运输仿真系统的设计与实现罗首章1刘峰2崔建江3周明.pdf
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1、1 铁水运输仿真系统的设计与实现 铁水运输仿真系统的设计与实现 罗首章1,刘峰2,崔建江3,周明1,周仁义1(1宝钢股份公司技术中心自动化所,2宝钢股份公司运输部,3东北大学控制仿真研究中心)摘 要:摘 要:分析了铁水运输系统的特点,针对其系统为混杂系统、不同于一般铁路运输、以及包含人的因素在内的特点建立了对应的仿真系统。通过一系列的关键技术的解决和使用,仿真系统实现了对现系统和未来待建系统的系统特性分析,其结论一方面可以作为辅助决策的依据,另一方面,也为现场进行铁水物流系统的优化提供了参数和方案。关键词:关键词:铁水运输系统;铁路运输系统;物流;仿真系统;混杂系统 0 引言0 引言 仿真技术
2、在工业的各个领域都得到广泛应用,面向系统的全过程仿真系统的出现为实际解决问题提供了可靠工具。宝钢股份公司目前有三座高炉,通过铁路向三个炼钢厂、二个铸铁和一个铸造车间,由机车牵引鱼雷铁水罐车(TPC)供应铁水1-2,如图 1 所示。根据规划将建设 4 号高炉,现有的铁水系统的物流平衡将重新调整,铁水输送能力和运输组织也将发生相应的变化。4 号高炉建设后铁水物流会更加复杂。为确保铁水运输能满足今后炼铁、炼钢的生产要求,在 4号高炉建设前,不仅要合理布置 4 号高炉区域的铁路,研究铁路运输和道路运输的交叉影响,而且要研究二炼钢区域铁路合理改造的方案。对铁水运输系统曾经开展过仿真研究3-4,但是由于研
3、究的范围和方法的限制,还不能推广到对整个铁水运输系统的研究中去。为研究铁水运输系统的全过程,建立铁水运输计算机仿真系统,利用仿真系统的无风险、低成本、可再现等特点,对现铁水运输系统和未来铁水运输系统进行分析,进而可以科学、系统地研究铁水输送能力,根据系统仿真报告,优化铁路和道路设计、优化运输设备配置、优化生产组织、优化铁路运输方案;检验方案实施的可行性和系统能力,为系统设计的改善优化和方案决策提供依据。2 一炼钢倒罐站后扒渣站倒渣站脱硫站前扒渣站二炼钢倒罐站后扒渣站预处理站前扒渣站倒渣站电炉倒罐站TPC车载设备机车车载设备 图 1 铁水运输工艺过程示意图 1 铁水运输系统分析 1.1 铁水运输
4、系统物流分析 1 铁水运输系统分析 1.1 铁水运输系统物流分析 铁水运输系统是宝钢物流系统的重要组成部分。如果仅将铁水看作为此系统的物流,那物流的流动方向基本上是单方向的,路径是不可逆和不闭合的。如图 2 所示。1BF铁水运输网络2BF3BF4BF1SM2SM3SM1IC2ICCW源漏 图 2 宝钢铁水物流系统原理框图 其中:BF 高炉代表,前面数字为序号,SM 代表炼钢厂,铸铁车间和铸造车间分别用 IC和 CW 表示。如果将铁水的载体 鱼雷铁水罐车看作为物流对象,则物流是循环的,路径是闭合的。如图 3 所示。物流对象的二重性无疑与一般物流问题存在本质差别。加之又是多源和多漏,互相交叉与覆盖
5、,使问题的复杂程度成倍增加。3 高炉运输受铁前扒脱硫后扒倒铁倒渣运输 图 3 宝钢混铁车物流系统原理框图 1.2 铁水运输系统的状态特性分析 1.2 铁水运输系统的状态特性分析 铁路运输问题中路段的空闲与占用、列车的出发与到达等,都表现为系统状态变量的离散性。而另一类离散变量 事件变量(如信号灯等)的发生将直接触发系统状态的变化。这一类系统规模的急剧扩大和对运行性能要求的不断增加,必然使得有关离散事件系统的研究工作取得巨大的进展。当然也要看到,由于状态变量的离散性,也使得其理论研究工作遇到许多新的问题。目前,有关 DEDS 的实际应用领先于其理论方面的工作。混杂动态系统(HDS-Hybrid
6、Dynamic System)是将连续变量动态系统(CVDS-Continuous Variable Dynamic System)与离散事件动态系统的有机结合。显然混杂动态系统的方法更符合许多实际系统的运行规律。其实,铁水运输问题中列车运行过程、铁水的脱硫处理等过程亦应看作为 CVDS。于是应用混杂动态系统理论处理相关问题才能得到理想的精度与效果。铁水运输系统是以离散事件为主的复杂连续离散事件混合系统,不是一个单纯的离散事件动态系统。1.3 铁水运输系统对比分析 1.3 铁水运输系统对比分析 宝钢铁水运输系统的规划与运作属于铁路运输的计划与调度问题。但它与一般铁路运输问题存在以下不同点:(1
7、)物流的运输过程中有加工过程,如进行脱硫等;(2)和铁路运输的定时性和周期性对应,铁水运输系统具有随机性或不确定性(需求的变化会波及整个系统,并使系统不稳定)、不呈现周期性。具有多目标、多因素、多层次特点;(3)从优先级别上,要分别考虑铁水需求的量、成分、时间以及温度的平衡问题;(4)运行区域小,铁路段线多、道岔多、复用线路多、机车多、罐车多,且受用钢计划的影响,使调度的难度远远高于一般铁路调度问题;(5)与汽车路线的平交叉道口多,铁路道口的被占用率高,给铁路运输能力的发挥增加4 很大困难;(6)由于系统的复杂性,要进行建模、分析和优化,则必须采用诸多先进的建模与计算理论与方法,涉及诸多的学科
8、领域。系统目标是如何在保证系统物流平衡、能量平衡、资源平衡、时间平衡和安全生产的前提下,实现铁路网络运输能力的最大化,并尽量降低物资与能量的消耗水平。2 铁水运输仿真系统建模 2 铁水运输仿真系统建模 系统仿真的本质在于建立足以描述研究者所关心的运行的状态,从而找到系统运行的属性与规律。于是系统建模便成为系统仿真首要的和核心的问题。通过对铁水运输系统分析,将建模问题分为:(1)对于高炉出铁口,高炉出铁线,脱硫间,倒罐站,前、后扒渣间,倒渣间,电炉,锭模,铸铁机,炉窑等对象,由于具有并发性、异步性、分布式、非确定性、并行性等特点,使用 Petri 建模方法;(2)本研究集中于时间和铁水量,并不侧
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