邯寶煉鋼廠轉(zhuǎn)爐合金優(yōu)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

文/尚振威

1 問(wèn)題的提出

在煉鋼轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中，需要根據(jù)鋼種對(duì)成分的要求，添加合金對(duì)鋼水的成分進(jìn)行調(diào)整。由于合金的種類較多，合金所含的成分復(fù)雜，在滿足成分的要求下，合金種類存在多種組合。而不同的合金價(jià)格不同，可以從中選擇價(jià)格低的合金組合，以降低煉鋼成本。在目前邯寶煉鋼廠轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的二級(jí)模型中，所使用的合金計(jì)算模塊，由于不涉及成本計(jì)算，所以計(jì)算結(jié)果只能滿足成分方面的要求。對(duì)于成本控制只能憑借人工經(jīng)驗(yàn)選擇合金的種類和使用量，不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)對(duì)成本的要求。為解決上述問(wèn)題，在廣泛吸收了理論和現(xiàn)場(chǎng)操作的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)爐合金優(yōu)化系統(tǒng)。

2 模型設(shè)計(jì)

2.1 模型的功能

（1）自動(dòng)采集當(dāng)前爐次、制造命令號(hào)、鋼種、鋼水成分、合金成分、合金價(jià)格，免除了操作人員手工錄入帶來(lái)的不便和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

（2）可以按現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況修改目標(biāo)成分，提高鋼種命中率?？梢愿鶕?jù)當(dāng)前生產(chǎn)狀況，修改合金收得率，使其更加符合實(shí)際情況。

（3）可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況增減合金種類，以更好地滿足生產(chǎn)要求。

（4）實(shí)現(xiàn)Delphi7調(diào)用matlab中的線性優(yōu)化模塊，以及兩者之間的數(shù)據(jù)傳遞，計(jì)算優(yōu)化結(jié)果準(zhǔn)確、合理。

2.2 模型的算法

在轉(zhuǎn)爐合金化模型的中，需要設(shè)計(jì)算法，在滿足目標(biāo)條件，即成分要求的情況下，使得使用合金的成本最小。即

在滿足成分目標(biāo)的情況下：

使得Y取值最小Ymin。其中，Y為合金成本，Ki為合金單價(jià)，Xi為所需合金的重量。a為合金中某成分的百分比含量，b為該成分所需要的量。

由此可得知，該問(wèn)題可轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問(wèn)題。在matab中有專用線性規(guī)劃函數(shù)linprog，可以滿足解決問(wèn)題的需要。Linprog函數(shù)的使用如下：

[x,fval,exitflag]=linprog(K,A,B,Aeq,beq,v lb)

其中，等號(hào)左邊為計(jì)算結(jié)果。X為使合金成本取得最小值的合金重量,fval為計(jì)算后合金最低成本。等號(hào)右面，K為價(jià)格矩陣，A為成分百分比含量矩陣，B為成分所需量矩陣。

圖1

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 程序結(jié)構(gòu)

如圖1所示。

3.2 主程序的設(shè)計(jì)

使用Delphi語(yǔ)言開(kāi)發(fā)軟件，程序界面友好易操作。所有的數(shù)據(jù)輸入自動(dòng)屏蔽非數(shù)字字符，避免了數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤。

操作人員要登錄系統(tǒng)，首先需要IP授權(quán)。系統(tǒng)管理員在數(shù)據(jù)庫(kù)IP授權(quán)表中填入需要授權(quán)的IP地址以后，操作人員才可登陸系統(tǒng)。

系統(tǒng)的操作界面分為如下幾部分：爐座選擇面板，可以對(duì)三個(gè)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行選擇；當(dāng)前爐次信息顯示面板，包括爐次號(hào)、制造命令號(hào)、鋼種；噸鋼合金成本顯示面板；當(dāng)前爐次合金收得率設(shè)置面板；停吹成分顯示面板；鋼種標(biāo)準(zhǔn)成分顯示面板；出鋼量設(shè)置面板；成分優(yōu)化結(jié)果顯示面板；合金成分和價(jià)格設(shè)置面板；合金加入種類和重量顯示面板。

使用系統(tǒng)之前，首先應(yīng)該對(duì)合金的成分和價(jià)格進(jìn)行設(shè)置。如圖2，可以根據(jù)實(shí)際需要修改合金成分及價(jià)格。合金種類有高碳錳鐵、中碳錳鐵、硅錳、硅鐵、增碳劑、電解錳。成分包含碳、硅、錳、磷四種成分。

如圖3，操作人員在爐座選擇面板中對(duì)爐座進(jìn)行選擇后，無(wú)需人工輸入，系統(tǒng)可以自動(dòng)從MES系統(tǒng)獲得所選爐座的當(dāng)前冶煉爐次、制造命令號(hào)與鋼種信息，并在當(dāng)前爐次信息顯示面板中顯示。操作人員點(diǎn)擊成分查詢按鈕，系統(tǒng)可以自動(dòng)從MES系統(tǒng)采集當(dāng)前冶煉鋼種的目標(biāo)成分信息，并從二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)中采集獲得當(dāng)前爐次的停吹成分。分別輸入收得率、出鋼量及停吹成分后，點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，主程序會(huì)調(diào)用matlab線性規(guī)劃模塊進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算完成之后，在噸鋼合金成本顯示面板中會(huì)顯示滿足目標(biāo)成分的最低成本，在合金加入種類和重量顯示面板中會(huì)顯示合金組合及重量，在成分優(yōu)化結(jié)果顯示面板中會(huì)顯示成分優(yōu)化結(jié)果。需要指出的是，在合金加入種類和重量顯示面板中，可以通過(guò)復(fù)選框，屏蔽某些合金，以更好地適應(yīng)生產(chǎn)要求。

圖2：合金成分及價(jià)格設(shè)定

圖3：合金優(yōu)化計(jì)算及顯示

3.3 主程序和MES生產(chǎn)制造系統(tǒng)、二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換

本系統(tǒng)運(yùn)行需要oracle client的支撐。通過(guò)配置tns name、DBlink和同義詞后，可以方便的采集到當(dāng)前冶煉爐次的信息、鋼種目標(biāo)成分和停吹成分。

3.4 主程序和matlab程序的數(shù)據(jù)交換

采用文本形式實(shí)現(xiàn)主程序和matlab程序之間的數(shù)據(jù)傳遞。主程序生成價(jià)格矩陣、成分百分比含量矩陣、成分所需量矩陣，matlab程序通過(guò)fopen函數(shù)讀入矩陣參數(shù)后，調(diào)用Linprog線性規(guī)劃模塊進(jìn)行計(jì)算并得出結(jié)果。計(jì)算結(jié)果包括合金重量矩陣和合金最低成本，通過(guò)fprintf函數(shù)輸出到文件，再由主程序進(jìn)行結(jié)果展示。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

本系統(tǒng)自動(dòng)采集當(dāng)前爐次、制造命令號(hào)、鋼種、鋼水成分、合金成分、合金價(jià)格，調(diào)用matlab 軟件線性優(yōu)化模塊，根據(jù)目標(biāo)成分計(jì)算應(yīng)當(dāng)加入合金種類及重量，在滿足成分要求的同時(shí)，使成本最低，代替了以往憑人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行成本控制，使合金計(jì)算合理、準(zhǔn)確、高效，成為在當(dāng)前嚴(yán)峻市場(chǎng)形勢(shì)下降本增效的有效工具。使用轉(zhuǎn)爐合金優(yōu)化系統(tǒng)后，鋼種命中率提高了0.05%，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。