1.本发明涉及炼钢生产调度技术领域，特别是涉及基于数字孪生技术的炼钢调度系统。
背景技术：2.炼钢生产是钢铁制造过程的关键工序，其“生产调度”是生产管理中的核心问题，也是难点所在。“炼钢-连铸”的生产调度是一个非常复杂、至关重要的环节，这两个工序能否协调生产，是释放产能的最大制约因素，同时也是“铁-钢”界面、“钢-轧”界面平衡的重要保障。
[0003]“炼钢-连铸”是钢铁制造业的重要工艺流程之一，由于各钢种工艺路径的差异、不同生产工艺上并行的存在以及生产中出现的动态干扰，使“炼钢-连铸”生产调度同时具有复杂性、分布性和动态性的特点，这些特点使得“炼钢-连铸”生产调度系统同时具备静态模型和动态模型，也使得系统功能结构与数据结构之间有着密不可分的联系。
[0004]
目前，主要采用炼钢调度指挥系统进行“炼钢-连铸”生产调度，现有的炼钢调度指挥系统中，“转炉—连铸”关键信息已基本涵盖，但是对于天车物流信息(加料跨、出钢跨)、钢包状态以及铁量信息等关键信息，仍需使用对讲与各岗位人员进行沟通来获得，存在信息不畅、信息零散，无法实时、快捷掌握的弊端。
技术实现要素：[0005]
有鉴于此，本发明提供了基于数字孪生技术的炼钢调度系统，针对炼钢“生产节奏紧张、生产连续性强、情况变化快”等特点，能够协助调度人员“高效、快捷、准确”的进行调度指挥及生产组织，实现从生产源头(铁水入厂)以及生产过程(钢水的冶炼及浇注)的全流程实时跟踪，全盘掌握“炼钢-连铸”的生产实时、天车物流、钢包跟踪等信息，指导“炉-机”最优匹配的生产组织模式。
[0006]
为此，本发明提供了以下技术方案：
[0007]
本发明提供了一种基于数字孪生技术的炼钢调度系统，所述系统包括：
[0008]
获取炼钢原料信息的原料信息模块；
[0009]
获取炼钢过程中转炉信息的转炉实时信息模块；
[0010]
获取精炼过程中钢包信息的钢包跟踪信息模块；
[0011]
实时获取连铸生产过程中连铸信息的连铸生产实时信息模块；
[0012]
获取天车物流信息的天车物流信息模块；
[0013]
用于对真实天车物流模拟的炼钢调度数字孪生体，将原料信息模块、转炉实时信息模块、钢包跟踪信息模块、连铸生产实时信息模块和车物流信息模块中获取到的原料信息、转炉实时信息、钢包跟踪信息、连铸生产实时信息导入炼钢调度数字孪生体中，运行所述炼钢调度数字孪生体，得到炼钢调度信息。
[0014]
进一步地，炼钢过程中的信息包括：转炉冶炼状态、连铸浇注状态的实时信息；转
炉冶炼状态包括：加废钢、兑铁、吹炼、测温、出钢、溅渣和倒渣；连铸浇注状态包括：开浇、浇毕、拉速和中包温度。
[0015]
进一步地，所述原料信息包括：铁水成分、温度和重量信息。
[0016]
进一步地，钢包跟踪信息模块采用rfid技术以及视频抓拍技术实现对钢包路径的跟踪，同时对钢包状态进行确认。
[0017]
进一步地，连铸生产实时信息模块通过连铸生产中应用的各个自动化控制单元获取连铸生产实时信息；自动化控制单元包括：结晶器液面自动控制、结晶器振动控制、结晶器保护渣自动加注、结晶器电磁搅拌控制、二冷水模型控制、铸坯轻压下动态控制、凝固末端电磁搅拌控制、定尺切割、铸坯编号自动喷涂。
[0018]
进一步地，天车物流信息模块采用超宽带技术实现天车的定位及运行路径的实时跟踪。
[0019]
本发明的优点和积极效果：
[0020]
本发明中，通过炼钢调度指挥数字化孪生系统，实现生产运营实时可见，管理水平提升，数字化生产指挥调度系统的开发，理清了各工序的生产流程，进一步优化了各生产工序数据管理流程，同时可以实现对原始数据的采集形成有效监控，保证生产数据来源真实、准确及时，也促进了各工序单位共同协作配合。
[0021]
通过对原始的的采集或收集，实现所有生产数据的实时监控，提高了调度人员指挥生产的工作效率，保证了调度数据的真实性、有效性，推动了炼钢厂乃至与公司信息化管理水平的提升。调度人员可以通过该系统有效组织生产，根据设备运转实时状态，合理排布生产与检修，同时有效、快捷的处理好生产与辅助作业间的关系，整个调度系统的集成，使原料与生产，上道工序与下道工序，主体工序与辅助工序直接衔接及协同更为紧密，设备作业率提升，生产节奏加快，生产、设备事故明显减少。同时也保证了各专业、领导能够及时掌握生产情况，提高了生产指挥的准确性和及时性，使生产组织更加科学合理，生产更加顺畅稳定。调度人员通过信息化、数字化的参与、运行及应用，也提高自身工作效率，调度人员的主要精力可以转移到生产实时的掌控上，更能熟悉生产，提高业务素质，为精细化管理提供了有利条件。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]
图1为本发明实施例中基于数字孪生技术的炼钢调度系统的结构框图；
[0024]
图2为本发明实施例中炼钢调度指挥孪生系统的显示界面；
[0025]
图3为本发明实施例中uwbloc系统的定位原理示意图。
具体实施方式
[0026]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是
本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0027]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0028]
炼钢调度系统的主要任务就是掌握原料条件、掌握转炉、连铸、天车、钢包的实时信息，以便在各种信息透明化、及时化的前提下，组织、协调生产，在设备使用状态最优化的条件下，尽量缩短整个炼钢工序的运行时间，也是用最短的时间，最优的生产路径来取得最佳的生产效果，对多炉次、多工序、多浇次的计划有针对性的组织、排序，保证生产最优化。针对“炼钢-连铸”生产调度的复杂、动态、多目标、多约束、不确定性等问题特点，在开发炼钢调度指挥数字孪生系统基础上，采用3d建模，实现现场生产状态的实时孪生；采用uwb技术实现天车的定位及运行路径的实时跟踪；利用rfid技术，实现对钢包路径及钢包状态的跟踪确认。应用数字孪生、3d建模、uwb定位等先进技术，促使炼钢调度指挥数字孪生系统顺利建成及应用。
[0029]
如图1-2所示，本发明实施例中提供的基于数字孪生技术的炼钢调度系统，主要分为五大模块，包括：原料信息模块100、转炉实时信息模块200、钢包跟踪信息模块300、连铸生产实时信息模块400、车物流信息模块500以及炼钢调度数字孪生体600。其中：
[0030]
原料信息模块100，实现铁水、废钢精准入炉，40吨转炉开发上线罐罐取样查询系统，将铁水成分、温度、重量信息引入调度指挥系统，为调度人员实时关注铁水条件，合理调配铁水，组织转炉快速冶炼创造先决条件。
[0031]
转炉实时信息模块200用于获取炼钢过程中的信息，炼钢过程是：高炉铁水运输到炼钢炉后，和废钢一起倾倒入炼钢炉中，然后通过加热将炼钢炉中的铁水和废钢加工成均匀的液态钢水，去除其中的杂质和所含的碳，使其达到希望的比例。本发明实施例中以转炉作为炼钢炉，转炉实时信息模块200根据转炉冶炼状态(加废钢、兑铁、吹炼、测温、出钢、溅渣、倒渣)、连铸浇注状态(开浇、浇毕、拉速、中包温度等)的实时信息，掌握转炉、连铸的具体状态，便于协调指挥生产，下达炉机匹配信息。
[0032]
钢包跟踪信息模块300用于获取精炼过程中的钢包信息，根据订单对钢级和成分的要求，钢包中的钢水可选择不同路径的炉外精炼，如：吹氨调温站，可对合金成分进行微调，并降低钢水中的硫含量；真空处理装置，可减少钢水中气体(尤其是氢气)的含量；钢包精炼炉，可调节和控制钢水温度和成分，为后续的浇铸过程做好充分的准备。钢包信息采用rfid技术以及视频抓拍技术，实现对钢包路径(座包、吊包、浇注)的跟踪，同时对钢包状态(热修、修毕、红包、黑包、新包等)进行确认。
[0033]
连铸生产实时信息模块400用于实时获取连铸生产过程中的信息，连铸过程是将钢水浇筑成预定规格的固态板坯的过程，当装有钢水的钢包通过可旋转的回转台进入铸机
位准备开始浇注时，首先打开钢包底部的流钢孔，把钢水注入连铸机的中包内；然后打开中包的活动水口，让钢水流入下面的结晶器中，钢水沿结晶器周边冷凝成坯壳，当坯壳有一定厚度时，铸坯在拉环机的驱动下，离开结晶器沿着弧形排列的支撑辊下移；与此同时，铸坯被二次冷却装置进一步冷却凝固；随后铸坯被切割成定尺长的板坯，并直接运送到加热炉进行加热，以便进行轧制，或者板坯下线被暂时存放在保温坑或板坯库中，需要时再送入加热炉加热。连铸生产中应用各种自动化控制模型，包括：结晶器液面自动控制、结晶器振动控制、结晶器保护渣自动加注、结晶器电磁搅拌控制、二冷水模型控制、铸坯轻压下动态控制、凝固末端电磁搅拌控制、定尺切割、铸坯编号自动喷涂等。各个自动化控制单元分别从连铸生产的plc和各种仪表设备中读取自己所需的生产信息(如钢种、断面、定尺长度、拉速、水量、压力、温度)。连铸生产实时信息模块400可以通过各个自动化控制单元获取到连铸生产实时信息。
[0034]
天车物流信息模块500，采用超宽带(ultra wide band，uwb)技术实现天车的定位及运行路径的实时跟踪，uwb是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽，所以叫做超宽带。基于超宽带技术的定位系统以下简称uwbloc系统，该系统具备如下特点：
[0035]
1：高精度：系统定位精度可以做到10厘米内。
[0036]
2：系统简单：主要由基站，标签，软件三部分组成
[0037]
3：远距离：单基站覆盖半径大于100米。
[0038]
4：实时性：位置实时刷新，毫米级的延迟。
[0039]
5：低功耗：标签充电2小时待机1-3个月。
[0040]
6：易扩展：室内外都可以实现精确定位。
[0041]
uwbloc系统的主要指标如下：
[0042]
频率范围：3.1ghz～10.6ghz；系统功耗：1mw～4mw；脉冲宽度：0.2ns～1.5ns；重复周期：25ns～1ms；
[0043]
发射功率：《-41.3dbm/mhz；数据速率：几十到几百mb/s；分解多路径时延：≤1ns；多径衰落：≤5db；
[0044]
uwbloc系统的定位原理如下：如图3所示，信号发射源发射信号脉冲，信号接收机需要提前安装在需要定位的空间里面，并需要自定义一个直角坐标系统，测绘出每个接收机的x、y、z坐标。信号发射源发射的脉冲飞行速度为光速c，脉冲到达3个信号接收机的时间分别为t1、t2、t3，通过光速c*时间t就可以算得三个距离l1、l2、l3，分别以三个距离为半径画出三个圆圈的交集处就是信号发射源的位置，这就是三角定位原理，和卫星定位原理一样。
[0045]
炼钢调度数字孪生体600用于对真实天车物流的模拟，将原料信息模块100、转炉实时信息模块200、钢包跟踪信息模块300、连铸生产实时信息模块400和车物流信息模块500中采集到的原料信息、转炉实时信息、钢包跟踪信息、连铸生产实时信息导入炼钢调度数字孪生体600中，运行该炼钢调度数字孪生体600，，得到炼钢调度信息。
[0046]
本发明实施例中的基于数字孪生技术的炼钢调度系统，最终实施效果及功能：各类信息，一目了然，实现“生产源头—生产过程”的全盘掌控。
[0047]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的
方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0048]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0049]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0050]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0051]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种基于数字孪生技术的炼钢调度系统，其特征在于，所述系统包括：获取炼钢原料信息的原料信息模块；获取炼钢过程中转炉信息的转炉实时信息模块；获取精炼过程中钢包信息的钢包跟踪信息模块；实时获取连铸生产过程中连铸信息的连铸生产实时信息模块；获取天车物流信息的天车物流信息模块；用于对炼钢连铸过程进行模拟的炼钢调度数字孪生体，将原料信息模块、转炉实时信息模块、钢包跟踪信息模块、连铸生产实时信息模块和车物流信息模块中获取到的原料信息、转炉实时信息、钢包跟踪信息、连铸生产实时信息导入炼钢调度数字孪生体中，运行所述炼钢调度数字孪生体，得到炼钢调度信息。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的炼钢调度系统，其特征在于，炼钢过程中的信息包括：转炉冶炼状态、连铸浇注状态的实时信息；转炉冶炼状态包括：加废钢、兑铁、吹炼、测温、出钢、溅渣和倒渣；连铸浇注状态包括：开浇、浇毕、拉速和中包温度。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的炼钢调度系统，其特征在于，所述原料信息包括：铁水成分、温度和重量信息。4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的炼钢调度系统，其特征在于，钢包跟踪信息模块采用rfid技术以及视频抓拍技术实现对钢包路径的跟踪，同时对钢包状态进行确认。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的炼钢调度系统，其特征在于，连铸生产实时信息模块通过连铸生产中应用的各个自动化控制单元获取连铸生产实时信息；自动化控制单元包括：结晶器液面自动控制、结晶器振动控制、结晶器保护渣自动加注、结晶器电磁搅拌控制、二冷水模型控制、铸坯轻压下动态控制、凝固末端电磁搅拌控制、定尺切割、铸坯编号自动喷涂。6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的炼钢调度系统，其特征在于，天车物流信息模块采用超宽带技术实现天车的定位及运行路径的实时跟踪。
技术总结本发明提供了一种基于数字孪生技术的炼钢调度系统，涉及炼钢调度技术领域，包括：原料信息模块；转炉实时信息模块；钢包跟踪信息模块；连铸生产实时信息模块；天车物流信息模块；用于对炼钢连铸过程进行模拟的炼钢调度数字孪生体，将原料信息模块、转炉实时信息模块、钢包跟踪信息模块、连铸生产实时信息模块和车物流信息模块中获取到的原料信息、转炉实时信息、钢包跟踪信息、连铸生产实时信息导入炼钢调度数字孪生体中，运行所述炼钢调度数字孪生体，得到炼钢调度信息。本发明中，通过炼钢调度指挥数字化孪生系统，实现生产运营实时可见，管理水平提升。管理水平提升。管理水平提升。
技术研发人员：齐宁 佟金海 杨文龙 王立军 曹明
受保护的技术使用者：抚顺新钢铁有限责任公司
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
