CN106354110B

CN106354110B - 一种原料场自由流程控制***及方法

Info

Publication number: CN106354110B
Application number: CN201610933063.1A
Authority: CN
Inventors: 杨博; 林涛; 张新力; 陈证宇; 杨启凯; 谢文明; 陶涛; 郭致礼
Original assignee: Zhongye Saidi Chongqing Information Technology Co Ltd
Current assignee: CISDI Chongqing Information Technology Co Ltd
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2019-01-01
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: CN106354110A

Abstract

本发明采用一种新的控制***软硬件架构，包括流程决策***、流程控制***和设备控制***，三者之间通过指令传递、状态广播的方式来实现流程操作监控及设备连锁控制；流程决策***建立了流程决策选择模型，自动生成起点和终点间的所有输送线路，并根据成本、能耗、时间、线路长度、生产计划等策略动态决策最优流程；流程控制***建立路径导航模型，实现流程运转的自动导航和料流信息的自动跟踪；设备控制***对控制对象特性进行抽象提炼，实现设备自动运转的标准化控制。本发明实现了线路流程的自动优选和设备的自动导航运转，提高了控制***的自动化水平和智能化程度，确保物料的快捷、准确、安全、有序配送，有效降低了生产成本和人力投入。

Description

一种原料场自由流程控制***及方法

技术领域

本发明属于厂矿企业原料场生产物流技术领域，特别涉及到一种物料输送的自动化控制***及方法。

背景技术

原料场物料输送***多个设备通过首尾相接的方式，形成一条从物料起点到物料终点的流程运输路径，并通过换向设备实现流程路径之间的切换。流程一般采用从下游至上游的设备起动顺序和从上游至下游的设备停机顺序，下游任意设备故障停机后，上游设备都必须自动停机。如果一条流程需要切换输送不同品种的物料，必须采取合适的控制手段以避免混料。

目前原料场多采用固定流程控制***，在控制软件中将流程的上下游关系和控制连锁等固化成一个程序段，每一个流程写一个程序段。这样的控制***结构臃肿，连锁关系复杂，在起点和终点之间只有预先定义的流程线路可以选用，且无法实现线路优选和料流信息实时跟踪。面对原料场物料输送***众多的设备数量、复杂的线路关系、数字化信息化和节能降耗的需求，该方法越来越不满足现代化原料场的控制需求。特别是，工艺流程设计或生产设备变化将导致控制软件大量修改且容易出错，***可扩展性差，***改造尤其是在线改造相当困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种原料场自由流程控制***及方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，一种原料场自由流程控制***，包括流程决策***、流程控制***和设备控制***，

所述流程决策***用于建立流程决策选择模型，该模型用于生成起点和终点间的所有输送线路，并根据成本、能耗、时间、线路长度、生产计划策略动态决策出最优流程，并综合考虑各流程和设备的状态属性，对起点和终点之间的流程进行筛分排序，并将流程信息和流程控制指令下发到流程控制***，并实时读取流程状态和设备状态；

所述流程控制***处理接收到的流程初始化信息，通过路径导航模型解析流程信息、设备信息、上下游关系和流程控制指令，建立并实时更新流程执行缓冲区，实现流程状态转换控制逻辑，将流程状态转换过程转换成单体设备自动导航控制指令，并对流程状态进行实时广播，同时对料流信息进行实时跟踪；

所述设备控制***对控制对象特性进行抽象提炼，按照接收到的导航控制指令实现对设备运转的标准化控制，并对设备运行状态进行实时广播。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的，一种原料场自由流程控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立流程决策***和流程数据表；

步骤2：建立流程决策选择模型；

步骤3：流程决策***将流程控制指令下发到流程控制***；

步骤4：流程控制***解析流程控制指令类型，建立并更新流程执行缓冲区；

步骤5：流程控制***通过路径导航模型，读取并解析流程执行缓冲区中的流程控制指令，并下发设备导航控制指令到设备控制***，同时对流程状态进行实时监控，对料流信息进行实时跟踪；

步骤6：设备控制***根据收到的设备运转指令、方向指令和位置指令，调用标准化的单体设备控制功能块，实现单体设备自身的故障检测和运转控制；

步骤7：设备控制***建立设备状态数据，供流程决策***和流程控制***实时读取；

步骤8：流程监控界面读取流程控制***的流程执行缓冲区信息和设备控制***的设备状态信息，并进行综合，实现流程的集中状态监视和集中操作。

进一步，所述建立流程决策选择模型具体包括：采用最优路径算法，根据起点和终点信息自动生成起点和终点间的所有输送线路，按照成本、能耗、时间、线路长度、生产计划策略，并综合考虑各流程和设备的状态属性，实现流程的自动筛分排序，实现流程的自动最优选择或手动选择。

进一步，在步骤4中，所述的流程执行缓冲区包括：

1)建立设备信息集合：Dev[1..n]＝{Dev[1],Dev[2],...Dev[n]}，其中，Dev[n]是第n个设备的信息集合，n为一条流程中最大的设备数量；

2)建立流程信息集合：Flow[1..m]＝{Flow[1],Flow[2],...Flow[m]}，其中，Flow[m]是第m条流程的信息集合，m是一条流程缓冲区最大的流程数量，Flow[m]包含上述步骤1)的Dev[1..n]集合，即在每条流程信息中都包含了该流程所有设备的信息，以及流程自身的控制信息和状态信息，m为一条流程缓冲区最大的流程数量；

3)建立流程控制***执行缓冲区集合：Buffer[1..k]＝{Buffer[1],Buffer[2],...Buffer[k]}，其中，Buffer[k]是第k条执行缓冲区的信息，k是允许同时运行的流程最大数量，Buffer[k]包含上述步骤2)的Flow[1..m]集合，即在每一条执行缓冲区中都集成了流程信息，设备信息，以及自身缓冲区的信息。

由于采用以上技术方案，本发明具有以下优点：

1.本发明提供了一个完整的原料场控制***解决方案。

2.本发明通过流程线路优选实现节能降耗，降低生产成本。

3.本发明实现了流程集中监控和流程设备的自动导航运转，操作便捷，提高生产效率，减少人力投入。

4.本发明实现了料流信息的实时跟踪，为打造数字化原料场和智能物流***奠定了坚实基础。

5.本发明通过分层设计的方法使得控制***结构更加清晰，实现了标准化和模块化设计，大大降低了后期***维护和***扩展改造的难度。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1流程决策***流程图；

图2自由流程控制***结构图；

图3流程状态转换关系图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

一种原料场自由流程控制***，包括流程决策***、流程控制***和设备控制***，

所述流程决策***用于建立流程决策选择模型，该模型用于生成起点和终点间的所有输送线路，并根据成本、能耗、时间、线路长度、生产计划策略动态决策出最优流程，并综合考虑各流程和设备的状态属性，对起点和终点之间的流程进行筛分排序，并将流程信息和流程控制指令下发到流程控制***，并实时读取流程状态和设备状态。流程决策***包含了一个流程数据，用于设备信息、流程信息、路由限制条件等信息的存储，流程数据表可以是Excel表、Access表、文本文件，也可以是数据库表。

所述流程控制***处理接收到的流程初始化信息，通过路径导航模型解析流程信息、设备信息、上下游关系和流程控制指令，建立并实时更新流程执行缓冲区，实现流程状态转换控制逻辑，将流程状态转换过程转换成单体设备自动导航控制指令，并对流程状态进行实时广播，同时对料流信息进行实时跟踪。

本发明采用一种新的控制***软硬件架构，将控制***分为流程决策***、流程控制***和设备控制***三个功能控制区域，三者之间通过指令传递、状态广播的方式来实现流程操作监控及设备连锁控制。流程决策***建立了流程决策选择模型，能自动生成起点和终点间的所有输送线路，并根据成本、能耗、时间、线路长度、生产计划等策略动态决策最优流程。流程控制***建立路径导航模型，实现流程运转的自动导航和料流信息的自动跟踪。设备控制***对控制对象特性进行抽象提炼，实现设备自动运转的标准化控制。本发明实现了线路流程的自动优选和设备的自动导航运转，提高了控制***的自动化水平和智能化程度，确保物料的快捷、准确、安全、有序配送，有效降低了生产成本和人力投入；实现了料流信息的实时跟踪，为打造数字化原料场和智能物流***奠定了坚实基础；并通过分层设计的方法使得控制***结构更加清晰，实现了标准化和模块化设计，大大降低了后期***维护和***扩展改造的难度。

在本发明中，流程决策***、流程控制***和设备控制***既可以各自单独成***，也可以相互合并为组合***；流程决策***、流程控制***和设备控制***既可以部署在服务器或PC平台，也可以部署在PLC或其他可编程逻辑控制器平台。

在本实施例中，流程控制***与设备控制***在功能上是相对独立的，流程控制***负责流程之间的资源配给和设备之间的连锁控制，设备控制***负责单体设备自身的故障检测和运转控制，两个***通过指令传递和状态广播进行信息交互。

另外本发明还提供一种原料场自由流程控制方法，以某大型钢铁公司的原料场为例，该原料场有1000个设备，一共2000条流程。

步骤1：建立流程决策***和流程数据表；

流程决策***包含流程选择界面，流程控制界面，流程监视界面，流程数据库，选择筛分模型。

流程选择界面提供功能，起点终点选择，能耗、线路长度、运行时间等决策策略选择。

流程控制界面提供流程功能控制按钮：流程启动，流程停止，流程切换，流程合流，一齐停止，清除齐停，流程复位，开始给料，停止给料。

流程监视界面显示当前运行的所有流程，包括执行缓冲区号，流程号，流程运行状态，设备名称，设备状态。

建立的流程数据表包括：

1)单体设备属性表：该表包含设备名称、代码、长度、运行速度、功耗等。

2)路由禁止表：当前设备禁止被禁止走向的下游设备。指上下游的运载能力不匹配，物理上通路但是不符合工艺要求的路径需要排除掉。

3)流程信息表：该表包括流程属性、起点设备、终点设备、流程设备代码等。

4)流程运行表：当前已经运行的流程信息。

步骤2：建立流程选择决策模型。

模型的输入参数有：

1)起点设备、终点设备，决策策略规则。

2)控制界面基本流程控制指令。

3)流程数据表。

4)已运行流程的流程状态信息。

5)待运行的设备状态。

模型的输出有：

1)流程初始化指令。

2)流程基本控制指令。

该模型采用最优路径算法，根据起点和终点信息自动生成起点和终点间的所有输送线路，按照成本、能耗、时间、线路长度、生产计划等策略，并综合考虑各流程和设备的状态属性，实现流程的自动筛分排序。

步骤3：流程决策***将流程控制指令下发到流程控制***。

流程控制指令包括两种：一种是增加一条新流程时使用的流程初始化指令，一种是对已占用流程的控制指令。

构建通用的指令格式为：指令类型代码+指令内容。

初始化指令为：初始化指令类型代码+流程信息。

基本控制指令为：基本控制指令类型代码+流程属性。

建立如下基本控制指令类型：

流程启动：指令类型代码01；

流程停止：指令类型代码02；

流程切换：指令类型代码03；

流程合流：指令类型代码04；

一齐停止：指令类型代码05；

清除齐停：指令类型代码06；

流程复位：指令类型代码07；

开始给料：指令类型代码08；

停止给料：指令类型代码09；

槽位更换：指令类型代码10；

步骤4：流程控制***解析流程控制指令类型，建立并更新流程执行缓冲区

流程控制***接收到步骤3发来的控制指令后，判断是否为流程初始化指令。如果指令为初始化指令，则查询流程中所有设备状态是否准备好，如有设备故障、被其它流程占用等未准备好故障信息，则将初始化失败信息返回给流程决策***；如果流程中所有设备都准备好，则将初始化成功信息返回给流程决策***，同时建立并初始化流程执行缓冲区信息。如果指令为基本控制指令，则将接收到的步骤3中所述的流程控制指令，转换为对应的流程控制字，并写入流程执行缓冲区。

构建执行缓冲区

1)建立设备信息集合：Dev[1..100]＝{Dev[1],Dev[2],...Dev[100]}。一条流程中最大的设备数量为100。

2)建立流程信息集合：Flow[1..4]＝{Flow[1],Flow[2],...Flow[4]}。一条流程缓冲区最大的流程数量为4。Flow[m]包含上述步骤1)的Dev[1..n]集合，即在每一条流程信息中都包含了该流程的流程信息和所有设备的信息。

3)建立流程控制***的执行缓冲区集合：

Buffer[1..2000]＝{Buffer[1],Buffer[2],...Buffer[2000]}。允许同时缓存的流程组合最大数量为2000。Buffer[k]包含上述步骤2)的Flow[1..m]集合，即在每一条执行缓冲区中都集成了流程信息，设备信息，以及自身缓冲区的信息。

步骤5：流程控制***通过路径导航模型，读取并解析流程执行缓冲区中的流程控制指令，并下发设备导航控制指令到设备控制***，同时对流程状态进行实时监控，对料流信息进行实时跟踪。

如流程控制指令有效则执行对应的流程状态转换控制逻辑，将流程信息、设备信息、上下游关系和基本控制指令按步骤解析为每个设备的运转、位置和方向指令。如流程控制指令无效，则放弃该指令。

为了更好的进行流程控制，定义了各阶段的流程状态，流程控制***根据流程控制指令对流程在各流程状态之间进行转换。

流程准备好：一条新增加的流程，流程控制***初始化成功后流程状态为“流程准备好”。

流程启动中：操作员对一条准备好的流程，点击流程启动按钮，流程从最后一个设备开始启动，流程状态为“流程启动中”。

流程运行：流程中所有设备都启动完成，且无任何故障，流程状态自动转换为“流程运行”。

流程给料中：在流程运行状态下，对流程首设备发出可以开始给料指令，当首设备开始给料后，流程状态自动转换为“流程给料中”。

流程停止中：在“流程运行”和“流程给料中”状态下，操作员要结束流程运行，则点击流程停止按钮。流程会按照从首设备到末设备的顺序停止流程。在流程设备全部停止完成前，流程状态为“流程停止中”。在流程设备全部停止完成后，流程状态自动转换为“流程准备好”。

流程故障：在上述任何流程状态下，有设备发生故障，则流程状态自动转换为“流程故障”。当前设备故障将同时停止上游所有设备运行，但不影响下游设备运行。当设备故障修复后，操作员点击设备故障复位，流程状态会自动转换为“流程准备好”。

流程齐停：在上述任何流程状态下，操作员可以对流程发出流程齐停指令，该指令为紧急停止指令。流程中所有设备会立即全部停止运行，流程状态自动转转为“流程齐停”，并且该流程被锁定，不允许其它任何操作。要解除齐停状态，需要操作员点击清除齐停按钮，流程状态恢复为“流程准备好”。

步骤6：设备控制***根据收到的设备运转指令、方向指令和位置指令，调用标准化的单体设备控制功能块，实现单体设备自身的故障检测和运转控制。

步骤7：设备控制***建立如下设备状态数据，供流程决策***和流程控制***实时读取。

DevState[1..1000]＝{DevState[1],DevState[2],...DevState[1000]}

其中，最大设备数量为1000。设备状态包括：设备代码，设备是否准备好，设备是否有故障，设备是否运行，设备是否被流程占用。

步骤9：实现一键流程切换，一键流程合流。

一键流程切换：目标切换流程的启动和旧流程的停机可以通过一键式操作同步完成。流程决策***下发“流程切换指令”，流程控制***自动启动目标切换流程的非公用设备，停止旧流程的非公用设备，并保持公用设备不停机，节约流程切换时间和启动能耗。

一键流程合流：对于首设备不同、末设备相同的多条流程，可以通过一键式操作完成流程并行运行。流程决策***下发“流程合流指令”，流程控制***自动启动新流程的非公用设备，并保持旧流程的非公用设备和公用设备不停机，实现多个源点往一个终点输送物料的合流操作。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种原料场自由流程控制***，其特征在于：包括流程决策***、流程控制***和设备控制***，

2.一种原料场自由流程控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立流程决策***和流程数据表；

步骤2：建立流程决策选择模型；

步骤3：流程决策***将流程控制指令下发到流程控制***；

步骤8：流程监控界面读取流程控制***的流程执行缓冲区信息和设备控制***的设备状态信息，并进行综合，实现流程的集中状态监视和集中操作；

在步骤4中，所述的流程执行缓冲区包括：

3.根据权利要求2所述的一种原料场自由流程控制方法，其特征在于：所述建立流程决策选择模型具体包括：采用最优路径算法，根据起点和终点信息自动生成起点和终点间的所有输送线路，按照成本、能耗、时间、线路长度、生产计划策略，并综合考虑各流程和设备的状态属性，实现流程的自动筛分排序，实现流程的自动最优选择或手动选择。