调度计划技术支持系统（精选12篇）
调度计划技术支持系统 篇1
1 前 言
钢铁企业由为数众多的生产单元和设备构成,生产过程都是在高温下完成,每个工艺环节都有许多实际的而且是复杂的约束,需要一套生产信息管理系统来支撑生产管理活动。本文探讨钢铁企业生产管理的核心内容:计划与调度[1]。生产计划与调度要综合考虑产品要求、生产限制、顾客优先级的诸多因素,是一项典型的系统工程。
2 方案架构
一个钢铁企业的计划与调度系统的总体整合架构和各模块之间的相互关系如图1所示。需求模型和业务优化负责整个企业的长期规划。ATP(Availabilty-To-Promise)就是根据库存产品的信息对客户的需求做出交货期承诺,以求缩短交货期和库存水平;CTP(Capability-To-Promise),对于没有得到库存匹配的订单,根据企业的加工能力给出的交货期承诺[2]。
板型拼接功能优化钢板的切割设计,使损耗降到最低;材料计划功能负责为每个生产步骤分配合适的原料;生产计划功能根据各种要求与限制来制订中期计划:周生产计划,通常包含最终客户、钢种、产量、交货期等信息。
调度也称为排程,基于生产计划排定的时刻表排列,除了钢种产量等信息,还包括每个主要工艺段、设备的加工开始结束时间, 调度计划通常是以天或班组为单位排定的。调度时刻表比生产计划更详细,可以直接作为生产依据。液态金属调度、连铸机调度和轧钢调度负责各自工艺段的详细时刻表计划的制订。在线板坯分配为板坯选择最合理的生产路径;运输调度要安排各种鱼雷罐车、天车、轨道的使用,为各种产品分配运输工具、目的地和运输时间;调度仿真器进行离线生产过程模拟。
3 计划系统
3.1 生产计划
生产计划模块是一个生产的产能计划工具,它的目的是实现自动计划生成。它使用和产能相关的信息,如设备产能、生产约束和运营战略,并且为每个工作单生成开工、结束时间。
生产计划模块的处理流程和输出结果是根据计划的参数和规则来排定的。排产规则用来控制一些排产的因素,比如订单的优先级和产品分组。生产计划模块也能生成一些报表比如产能的消耗情况、机组的资源利用率、发生延迟的订单和库存水平等。该功能帮助我们实现生产提前期最短,库存最少。
3.2 生产计划的原则
生产计划模块将生产任务安排到设备的空闲周期,避免生产瓶颈,生成作业次序。
3.2.1 顺排计划和倒排计划
(1)倒排:工作单按照时间的加工过程的顺序,先排定靠后的生产过程的加工时间,逐步向前顺推出前边生产过程的加工时间。例如先排连铸,再排炼钢。
(2)顺排:工作单按照时间的加工过程的顺序,先排定靠前的生产过程的加工时间,逐步向后顺推出后边生产过程的加工时间。例如先排热轧,再排冷轧。
(3)在实践中生产计划模块可以执行多次的顺排和倒排以得到最终的生产计划。
3.2.2 有限产能计划和无限产能计划
(1)有限产能计划遵守工厂里的每个资源的产能限制。这是生成生产计划的正常条件。
(2)无限产能计划不考虑产能的限制,所以每个订单只根据定义好的加工时间来设定时间序列。
4 作业排程解决方案
4.1 液态金属作业排程模块
液态金属调度模块管理各种准备活动、生产活动、后处理活动时间消耗与顺序序列,同时监控各种计划的和故障性停产,在排定生产时序的过程中适当加入缓冲期,以使排出的计划能够抵御一定的扰动。给出的时刻表的序列通常由甘特图来显示,供生产管理和操作人员查看。本模块的核心是一些调度算法,用来选定生产路径与每个生产操作的开始结束时间。生产进行的过程中要实时监视生产的完成实绩,发现各种冲突与不足,及时进行动态调度以修正静态调度的不足。调度模块会给出在特定情况下的推荐操作以应对各种突发事件。
除车间内部的设备时刻表外,液态金属作业排程还要管理如下主要功能:天车调度、热金属交付调度、钢包调度、温度模型等。
4.2 连铸机作业排程
作业排程模块用来生成合理高效的连铸机作业序列。排程是系统在后台运行的任务,当排程完成时,系统返回排程结果供审查。系统的排程过程用视图显示每个中间包的工作单的作业顺序。主要考虑的因素有:中间包等设备的寿命限制、经济炉数等前提条件,不同的流数、宽度、厚度、速度设定。正是由于炼钢连铸生产具有如上的工艺约束,加之通常配置有并行设备,使得炼钢-连铸生产调度具有工件等待时间受限的混合流水车间调度问题的特征,但由于在连铸阶段,炉次受到必须按浇次分组连续加工的工艺限制,使得炼钢-连铸生产调度与一般混合流水车间调度问题相比有其特殊性[3]。
4.3 热轧作业排程模块
该模块用于传统的热轧轧机和冷轧轧机的排程,并能支持和连铸机的热送热装。主要考虑钢材种类选择、轧制属性设定、换辊、批次切换停机时间和启动条件等。
热轧作业排程和其他的一般的生产排程一样是NP-Hard的[4],通常用启发式规则库、约束满足等方法完成排程。排程结果是轧制单元的时间序列,用户可以决定拒绝还是下发该作业序列。排程过程中,系统会选择适合于热送热装的工作单。
5 运行效果
2008 年项目完成后,该钢铁联合企业发生了显著的变化,更能适应客户的苛刻要求。热轧产品的交货期降低了23%,仅需29天;冷轧产品的交货期降低了31%,仅需47天。按时交货率有大幅提升,出口产品的按时交货率由73%提高到86.5%。库存显著降低,进而降低了生产成本。以前每月有41万吨的库存,现在的库存降到了31万吨,库存周转率是12。材料的企业内运输显著减少,减少了产品在企业内部的周转时间,更加合理地使用了各种运输工具。
摘要：钢铁企业的计划与调度是企业高效组织,有序生产,保证产能、经济效益最大化的最核心的生产管理功能。计划部分需要考虑板型设计、物料计划、生产计划等,在详细的排产阶段需要设计热金属交付、连铸、轧制等时刻表甘特图。
关键词：钢铁生产,计划,调度
参考文献
[1]李铁克,孙林,杜景红,李兰英.炼钢车间MES中的生产调度系统[J].冶金自动化,2003(5):22-25.
[2]王宇,蔡洋,李铁克.钢铁企业订单排产中的ATP与CTP模型[J].科技和产业,2005,11(5):37-39.
[3]孙玲.炼钢-连铸-热轧计划与调度方法研究[D].北京:北京科技大学,2007:122.
[4]李铁克,郭冬芬.基于约束满足的热轧批量计划模型与算法[J].控制与决策,2007,22(4):389-393.
调度计划技术支持系统 篇2
河南能源企业文化理念（15%）
企业使命
勇于担当 成就梦想
释义：站位高远，服务大局，以强烈的进取意识、机遇意识和责任意识，在中原崛起、河南振兴、富民强省的大业中勇担重任，成就河南能源做大、做强、做久的企业梦，成就员工高尚、卓越、受人尊敬的人生梦，共筑国家富强、民族振兴、人民幸福的中国梦。
企业愿景 行业领先 国际一流
释义：坚持战略引领，实施创新驱动，建设卓越团队，以全球化视野瞄准行业最前沿，抢占行业制高点，整合国内、国际两种资源，拓展国内、国际两个市场，打造企业文化先进、发展战略清晰、管理模式科学、产业结构合理、核心竞争力突出的企业集团。
企业哲学 人企合一 顺势而行
释义：企业和员工是利益共同体、发展共同体和命运共同体。企业以人为本，感恩员工，让员工体面劳动、幸福生活；员工感恩企业，用心做事，实现人企共赢、人企共荣。顺应宏观大势，研判经 济趋势，把握发展走势，应势而变，乘势而上，顺势而行。
核心价值观
用心做事 追求卓越
释义：持之以恒，强化想做事的紧迫感；细心专注，强化善做事的责任感；精益求精，强化做成事的使命感。发扬“特别能战斗”的优良传统，把企业当家，把岗位当命，把工作当事业，持续提升，超越优秀，追求卓越，让员工实现更好发展，让企业实现更大价值。
管理理念 三化为本 创新驱动
释义：以制度化、规范化、市场化为内容的“三化”管理是企业规范高效运作的活力之本。“制度化”是基础，“规范化”是保障，“市场化”是核心。依靠创新驱动，“三化”有机融合，激发管理内生动力，激活资源要素活力，持续提升企业核心竞争力。
发展理念 先人一步 持续提升
释义：先人一步，遍地黄金。研判宏观大势、市场趋势、行业走势，洞察先机、抢占先机、赢得先机。坚持战略引领、风险可控原则，秉承规模增长与价值增长并重、价值增长优先，产业运营与资本运营并举、产业运营为主的发展思路，科学决策，诚信立业，不断升企业可持续发展能力。
安全理念
从零开始 向零奋斗
释义：认真落实“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，强化“底线思维”和“红线意识”，按照“抓系统、系统抓”的思路，坚持“铁制度、硬执行，真较真、不糊弄”的要求，做到“安全管理十个零”。实施主动预防型安全管理模式，推行安全风险预控体系，构建安全长效机制，打造本质安全型企业。
人才理念 人尽其才 以德为先
释义：人才是企业第一资源。尊重人才、善用人才、培养人才，让人才发挥最大潜力，实现最大价值。围绕结构优化的人力资源管理目标，坚持“德才兼备、以德为先”的用人标准和“民主、公开、竞争、择优”的选人方法，遵循“三优先、三鼓励、四不用”②的用人导向，构建管理、技术、技能“W型”职业发展三通道，建设支撑企业可持续发展的多元化人力资源队伍。
环保理念 清洁生产 绿色发展
释义：应用新技术、新工艺、新材料，推行清洁生产、节约生产、绿色生产，做到安全生产高效化、资源利用循环化、生产废料无害化、碳排放减量化，建设资源节约型、环境友好型企业。
廉洁理念 阳光透明 风清气正
释义：倡导清明、清廉、清正之风，营造公开、公正、公平氛围，推行“三不三无、本廉体系”，构建廉洁自律长效机制。提高修养，提升境界，算好人生“七笔账”，时刻警钟长鸣，始终心怀敬畏，清清白白做人、干干净净做事。
注释：①“安全管理十个零”：即安全工作零起点、责任落实零距离、系统运行零隐患、设备状态零缺 陷、生产组织零违章、操作过程零失误、排查隐患零盲区、隐患治理零搁置、安全生产零事故、发生事故零效益。
②“三优先、三鼓励、四不用”：即优先从业绩突出的团队中选拔干部，优先从在艰苦地区工作过的干部中选拔干部，优先从基层和生产一线选拔干部。鼓励机关和本地区干部到艰苦地区工作，鼓励专家型人才进入技术或业务型职业岗位发展，鼓励干部向技术化和职业化转变。不思进取、不干实事的不用；品头论足、善于“公关”的不用；不敢负责、不敢碰硬的不用；搞花架子、善于作秀的不用。
③“三不三无”：即从意识层面保证“不愿腐”、从实践层面保证“不能腐”、从机制层面保证“不敢腐”，确保党员干部无违纪、无违法、无犯罪。
④“七笔账”：即政治账、经济账、名誉账、家庭账、亲情账、自由账、健康账。
河南能源2014年1号、3号文件贯彻复习题（25%）
一、填空题
1、河南能源2014年安全一号文中提出要始终把员工生命安全放在首位，以安全零死亡为目标，以“012345”主动预防型安全管理模式为载体，以落实“抓系统、系统抓”工作要求和“管生产、管业务必须同时管安全”原则为抓手，强化责任落实，深化“双基”建设。
2、河南能源2014年安全工作总体思路是坚守一个信条，抓实一号工程，建好四个平台，突出十项重点，强化六个支撑，实现一个目标。3、2014年安全工作总体思路中建好四个平台是指建好“双基”考核、质量达标、风险预控、安全自主管理四个管理平台。4、2014年安全工作总体思路中强化六个支撑是指强化科技投入、安全培训、隐患治理、应急管理、责任追究、安全文化建设六个支撑；
5、“双基”建设要坚持“ 动态化、常态化、专业化、精细化、问题责任化”的“五化”原则，进行月度对标考核，考核率要达到100%。
6、安全“五自”管理是指矿井自主、系统自控、区队自治、班组自理、员工自律。
7、各系统必须按照“抓系统，系统抓”的工作要求和“管生产、管业务必须同时管安全”的原则，建立完善专业系统安全生产责任制，并分解到岗位，认真落实。8、15、按照“简明、务实、高效”的原则，制定专业系统安全“双基”考核办法，分管副职每月组织对分管部室、区域公司、矿井专业系统进行一次安全“双基”建设考核。
9、认真落实隐患排查治理制度，公司行政正职每季度要组织一次隐患排查，分管副职每月至少组织一
次系统隐患排查，各矿井专业系统每月至少组织两次隐患排查，建立隐患排查管理台帐，并按“五定”原则和“闭环”管理要求落实。
10、公司每月必须组织一次安全办公会议，由行政正职主持，或行政正职委托安全副职主持，要求副总师以上公司领导及机关相关处室参加，河南能源“双基”考核特别要求分管组织人事、物资供应、纪检监察、财务的公司分管领导及总会计师无特殊原因，必须参加，集中研究解决影响当前安全生产的人、财、物和重大安全隐患、问题等。
11、按照“抓系统，系统抓”的工作要求，专业系统推行安全工作计划管理。逐月制定月度安全工作计划，按月考核，奖罚兑现。
12、抓实一号工程即：抓实瓦斯综合治理安全一号工程。
13、“双基”指的是：基层建设和基础建设。各公司每季度至少召开一次双基建设会议，协调解决安全“双基”建设存在问题。
14、安全“双基”建设考核实行百分制，考核结果与各单位安全结构工资、班子成员安全“双基”建设奖罚挂钩。安全结构工资挂钩比例：煤业公司30%，化工单位20%，按月考核并兑现奖罚。以90分为基准分进行考核。每高（低）于基准分1分，奖（罚）该公司安全结构工资指标4%。
15、为强化安全责任，推行集团公司考核各单位正职、各单位正职考核副职，的责任化考核机制。按照个人安全绩效考核得分占60%、单位“双基”建设考核得分占40%的考核原则，兑现各单位考核情况。
16、“双基”考核要突出系统自控，强化安全责任，实行专业系统量化对标考核。
17、安全“双基”建设考核坚持面对基层、面对现场、面对问题，围绕安全管理定位和职责范围，逐级检查考核，问题成因倒查。
18、安全管理系统“双基”建设对标考核标准中；未制定专业系统安全生产责任制扣5分；责任制未体现“抓系统，系统抓”的工作要求和“管业务、管生产必须同时管安全”的原则扣2分。
19、“双基”建设对标考核标准中，公司领导或机关部室深入基层或下井次数不符合集团公司要求扣1分/人次；没有填写隐患记录扣0.5分/人次。没有帮助基层单位分析研究专业系统问题或查不到记录的扣1分/次
20、各单位主要领导、安全生产副职每月向集团公司自述上报重大安全隐患，未按规定自述上报隐患或抽查系统存在重大隐患但系统领导零上报扣1分/人次；重大隐患未责任倒查或责任倒查不到位的扣1分/条。
二、多选题
1、安全“双基”建设考核实行百分制，考核结果与各单位（A、B、C、D）挂钩。
A、安全结构工资 B、绩效工资 C、班子成员安全“双基”建设奖罚 D、风险抵押金
2、按照（A、B、C、D、E）的考核要求，对各单位安全“双基”建设及考核的工作过程和实施效果进行验证。
A、精细化 B、动态化 C、专业化 D、常态化 E、问题责任化
3、专业系统（A、C、D、E、F）等技术资料齐全，修改及时，与现场一致。A、图纸 B、制度 C、记录 D、档案 E、报表 F、台账
4、安全“双基”建设考核，根据集团公司安全形势发展情况，灵活采取（A、B、C）等方法，对基层单位月度安全“双基”建设情况进行考核。
A、集团公司抽查 B、单位互查 C、单位自查与专业抽查相结合
5、落实安全约谈、通报、挂牌督办和安全生产事故责任追究等四项制度。做到（A、B、C）三个零容忍。A、安全事故零容忍 B、安全隐患零容忍 C、不安全行为零容忍
8、各单位、各专业系统要坚持“以点带面、点面结合”的原则，大力开展（A、B、C、D）建设，发挥示范带动作用，全面提升安全质量标准化水平。
A、精品工程 B、精品区域 C、亮点工程 D、本安线路E、示范单位 9、2014年要全面构建“（A、B、C、D、E）的安全生产长效机制，努力打造本质安全型企业。A、理念先进 B、管理科学 C、抓手有力 D、基础牢固 E、效果显著
10、必须按照规定标准（A）安全费用，以（B）为重点，编制并落实安全投入计划。特别强调（C）无论经济形势如何严峻，安全入一分都不能少。
A、足额提取和规范使用 B、治理大隐患、完善大系统 C、无论经济形势如何严峻，安全投入一分都不能少
11、组织开展全员培训。必须按照“干什么学什么”、“缺什么补什么”的原则和（C、D、E）的工作要求，明确培训方式、方法和内容。
A全员化 B系统化 C小型化 D专业化 E多批次
12、集团公司抽查或单位互查时，考核组成员要控制在（E）人，专业抽查时控制在（A）人，各单位（含区域公司）陪检人员原则上不得超过集团公司考核组成员数量。A、2-3 B、4～8 C、5～10 D、6～9 E、6～8
13、单位（义煤公司）行政正职每季组织一次隐患排查，建立重大隐患管理台帐，并按“五定” 原则，即（A、C、D、E、F）和“闭环”管理要求进行落实。
A、定时间 B、定任务 C、定整改措施 D、定资金 E、定措施 F、定责任人
14、矿（厂）每月进行一次（D）评价，区队（车间）每月开展一次（E）。确定为（安全放心（A）、重点关注（B）、停产整顿（C））三个等级，并按照评价结果严格落实。
A、安全放心 B、重点关注 C、停产整顿 E、安全程度评估 D、安全程度评价 C巡回检查
15、安全生产在任何情况下都必须做到的是（A、B、C、D）。
A、务必提高思想认识 B、务必坚持理念引领 C、务必落实“一把手”责任 C、务必体现以人为本
16、集团公司2014年瓦斯治理要坚持做到五个必须是（A、B、C、D、E）A、必须坚定信心不动摇 B、必须咬住目标不放松 C、必须执行标准不走样
D、必须确保投入有保障 E、必须严格落实考核奖惩，17、坚持“守土有责、失土问责”的原则，凡发生事故的，在经济上严格处罚，事故单位（A、B、C）。A、安全结构工资一律扣除 B、安全奖一律停发 C、责任人一律重罚
18、各专业系统对标考核权重是煤业公司：安全管理（C）；采掘(B)；机电运输(B)；一通三防(A)；地测防治水(D)。化工单位：安全管理（C）；生产(B)；设备(B)；电气(B)；仪表(B),对重大隐患、事故的考核项属于硬性指标，不在权重的考核范围。A、20% B、15% C、40% D、10%
19、安全“双基”建设要突出“简单、实用、有效”的原则，检查过程中发现（）现象之一的，视严重程度，在月度安全“双基”建设考核分基”考核中进行扣分。
（A）停产、地面或井下列队迎接检查的（B）汇报情况不属实或考核发现管理过程弄虚作假的（C）正职对副职、副职对分管系统考核不亲力亲为、不认真、考核结果严重脱离实际的
10、“六位一体”防冲体系指的是（A、C、D、E、F）和安全防护。A、主动预防 F培训教育 C预测预报 D、措施解危 E、效果检验
三、简答题
1、河南能源2014年安全工作的指导思想是什么？
答：深入贯彻党的十八大和十八届三中全会精神，牢固树立以人为本、安全发展理念，始终坚持“安全第一、预防为主、综合治理”方针和“管理、装备、培训并重”原则，坚守发展决不能以牺牲人的生命为代价的红线，落实《国务院关于进一步加强煤矿安全生产工作的意见》（国办发〔2013〕99号），强化“一岗双责、党政同责”，始终把员工生命安全放在首位，以安全零死亡为目标，以“012345”主动预防型安全管理模式为载体，以落实“抓系统、系统抓”工作要求和“管生产、管业务必须同时管安全”原则为抓手，强化责任落实，深化“双基”建设，加大科技投入，加强安全培训，狠抓灾害防治，持续提升风险预控水平和安全保障能力，全面构建“理念先进、管理科学、抓手有力、基础牢固、效果显著”的安全生产长效机制，努力打造本质安全型企业。2、2014年河南能源2014年安全工作目标是什么？
答：
（一）煤炭企业实现零死亡，消灭一级非伤亡事故；非煤企业实现零重伤，消灭一级非伤亡事故。集团公司整体实现零死亡。
（二）瓦斯区域治理实现良性循环规划目标。
（三）安全质量标准化建设实现达标规划。
（四）杜绝一般环境事件(Ⅳ级)。3、2014年河南能源1号文件中提到“四大体系”指的是什么？
答：一是建立以科技投入为导向的安全保障体系；二是建立以素质提升为导向的职工培训体系；三是建立以强化管理为导向的安全评价体系；四是建立以防灾抗灾为导向的应急救援体系。
4、“抓系统、系统抓”指的是什么？
答：正职“抓系统”、副职“系统抓”职责分工明确。5、2014年河南能源1号文件中提到5+3考核体系指的是什么？
答：5”：即集团公司考核子公司、子公司考核矿井、矿井考核区队、区队考核班组的五级纵向考核体系； “3”：即对煤业公司、子公司、矿井业务部门的三级横向安全考核体系。6、2014年河南能源1号文件提到中“双基”建设指的是什么？
答：即基层和基础建设。基层建设的核心是组织建设，重点是抓好“公司班子、矿井班子、技术队伍、区队班组、职工队伍、安监队伍、安全培训机构、群众安全”等8支队伍建设。基础建设的核心是制度建设，重点是建立健全以安全生产责任制为核心的18项安全生产管理制度。
7、河南能源“012345”安全管理模式中的 “0、1、2、3、4、5”各指什么？
答： “零理念”、“一号工程”、“双基建设“、“三项机制”、“四大体系”和“五自”管理。
8、河南能源安全一号文件规定安全责任追究的原则是什么？
答： 坚持“铁制度、硬执行，真较真、不糊弄”和“三个零容忍”（事故、隐患和不安全行为）要求，坚持安全一票否决制和“一查到底、责任倒查、分级负责”原则，严格并规范安全责任追究。
9、河南能源安全一号文件严格隐患责任追究的内容是什么？
答：坚持“重患必停、重患必究”的原则，对重大隐患除严格按照豫政〔2011〕41号文件实施责任追究外，对搁置隐患、重复隐患、反弹隐患和隐瞒隐患，要按照集团公司相关规定进行责任追究；对重大隐患实行挂牌督办，对因隐患整改不及时、不彻底而造成事故的，除从重追究直接责任外，还要追究相关部门的责任。
10、河南能源安全一号文件严格不安全行为责任追究内容是什么？
答：凡触犯国家煤监局煤矿瓦斯防治工作“十条禁令”和集团公司瓦斯管理“十条红线”的，干部一律免职，工人一律解除劳动合同；凡因安全原因等被责令停产停工的，一律追溯上一级管理机构的连带责任。要通过严格责任追究，做到安全事故零容忍、安全隐患零容忍、不安全行为零容忍。
调度系统理论复习题（60%）
一、填空题
1、各级调度人员必须做到
上情下达、下情上传，确保上级领导指示、指令的落实。
2、调度人员要经常的深入 生产一线，熟悉 生产情况，掌握第一手资料，了解生产变化的趋势。
3、井下安全避险六大系统 监测监控系统、通讯联络系统、紧急避险系统、人员定位系统、压风自救系统、供水施救系统。
4、电气设备的三大保护是 过流保护、接地保护、漏电保护。
5、煤矿调度员要能看懂采掘工程平面图、井上下对照图、采掘单项施工图、采掘作业规程的各种附图和 矿井避灾路线图。
6、煤矿雨季“三防”工作是指防洪、防排水、防雷电。
7、煤矿安全监控系统必须做到 装备齐全、数据准确、断电可靠、处置迅速，确保监控有效。
8、在事故救援中，必须按照安全第一、预防为主、快速有效 和救人第一的方针。
9、瓦斯治理“十二字”方针是 先抽后采、监测监控、以风定产。
10、煤矿“五大灾害”是指瓦斯、煤尘、水、火、顶板。
11、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过 1% 或二氧化碳浓度超过 1.5%，必须停止工作，撤出人员，采取措施，进行处理。
12、决定煤与瓦斯突出的三要素是指地应力、瓦斯、煤的性质。
13、调度工作的基本任务之一是认真执行煤炭生产的有关方针、政策，以安全生产、经营活动为中心，根据企业的 生产计划指标，组织、协调、指挥安全、均衡生产，全面完成各项生产经营任务。
14、《河南省煤炭行业调度管理工作（暂行）规定》要求各级调度室都要建立调度会、平衡会、调度主任例会等调度会议制度。
15、调度人员的基本素质之一是：熟悉掌握 三大规程 等有关法律、规定，熟悉煤炭生产的全过程。
16、局扇通风方式有 抽出式、压入式、混合式。
17、__作业计划_是调度日常活动的主要依据,没有它,调度工作就失去了准绳.18、煤矿安全生产方针是安全第一、预防为主、综合治理、总体推进。
19、调度管理特性：①调度工作的 权威性 ；②调度工作的业务技术性 ；③很强的连续性；④严格的 时间性 ；⑤业务保安 的重要性。
20、生产调度人员必须掌握安全生产 方针和 政策，熟知 和其他有关安全生产的法规，切实搞好调度业务保安。
二、选择题
1、煤矿生产调度人员工作上要（A）,坚持“严。细。准。快”的好作风。A、从严从细.B、作风优良.C、积极主动 D、快速有效
2、局部通风机的“三专”“两闭锁”是（C）。
A、专用变压器、专用开关、专用线路；风电闭锁，瓦斯风闭锁 B、专用设备、专用开关、专用线路；风电闭锁，瓦斯风闭锁 C、专用变压器，专用开关，专用线路；风电闭锁，瓦斯电闭锁
3、煤矿井下发生透水事故后，现场作业人员应首先直接向（B）报告。A：采掘区队长 B：矿调度室 C：采掘区队值班人员
4、矿井安全监控系统必须具有(A)A.甲烷断电仪的全部功能、甲烷风电闭锁全部功能、馈电状态监测功能 B.甲烷风电闭锁全部功能、馈电状态监测功能
C.甲烷风电闭锁全部功能、馈电状态监测功能、断电与馈电状态不符声光报警功能
D.甲烷风电闭锁全部功能、断电与馈电状态不符声光报警功能
5、装药前和放炮前，放炮员必须检查瓦斯，如果放炮地点附近（）M以内风流中，瓦斯浓度达到（D）时，不准装药放炮。
A、10 0.5% B、15 1% C、20 0.5% D、20 1%
6、局扇必须安装在进风巷道中,距回风口不得小于（A）。A、10米 B、20米 C、15米 D、12米
7、调度信息的展示方式除了报表报送方式外，还有(C)。A．对比方式
B．归纳方式
C．图表展示方式
D．推理方式
8、从事煤矿工作的职工在安全生产实践中应具备的意识和技能是。C A、安全理论 B、安全文化 C、安全素质
9、临时停风的掘进巷道中瓦斯浓度超过（C）时，在恢复正常通风前就地必须采取措施进行瓦斯排放。
A、0.5% B、1.0% C、1.5% D、2%
10、（A）是对相应时期内生产经营活动总结，传递生产安全和经营活动信息的方式。A、调度报表 B、调度统计 C、调度会议 D、调度简报
11、防爆电气设备的防爆总标志为（B）A、MA B、Ex C、Exd
12、调度质量标准化标准规定，发生各类事故时，各级度室要在规定的时间内及时汇报,对重伤和二级以上非伤亡事故,迟报1次扣（）分,瞒报1次扣（D）分。A、2、5 B、4、1 C、6、3 D、2、4
13、井下供电“三无”是（C）。
A、无过电流、无漏电、无接地 B、无开关、无接头、无高压 C、无鸡爪子、无羊尾巴、无明接头
14、《安全生产法》于（B）起实施。
A、2002年6月29日 B、2002年11月1日 C、2000年11月1日 D、2002年12月1日
15、临时停工地点不得停风，否则必须做到（C）。
A、切断电源并向调度室汇报； B、揭示警标，禁止人员入内； C、切断电源，设置栅栏，揭示警标，禁止人员进入，并向矿调度室报告。
16、采煤工作面两道出口超前支护距离不得小于（B）m。A、10 B、20 C、40
17、《煤矿安全规程》对有煤与瓦斯突出危险采掘工作面瓦斯浓度检查次数的要求是（C）。A．每班至少2次
B．每班至少3次
C．必须有专职瓦斯员经常检查
18、采煤工作面的供风量每人每分钟不得低于（C）A、5立方米 B、4.5立方米 C、4立方米
19、煤层厚度在1.3m以下叫（C）A、厚煤层 B、中厚煤层 C、薄煤层 20、调度装备及信息化建设意义主要表现在（D）
A、建立全方位，多手段的安全防范措施 B、具有事故后及时、高效的救措 C、提高生产效率，改善安全生产状况 D、以上都是
21、．煤矿生产调度室是（C）。
A.组织生产、技术、安检等部门共同完成生产计划的重要机构 B.组织生产、安检、机电等部门共同完成生产计划的重要机构 C.组织生产、技术、管理等部门共同完成生产计划的重要机构 D.组织生产、机电、技术等部门共同完成生产计划的重要机构
22、反风设备由矿长组织有关部门（B）至少检查一次.A、每季度
B、每年 C、每半年 D、每两年
23、煤矿各级调度机构是煤炭生产的（B）。
A、管理中心 B、指挥中心 C、汇报中心 D、信息中心
24、煤矿综合平衡的核心即是调度工作的重点(B)。A.部门之间的平衡 B.组织采掘衔接的平衡
C.组织完成生产任务的平衡
D.人、财、物的平衡
25、井下低压配电电压不超过（D）。A．127V B.220V C.660V D.1140V
26、失爆是指隔爆电气设备的隔爆外壳失去了（A）。A．耐爆性 B．隔爆性 C．耐爆性或隔爆性
27、采煤工作面瓦斯传感器安设应垂直悬挂距顶板不得大于（A）。A．300mm B.400mm C.500mm D.600mm
28、《矿井灾害预防及处理计划》是煤矿企业为了防止事故发生和一旦发生后预先制定的（B）方案，是进行事故救援活动指南。A．人员撤离 B．抢险救灾 C．事故处理
29、采煤工作面瓦斯管理的重点是（C）瓦斯。A．回风巷 B．采空区 C．回风隅角
30、《煤矿安全规程》第四十八条规定：一个采区同一煤层不得布置 及以上采煤工作面同时作业。（B）A．2个 B．3个 Ｃ．４个
三、判断题
1、调度工作必须有全面安排、积极平衡的观点，要分轻轻重缓急，前后顺序，抓住主要矛盾，统筹解决。（√）
2、煤矿各级调度机构是矿井生产指挥系统的指挥部和记录部-。(×)
3、确诊为尘肺病的职工，只要本人愿意，可以继续从事接触粉尘的工作。（×）
4、生产计划和生产作业计划是调度组织生产活动的主要依据。(√)
5、采掘工作面的进风流中，二氧化碳浓度不超过1%。(×)
6、煤矿企业对检查出的职业病患者，必须按国家规定及时给以治疗、疗养和调离有害作业岗位，并做好健康监护及职业病报告工作。（√）
7、可以使用3台以上(含3台)的局部通风机同时向1个掘进工作面供风。(×)
8、采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1%时，必须停止用电钻打眼。(√)
9、爆破地点附近20米以内风流中瓦斯浓度达到0、5%时，严禁爆破。(×)
10、调度管理的指挥职能与作用，就是在生产经营活动中及时有效地处理各种问题，领导和调度各级各类人员按照生产经营目标协调配合。（√）
11、煤炭企业生产过程具有很强的连续性，各级调度人员必须坚守岗位，24小时值班，不间断地进行生产经营组织指挥，保证按班、日、旬、月均衡地完成生产经营任务。(×)
12、在一个采煤工作面可以使用两台发爆器同时进行爆破。(×)
13、《安全生产法》规定，生产经营单位对安全生产监督管理部门的安全检查，应当予以配合，不得拒绝、阻挠。（√）
15、调度室接收情况时，必须将汇报内容、时间、地点、汇报人员等情况记录准确，如实反映客观情况；组织指挥生产准确无误；一切数据计算准确，填写认真。（√）
16、采掘工作面尽量避免串联通风，回风道应保证足够的通风断面。（√）
17、为了预防或减少冒顶片帮的发生，回采工作面应与主要裂隙方向成一锐角或垂直。（√）
18、瓦斯爆炸界限与空气中的氧含量无关。（X）
19、在独头巷道维修支护时，必须由里向外，逐架进行。（X）
20、在采掘工程图上，煤层底板等高线间距较密的地方，煤层的倾角较大。（√）
21、具有耐爆性和隔爆性的电气设备是防爆电气设备。（X）
22、法律责任包括行政责任、刑事责任和民事责任。（√）
23、井下两道风门不得同时打开。（√）
24、开采容易自燃煤层不必设置采区专用回风巷。（X）
25、只要严格执行安全技术措施、操作规程就能避免工伤事故。（X）
26、低瓦斯矿井不会发生瓦斯爆炸。（X）
27、所有煤尘爆炸后都会产生皮渣和粘块。（X）
28、每天必须对低压检漏装置的运行情况进行一次跳闸试验。（√）
29、《规程》规定主要通风机必须装反风设施，并能在10分钟内改变风流方向且风量应不低于正常风量的60%。（X）
30、《安全生产法》规定，生产经营单位对安全生产监督管理部门的安全检查，应当予以配合，不得拒绝、阻挠。（√）
四、简答题
1、调度工作的主要依据是什么？
（1）依照生产计划组织生产；（2）围绕循环图表搞好综合平衡；（3）按照有关规程规定进行监督检查；（4）遵循上级领导的指示进行调度工作。
2、简述调度员交接班“五交清”内容？
⑴交清当班任务完成情况，并说明产量超欠原因；
⑵交清安全情况及各类事故、重点工程和关键部位变化情况； ⑶交清领导指示、上级传真、调度通知通报的贯彻执行情况； ⑷交清还在处理和待处理的工作详细内容； ⑸交清下一班生产任务预计和可能出现的问题
3、煤矿调度工作的三大基本任务？
一是掌握矿井安全生产状况；二是指挥各生产系统正常运作；三是组织和协调生产准备工作。
4、矿井瓦斯爆炸有哪些危害？
(1)产生高温。在井下发生瓦斯爆炸的瞬间，温度可高达1850—2650℃，这么高的温度对人和井下设备足有极大危害的。
(2)产生高压。爆炸后空气的压力平均为爆炸前的9倍，因而井下如发生瓦斯连续爆炸，则爆炸后的空气压力会越来越高，对矿井的破坏也就越来越严重。
(3)产生大量的剧毒的一氧化碳。由于井下空间小，所能提供的氧气有限，以因而爆炸所导致的化学反应并不完全，会产生大量的有剧毒的一氧化碳气体，这是造成爆炸后人员大量伤亡的主要原因。
(4)产生冲击波。冲击被会使井下巷道大量冒顶塌落，毁坏设备，给国家造成巨大的物质财富损失。
5、各级调度值班人员，要做好哪些交接班手续？
⑴在交班前对当班生产情况进行认真分析总结，填写好调度日志或交接班簿。
⑵当班发生的主要问题应将处理结果做好记录，待办事宜和未解决的问题要进行详细交班。⑶接班调度员要认真听取交班调度员所交的情况，仔细查看调度日志和其他方面的记录，并在交接班簿上签字。
6、煤炭自燃的基本条件是：
（1）有易自燃的煤炭存在（2）有含氧量较高的空气流过
（3）风速适当，煤氧化生成的热量能不断积聚。
（4）上面的3个必备条件同时存在且保持一定的时间。
7、煤尘爆炸必须具备条件?（1）煤尘本身具有爆炸性。一般说来，煤尘爆炸指数大于10%的煤尘属于爆炸性煤尘。
（2）煤尘呈浮游状态，并达到一定浓度。煤尘爆炸下限浓度为45g/m3、上限浓度为1500∽2000g/m3。（3）有足以点燃煤尘的热源。我国试验的煤尘爆炸引燃温度在610∽1050℃之间，一般为700∽800℃。
（4）氧气浓度不低于18%。
8、调度工作的综合平衡是什么？
一、生产任务的平衡。
1、各区队间生产能力的平衡。
2、矿井全面完成生产任务的平衡。
3、完成生产任务时间上的平衡。
4、丰产与欠产之间的平衡。
二、采掘衔接的平衡。
三、生产环节之间的平衡。
四、部门之间的平衡。
五、轻重缓急的平衡。
六、人、财、物的平衡。
七、综合平衡的现代方法。
9、矿井灾害有那几类？
1、瓦斯聚积和瓦斯爆炸。
2、煤尘危害。
3、煤炭自燃发火。
4、顶板事故。
5、水灾。
6、机电、运输提升事故。
7、冲击地压事故。
10、说明在应急救援预案中应向上级应急救援机构汇报的内容？ ①发生事故的单位、时间、地点；②事故类型；
③影响范围； ④人员遇险情况；⑤事故原因的初步判断； ⑥应急预案的启动情况；
⑦已采取的应急抢救方案、措施和进展情况； ⑧需请示报告的其它事宜等。
11、煤矿矿长保护矿工生命安全七条规定
1、必须证照齐全，严禁无证照或者证照失效非法生产。
2、必须在批准区域正规开采，严禁超层越界或者巷道式采煤、空顶作业。
3、必须确保通风系统可靠，严禁无风、微风、循环风冒险作业。
4、必须做到瓦斯抽采达标，防突措施到位，监控系统有效，瓦斯超限立即撤人，严禁违规作业。
5、必须落实井下探放水规定，严禁开采防隔水煤柱。
6、必须保证井下机电和所有提升设备完好，严禁非阻燃、非防爆设备违规入井。
7、必须坚持矿领导下井带班，确保员工培训合格、持证上岗，严禁违章指挥。
五、问答题
1、请论述矿调度室重大事故指挥抢险程序？
⑴．在接到事故汇报时，要问清事故发生的时间、地点、灾区作业点个数、人数、危害程度、涉及范围、现状和趋势。⑵．立即按照规定的程序向矿总工程师、矿长及其他领导和上级部门汇报。⑶．按照领导指示通知有关人员赶赴现场观察灾情，研究抢救措施，并通知有关科室维持好矿场秩序和做好井口的保卫工作。⑷．迅速安排在事故地点附近的安全地段架设临时电话，并派专人看守，以保证调度室与现场随时联系。⑸．通知受灾的区、队查清当班出勤人数和可能所处的位置，并通知劳资部门找出遇险人员的劳动管理卡片备查。⑹．按矿长、总工程师指示，调动人力、物力抢救，并掌握事故抢救进展情况，做好详细记录。
2、处理冒顶埋人事故时必须遵循的原则有哪些？
答：（1）探明冒顶区范围和被埋、压、堵的人数及遇险人员可能所在位置，并分析抢救和处理条件，采取不同的抢救方法。
（2）迅速恢复冒顶区的通风，如一时不能恢复的，则应用压风管、水管或打钻孔向埋、压或截堵区人员供给新鲜空气。
（3）在处理过程中，必须由外向里加强支护，清理出抢救人员的通道。必要时还可向遇险人员处开掘专用小巷道。
（4）在抢救处理过程中，必须有专人检查和监视顶板情况，加强支护，防止发生二次冒顶，并注意检查瓦斯及其它有害气体情况。
（5）在抢救中遇有大块岩石时，不许用爆破方法处理，可用千斤顶、撬杠等工具移动石块，以救出遇险人员。
3、矿调度人员的“应知应会”中的“应知”“应会”是指什么？ 应知是：
（1）本矿井所开采的煤系、主采煤层、各煤层的赋存情况（产状）、开采条件（包括断层构造、煤层的稳定性和水文地质等）和矿界。
（2）本矿开拓方式、开采水平、延深水平、全矿现有地质、可采储量和各个水平的可采储量及“三量”变化。
（3）本矿采区接续，生产的采区和回采面，正在掘进准备的新采区和新工作面。
(4)本矿的采煤方法、支护形式、落煤方法、循环安排；掘进工作面的爆破、装运和支护形式。
（5）矿井的提升运输方式和现有的设备与能力；地面生产系统的原煤加工，储、装、运系统与能力，以及排矸方式和排矸运输系统。
（6）矿井、采区和回采工作面的进、回风系统，主、辅扇风机的型号和能力以及运转情况。（7）矿井总变电所和采区变电所的位置、设备容量和通往采掘面的线路系统。（8）本矿压风机房所在位置、设备能力、管路系统和供风状况。
（9）防尘水源（静压供水）、供水设备及送水管路系统，以及防尘喷雾洒水系统。
（10）本矿当年的矿井瓦斯等级、煤的爆炸指数、自然发火期和每个季度审定的矿井灾害预防计划和事故避灾路线。
（11）本矿当年的水平延深、技术改造和安全技术措施等重要工程的计划项目和施工情况。（12）本矿的主要采掘机械调和的在籍台数、性能和使用维修情况。应会是：
（1）会使用本调度室内的各种通信设备与上下、内外通话（包括无线电话传呼装置）、调度总机、各种电话、传真机和计算机、录音机。
（2）会操作调度室内的遥测、遥控仪表。
（3）会组织日、班生产工作和循环作业，会处理生产中的一般故障。（4）会掌握生产动态，分析生产发展趋势，做好预测预报。
（5）会计算生产工作日数、日均和月均产量与进尺、单产、单进、正规循环率和采掘日生产能力。（6）会做班、日、旬、月的生产与安全分析。
调度计划技术支持系统 篇3
[关键词]调度技术；智能电网；数据同步
一、建设智能电网调度技术系统的主要目的
国家电力系统的调度通信中心逐渐向“智能电网调度技术支持系统建设框架”的方面进行发展，这也就显示了智能电力系统调度支持系统的建立的目的就是：建立统一健全的智能电网系统是为了更好地适应国家电网调度安全和运行可靠，灵活协调，经济环保的政策要求，电网公司的研究和开发要与国家的智能电网的特点相互适应，发挥企业的自主创新能力并结合国际领先的智能电网调度技术，实现国家，省，市，地，县的智能电网调度支持系统的统一化，公司的电网调度系统的统一化这就要求各地的电力系统的管理流程、信息技术实现自动化、智能化，并且要与国际先进技术相结合。因此这也对智能电网调度支持系统的发展提出了很多的要求和原则。
（1）安全可靠原则。在运用智能电网调度支持系统是要将系统的安全性要求放在第一位，保障电力系统的安全运行，不断加强对电力设施的保护，操作过程要遵循国内的安全操作的要求，并且要在国内安全数据库系统中应用信息技术来对安全证书的认证，执行的权限进行相应的管理。（2）实用的原则。电力系统的整体架构，要结合数据库的数据，有明确的图形界面和中间设施，而且对于应用程序和其他模块也要做出合理的设计，再设计系统是要充分结合国内外的先进技术和相应的研究成果，架构要很好的面向服务，要以安全分区架构为基础，要有更加标准的模型和简便可视化的界面，使用国际尖端技术，设计还要符合国际标准和我国的电力系统的设计标准，从而设计出国际领先的电力调度系统。（3）開放性和可改进性的原则。系统的设计应该遵循开放性的原则设计出开放的系统架构，系统的维护要及时。而且也要与第三方插件有很好的兼容性，从而使的系统的扩容和升级更加简便。（4）管理和易于维护的原则。应用程序的配置，管理更应该方便，对于系统的切割也要灵活；实施环境要考虑在设计系统的过程中，而且服务的配置也要实现参数化和易于定制，这就有利于系统平台功能的调整，这样就可以满足用户的需求，这就便于系统工程的操作、管理、日常维护和升级。
二、调度支持系统的架构
1.电力调度的管理子系统
电力调度的管理子系统是充分考虑设计对象的技术和数据库理论和研发的需求的，这样设计的系统就会更加的简单，而且具有便携性。将电业局，发电厂，变电站和用户的数据有效地导入到数据库中，对于企业的各部门的数据只有有关具有一定职权的领导才可以调用相关的数据，这也就实现了电力系统的数据的共享。电力系统的调度管理子系统可以对数据进行统计分析，生成相应的报表对数据做出评估和这就为决策提供了最直接的参考数据，而且能够更有效的保证电力系统的运行。
2.调度生产管理子系统
调度生产管理子系统是调度支持系统的子系统主要属于省一级，因次要运用先进的技术来对电力系统进行日志管理，电力系统的网页浏览，资源的调度和资源共享的信息进行统计和查询。系统日志的管理的调度要依据数据的记录，汇总的结果，并对其进行排序，实现对数据的搜索，保密，调度的有效性，并且要在系统中嵌入链接以及相应的功能，有利于对事件进行查询；并且可以对机组锅炉的状态进行监控，保证备用锅炉的运行能力，并对其进行维修；对于重要的生产活动也会自动的生成；而且也会实现报告信息的自动调整。对电力调度系统的生产运行进行管理，可以实现管理的科学化和方便化，也可以达到无纸化办公的效果，对于调度部门的工作效率也有很大的提高。
三、智能电网调度的关键技术
1.实时动态监测网络
对于电力系统要进行动态的监控这就要求将先进的现代科技技术运用到系统当中，上世纪90年代开始全球定位系统开始在全球进行应用，这就标志着标同步相量技术应运而生。对于广域动态测量技术应用，能够实现以时间为基准轴来对大的电力系统的操作和控制的信息提供相应的途径和方法。这个系统主要有三大特点：（1）对发电机功角进行直接测量。（2）的主站每间隔40ms就会发送动态数据。（3）使用GPS标记每个数据的时间尺度，并且能够在相同的时间取得的相应的数据，对于动态数据进行监控和记录，实现高频振荡报警，对于电网的安全运行发挥了重要作用，该系统可以实现在40ms内实现高速的同步测量实现数据的准确分析，实现实时的动态系统的并网。
2.电网动态监测预警和决策支持技术
电力系统的监测预警以及决策系统的基本功能包括：实时的动态监测，上线状态评估，静态安全状况分析，分析计算静态电压的稳定性，并且能够计算热稳定性，同时在线计算分析暂态功角，上线的暂态电压稳定分析计算，预防和控制低频振荡的发生，控制在线暂态功角的稳定，紧急控制上线的瞬态电压变化，实现在网上的紧急控制和决策等。除了能够实时的对动态低频振荡实现在线监测和分析为，还可以运用先进的计算技术在EMS/SCADA系统的基础上实现升级。
3.电网运行方式的在线分析技术
生产调度要制定相应的网格工作流程表，合理安排电网运行方式是确保电力系统安全稳定运行的保障。对电网运行的负荷进行实时的预测，对电网输电及配电设备进行合理安排并制定合理的维护方案，从而实现电力系统的安全稳定运行。
电网的动态监测和预警对于决策技术和网络的运行模式的有很大的帮助，他们的特点是在线升级电网系统实现分析和计算的稳定，显着降低计算的工作量，提高了系统的安全和稳定。
参考文献：
[1]孟令愚，李满坡.东北电网联络线关口调度技术支持系统研究[J].电网技术，2012，26（5）：54一56.
[2]刘志超，丁建民，任锦兴.基于以太网的分布式发电厂电气监控系统实现[J].电力系统自动化，2011，28（8）：84-87.
调度计划技术支持系统 篇4
烟草行业作为一种特殊行业,兼有国家宏观调控和市场经济的特征[1]。目前,烟草企业间的竞争加剧,难以依靠传统技术及改造提升其竞争力。而通过引入信息技术,全面实现企业信息化,提升企业综合竞争力,已成为烟草工业企业赢得市场与利润的有效手段。MES系统主要解决企业整体优化中生产计划与生产过程的脱节问题,这一问题长期以来不仅直接影响企业的生产效率,而且成为制约现代企业内部信息集成和企业之间供应链优化的瓶颈[2]。在MES系统中,计划与调度模块处于非常重要的位置,负责整个车间的计划管理以及资源调度等多项重要功能,在车间优化控制方面,计划与调度管理更是处在最重要的位置。
本文通过探讨制造执行系统的内涵,介绍了MES在延吉卷烟厂制丝、卷包生产线上的应用。依托延吉烟厂MES系统项目,研究并开发了生产计划与调度管理系统,充分考虑了月生产计划、原辅料库存状况、车间生产能力等因素,对制丝、卷包生产的调度方法做了一些研究工作。该系统已经投入实际应用,很好地完成了制丝、卷包生产的计划与调度管理,大大地提高了生产效率。
1 烟草行业实施MES的必要性
1.1 烟草企业生产经营特点的需要
烟草行业国家实行专控,其生产总量由国家计划下达,烟草工业企业只能在国家计划的基础上,进行进一步分解,优化产品结构,降低成本,以此来满足消费者的需求[3]。目前烟草工业企业生产计划受市场影响越来越大,大部分企业明显感到计划跟不上变化,面对销售部门对产品交货时间的严格要求,面对营销计划的不断调整和生产过程中品名的更换,造成了生产计划不断变更。在这种生产模式下,企业的销售部门需要对生产部门的情况非常了解,掌握生产线的实时数据,避免签订不合理合同,避免出现交货期根本无法保证等问题;而生产部门也需要及时掌握当前的各项订单情况、要能够及时掌握生产的历史情况和现时数据,快速准确地根据销售合同和调度计划制订科学合理的生产调度计划。要实现上述的功能要求,需要的不仅是先进的生产设备和能力,更重要的是保证从接单——编排生产计划——生产——控制——派送等一系列各个环节的信息畅通,在企业的计划层与生产控制层之间建立起“直通车”。
1.2 烟草行业发展需要
全国烟草行业总体上是一个产大于销的状况,生产能力远远大于市场需求。找出影响产品质量和导致成本增加的因素,提高计划的实时性和灵活性,同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企业所关心的问题[4]。烟草企业要达到成本和质量的双赢,必须严格控制产品生产的全过程和影响生产的各种因素。有效的方法就是加强对原材料和人员工时的全面监控与调度,对生产线上的各个点进行有效地监控和信息管理,加强生产资源综合调度管理,使之发挥最大效益。
1.3 烟草企业信息化的需要
目前,烟草企业整个生产过程集成化程度很高,自动化技术应用十分广泛,在长期的信息化应用过程中,实现了过程的自动化。在管理信息化方面,随着企业信息化建设的不断深入,ERP等信息化管理软件,逐渐为众多的企业所接受,并开始广泛应用于企业管理中,企业也因此取得了一定的管理效益,但是应当看到,烟草企业底层生产控制系统虽已基本实现了基础自动化和过程自动化,并且在此基础上形成了相对独立的系统,但是每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制,从而形成一个个信息孤岛,导致信息资源缺乏共享和生产过程的统一管理[5]。充分利用现场数据,为管理层提供建设性的信息成为关键。
2 卷烟生产过程
卷烟生产过程一般分两段:前段是制丝过程,后段是卷包过程。过程系混合生产模式,兼有流程行业和离散行业的特点,其生产过程示意图如图1所示。第一阶段是生产成品烟丝,第二生产阶段是利用成品烟丝以及相应的辅料,通过卷接包装工序,最终生产成品烟。
制丝生产线负责完成烟丝制作任务,并将成品烟丝通过风力送丝传送到卷包车间,进行卷接操作,最终形成成品烟。延吉卷烟厂制丝生产线有6000KG叶丝线和3000KG叶丝线两条生产线,另外还有一条梗丝线、一条薄片丝线、一条梗颗粒线。除叶丝线外,另外的生产线为叶丝线提供烟丝中间产品,如梗丝、薄片丝、梗颗粒等。这些中间产品按一定比例掺配到叶丝中,经过加香加料后便成为成品烟丝。梗丝线分为洗梗处理段、润梗处理段、梗丝加料段、梗丝膨胀段四个工艺段。叶丝线分为叶片真空回潮段、叶片筛分加料段、叶片切丝段、叶丝干燥段、掺配加香段、贮丝房进料段、贮丝房出料段等工艺段。成品烟丝按不同的品牌分放在不同的贮丝柜当中,并通过风力送丝,由管道直接送给卷接包车间的卷接设备。
卷包车间生产设备类型比较单一,基本上是卷接设备和包装设备,工艺流程也比较简单,就是利用成品烟和相应的辅料,通过卷接设备制成烟支,再利用包装机制成条包烟,由于该过程所用的辅料种类非常多,每种辅料消耗量非常大,如何有效得减少消耗是企业所追求的目标,在这过程中,生产计划与调度的合理,会减少不必要的浪费,从而降低单耗,提高生产效率。
卷烟生产属于典型的混合式生产,制丝阶段是大批量少品种的生产,而卷接阶段属于多品种的组装式生产。整个生产线自动化程度较高,生产设备比较先进,大都能提供生产实时数据,为信息化提供数据源支持。为了能充分利用现场数据,把上层计划层与生产现场控制层紧密联系起来,生产计划与调度系统起到至关重要的作用。作为MES系统中的一个重要模块,它串联起整个生产,是MES系统中的核心模块之一。下文将就延吉烟厂MES系统中的计划与调度子系统进行相应的介绍。
3 系统功能描述
3.1 功能结构图
整个计划与调度系统的主要任务是接收公司下达的月生产计划,根据车间的产能以及仓库库存情况以及销售需要等进行排产操作,进而确定卷包周生产计划,再根据卷包周生产计划以及烟丝计划单耗可以得出制丝周生产计划。根据周生产计划进行相应的原料和辅料需求,通知到仓储部门进行备料操作。完成备料操作后,再制定日生产计划,并把指令下达到车间,经过车间调度人员确认后,将生产指令下达到生产设备,完成整个卷烟生产。其主要模块有计划接收、计划排产、物料需求、指令调度、生产追踪。
计划接收:接收公司的月生产计划,并根据各车间的具体情况进行一些修改。
计划排产:根据各车间、各主要设备状态、库存情况等,把接收到的月生产计划分解成周日生产计划,生成计划通知单下发到车间。
物料需求:根据制定的周生产计划,生成物料需求单,并下达到仓库进行备料操作。
指令调度:根据产品牌号获取工艺参数信息,并按照工艺段分别下达到相应的设备,为生产提供保障。
生产追踪:对计划的完成情况进行追踪,并对实时库存、设备状态等进行监控,为计划的制定提供参考。
3.2 工作流程
整个工作流程分成三部分,一部分是制丝、卷包周生产计划通知单生成,该部分根据月生产计划以及库存情况,进行排产操作,生成周生产计划,并生成物料需求单,具体流程如图4所示;第二部分车间接收生产处下达的日计划,然后根据设备状态和贮柜状态进行指令调度操作,具体流程如图5所示。最后一部分是调度指令下达,根据生产通知单获取相应的工艺参数,根据贮柜状态进行路径选择和贮柜选择操作,并将指令下达到生产控制系统中,具体流程如图6所示。
4 系统实现及效果
本系统基于.net平台,应用WPF技术进行开发,充分利用实时历史数据库和关系数据库,实现统一的数据平台,在实时历史库方面利用GE的i Historian实时历史数据库;在关系数据方面,该系统利用Oracle数据库和SQL Server数据库相结合,完成异构数据库的构造,实现生产现场数据与厂级管理数据的融合,保证了数据的安全性和系统的稳定性。
该系统从关系数据库Oracle数据库中读取公司计划信息、厂级计划信息、库存信息等,在SQL Server数据库中读取厂级计划信息并进行状态反馈,并将工艺信息、班组信息等上传到Oracle数据库中进行统计分析;将SQL Server数据库中的计划信息、工艺信息转换成调度指令,下达到生产设备上。
以往的生产通知单和调度指令全是用手工传送,传送过程中会产生大量时间浪费,并且可能会出现偏差,采用该系统后可以自动传递到生产控制系统中,为操作人员提供了方便。
5 结论
该系统接收公司的生产计划,根据库存和销售等信息安排厂级生产计划,然后根据车间的设备状态和库存状态,再按照一定的规则进行排产调度工作,生成生产通知单和调度指令,然后将生产通知单下发到相应的工艺段,将调度指令下载到指定设备上。通过计划将整个生产流程串联起来,实现生产过程的优化和追踪。整个系统采用.net平台开发,使用模块化的组织方式,整个系统具有良好的交互性、可用性和可扩展性,有利于系统的维护和升级。该系统已经进入实际应用,很好地完成了制丝、卷包计划与调度管理,极大地提高了产品质量和生产效率,保证了生产的稳定运行。
参考文献
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调度计划技术支持系统 篇5
保证塔城电网调度自动化系统稳定运行技术措施
研究应用
新疆塔城电力有限责任公司 党翠萍 牛秀梅
[摘 要] 电网调度自动化系统是保证电网安全经济、可靠运行的重要技术手段,是用运科学技术管理现代化电网的显著标志。近年来，随着塔城电网负荷的不断增长、电网架构的日趋复杂、区间调度的紧密联系，调度自动化系统设备功能的稳定可靠显得越发重要。由于调度自动化系统技术新、发展快，对远动、调度及监控中心人员、技术手段和管理方式提出了更新、更高的要求。近年来，各类与远动直接或间接相关的事故从无到有、从少到多的事实给我们敲响了警钟。确保调度自动化系统安全稳定、运行，建设坚强和谐智能电网是现代化电力企业当务之急。
[关键词] 电网自动化系统 稳定运行 技术措施
前言
电网调度自动化系统是集计算机、网络、数据通讯、电力系统等多学科、多领域、多专业知识为一体的综合电网运行管理系统。为电网的实时监控、故障处理、负荷预测及安全、经济、优质运行，发挥着重要的作用，同时也为电力企业领导、管理部门在电网发展、规划建设提供着科学的决策依据。电网调度自动化系统的稳定可靠应用彻底地改变传统电网调度模式，也为不断发展进步的电网管理从经验型向科学分析型转变。二十一世纪以来，随着国内外调度自动化系统技术产品日趋成熟，调度自动化系统在各级调度指挥运行中均取得了良好的效应。但由于种种原因造使电网调度自动化系统应用系统、功能应用存在着运行不稳定因素，影响着电网的安全经济、优质运行，给企业经济效益、电网安全带来一定的隐患。制约着电网运行管理水平的发展提高。
随着电网的迅猛发展和电力自动化水平的不断提高，各种电压等级的变电站逐步采用综合自动化、数字化变电站运行模式，实现少人或无人值班管理，调度自动化系统运行各项指标逐步被纳入到电力生产的安全考核项目中，对其安全型、可靠性提出了更高的要求。由于调度自动化系统技术新、发展快，对远动、调度及监控中心的人员和管理方式提出了很高的要求。近几年来各类与远动直接或间接相关的事故从无到有、从少到多的事实给我们敲响了警钟，深刻剖析自动化系统运行不稳定因素，制定相应管理、技术措施以确保电网自动化系统安全稳定运行刻不容缓。电网调度自动化系统运行中的不稳定因素
1.1 人为因素人是生产力中最活跃的因素。要使调度自动化系统安全、高效运行，目前亟待解决如下方面问题：
1.1.1 安全意识不够，工作责任心不强。调度自动化系统从作为辅助调度运行指挥的“两遥”(遥测、遥信)起步，到目前全面监控电网运行的“四遥”(遥测、遥信、遥控、遥调)乃至“五遥”，电网运行管理发生了质的飞跃。尤其是自动化调度端系统，肩负着区域电网的整个安全经济运行、负荷平衡、电能质量，因需对整个电网进行合理优质的调配，安全措施不能局限在某一点，尤其是对无人值班模式变电站的管理运作上，因此潜在的安全危害性更大。例如遥控操作，从数据库填写到人机画面制作必须保证百分之百的正确，操作须经严格的复审、核对，确保现场开关精确对位，稍有疏忽，就有可能造成误控事故，中断电网的正常运行。
1.1.2综合业务素质不够，故障处理盲目性大。电网自动化系统科技含量高，技术更新快，对人员的综合知识素质要求高。不少专业人员业务技能不够，运维基础知识欠缺，所见常规事故处理尚能掌握，但处理不常见、突发事件的设备故障、事故时，头脑不清醒，不能在最短的时间内将故障点隔绝，甚至造成事故扩大。
1.2 系统自身缺陷
1.2.1 系统、装置的配置缺陷、不间断运行老化影响着系统运行率和稳定可靠性。自动化系统、装置一旦投运就要求长期保持良好的工作状态，24 小时不间断的运行。电子电路对环境温度、湿度和大气压力等都有严格的要求。如地区电网调度自动化标准中规定，调度自动化系统工作环境温度为18-28度，相对湿度为30%-75%。目前电网内部分35千伏变电站冬季设备运行在零下30℃及以下的环境中，设备提前老化状况令人担忧。一套完善的自动化系统从可研、设计到订货、施工调试、运行都应经系统、周密地专业性地论证，系统设备结构性、配置、运行缺陷，将给今后的稳定运行埋下诸多的隐患。
1.2.2信息传输通道是塔城电网调度自动化系统运行稳定薄弱重要环节之一。调度自动化系统最突出的优势就是能够对电网实现远方实时监控、集中管理。目前电网110千伏及以上重要枢纽变电站仍采用单通道或假双通道(两条通道使用同种介质)运行模式，使自动化系统信息传输通道相对薄弱，一旦出现通道故障短时间内恢复困难，直接造成运行变电站与调度监控的失控。另外，通道的失步在调度端呈现的死数据与其它正常数据并无分别，在通道报警关闭的情况下，极易给调度员造成错觉、假象，影响正常的调度指挥。
1.3 环境因素
1.3.1 人机混杂，设备运行环境得不到保证。调度自动化系统及远动装置对运行环境要求极为严格，例如：电网内个别35千伏无人值守站冬天由于站内气温过低、密封稀疏，造成设备各种故障频发。另外，人员随意进出、设备运行环境变化大，也会增加设备故障的发
生率，设备的安全可靠性也因此受到一定影响。
1.3.2设备电源的可靠性。调度自动化系统的稳定正常运行要有可靠的不间断电源来保证。目前多采用专用UPS 提供电网故障停电情况下临时供电，许多UPS电源自投运以来就放任自流，蓄电池长期不进行维护、保养、试验。并缺乏电源维护管理专职人员、相关措施等，造成即使UPS电源失效也无人知道的局面，给调度自动化系统安全运行带来隐患。
1.4 管理因素
1.4.1重视管理不到位。因自动化系统属二次系统，显见效益不直观，在电力企业不能引起足够的重视；人员配备、系统设备的技术管理手段在一定得时期也都得不到完备。再加上思想处于轻视、麻痹，自恃设备性能稳定，人员长期培训滞怠、缺乏反事故技术措施等等，将在系统的稳定运行中存在着安全隐患。稳定运行技术措施、防范对策
2.1随着计算机技术、网络通讯技术的飞速发展，国内自动化技术日趋成熟稳定，各项实用功能模块的应用，为调度自动化系统的稳定、可靠运行奠定良好的基础。完善的技术措施对电网调度自动化系统稳定可靠运行起着至关重要的作用。性能优良的调度自动化系统在整个开发过程中贯彻自上而下的系统设计思想，充分应用Internet技术、面向对象技术、数据库中间件和通信中间件技术、Java技术等先进计算机软硬件技术，提供统一的技术支撑平台，采用双网系统（包括主干网和采集网）、独立的前置采集系统，更是保证了整个网络的稳定运行，避免了大量数据包堵塞网络，有效的避免了网络的瘫痪；从硬件软实施冗余配置、高层应用软件功能采用三层机制，即服务器，引擎，客户端，服务器负责各个节点数据一致性，引擎负责具体的算法，使系统的稳定性大大增强；采用独立的数据采集子网，以连接前置通信子系统主机与终端服务器，一方面将采集数据与主网隔离，避免了主网的数据通讯拥挤，网络延迟，另外也大大增强了采集数据通讯传输带宽，保证了通讯的实时性，从而极大提高了系统的运行稳定运行。
2.2运行管理的完善。管理归根结底是对人的管理，面对电力企业新思路、新形势，首先要转变观念、与时俱进，避免思想上对安全稳定运行认识的不到位、疏于管理、放任自流、措施落实不到位的现象发生。其次是加强业务技能的培训及提高，以增强对系统故障判断的识别能力及应对突发事件的应变能力。特别是要加强与自动化专业相关专业的基础知识及技能的学习，了解熟知各专业的渗透关系，拓宽知识面，提高本专业与相关专业间协调能力，使业务技能和综合素质得以显著提高。实际运维工作中举一反
三、随机应变，这样，系统设备的稳定可靠性就有了一定的基本保障。
对自动化运行设备日常检查和维护工作中发现的共性问题，应迅速采取对策、制定防范措施。同时，通过每年的技术改造逐步减少设备自身缺陷，使系统在实际应用中逐渐成熟完善。对变电站综合自动化设备，应尽量改善设备运行环境，坚持设备巡检制度。对通讯管理机等重要设备采取冗余技术，历史数据定期备份、备品备件及时补充。对在运行中暴露出来的诸如装置老化、电源不可靠等问题要及时采取措施，对影响系统稳定可靠性的设备积极要求完善、更换，杜绝因设备自身缺陷造成的事故发生。
电网自动化系统运行的好坏，很大程度上取决于运行管理。SCADA/EMS系统、集控系统、电能量计量系统由于是各种信息集中的地方，因而也是实施运行管理的最佳切入点。通过不断完善规章制度、提高专业维护人员技能水平、充足备品备件、保证系统设备的运行环境、建立健全日常运行管理措施，对自动化系统稳定可靠运行起着关键的保障基础。
对电网自动化系统的核心—机房，除保证温、湿度及卫生条件外，在管理上应严禁外来人员随意进出机房，禁止外来盘随意插入计算机，从管理手段的强有力落实保证机房环境满足运行设备的需求。
2.3在技术进步方面要不断加强完善，充分利用成熟、完善的应用功能技术，保证自动化系统全方位的稳定运行，如电子值班功能、KVM（键盘鼠标、显示器）集中控制系统等。通过先进技术减少人员维护强度，提高维护效率及水平，保证自动化系统的正常可靠运行。电网主要枢纽变电站远动通道应采用不同介质的双通道方式。同时，改进调度端失步厂站中断、通讯异常显示方式，如：界面信息变灰或通道状态标示显示异常、事项窗口提示等，将与正常变电站明显区分，防止调度员产生错觉，影响正常调度。
对自动化系统供电的UPS电源要定期巡视、试验、记录。当蓄电池损坏时，要及时采取措施，严格避免电源电池失效给电网自动化系统带来安全运行隐患。
3.结束语
调度计划技术支持系统 篇6
关键词：实时监控；生产调度；支持系统设计与实现
中图分类号：TE835文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）05-0014-02
油轮实时监控及生产调度决策支持系统设计与实现实际上包含两个系统，即油轮实时监控系统和生产调度系统。通过这两个系统的协调配合工作，能够顺利的运用油轮准确的进行石油的开采和运输，该支持系统在海洋石油的开采以及调度领域运用非常广泛，在系统中运用了很多高科技计算机电子通讯技术。例如有GPS卫星定位系统与GIS地理信息技术，以及计算机网络通信与数据处理技术和GSM全球移动通讯技术等。
1油轮实时监控系统及生产调度系统
1.1油轮实时监控系统
油轮实时监控系统就是采用一系列先进的计算机电子通信技术，如GPS卫星定位系统与GIS地理信息技术，以及计算机网络通信与数据处理技术和GSM全球移动通讯技术等，主要的还是GPS卫星定位系统，开发的一套远程监控定位管理系统。
GPS定位系统在油轮监控系统中拥有一定的主体地位,GPS卫星定位系统的应用非常广泛，它利用设置在空中的导航卫星进行全球时间和距离的测量。GPS定位系统工程非常巨大，也很复杂。利用GPS的用户可以根据分布在空间轨道上的24颗卫星发射出的信号频率来测量信号电磁波传播的时间因此求解出接收机天线到卫星的距离，再利用空间三个球相较于一点的原理求出接收机的具体位置，同时从这一点我们也可以知道，要求出接收机的具体位置，不需要知道24颗卫星的信号而是知道三个卫星的信号就可以了。这一伟大的工程解决了人类在地球上的定位问题。在海洋石油开采上更是提供了很大的便利，它可以在石油开采的同时同步实现海洋深度及海平面到石油层的探测，以及对油轮的管理，实现高效，经济，节能的作业，降低成本。GPS定位系统工程本身造价也很昂贵，它需要建立相应的差分基准站和检测站来协调工作。总的来说，GPS定位系统对于人类的进步做出了巨大的贡献。
1.2生产调度系统
生产调度在人类的日常生活中经常碰到，不只在海洋石油开采问题上，还有其它的一些工业生产上。生产调度是利用生产进展的速度作为根据,用来对生产进展的速度计划所实施的工作。它可以分为两种，一种是静态调度，一种是动态调度。静态调度是在任务执行前根据要求，采用一些特定的算法对布置的任务在每个工作单元上的加工顺序进行适当的安排。这种调度方法非常简单，它不需要考虑在工作过程中出现的各种意料之外的状况。动态调度相对来说就非常复杂了，相反的它要求考虑在工作过程中出现的各种意料之外的状况，动态调度的灵活性很强，它要求能随加工能力的变化而相应的变化，在事故发生以后，能快速的根据当前的能力资源制定出新的生产调度计划，保证车间生产顺利进行。嵌入式RAM可以为单口RAM、双端口RAM、伪双端口RAM、CAM、FIFO等常用存储结构进行灵活配置，且都配置有一个CAM即content addressable memory，内容地址储存器。其内部一般都有内嵌的比较逻辑装置，对于写入CAM的数据会和其内部存储的每一个数据进行比较，并且对于内部已经存在的数据地址进行返回和剔除，为下一个步骤提供了较好的基础。由于内嵌块RAM的结构非常多样，每一个供应商和供应元件的不同就会令其结构发生很大的差异。xilinx常见的块RAM大小是4kbit和18kbit，Lattice常用的块RAM大小是9kbit，altera的块RAM最为灵活，一些高端器件内部同时含有3种块RAM结构，分辨是M512 RAM（512bit），M4K RAM（4kbit），M-RAM（512kbit）。
2油轮实时监控及生产调度决策支持系统设计过
程中可能出现的问题
因为油轮实时监控及生产调度决策支持系统研发的项目比较大，所以为了使成本减少，在研发的过程中降低损失，前期的调研工作是必不可少的，通过现有的一些石油开采单位的油轮监控与调度系统，在设计过程中可能出现的问题也有很多，比如在泊油时，监控系统无法覆盖到码头，因此，码头安全问题存在很大隐患，也可能由于在油轮方案的调度上不够完善，且适应性不强以致在出现问题时无法及时解决，随着调度系统的复杂化，油轮实时监控系统可能水平不高，不够完善，在设计的前期可能由于调研不够深入，使油轮无法得到合理的运用，造成损失。对于这些在油轮实时监控及生产调度决策支持系统设计中可能出现的问题，我们应该予以重视，在决策系统成立前应该做好准备工作，对可能出现的问题制定出相应的解决对策，同时对于生产调度方案通过以往的经验应尽量完善。比如每一艘油轮都应有一个明确的码头来完成运输工作，在同一时刻一个码头只能停泊一艘油轮等。
3油轮实时监控及生产调度决策支持系统的开发
实现
油轮实时监控系统及生产调度决策支持系统摒弃了过去的手工操作，实现了精确的计算机自动控制，主要运用于四个模块，有油轮监控模块，油轮的生产调度模块，油轮及油罐等设备的管理模块以及用户管理模块。油轮监控模块是对整个决策支持系统进行监控管理，油轮的生产调度模块是整个系统的核心，它的步骤比较复杂，通过一系列的参数再经过计算机自动生成调度方案，而油轮及油罐设备的管理模块及用户管理模块协助工作共同完成任务，通过这一系列的调查研究，油轮实时监控及生产调度决策支持系统的开发是可以实现的。
总而言之，通过这些技术设计一整套的油轮远程监控及调度决策支持系统，并全方位完善对该支持系统的设计。希望通过对该支持系统的研究，能够让油轮更好的解决在海洋石油开采以及石油运输过程中可能出现的问题。
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调度计划技术支持系统 篇7
现场的系统功能演示显示,我国电网调度首次实现了基于“三华”(华北、华中、华东)电网统一模型的实时数据采集和展示,信息范围覆盖“三华”电网220 kV以上电压等级近2 700个厂站和东北电网、西北电网的主网架,能有效支持国家电力调度通信中心与“三华”网调互备和业务协同,支撑特高压大电网安全稳定运行。
智能电网调度技术支持系统建设是坚强智能电网建设的重要内容。由国家电力调度通信中心组织,华中电网有限公司牵头,中国电力科学研究院、国家电网电力科学研究院联合研发的基础平台和基本应用功能,是后续应用功能的基础,关系到智能电网调度技术支持系统试点工作的全局。
验收委员会一致认为,智能电网调度技术支持系统基础平台和基本应用功能研发项目成果技术先进、功能实用,在消息总线、服务总线、实时数据库、可视化人机界面等多项关键技术上取得了突破,对提高我国电网调度的智能化水平具有重要意义。
调度计划技术支持系统 篇8
在制造执行系统 (MES) 中计划与调度子系统由于直接与经营计划系统和过程控制系统相连接, 合理的生产计划是保证企业长期规划顺利、顺畅实施和企业生产能力充分发挥的关键所在[1]。由于热轧型钢的产品规格众多、生产工艺复杂, 国内自主研发的面向热轧型钢的此类系统并不多见。并且在实际生产中常常以人工操作进行生产计划的编制与生产调度操作, 由此计划与调度方案往往难以达到较优水平。本文以某中型钢铁企业的实际生产调度为基础, 以提高企业利润、优化生产方案为目标, 研究了面向中型企业的MES生产计划调度系统, 其主要功能包括计划编制、生产调度与核发等。
现有的热轧生产与调度计划建模策略主要有串行和并行两种。其中, 串行建模策略如文献[2]和文献[3]中的奖金收集旅行商模型 (PCTSP) , 其每运行一次得到一个轧制单元, 它属于贪婪策略且容易陷入局部最优;并行策略如文献[4]和文献[5]中奖金收集车辆路径问题 (PCVRP) , 此类模型每运行一次得到多个轧制单元, 但是这多个轧制单元之间的生产顺序无法确定, 当对轧制单元排序后容易出现大量钢坯拖期的现象。针对以上策略的优缺点, 文献[6]提出了一种新的并行建模策略, 它集成了批决策与批调度问题, 在组批过程中考虑了轧制单元之间的生产顺序以及交货日期等时间因素。但是它也有局限性, 即计划编制轧制单元的数量需为固定数值。而目前求解计划编制问题时通常采用智能优化算法, 它们能较好地解决复杂系统中出现的组合爆炸问题, 常见的有模拟退火算法、粒子群算法、神经网络算法、蚁群算法、遗传算法等等[7], 其中被应用最广泛的是遗传算法[8,9]。本文通过结合热轧型钢的实际生产特点与约束条件, 在生产计划调度系统的建立过程中改进了批调度与批决策模型, 选用自适应遗传算法对新模型进行求解, 并通过实际算例验证了该模型得出的生产调度计划的高效性、可执行性。
1 问题描述及系统设计
1.1 问题描述
对热轧型钢企业而言, 如果各工序自动化系统稳定可靠, 产品质量可以保证, 那么系统功能集成中遇到的最大难题便是如何面向多品种小批量的大量订货合同而组织生产。生产计划指导着企业关键生产环节的进行, 它的制定需要受到众多条件的制约, 例如在不同钢种、规格和交货期需求下订单的组批, 既要保证不能延误交货期, 又要尽量减少库存的积压;在轧制生产线上如何调度各个生产环节设备的使用, 最大化的利用设备产能, 而又要考虑到设备的检修维护以确保设备的使用寿命和产品的质量;如何调度钢坯的使用以确保生产的顺利进行、缩短生产周期等等。
生产计划编制完成, 执行生产计划的过程中依然充满了干扰因素。如紧急订单的加入、设备故障、原料钢坯不到位等, 当面对此类事件时计划的调整、实际生产的配合调度就需要及时发挥作用。生产计划的及时调整, 既要满足订单的生产需要, 又要保证整体计划实施的稳定性。生产调度既要保证原材料钢坯的及时调度到位, 又要考虑热轧前加热炉的充分使用与不同加热炉之间的配合。面对众多的生产调度问题, 与人工排产调度相比之下, 合理高效的生产调度系统, 对于提高轧钢生产的现代管理水平、降低企业产品成本、增强企业竞争力是至关重要的。图1所示为热轧企业的生产调度工作流程。
1.2 系统设计
除了常规软件必备的实用性、可靠性、易维护性等特点外, 本系统设计特地考虑了热轧型钢行业的特殊性。从河北某热轧型钢企业的实际生产特点出发, 如成品品种繁多、型号规格复杂、订单数量大、订货吨位少、轧钢轧辊需根据成品种类变换等等, 并且还兼顾此行业的通用性避免同行业重复开发造成浪费。该MES生产调度系统采用浏览器/服务器模式 (简称B/S模式) , 它可以大大简化客户端电脑的载荷, 减少系统升级和维护的工作量, 以降低总体成本。生产调度系统的功能模块如图2所示。
1.3 主要模块功能描述
(1) 销售订单转生产订单:订单是生产的起点, 该模块将客户下达的包含金额、数量、交货日期的销售订单转换成含有原料、钢种、规格等生产参数的生产订单。并且模块从MES系统库读取基础数据, 进行原料损耗的计算, 使得生产更加精确。
(2) 生产计划自动编制:依据生产约束条件和生产订单, 自动调用以遗传算法为基础的功能模块编制生产计划。
(3) 生产计划调整:有紧急订单或设备等生产故障出现时, 需要对生产计划进行调整, 调整完毕后系统自动重新编制新的生产计划。
(4) 生产计划核发与调度:按照生产计划调度原料与设备的使用, 并且核实调度情况, 确认开始生产。
2 热轧型钢生产计划及钢坯调度计划编制
2.1 计划编制难点分析
在热轧型钢生产中, 生产计划的排产对象是存放在原料库中的钢坯以及在一定时间内能从连铸工序到达原料库的钢坯。原料调度原则是优先清库存, 并且当钢坯还未铸造完成时, 在计划中将产生一个虚拟的钢坯号以表示未入库的钢坯。计划的编制就是从排产对象中选出一定量的板坯, 根据实际生产和工艺约束将其编制为若干个轧制单元。在传统生产中, 生产计划的编制为了达到减少更换轧辊次数、降低生产产品的波动性, 经常按照班次或者轧辊的最大轧制重量来编制轧制单元。为凑满一个轧制单元, 经常需要凭借人工经验来调整生产计划, 这样编制的计划很难成为较优的方案。求解这些钢坯的生产调度计划问题是极其复杂的:高效的计划编制模型设计工作较复杂;解空间大, 不易寻求最优解;计划必须满足负荷工艺约束条件、具有可行性;评估每一个解的优劣很费时等等。因此计划编制建模策略的选择很关键。
2.2 改进型批决策与批调度模型的建立
为了适应热轧型钢的品种规格多、生产数量灵活、轧制工艺复杂等特点, 对现有的批决策与批调度模型进行改进。即以生产一个订单所需的一批钢坯为组批单元来编制生产计划, 且完全放开轧制单元的数量限制, 也可称为可拆分订单的计划编制模型。就是一个生产订单可以以约束条件为基础拆分成若干部分, 它们与其他生产订单或其他订单的某些部分, 混合编制生产计划, 如图3所示。
热轧生产调度计划需要在不同钢种、规格和交货期需求下订单的组批, 既要保证不能延误交货期, 又要尽量减少库存的积压;在轧制生产线上如何调度各个生产环节设备的使用, 最大化的利用各个设备的产能, 而又要考虑到设备的维护。计划的编制要尽量减少总的生产时间以确保真正的降低成本。首先对数学模型中参数和变量进行说明:
n—订单总数;
xij—j订单不拆分且在i订单之后生产, 则为1, 否则为0;
tij—i订单之后生产j订单的时间, 且j订单不拆分, 若i订单和j订单不同品种则其中包括换轧辊的时间;
m—j订单拆分为m个部分生产;
yij—当j订单的第k部分在i订单之后生产, 则为1, 否则为0;
tijk—在i订单之后生产j订单的第k部分, 若i订单和j订单不同品种则其中包括换轧辊的时间;
t—换辊时间、换轧辊导卫时间、设备检修时间等余量时间总和;
Tj—交货时间;
τs—当前系统时间;
g—相邻两次换轧辊之间的订单的原料重量;
G—轧辊最大轧制重量;
τz—所需钢坯的连铸完成时间;
τr—钢坯经过加热炉到达轧机的时间;
τi—i订单开始生产的时间;
τΔ—前一个订单生产完和后一个订单开始生产之间的时间差;
Pmin—相邻两次换轧辊之间轧制的最小钢坯数;
p—相邻两次换轧辊之间轧制的钢坯数;
Pmax—相邻两次换轧辊之间轧制的最小钢坯数;
gt—存放在成品库里的成品重量;
Gc—最大库存量。
该问题的数学模型中目标函数为:
约束条件为:
目标函数式 (1) 表示尽量使总生产时间最短, 由不拆分的和拆分的订单的生产时间相加;约束条件式 (2) 表示合同交货期窗口约束, 生产计划尽量使合同拖期总惩罚最小, 即满足交货时间Tj;约束条件式 (3) 表示钢坯的重量约束, 轧制完成一定重量的钢坯后, 轧辊轧制能力已大幅度下降, 需要更换轧辊;约束条件式 (4) 表示时间窗约束, 即生产订单的开始生产时间τi应保证在钢坯连铸完成时间τz之后, 或者满足钢坯库中可以直接调用的钢坯经过加热炉后到达轧机的时间τr;约束条件式 (5) 表示同品种合并生产约束, 在一个生产订单生产完毕后, 如果轧辊还未达到轧制限制量并且和下一生产订单的最迟生产时间之间有余量, 可以将同品种的订单提前一部分合并生产;约束条件式 (6) 表示相邻两次换轧辊之间的轧制钢坯数必须达到计划人员规定的上下限;约束条件式 (7) 表示钢坯调度约束, 保证一块钢坯只出现在一个轧制单元中, 保证钢坯处理的唯一性;约束条件式 (8) 表示库存约束, 编制计划时应考虑提前完成订单时库中是否有能力存入此批成品, 并且尽量减少成品库存的占用。
2.3 模型的求解
遗传算法[8,9]是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种概率搜索算法, 它使用群体搜索技术, 通过对当前群体施加选择、交叉、变异等一系列遗传操作, 使群体逐步进化到包含或接近最优解的状态。相比其他算法, 遗传算法的编码技术和遗传操作比较简单, 算法进行全空间并行搜索, 从而能够提高效率且不易陷入局部极小。
鉴于热轧型钢生产调度问题的组合特性以及工艺约束性, 其编码方式需要特殊设计。以河北某钢铁企业的热轧生产为例, 其轧制型钢时所有成品全部在一条生产线上轧制, 轧机不更换, 轧辊依照不同的成品品种调换。由于存在复杂的生产约束关系, 在此采用如下编码方式:每个染色体上的每一个基因代表一个生产单元, 该生产单元可能是整个生产订单, 也可能是生产订单拆分出的一部分, 染色体全长为所有生产单元总数, 表示为{Oij}m, 即m个生产单元, Oij表示代表第i个生产订单的j部分的基因片段。该遗传算法的具体实施步骤如下:
步骤1模型初始化。在算法初始时进行模型转换及约束处理, 根据生产工艺制程初始化及相关参数初始化模型, 并施加相关约束。
步骤2初始化种群。对生产订单进行编码, 每个个体中包含表示订单、重量、拆分标识等信息的基因。设定种群数量为50, 随机生成初始个体100个, 通过计算其适应值来选出较优的50个个体作为初始种群。
步骤3求各个组合方案最优解。由于编制生产计划时订单数量的不确定性, 在此为使计算简化, 直接将模型中的目标函数转化为适应度函数。该目标函数为最小化问题, 设定适应度函数为:
其中J (h) 为第h个个体的目标函数值, 依照一般生产订单的生产小时数估算cmax取值100。计算新生成种群中各个个体的适应值, 并进行个体评价。当个体不满足生产的约束条件时, 在适应
度函数中施加相应的惩罚项。罚函数, 其中, ai (i=1, 2, …, 7) 分别为惩罚因子, 其值的大小依据约束条件的重要性而定, 不违背约束条件时ai=0;pi (i=1, 2, …, 7) 分别为七项约束条件的惩罚值, 其值不固定, 与个体违背约束条件的程度成正比。当个体不满足至少一项约束条件时适应度函数调整为:
步骤4遗传操作。选择操作采用适应度比例方法即轮盘赌选择法, 且为了避免轮盘赌选择法容易引起的早熟收敛和搜索迟钝问题, 在此采用有条件的最优保留策略进行辅助。对于交叉操作, 使用由Reeves[10]提出的专门为调度问题设计的改进型单点交叉算子和部分映射交叉算子。为了满足生产计划调度的实际需要, 即保证订单的唯一性, 改进型单点交叉流程在进行了传统单点交叉操作之后, 还需要进行对非交换位置基因的变换操作, 如图4所示A1、A2两个父代个体经过改进型单点交叉产生后代B1、B2。部分映射交叉方法的基本思想为:在两个父代个体中随机选取两个不同的位置, 将这两个位置间的变迁基因进行交换, 而在非交换位置上的部分变迁基因的位置也同时进行适当改变, 确保个体中的变迁具有唯一性。如图5所示, 根据变换位置的对应关系得出非交换位置的交叉映射关系为:1对5, 4对7, 2对9, 6对8, 即非交换位置上的基因1变更为5, 5变更为1, 以此类推。
而对于变异操作, 使用同样由Reeves提出的SHIFT变异算子, 其已经被证实是面向调度问题的遗传算法中最有效的变异算子之一[10]。SHIFT变异算子的基本思想为:在染色体个体中随机地选取两个不同的位置, 然后逆序排列这两个位置之间的基因, 如图6所示。
为了提高遗传算法的收敛速度, 本文采用了自适应遗传算法[11]的交差概率pc和变异概率pm, 计算公式如下:
式中, fmax为最大适应函数值, f'为参与交叉操作的两个体的较大适应值, f-为进化群体的平均适应值, k1、k3取值0.60, k2、k4取值0.005。根据此公式可知自适应遗传算法群体中适应度值较高的个体其交叉概率和变异概率较小, 避免了优秀个体的破坏, 从而避免破坏种群的优化性。种群中适应度值较低的个体, 其交叉概率和变异概率较大一些, 较大的交叉概率和变异概率能够使个体进行交叉或变异, 从而可能产生出比上代群体更优的个体, 有利于尽快找到最优解。
步骤5重复步骤3和步骤4, 直到达到预定迭代次数而终止, 并输出末代最优个体对应的问题解。
2.4 实例比较
分别随机取该热轧钢铁企业的20个、50个不同实际销售合同的数据作为第一组和第二组实验数据。这些销售合同包括多种成品种类, 如方钢、圆钢、角钢、工字钢和乙字钢等, 并且有多种重量要求, 如500吨、700吨、1 000吨和2 000吨等。按照成品种类的不同, 销售合同可以分解成若干生产订单。生产中更换生产的成品种类或达到轧辊轧制吨数极限时必须更换轧辊, 轧制吨数均设定为1 000吨, 换辊时间设定为2小时。设定设备检修日历:每周一次小型检修4小时, 每两周一次大型检修15小时, 检修可与更换轧辊同时进行。
在此热轧型钢MES项目中, 利用ASP.NET技术制作了B/S模式的生产计划与调度系统, 并且选用了适合大型企业的Oracle数据库作为支持。以实际的生产计划调度系统为运行环境, 对三种生产计划排序方案进行编程与仿真来求证改进型批调度模型得出的生产调度计划更优。
方案一原始的生产计划编制方法, 按照各个销售合同中要求的交货日期顺序编制生产调度计划, 生产顺序完全服从交货顺序;
方案二按照约束条件的要求安排生产调度顺序, 如相同成品种类的订单合并生产, 但是订单不拆分, 即建立普通的批调度与批决策的模型, 以遗传算法进行求解;
方案三按照约束条件的要求编制生产调度顺序, 以改进型的批决策与批调度策略建立模型, 即订单可拆分形式, 以遗传算法进行求解。
采用以上三种方案分别对第一组20个合同、第二组50个合同进行生产计划编制的对比数据如表1和表2所示, 其中第二种和第三种方案分别反复进行10次, 取平均值。
方案一编制出的生产计划基本不能满足生产约束, 特别是延误合同交货期次数较多。方案二虽然以满足各约束条件为目标来编制生产计划, 但是受传统批调度模型的单轧制单元编制模式制约, 编制出的生产计划仍然会出现交货期延误的现象;并且由于订单没有拆分与重组合并生产, 造成了设备调度更换频繁, 浪费人力物力和生产时间。方案三编制出的生产调度计划能很好的满足生产约束, 基本消除了交货期的延误。由表1和表2中数据可明显看出, 以改进型的批决策与批调度策略模型为基础的计划, 无论是20个合同还是50个合同的生产总时间、需要的检修总时间相较于简单的按交货时间顺序排序、不拆分订单的串行搜索排序所需要的时间都要短。特别是相较于普通批决策与批调度模型得出的生产计划调度方案, 当合同数量较多时, 改进的模型体现出了较大优势。换辊次数的减少也对节约时间、降低能源消耗、减少劳力消耗、降低企业成本起到了很大作用。特别是新模型编制出的热轧生产计划调度方案, 基本解决了延误合同约定交货期的问题, 解决了合同违约金的负担后, 企业的利润将有很大程度的提高。
改进型的批决策与批调度模型在求解过程中更加复杂, 使得解的种类大大提升。图7和图8分别显示的普通批决策与批调度策略模型和改进后的模型的目标函数收敛图, 可明显看出改进型模型目标函数的收敛速度虽然相较于普通模型的收敛速度慢, 改进型模型目标函数的解更优于普通模型的解, 即节约了生产总时间。
3 结语
本文尝试以实际热轧制造执行系统为依托, 设计了MES系统的生产计划与调度系统的各功能模块, 参考了批决策批调度与订单排序的理论研究, 针对可拆分订单的排序改进了批决策与批调度模型, 并对实际钢铁企业的热轧生产调度计划的编制问题进行了求解。通过与普通模型求解计划的横向比较, 以及不同数目、不同钢种的订单组合的纵向比较, 验证了改进的新模型在求得的此类问题的解具有极好的高效性、节能型, 如此编制出的生产计划调度方案可以大大降低热轧型钢企业的生产成本。
摘要：针对热轧型钢企业生产计划调度的约束复杂、易延误交货期、寻求最优解困难等问题, 提出生产计划调度系统的结构功能设计方案, 选用改进的批决策批调度策略建立计划调度模型, 并利用遗传算法求解生产调度计划。以某热轧型钢企业设计实现的制造执行系统为依托, 研究生产计划调度系统的执行情况, 通过不同的订单数据以及不同的计划编制方法进行模拟计算和结果比较, 验证了该改进型批决策与批调度模型的解可降低设备调度、节省生产时间、减少交货延误, 以此来指导热轧型钢的生产可切实提高企业生产效率。
关键词：生产计划,生产调度,热轧型钢,批决策与批调度,遗传算法
参考文献
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[10]Reeves C R.A genetic algorithm for flowshop sequencing[J].Computer Operations Research, 1995, 22 (1) :5-13.
调度计划技术支持系统 篇9
参加审查的专家认为,初步设计报告充分利用智能调度技术支持系统的前期研究成果,结合华中电网实际,系统功能完善,结构合理,能有效指导下阶段智能电网调度技术支持系统建设。
作为国家电网的重要组成部分,华中电网成为全新研发的智能电网调度技术支持系统第一家试点,调度技术支持系统示范工程建设意义重大。
下一步,将有序展开测试小系统现场安装调试、机房装修改造、硬件招投标、系统安装集成、厂站接入、系统联调等工作。
电力调度系统无证书数字签名技术 篇10
随着电力行业信息程度的深入, 电力调度系统的数字化应用也日趋增多。如文献[1-3]针对电力调度的数字化提出了各自的建设思想和实现方法。从现场应用和发表的文献来看, 这些以网络通信为传输基础的电力调度系统都面临着数据传输安全的问题。
由于电力调度过程的特殊性, 任何数据传输的安全问题, 都可能导致灾难性的事故发生, 其造成的损失也是巨大的。文献[4-5]为了避免在电力调度中心、电厂及用户之间传输的数据被篡改、伪造, 提出并设计了基于认证体系结构的数字签名方案。文献[6-7]分析了电力二次系统所面临的风险, 介绍了电力调度系统的证书服务系统及其数字签名技术应用。这些数字签名方案虽然利用证书密码技术提高了系统的安全性, 但是为了存储证书和验证证书的有效性, 需要大量的存储空间和计算开销, 对电力调度的实时性造成了一定的影响。
无证书密码体制既消除了传统密码体制对证书的需求, 也解决了基于身份密码体制中的密钥托管问题[8,9,10]。由于具有较强的实用性, 已经出现了应用于电子商务、电子病历等方面的无证书密码体制方案[11]。但是, 这些方案都是以双线性对或指数为运算基础, 计算效率较低[12]。目前, 无证书数字签名在电力调度中的应用研究较少。
本文在研究电力调度系统数据传输安全性问题的基础上, 利用椭圆曲线密码系统 (elliptic curve cryptosystem, ECC) 计算效率较高的特点, 提出了基于ECC无线性对的无证书数字签名方案。该方案具有保证调度信息的完整性、抗否认性、抗伪造性和可验证性等特点, 能够很好地解决电力调度系统数据传输的安全性问题。
1 无证书数字技术
无证书签名系统将密钥生成中心 (key generation center, KGC) 作为信任中心, 其作用是产生用户的一部分私钥。用户随机选择一个秘密值, 产生自己另一部分私钥, 利用私钥产生公钥, 并将部分公钥绑定同一个身份。一个无证书签名方案由系统初始化、部分密钥生成、设置秘密值、设置私钥、设置公钥、签名以及签名验证7个算法组成。通常, 前2个算法由KGC执行, 而其他算法由签名或验证用户执行[13,14]。
本文设计的ECC无证书签名方案建立在以下数学问题之上。
1) 椭圆曲线离散对数问题 (discrete logarithm problem, DLP) :P是G1的生成元, 任取Q∈G1。在已知P和Q的条件下, 求Q=nP中的n是一个数学难题。
2) 计算Diffie-Hellman问题 (computational Diffie-Hellman problem, CDHP) :P是G1的生成元, a1P∈G1, b1P∈G1, 在不知道a1和b1的情况下, 求a1b1P是一个数学难题。
在无证书签名的安全模型中, 一般存在如下2类敌手攻击。
1) Type-Ⅰ攻击者AⅠ:不能获取KGC主密钥, 但可以替换任意用户公钥。
2) Type-Ⅱ攻击者AⅡ:拥有主密钥, 可以自己产生部分私钥, 但是不能替换用户的公钥。
2 电力调度系统的安全性分析
电力调度系统通常设计的用户角色为系统管理员、录入操作员、审核操作员、签发操作员等[15]。电力调度系统中产生的指令数据及时、准确地在这些角色间频繁传送。在数据传输过程中, 一般面临篡改数据、否认发送数据、冒充发送者等安全问题。
为保证数据传输的安全性, 可将电力调度系统的用户角色在无证书密码体制中映射为如下3类对象。
1) 信任中心KGC:可将系统管理员作为信任中心。为了防止公钥密码替换攻击, 信任中心建立公告板;为了对签名者身份进行真实性验证, 信任中心负责产生用户的部分私钥;为了防止冒充发送者的安全问题, 信任中心可对存疑的调度签名进行判断裁决。
2) 调度信息签名者:调度系统中的所有用户都可以作为调度信息的签名者。为了防止否认发送数据的安全问题, 调度信息签名者产生自己的部分私钥;为了防止篡改数据的安全问题, 调度信息签名者使用哈希函数对信息进行处理;为了防止冒充信任中心的安全问题, 调度信息签名者可对信任中心身份进行验证。
3) 调度信息验证者:调度系统中的所有用户都可以作为调度信息的验证者。为了辨析调度信息的真实性, 可使用公钥对对接收的签名信息进行数字签名验证;为了辨析调度信息发送者的身份, 可对存疑的调度信息签名者的身份提交信任中心进行判断裁决。
3 基于电力调度系统的ECC无证书签名技术方案
数字签名算法 (digital signature algorithm, DSA) 使用大量的指数运算。ECC数字签名算法则使用标量乘运算。在相同的安全强度下, ECC在提高运算速度和节省空间方面, 要优于DSA。目前的无证书签名方案大多使用昂贵的对操作, 降低了执行效率, 也不利于软件和硬件的实现。本文利用ECC计算效率较高的特点, 提出基于ECC无线性对的无证书数字签名方案, 提高执行速度, 能够满足电力调度系统的实时性要求。
3.1 系统初始化
设Fq为有限域, 整数q为所选有限域的阶, FR是有限域Fq中元素的表示, 椭圆曲线的2个系数a, b∈Fq, 构建了椭圆曲线E:y2=x3+ax+b。G∈E (Fq) 为E的一个生成元;n为G的阶数;h为辅因子, 标识E中子群的数目;H是一个单向哈希函数, 能够保证信息的完整性。
电力调度信任中心KGC选择主秘钥s (0
电力调度信任中心KGC公布参数D={q, FR, a, b, G, n, h, Ppub}。
3.2 部分密钥生成
1) 设电力调度信息签名者A的身份为idA, 并通过KGC的公告板进行公示。
2) KGC随机选择x (0
3) 电力调度信息签名者A可以通过以下方式验证d是否为KGC产生:首先, 通过W= (x1, y1) 和idA, 计算H (idA‖x1) ;然后, 分别计算dG和Ppub+H (idA‖x1) W;最后, 判断dG=Ppub+H (idA‖x1) W是否成立。如果成立, 则d为KGC产生, A接受;否则拒绝接受。
3.3 设置秘密值
电力调度信息签名者A随机选取z (0
3.4 设置私钥
电力调度信息签名者A的私钥为SKA= (d, z) , 私钥由A自己保存。
3.5 设置公钥
电力调度信息签名者A的公钥为PKA= (W, N) , 公钥由KGC在公告板中进行告示, 防止公钥替换攻击。
3.6 签名
设电力调度信息M∈{0, 1}*。电力调度信息签名过程如下。
1) 生成随机数k, 0
4) 计算u= (k+hd+zr) mod n, (R, u) 即为A对消息M的签名。
5) 发送消息和签名结果 (M, R, u) 。
3.7 签名验证
调度信息验证者收到签名信息 (M, R, u) , 验证过程如下。
1) 从KGC的公告板处获取电力调度信息签名者A的基本信息 (PKA, idA) 及系统参数。
2) 从R= (x3, y3) 抽取x3, 计算r=x3mod n。
3) 根据M和idA, 计算h=H (M‖idA) mod n。
4) 根据W和idA, 计算h′=H (M‖idA) mod n。
7) 计算R′=U-V= (x4, y4) ;计算r′=x4mod n。
8) 如果r=r′, 表示签名有效;否则, 签名非法。
3.8 身份识别
针对调度信任中心身份, 可采用零知识方式进行认证。识别过程如下。
1) 用户A向KGC提出身份识别, A随机选择t (0
2) KGC计算T′=sT, 将T′秘密发送给A。
3) 用户A计算T′=tPpub是否成立, 如果成立, 则为合法KGC, 否则为非法KGC。
针对调度信息签名者身份, 可采用以下方式进行识别。
1) 身份识别者随机选择t (0
2) 用户A计算t′=tz+d, 将t′秘密发送给身份识别者。
3) 身份识别者计算t′G=tN+Ppub+H (idA‖x1) W是否成立, 若成立则验证通过, 否则验证失败。
4 基于电力调度系统的无证书签名技术方案安全性分析
4.1 可验证性
基于电力调度系统的无证书签名方案中有4处验证。
1) 用户A根据dG=Ppub+H (idA‖x1) W是否成立, 对d是否来源于KGC的验证。算法有效性的验证如下:
2) 调度信息签名验证者通过r=r′是否成立, 判断调度信息的签名正确与否。算法有效性的验证如下:
3) 采用零知识方式T′=tPpub进行KGC身份识别。算法有效性的验证如下:
4) 通过t′G=tN+Ppub+H (idA‖x1) W是否成立, 判断调度信息签名者身份。算法有效性的验证如下:
4.2 不可否认性
KGC发送给调度信息签名者A的私钥d中含有了签名者A的身份id, A在签名过程中, 根据M和idA, 计算h=H (M‖idA) mod n, 算式中又含有了签名者A的身份id, 故在电力调度过程中, 调度信息具有不可否认性。
4.3 不可伪造性
基于电力调度系统的无证书签名方案能抵抗攻击者AⅠ和AⅡ的攻击, 签名方案具有不可伪造性。
攻击者AⅠ进行公钥替换攻击是不可行的。首先, 攻击者AⅠ不知道系统的主密钥s, 也不知道KGC为用户A产生的x, 故不知道A的部分私钥d。其次, 攻击者AⅠ试图替换用户公钥, 就必须修改KGC的公告板中的公钥信息, 由于公告板是公开的, 并且公钥与用户id是对应的, 故攻击的行为会暴露。最后, 若KGC或者其他电力调度用户产生怀疑, 就会进行用户身份认证。由于攻击者AⅠ不知道验证者任意选取的t, 故攻击者不能构造t′。攻击者AⅠ如果知道t, 要解出t′也相当于求解DLP。
攻击者AⅡ进行部分私钥替换攻击是不可行的。攻击者AⅡ若利用用户A的公钥和部分私钥d求解出用户A另一部分私钥z, 只能通过N=zG进行, 但是这是求解DLP。故求解私钥z不可行。攻击者AⅡ如果伪造调度消息M的签名, 需要绕过部分私钥z, 伪造R和u, 以便满足R′=U-V, 这又是求解DLP。
4.4 调度信息的完整性
在签名时使用哈希函数, 将M和id进行捆绑, 保证调度信息的完整性。
本文基于ECC无证书数字签名方案与其他数字签名方案在安全性上的比较见表1。文献[4]是基于RSA算法的电力调度证书签名方案, 文献[9]是基于双线性对的无证书签名方案, 文献[11]是基于DSA无线性对的无证书签名方案, 文献[14]是一个无双线性配对的无证书签名方案, 虽然能够进行KGC身份验证和保证消息的完整性, 但因其私钥存在不安全性, 导致签名无法满足不可伪造性和不可否认性要求。
注:“√”表示“具有”;“ ×”表示“不具有”。
5 效率分析
ECC的运算时间可按相关文献[16,17]进行估算。以乘运算时间TMUL为基准, 加运算时间和模运算时间均忽略不计, 指数运算时间TEXP相当于240TMUL, ECC标量乘运算时间TECC_MUL相当于29TMUL, ECC加运算时间TECC_ADD相当于0.12TMUL, 哈希函数运算时间TH相当于0.23TMUL, 逆运算时间TI相当于11.6TMUL, 双线性对运算时间TD相当于609TMUL。
在系统初始化过程中, 用到1次标量乘运算。在部分秘钥生产过程中, 用到1次标量乘运算、1次哈希函数运算、1次乘运算。在验证私钥d过程中, 用到2次标量乘、1次哈希函数运算、1次ECC加法运算。在设置秘密值过程中, 用到1次标量乘运算。在公钥与私钥产生的过程中, 共消耗约146.58TMUL个运算。
在签名过程中, 用到1次标量乘, 1次哈希函数, 2次乘运算, 共消耗时间约31.23TMUL。
在签名验证过程中, 用到4次标量乘、2次哈希函数、1次乘运算、3次ECC加法运算, 共消耗时间约117.82TMUL。
基于RSA算法的电力调度证书签名方案, 除去为取得证书所消耗的时间外, 1次指数运算时间相当于240TMUL, 比本方案中的任意阶段消耗的时间都长。
基于双线性对的无证书签名方案, 1次线性对运算时间相当于609TMUL, 比本方案中的任意阶段消耗的时间都长。
通过本文方案与其他方案在运算时间的比较可以看出, 本文方案的运算时间明显小于其他方案, 也不会因为证书而消耗存储空间, 说明本文方案具有较高的运行效率, 便于应用到电力调度设备中。
6 应用测试
利用VC++6.0开发工具, 选取椭圆曲线q的位数为180位, 实现基于电力调度系统的ECC无证书签名方案。客户端调度签名的界面见附录A图A1。应用测试环境为:Intel Core i5, CPU主频为2.5GHz, 内存容量为4GB。应用测试结果为:密钥和公钥生成过程的平均时间为1.432ms, 电力调度签名过程消耗的平均时间为4.31 ms, 验证过程消耗的平均时间为6.57ms。
测试结果说明本文方案各阶段的时间均未超出电力调度系统要求的最小时间。
7 结语
以网络通信为传输基础的电力调度系统都面临着数据传输安全问题。本文结合电力调度系统数据传输安全性特点, 提出了一个基于电力调度系统的ECC无线性对的无证书数字签名技术方案。通过安全性分析, 方案能够保证调度信息的完整性、具有抗否认性、抗伪造性和可验证性等特点。通过效率分析, 与常见的其他签名方案相比, 方案减少了证书的存储空间, 降低了计算开销, 提高了运行效率。应用测试表明, 方案可以满足电力调度的实时性要求。但是本方案是以信任的KGC为研究前提, 没有考虑到恶意KGC, 设计基于电力调度系统的防止恶意信任中心的无证书签名方案是下一步的研究方向。
附录见本刊网络版 (http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx) 。
摘要：为了解决电力调度系统中数据传输的安全性问题, 利用椭圆曲线密码系统 (ECC) 计算效率较高的特点, 提出了基于ECC无线性对的无证书数字签名方案。该方案以离散对数问题为安全基础, 由调度信任中心和调度用户共同产生私钥对和公钥对, 避免了调度系统中证书管理复杂的缺陷;以无线性对思想为实现基础, 采用ECC计算方式, 提高了安全调度的执行效率。方案不仅具有调度消息的完整性、抗否认性、抗伪造型、签名的可验证性和调度身份的可验证性等特点, 也能够满足电力调度的实时性要求。
调度计划技术支持系统 篇11
关键词：铁路运输；通信管理；数字调度；技术应用
中图分类号：U285 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）14-0044-02
我国铁路事业的快速发展带动了城市间经济的提升，与此同时，铁路管理系统构建也成为提高铁路运输效果的关键，为促进铁路运输管理的便捷化、精确化管理系统的发展，铁路通信系统施工中融入数字调度系统，实现铁路运输业的网络化管理构架，方便管理人员对铁路运输信息的实时了解与掌握，并提高铁路管理整体水平。
本文主要对铁路通信系统的建设方法进行分析探究，建立完善的铁路信息管理思路和数字调度系统应用技术，为现代化铁路运输管理工作奠定基础，提高铁路运输业的服务质量。
1 数字调度通信系统在铁路管理应用中的优势
1.1 数字传输功能
数字传输功能是指在数字调度系统中将要传输的信息内容转变为数字进行传递，通过数字传输能够提高信息传递的效率，保证信息传递的准确性和及时性，应用数字传输噪音低、能耗小的特点，能够在确保信息在传输过程中质量优质的基础上，实现环保节能的目的。
1.2 高效率处理能力
在铁路数字调度系统中对铁路调度信息实行模块化管理模式，系统采用32位高效处理器，对调度信息进行分析处理，并在系统确认无误后进行传递，避免了人工传递信息的复杂流程，大大缩短了调度指令从发布到实施的周期。
1.3 安全可靠性
在铁路调度管理系统在构架过程中采用集成电路形式，利用模块化管理模式，对调度指令进行分块化管理，系统内部设有备份存储系统，对所输入的指令进行二次存储，一旦系统发生故障，可利用存储功能找出指令。此外，分块话管理模式使得部分系统发生故障的情况下，不至于影响系统的整体运行，能够确保系统的安全和稳定性。
1.4 兼容性
该系统为满足铁路通信调度指令内容的复杂性，采用多种模拟方式，对所输入语音、图像、文字等信息均能够快速准确的识别，并做出判断。
系统具备多个数字接口，能够同时接受并处理多个信号指令，为铁路调度管理工作的优质服务提供保障。
2 数字调度系统的组网方式
数字调度系统的组网包括总线型（也就是链状）、树型、星型、综合型，按铁路系统管理的特征，站场通信系统要采用星型组网方式，局调度通信系统要采用总线型组网方式。主系统和分系统及分系统间以2个2M口为一个基本共线单元，1个是下行2M口，1个是上行2M口。整个系统要配备两个透明2M传输通道，其中一个可作备用通道用，另一个则可作主用通道用，从而组成数字自愈环。各中间站分系统的上下行2M口、调度中心主系统的下行2M口以及末端站分系统的上行2M口通过主用2M通道首尾连接，末站分系统的下行2M口和调度中心主系统的上行2M经备用2M通道连接，从而组成了一个数字调度系统。一般来说，通信采用下行E1通道，从而让系统能够对2M口的通信状态进行实时监测。一旦检测到数字环下行E1通道的某处断开，应马上实现自愈环功能，断点之后的分系统切换到上行E1通道方向开展通信，以有效确保数字环的某处断开均不会给系统的正常通信造成任何影响。若某个分系统发生断电问题，系统就会自动检测到断电情况，然后让断电的分系统上、下行E1口自动对接，充分发挥出断电保护功能，进而确保系统通信正常。
3 数字调度系统
数字调度系统，其实就是在铁路通信系统和运输调度设备上，进行了智能化和数字化的完善，利用数字化、智能化技术以及设备，以健全铁路通信系统中原有的调度通信系统，促使原有的铁路通信系统集聚智能化与数字化的相应功能与员工功能于一身，如此既可在大幅缩减铁路通信管理中的物力与人力的同时，又能减少铁路通信的成本，大幅提升通信系统建设与铁路建设的经济效益。
数字调度系统的网络包括星状型、综合型、链状型、树状型四种，在数字调度系统当中调度系统是分系统，而通信系统则为主系统，二者相连部分则是数字调动系统的网络管理系统。在铁路通信系统当中采用数字调度系统可及时提供监控信息，以助于调度人员与铁路值班人员完成通话等有关功能。
在铁路通信系统施工建设当中采用数字调度系统，可大大提升铁路通信系统中通话的可靠性与质量水平，不断健全通信系统的智能报警与自我测试功能，大幅拓展铁路通信系统的功能。此外，还能大幅减少铁路通信系统施工建设成本与资源消耗量。
在铁路通信系统中运用数字调度系统，不仅能降低铁路通信系统运行故障发生率，还能降低铁路运输过程中的风险等。数字调度系统具有健全铁路通信系统的各种功能、强化铁路通信系统的安全性能的作用，可按照其运行状态实施自我诊断与自我检测。数字调度系统中的接口众多，可开展多样化的业务，并拓展通信系统的功能，提升铁路通信系统的安全性。
4 数字调度系统在铁路施工中的应用
在铁路通信系统的施工过程中，数字调度系统也发挥了巨大的功能，主要包括以下四个方面：①建立通信电话，在铁路调度管理中，利用通信电话将调度信息直接下达到列车值班室，并在值班室建立信息交换平台，为每名列车员和调度人员提供对讲机，便于调度和列车员之间的沟通顺畅。在铁路沿线设置信号操作平台，使各相关人员通过电话联系在一起，在列车遇到突发事故时，调度能够通过电话实现对事故解决的有效途径，使调度、列车员和值班员之间实现实时通话，建立铁路通信系统。数字通信的应用能够实现铁路系统四线通信的高效实施，确保信息在传递过程中的安全可靠性；②铁路停靠站通信。铁路建设施工过程中站场通信的建设十分重要，站场通信设备将铁路调度电话和铁路通信电话连接到系统中，实现网络内部信息传递，方便用户和列车工作人员间的沟通，对车运货物、旅客查车、通信集中等，为客户提供查询、交流等多种服务，提升列车服务的多样性；③铁路沿途建立通信站。列车行驶途中出现突发事故的可能性很高，由于铁路多设置于人少的郊区，因此通讯信号的传递十分困难，为提高列车员和调度之间的信息传递，建立列车沿途通信站有助于实现沿途值班室电话呼叫功能。在铁路通信系统建设施工中利用数字调度系统，在铁路沿途区间内将各个电话接口与数字调度信息系统相连接，通讯站将各信息汇总并进行交换与输出，进而实现调度和列车在沿途之间的信息传递；④在通信系统中实现音频传递功能。传统通信系统仅将调度指令进行数字化处理而在系统中进行传递，是对程序和文字的交流，而通过数字调度系统完善化改进，使系统能够实现对调度指令音频的传递，降低了调度工作的难度，省去了对指令内容翻译录入的过程。
5 结 语
综上所述，在现阶段，我国社会经济迅猛发展，随着货物运输和人民出行需求量的大幅度提升，铁路建设数量越来越多，覆盖范围越来越广。铁路通信系统的建设在铁路运输事业中发挥了巨大作用，间接决定铁路建设工作的安全性和流动性，为提高铁路通信工作质量，需要在通信系统建设中应用现代化手段，与计算机网络科技相结合，建设数字调度系统，确保铁路通讯不受地理、环境和设备等方面的影响，提高信息传递速度和准确性，降低在指令传输过程中出现的人为误差，使信息传递工作更加简洁化，为建立科技化铁路通信夯实基础。
参考文献：
智能配电网调度控制系统技术方案 篇12
随着智能配电网建设的开展,科研、生产、建设和运行管理部门齐心协力,共同推动了配电自动化技术进步。 文献 [1]较早阐述 了配电管 理系统 (DMS)及其应用功能,具有指导意义;文献[2]对第1轮配电自动化系统建设经验进行总结,并提出了新一代配电网管理平台的理念;文献[3]探讨了基于IEC 61968配电业务系统集成方式。国家电网公司对智能配电系列标准规范重新进行了修订[4,5],对有效指导配电自动化建设发挥了重要作用;在第2轮配电自动化系统试点建设完成之后,文献[5-7]对试点工作进行了总结。虽然配电自动化建设取得了长足的进展,其技术支撑手段及应用效果仍需完善提高,具体分析如下。
1)技术支撑手段尚不足以满足业务需求。按照电网公司“大运行”体系全面建设方案的要求,地县级调度机构将全面负责配电网运行与监控、故障研判及抢修指挥业务。面对地县级调度机构业务的变更,需要研究适合配电网调度控制与抢修一体化建设的软件架构,实现两大业务资源的最优整合及有效互动。
2)系统标准化程度和信息交互的一致性、规范性有待细化完善。国家电网公司正在大力推进生产管理、营销业务、配电自动化等各业务系统的标准化工作,但从应用层面上,数据、模型、图形的一致性和规范性尚需提高。为了支撑配电网调度及抢修业 务,需要研究信息集成技术,实现数据的高度共享及业务协同。
3)基础应用功能实用化水平需要提高。由于资金、通信方式、技术水平、系统运维等方面条件的限制,配电网通信质量相对较低,实时数据的准确性和实效性不能完全保证,存在信号误报、漏报和晚报的情况,对馈线自动化等应用功能的容错性要求较高。
4)配电网应用分析软件适应性不强。目前实现信息采集的配电线路仅占总量的15%,实时数据采集覆盖率较低,需要研究改善及弥补配电网量测数量、质量不高的手段;另外国内配电网应用分析软件算法多移植自调度自动化系统,未能充分考虑到量测信息的冗余性不足、配电网线路和用户负荷特性与主网的差异,无法适应配电自动化系统的要求。
5)系统对新能源接入适应能力需要加强。随着国家新能源政策的实施,分布式电源/微网/电动汽车接入配电网逐步增多,对配电网短路电流、继电保护、电压控制、负荷分配等功能提出了更高要求。现有自动化系统应用功能主要针对传统的单向能量流的模式设计,而对大量分布式电源接入后双向能量流的模式考虑不足。
综上所述,目前的配电网调度控制技术支撑手段尚无法完全满足调度运行及故障抢修业务的需 要,需要加快配电网调度控制系统及技术手段研究。本文旨在探索新一代配电网调度控制系统建设思 路,介绍系统建设的体系架构及其相关技术,并针对配电网量测不全、应用功能实用化程度不高、新能源接入等一系列问题,探讨推进配电网数据采集与监控(SCADA)、馈线自动化等应用功能实用化的关键技术。
1 系统建设总体方案
1.1 总体架构
配电网调度控制系统基于新一代智能电网调度控制系统基础平台(简称“D5000平台”),在安全Ⅰ区实现图模管理、实时监控、拓扑分析、馈线自动化和分析应用等配电网调度控制功能;在安全Ⅲ区实现报修工单管理、计划停电分析、故障研判、统计分析和综合展示等配电网抢修指挥功能。系统总体架构如图1所示,图中Ⅳ区信息平台(电网GIS平台) 是含GIS信息的集成平台;PMS表示生产 管理系统。系统充分利用平台先进的服务总线、消息总线、 数据总线、资源管理、软硬件管理等手段实现Ⅰ区、Ⅲ区信息高效传输、共享以及业务协同。根据国家电网公司调度控制机构设置和业务的需求,系统在地(县)公司分布式建设。
1.2 配电网调度控制与故障抢修一体化技术
配电网调度控制与故障抢修(简称“配抢”)一体化技术关键是如何实现安全Ⅰ区和Ⅲ区资源存储、业务处理分区负责,通过平台数据总线实现信息的高效传输、共享以及业务协同,从而减少系统容量、运维压力、管理复杂度,提升故障处理效率。重点技术是Ⅰ区、Ⅲ区一体化协同建模及配电网运行监控与抢修协同作业技术。
1.2.1 一体化建模技术
为了支撑配电网调度控制系统业务的开展,系统需要统一构建配电网高、中、低压全网拓扑模型。高压模型来自于调度控制系统,通过公共信息模型XML格式(CIM/XML)或电网通用模型描述规范格式(CIM/E)的数据文件进行信息接入;中、低压模型多来自于电网GIS平台,通过CIM/XML的数据文件进行信息接入,一体化建模软件提供中压模型和高压模型的拼接功能。作为弥补手段,系统也提供了图库一体化方式的自行建模。考虑到低压数据量较大和Ⅰ区、Ⅲ区业务需求,Ⅰ区存储高、中压模型,Ⅲ区存储高压、中压、低压模型,平台数据库软件负责模型同步。
1.2.2 配电网运行监控与抢修协同作业
考虑到Ⅰ区、Ⅲ区资源分布情况、业务重点等因素,配抢一体化系统业务协同的总体思路是安全Ⅰ区重点基于中压设备开展应用分析,而安全Ⅲ区重点围绕低压用户开展应用分析。
1)全网拓扑分析应用协同:基于全网模型及实时采集数据的拓扑分析是配电网调度控制系统的基础核心应用。全网拓扑分析需Ⅰ区、Ⅲ区协同分析, Ⅰ区负责进线开关至配电变压器的拓扑分析,而Ⅲ区负责配电变压器至用户的拓扑分析,Ⅰ区、Ⅲ区相互交换分析结果,最终形成基于全网模型及实时数据的全网拓扑分析,支撑中压停电分析及低压用户报修研判等业务。
2)中压故障协同处理:Ⅰ区收集故障指示信号以及进线开关重合闸、智能断路器跳闸事件,根据配电网模型和信号进行拓扑分析,将故障定位在一个封闭区域内,并进行故障隔离及非故障区段转供,同时将该故障区段信息传送至Ⅲ区配电网故障抢修调度系统,停电研判模块根据中低压一体化电网模型, 利用用电信息召测和拓扑分析等手段分析停电设备、停电用户、停电区域空间信息,辅助抢修指挥决策。
3)供电可靠性分析:为了更好地开展Ⅰ区负荷转供、检修计划、非故障区段恢复供电及Ⅲ区故障抢修优先级分析等业务,均需依靠供电可靠性分析。供电可靠性分析从负荷损失、保供电用、重要用户、停电用户数、用户停电频度等多维度进行综合分析, 停电可靠性分析的负荷损失情况分析源自安全Ⅰ区,而其他分析源自安全Ⅲ区,综合分析结果支撑负荷转供、抢修、负荷削减等业务开展。
1.3 信息集成技术
实现一个功能完整的配电网调度控制系统,需要与调度控制系统、GIS、用电信息采集、营销管理、95598、PMS等多个系统集成。国家电网公司近期重点开展了配电自动化信息交互研究工作,同步开展了标准的制定工作和互操作实验,信息交互的标准包括:配电自动化信息交互技术规范、配电自动化信息交换总线功能规范、配电自动化信息交互一致性测试规范、配电自动化信息交互技术规范、配电自动化信息交换总线功能规范,标准内容涉及了信息交互的业务流程、信息接口、模型数据一致性表达、总线功 能、互操作验 证等,并取得了 阶段性的 成果[8]。
图1中Ⅲ区的信息平台(含GIS)是一个基于面向服务架构(SOA)、遵循IEC 61970/IEC 61968接口规范、具有良好可扩充性的数据集成平台。信息平台的两大核心功能是电网信息资源整合和信息服务。平台收集各配电网业务系统的电网信息,进行资源整合,形成遵循IEC 61968/IEC 61970的配电网高(简化)、中、低压的CIM。电网信息资源是对配电网各类电网设备、设施及用户等资源信息的统称,包括:地理信息,电气设备的铭牌、参数和拓扑信息,电力设施的台账信息等,还包括相应的各类图形资源信息(地理接线图、电网专题图等)。平台提供完备的信息服务接口,基于消息传输机制,为配电系统间的信息共享、业务流转和功能集成提供支持,实现系统间模型、实时/准实时信息和历史信息的交互。
配电网调度控制系统作为信息平台支撑的一个配电业务系统,通过平台接口服务获取相关信息,为平台提供调度控制信息支持,参与配电网相关业务流转,信息交互内容包括以下几个方面。
1)参与配电设备变更流程。接受配电网CIM及其电网图形变更信息;完成调度审核流程;建立内部电网模型,确保维护模型的一致性、准确性、及时性。
2)发布包含人工操作标识的电网准实时断面信息。
3)提供各类电网历史数据查询接口服务,返回设备带时间标签、质量码的历史数据。
4)参与配抢业务信息流转,发布信息包括:高、中、低压故障研判结果;抢修工单。接受信息包括: 用户报修、抢修进度反馈,电量召测结果等。
5)利用平台提供带有地理矢量、影像背景的电网地理图接口服务,实现配电网调度、抢修的地理背景信息的展示。
总之,信息平台与各业务系统的信息交互应遵循配电自动化信息交互系列规范,只有在业务流、信息流规范的前提之下才能保障信息集成的良性发 展。D5000平台作为生产大区、管理大区诸多业务系统的支撑平台,提供了统一、安全、健壮的信息交互手段,如消息总线、服务总线、消息邮件等,其中消息邮件功能已成为调度不同平台、跨区业务系统间业务流转不可缺少的手段。配电网调度控制系统与其他业务系统的信息交互应充分利用平台成熟的通 信技术。
1.4 二次安全防护技术
配电终端与调度控制系统的通信采用单向认证防护技术,使用基于非对称加密技术的单向身份认证措施,实现控制和参数设置数据报文的完整性保护和主站身份鉴别,同时添加时间标签(或随机数) 保证控制数据报文的时效性。配电网前置采集配置安全模块,对下行控制命令与参数设置指令进行签名,实现子站/终端对调度控制系统的身份鉴别与报文完整性保护。
配电终端 (DTU/FTU/TTU)、故障指示 器等通过无线公网经通信运营商接入配电网调度控制系统,需采用必要的安全防护措施,并穿越经国家指定部门认证的正反向隔离装置。
2 关键技术的分析与应用
2.1 配电网大数据量采集
与调度自动化系统相比,配电自动化系统的数据采集存在以下特点:1配电网数据采集量大,采集频率较低,中型系统采集量已超过20万点;2主站与终端设备直接通信,通信链路数随监控设备增加而大幅增加;3存在基于公网的数据采集;4系统的典型部署模式是地县一体。
针对配电网多通道、多链路、频率低的特点,配电网前置采集通道连接处理机制上采用epoll的多路复用I/O接口技术,设定线程池,配置若干工作线程统一处理所有通道。epoll是为处理大批量句柄而加以改进的poll,是Linux 2.6下性能最好的多路I/O就绪通知技术。epoll技术提高了程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下系统CPU的利用率,同时其边沿触发(edge-triggered,ET)技术显著提高了采集程序的处理效率。
D5000平台目前正开展分布式数据采集功能的研发,可有效解决配电网采集数据量大带来的效率问题,并更加符合地县一体化部署的要求。该功能将集群技术、网格技术运用到配电调度控制系统的数据采集中,对数据采集功能进行分区域设置,将整个采集系统分割成若干个数据采集子系统,各区域协同工作,共同完成数据采集工作。每个数据采集子系统有自己独立的若干数据采集服务器和采集设备,子系统内的数据采集服务器采用集群方式管理。正常运行状态下,各数据采集子系统协同平台完成整个系统的监控功能。当地、县级区域间的主干网络故障发生系统解列时,成为孤岛的县调子系统可独立完成县级配电网监控功能。
分布式数据采集功能的研发将大大增强系统大数据量的处理能力,并使得系统具备很强的扩展性和可靠性。
2.2 馈线自动化技术
主站实现的馈线自动化是集中式馈线自动化, 它借助通信手段,通过配电终端和配电主站/子站的配合,在发生故障时依据终端设备采集到的故障信号判断故障区域,并通过遥控或人工隔离故障区域, 恢复非故障区域供电来提高供电可靠性。馈线自动化技术作为配电网自动化的关键技术,近年来已取得了大量的研究成果[9,10,11,12,13]。但配电网实际运行情况复杂,馈线自动化技术的实用化还需要解决一系列问题。
馈线终端、配电自动化设备及通信网络的运行环境恶劣,漏报或错报故障信号的现象频发,故障定位功能需要从以下两个方面加以完善:一方面详细记录所有故障信号的发生时间、先后顺序;另一方面结合信号对应终端的通信状态、历史数据质量情况, 分析出可能的漏报或误报信号。
由于恶劣天气导致的大面积停电或多区域停电,严重影响了配电网供电可靠性。为了尽可能降低停电损失,馈线自动化提供的解决方案应考虑以下几个方面。
1)将故障按所在环网进行分组,以组为单位计算隔离与恢复方案,解决同一环网发生多点故障时, 可能无法直接通过相邻联络馈线恢复健全区域供电问题。
2)恢复健全区域供电时,将负荷按重要性分出优先级,根据负荷的分布情况结合各馈线的线损、负荷预测、负荷的优先级及检修保电状态等数据给出操作步骤最少、削减负荷优先级低、削减负荷数最少的方案。
3)在故障恢复过程中若发生新的故障,分析新故障对正在处理故障的影响,动态调整优化故障处理方案。
2.3 GIS应用技术
配电网调度控制和抢修业务的一个显著特点是实现电网运行监控、操作控制、抢修作业空间可视 化。电网GIS平台对外发布辖区内地理背景信息、电网空间信息、电网拓扑信息等三大类信息。GIS平台地理背景信息采用金字塔切片方式或与电网空间信息封装成控件方式对外发布;电网空间信息采用矢量图形方式或电网栅格方式以及地理背景信息封装成控件方式对外发布;电网拓扑信息的模型采用CIM、可缩放矢量图形(SVG)的方式对外发布。目前GIS在电网运行监控及抢修方向的应用主要有两种方式:一是采用GIS平台提供控件方式;二是地理背景资源使用GIS平台提供的切片或测绘机构航拍图,而电网设备走径由自动化人员手工绘制。由于这些方式存在扩展性能差、无法展现设备实时运行状态或重复建设、维护量大、出错率高等弊端,因此实用化程度不高。
配电网调度控 制系统提 出“瘦”空间数 据库、“瘦”引擎理念,结合实时数据,集成GIS平台资源, 封装成适合调度监控类的GIS应用组件。GIS平台空间数据库存储地理资源空间信息、电网空间信息、电网拓扑信息,通过GIS平台引擎把这三大类信息渲染形成矢量图形,并可把矢量图形切分成金字塔切片及电网栅格。考虑到地理背景类资源容量大、变更少、基于该类信息应用少,而电网空间信息及拓扑类信息容量相对小、异动频繁、基于该类信息应用较多,配电网调度控制系统直接使用GIS平台渲染后的地理背景切片,而电网空间信息采用接口方式接入设备经纬度及拓扑关系,并把这些关系存储在“瘦”空间数据库中,“瘦”引擎管理GIS平台提供的切片及“瘦”空间数据存储的电网空间信息,并融入实时采集信息,最终通过“瘦”引擎管理并发布。其中“瘦”空间数据库不包含地理背景空间信息,“瘦”引擎使用GIS平台切片,但不直接渲染地理背景切片。因此,系统的空间数据库及引擎的容量、管理范围大幅缩减,减小了系统复杂度及管理难度。技术框架如图2所示。
2.4 配电网分析应用软件
配电网分析应用软件的特点是要对大量实时数据进行处理与分析,以确定电力系统的安全与经济状况,给出电网经济运行优化的控制策略。鉴于目前配电网相对于输电网而言网络结构稳定性差、模型参数不完备、量测数据采集不齐全,配电网分析应用软件的实用化仍是关注重点。据此,可以开展以下几个方面工作。
1)改善配电网量测质量。配电网量测要从空间维度、时间维度两方面来完善:空间维度要提高数据覆盖面,时间维度要了解未来变化的趋势。利用电量数据及其负荷短期预测功能弥补实时采集数据量测不足是当前一个行之有效的方法。10kV配电变压器及其低压用户的电量信息来自于用电采集信息系统(简称“用采系统”)。Ⅰ区调度控制相关应用功能重点关注10kV配电变压器准实时量测信息,用采系统负责主动将准实时信息推送到总线上;Ⅲ区低压故障研判功能依赖低压用户量测信息,系统将针对部分用户主动发出召测请求。对于非实时的低压配电变压器量测,还需要利用配电网开关的实时量测数据进行检验,将一些无法采集到的配电变压器量测进行补全。负荷预测模块则根据负荷分类曲线构造实时负荷数据模型,充分利用历史电量信息, 预估当前、未来电量,补全实时负荷量测断面数据, 提供未来负荷趋势数据。在提高了电网可观性的基础上再进行潮流计算,得到的潮流分布和网损信息为其他配电网应用(网络重构、馈线自动化、短路电流计算等)提供数据分析依据。
2)提高应用软件的局部网络分析应用能力,减小馈线间或馈线各区域间数据质量差异的影响,综合提高各应用软件的计算速度、计算精度和收敛性能。以潮流计算为例,由于配电网规模庞大、支路节点众多,对整个配电系统(或馈线)进行潮流计算会导致计算的维数较高,计算的存储量迅速增加。而且由于通常无法获得完整、准确的配电网结构参数和配电变压器负荷信息,要想对整个配电系统(或馈线)进行潮流计算,无论是在计算精度、计算速度、数据存储量上都不能很好地满足要求。因此,可根据配电网结构和量测点分布将馈线进行分区,对于数据完整的区域进行精确详细计算,对于数据完整度较低的区域进行近似等值计算。
3)将分析应用软件与配电网的日常运行、操作紧密结合,在使用中提高应用软件的实用性。负荷预测和潮流计算应成为常态化的运行软件,电网日常操作中可根据计算结果判断当前电网的状态,并对开关操作的合理性进行校验。
3 新能源接入带来的思考
分布式电源/微网/电动汽车等的接入是智能配电网发展的必然趋势,大量分布式电源接入配电网以后,电源模型的多样化及运行方式的复杂化将会对配电网调度控制系统带来深刻影响,对系统的运行监控、故障处理以及协调控制技术提出新的要求。
在运行监控技术方面,首先要考虑的就是具备对分布式电源公共连接点和并网点的模拟量、状态量及其他数据的采集,并对采集的数据进行计算分析、越限告警等,同时具备对受控条件的分布式电源的公共连接点、并网点开关实现分合控制功能,可实现分布式电源的投入/退出。当分布式电源端具备有功功率、电压调节功能时,系统根据需要可下发相应的功率、电压调节指令。
受新能源接入的影响,馈线自动化各阶段的处理策略都将有所调整。分布式电源/微网对配电网的短路电流、保护设置和故障信号会产生影响,需要对传统的故障定位技术进行改进和优化[14];故障隔离时,如果故障区段有相连的分布式电源/微网,需要判断该分布式电源/微网是否可以实现计划孤岛方式运行;配电网故障停电后,分布式电源/微网会全部自动与配电网断开,故障恢复时,需要综合考虑负荷优先级、负荷数量以及分布式电源容量,研究满足馈线负载约束的停电影响最小、网损最小和馈线备用容量最优的故障恢复策略。
在配电网应用分析方面,由于分布式电源/微网等分布式发电装置改变了传统配电网辐射型的网络结构,需要研究与之相适应的新的潮流计算和状态估计等分析算法。在协调控制方面,大规模电动汽车接入电网可以在负荷高峰时作为储能元件向电网放电,负荷低谷时作为负荷从电网充电,并与间歇性分布式电源互补,因此,有必要研究分布式电源与电动汽车的协同调度技术,充分发挥新能源对电网的削峰填谷作用。
4 结语
本文对配电自动化建设的现状及其存在的问题进行了总结分析,结合配电网调度机构业务新需求, 提出了大运行体系下配电网调度控制系统技术方案。针对D5000平台的实现,探讨了配抢一体、信息集成和应用功能实用化等关键技术,并预测了新能源接入给系统软件带来的考验,提出了分布式电源接入研究的必要性和紧迫性。基于D5000平台的配电网调度控制系统已在现场投运,部分关键技术已得到验证。配电自动化建设是一项长期、艰巨的工作,其中实用化技术已成为当前的用户和厂家关注的焦点,根据业务需求和一、二次配电网建设, Ⅲ区和Ⅳ区外部系统建设的客观情况,本文讨论的各项技术仍需要进一步改进和完善。
摘要：简述了配电自动化技术最新发展情况,对配电自动化建设中存在的问题进行了总结分析,提出了智能配电网调度控制系统新的技术方案。系统框架设计采用了配电网调度控制与故障抢修一体化技术和信息集成技术;重点对系统实用化关键技术进行了研究和探讨,包括配电网大数据量采集技术、馈线自动化技术、配电地理信息展示技术,以及适应配电网特性的应用分析软件等;考虑新能源接入对配电网的影响,探讨了对相关技术的改进和调整方案。
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