專利名稱：連續(xù)型企業(yè)生產(chǎn)與能源耦合優(yōu)化建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種企業(yè)能源系統(tǒng)建模方法，特別涉及一種連續(xù) 型企業(yè)生產(chǎn)與能源耦合優(yōu)化建模方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)是我國(guó)能源消耗大戶，能源消費(fèi)量占全國(guó)能源消費(fèi)總量的70%左右，重點(diǎn)耗 能行業(yè)中高能耗企業(yè)又是工業(yè)能源消費(fèi)大戶，高能耗企業(yè)中石油、石化、煤化、化工等連續(xù) 型企業(yè)由于工藝路線和生產(chǎn)特點(diǎn)決定了企業(yè)高耗能性。因此，以連續(xù)型企業(yè)為節(jié)能降耗實(shí) 施主體，建立企業(yè)能源模型，是提高企業(yè)節(jié)能管理水平，加快節(jié)能技術(shù)改造，提高能源利用 效率，促進(jìn)生產(chǎn)工藝優(yōu)化，緩解經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的能源約束的有效途徑。企業(yè)能源模型是當(dāng)前系統(tǒng)工程領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。其核心技術(shù)就是建立企業(yè) 能源系統(tǒng)模型，目前企業(yè)能源模型的建模方法主要有機(jī)理建模、能耗統(tǒng)計(jì)方法、投入產(chǎn)出 方法、灰色理論方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、能量平衡方法、能量流圖分析 法等。這些方法在應(yīng)用中取得了一定的效果。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Ma Fumin, Wang Jian, Modelingand simulation method of enterprise energy consumption process based on fuzzy timedPetri nets. ((Proceeding of the 7th world conference on intelligent control andautomation WCICA2008》(“基于模糊時(shí)間Petri網(wǎng)的企業(yè)能源消耗過(guò)程模型 和仿真方法”，《智能控制和自動(dòng)化會(huì)議》，2008，pp4148-4153，馬福民)，該文提到用模糊時(shí) 間Petri網(wǎng)的方法該方法獨(dú)立于特定的能源類型和用能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了能耗過(guò)程結(jié)構(gòu)和動(dòng) 態(tài)行為方面信息的全面描述。但是目前這些方法在不同程度上存在著一些問(wèn)題，很難包含 企業(yè)建模因素各個(gè)方面或者只考慮了企業(yè)能源消耗過(guò)程，或者考慮了工藝過(guò)程和能耗過(guò) 程的結(jié)合，忽略了能耗過(guò)程中各種計(jì)量信息和控制信息。實(shí)際企業(yè)能源消耗過(guò)程和生產(chǎn)過(guò) 程是通過(guò)信息的控制強(qiáng)耦合在一起的，耦合過(guò)程中能源、物料、排放和信息之間相互關(guān)系未 曾體現(xiàn)。能源模型、能源優(yōu)化調(diào)度以及設(shè)備控制與企業(yè)DCS或數(shù)據(jù)庫(kù)分離，未能一體化建 模。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有企業(yè)能源建模技術(shù)存在的以上不足和缺陷，提供一 種連續(xù)型企業(yè)生產(chǎn)與能源耦合優(yōu)化模型(Continuous Enterprises Energy Coupling OptimizationModel)建模方法，以下簡(jiǎn)稱CEEC0M建模方法，即顏色擴(kuò)展混雜Petri網(wǎng)方法。本發(fā)明提出的連續(xù)型企業(yè)生產(chǎn)與能源耦合優(yōu)化建模方法，具體步驟如下(1)建立CEEC0M單元模型XCEEC0M元模型X采用擴(kuò)展顏色混雜Petri網(wǎng)的建模方法，定義CEEC0M元模型為一 個(gè) 7 元組CEEC0M_X = {P，T，F(xiàn)，M，G，K，E }。如圖 2 所示。P = PD U Pc，Pc 連續(xù)位置集，為 企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)能耗過(guò)程中能源、物料和計(jì)量信息三個(gè)元素；PD離散位置集，實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)際生 產(chǎn)過(guò)程中停機(jī)開機(jī)控制和顯示設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況；T = TD U Te U TeD，是有限非空變遷集，為企業(yè)能耗活動(dòng)、能耗設(shè)備或生產(chǎn)加工單元；能耗設(shè)備狀態(tài)集K = KJ，為企業(yè)某種 類型能耗設(shè)備總數(shù)，為企業(yè)產(chǎn)品最大生產(chǎn)能力；K2為企業(yè)某種能耗設(shè)備當(dāng)前工作數(shù)量，為企 業(yè)產(chǎn)品當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)力；E = { E ^ E 2，…，E n}來(lái)自DCS或數(shù)據(jù)庫(kù)的信息流，n = &，企 業(yè)每種類型的能耗設(shè)備每一臺(tái)機(jī)器的信息參數(shù)；E i為第i臺(tái)能耗設(shè)備的計(jì)量信息，每組信 息包括溫度、壓強(qiáng)、流量、電壓、電流等；權(quán)重函數(shù)和有限弧集F為能源或物料在能源或物料 管網(wǎng)中的傳輸速率；M= {M0,M(t)} ；MQ為CEEC0M初始狀態(tài)下的標(biāo)識(shí)，在倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)能力范圍 內(nèi)，用于為調(diào)度周期開始時(shí)原料、輔料、中間產(chǎn)品和成品倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量以及能源儲(chǔ)備以及來(lái)自 于DCS或數(shù)據(jù)庫(kù)的初始信息；M(t)為調(diào)度周期內(nèi)某一時(shí)刻各倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量以及能源消耗量；G =叫，&，…，Gn}，n = 2K2+l，是有限的非空門集，為能源和物料傳輸管網(wǎng)中的物資對(duì)變遷 的控制方式；(2)設(shè)置CEEC0M生產(chǎn)調(diào)度速率模型W信息參數(shù)CEEC0M生產(chǎn)調(diào)度速率模型屯由參數(shù)庫(kù)和算法庫(kù)兩部分組成，定義如下CEEC0M_ ^ = {Vcn, V，QNmax，Qfcax，Qcn, Qcm, VT Vl，￥2}；參數(shù)庫(kù)Vm為能源在能源傳輸管網(wǎng)的傳輸速 率，Qn_能源傳輸管網(wǎng)最大傳輸速率，v。n ^ Qn_ ；V為物料在物料傳輸管網(wǎng)的傳輸速率，Qfcax 物料傳輸管網(wǎng)最大傳輸速率，；Q。n能源傳輸管網(wǎng)能源傳輸率或能源損失率；Q。m物料 傳輸管網(wǎng)物料傳輸率或物料損失率；根據(jù)物料在生產(chǎn)能耗設(shè)備中發(fā)生反應(yīng)的性質(zhì)不同，VT 為不同的含義(1)、當(dāng)物料在能耗設(shè)備中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，VT為能耗設(shè)備的物料最大轉(zhuǎn)換 率；(2)、當(dāng)物料在能耗設(shè)備中發(fā)生物理反應(yīng)時(shí)，\折算為能耗設(shè)備的等效轉(zhuǎn)化率；(3)、其它 情況能耗設(shè)備物料轉(zhuǎn)化率視為1 ；算法庫(kù)、為能源與物料相互耦合關(guān)系，為一個(gè)系統(tǒng)識(shí) 別算法；為能耗設(shè)備內(nèi)部物料間相互耦合關(guān)系，采用質(zhì)量守恒定律和化學(xué)計(jì)量方程等， 根據(jù)反應(yīng)物和生成物摩爾比或物料配比確定各物料間產(chǎn)品生產(chǎn)速率的約束關(guān)系。(3)生成CEEC0M系統(tǒng)模型 CEEC0M系統(tǒng)模型由企業(yè)能源消耗單元模型X、生產(chǎn)調(diào)度速率模型屯、企業(yè)能源系 統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型Q和生產(chǎn)控制模型C組成，即CEEC0M= {Xi，X2，Q |DC}，其中X 表示建模系統(tǒng)中能耗設(shè)備，x, n Xj^ o, i，j = 1，2…N，i興j，N表示建模系統(tǒng)中能耗設(shè) 備總數(shù)；CEEC0M生產(chǎn)調(diào)度速率模型w、CEEC0M企業(yè)生產(chǎn)與能源耦合優(yōu)化調(diào)度模型Q由調(diào) 度任務(wù)P、能耗指標(biāo)E和調(diào)度算法《三部分組成，定義如下CEEC0M_Q ^ {PpP2，…PN ;!\， T2，...Tn;Tp|E CO}；P企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃，數(shù)值上，Pi為第i種最終產(chǎn)品產(chǎn)量，N為最終產(chǎn)品種類數(shù)量。TP調(diào) 度周期，即完成P的生產(chǎn)時(shí)間。P是有限連續(xù)位置集，為滿足生產(chǎn)計(jì)劃的外銷產(chǎn)品庫(kù)所；T是 有限連續(xù)變遷集，為外銷產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)，T,連接CEEC0M單元模型中第i種產(chǎn)品的倉(cāng)庫(kù)和 調(diào)度模型中滿足生產(chǎn)計(jì)劃的第i種外銷產(chǎn)品的庫(kù)所。E企業(yè)能耗指標(biāo)，本發(fā)明取能源折合成 標(biāo)煤后總能耗，即調(diào)度算法的優(yōu)化目標(biāo)?！镀髽I(yè)能耗過(guò)程仿真算法，為滿足企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)而 計(jì)算的一組產(chǎn)品生產(chǎn)速率值，能真實(shí)的再現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)和能源消耗過(guò)程。因?yàn)槠髽I(yè)生產(chǎn)受多 種因素影響，產(chǎn)品的產(chǎn)量在生產(chǎn)調(diào)度期內(nèi)隨時(shí)可能改變，但一個(gè)生產(chǎn)調(diào)度周期結(jié)束時(shí)，通常 按計(jì)劃完成生產(chǎn)任務(wù)。比如企業(yè)生產(chǎn)中某能耗設(shè)備的產(chǎn)品可能同時(shí)是該企業(yè)最終產(chǎn)品和下 游能耗設(shè)備的原料，這時(shí)，產(chǎn)品生產(chǎn)速率的不同可能出現(xiàn)該產(chǎn)品對(duì)下游設(shè)備供過(guò)于求或供 不應(yīng)求的情況，由于不同的生產(chǎn)速率，該能耗設(shè)備消耗能源也不同，因此，能完成生產(chǎn)計(jì)劃的產(chǎn)品生產(chǎn)速率V解不唯一，消耗的能源也不盡相同。CEEC0M 生產(chǎn)控制模型 C 定義如下CEEC0M_C = {Pdcl,Pdc2}。Pdel 顏色 Petri 庫(kù)所， K:X1元組，為外界對(duì)&臺(tái)機(jī)器的打開控制。Pd。2顏色Petri庫(kù)所，K:X1元組，為外界對(duì)& 臺(tái)機(jī)器的關(guān)閉控制。(4)根據(jù)CEEC0M系統(tǒng)模型Petri網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定物料類型并列出約束方程企業(yè)生產(chǎn)中表征物料流的物料庫(kù)所是受庫(kù)存能力約束和限制的，調(diào)度周期內(nèi)初期 庫(kù)存M。特指CEEC0M調(diào)度周期開始時(shí)的物料庫(kù)存；末期庫(kù)存M特指CEEC0M調(diào)度周期結(jié)束時(shí) 的末期庫(kù)存。CEEC0M將物料分為原料、中間產(chǎn)品、最終產(chǎn)品和外銷產(chǎn)品四種類型。調(diào)度周期 內(nèi)任意時(shí)刻CEEC0M物料庫(kù)所中產(chǎn)品量m約束方程為線性方程。1)原料庫(kù)所中物料只轉(zhuǎn)化為其他產(chǎn)品，調(diào)度周期內(nèi)原料是不斷減少的。2)因中間產(chǎn)品占用大量物資又不能直接滿足最終消費(fèi)需要，因此盡可能降低其在 企業(yè)產(chǎn)品中的需要，在整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)中中間產(chǎn)品庫(kù)存量趨近于零。3)外銷產(chǎn)品指滿足生產(chǎn)計(jì)劃要求的產(chǎn)品，在生產(chǎn)過(guò)程中外銷產(chǎn)品庫(kù)存是不斷增加 的，調(diào)度周期末外銷產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)中產(chǎn)品儲(chǔ)量滿足生產(chǎn)計(jì)劃要求。4)最終產(chǎn)品是調(diào)度周期內(nèi)生產(chǎn)的不再加工、可外銷的產(chǎn)品，本發(fā)明指加入庫(kù)存未 經(jīng)出售的外銷產(chǎn)品。最終產(chǎn)品庫(kù)所在整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)受企業(yè)庫(kù)存最大量叱 和最小量11_ 約束，其值介于兩者之間。(5)運(yùn)行仿真算法，計(jì)算能源消耗量，并生成相應(yīng)的曲線步驟1 根據(jù)物料與物料約束關(guān)系、能源消耗與物料約束關(guān)系，計(jì)算物料最小獨(dú)立 約束速率參數(shù)；步驟2 根據(jù)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、物料種類確定物料動(dòng)態(tài)演化關(guān)系式；步驟3 設(shè)仿真步長(zhǎng)t，即最小調(diào)節(jié)時(shí)間tmin，計(jì)算&臺(tái)能耗設(shè)備運(yùn)行參數(shù)；步驟4 以上一周期末倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)量作為初值，初始化一組外銷產(chǎn)品生產(chǎn)速率％ = P/ TP作為初值，計(jì)算一組獨(dú)立約束物料生產(chǎn)速率V和此生產(chǎn)速率最大持續(xù)時(shí)間t_使之滿足 最終產(chǎn)品儲(chǔ)罐要求。步驟5 :V和t_有解，進(jìn)入步驟6，無(wú)解，進(jìn)入步驟(7) ；\在生產(chǎn)范圍允許情況下 取其他值。步驟6 最大持續(xù)時(shí)間tmax與調(diào)度時(shí)間tp比較，若tmax < tp，凡=tfflax,計(jì)算產(chǎn)品外 銷量Pi，進(jìn)入步驟8 ；若t隱彡tp，結(jié)束；步驟7 在生產(chǎn)允許范圍下初始化V0,計(jì)算V和t_，若t隱彡Tp，T,取(0，Tp)區(qū)間 任意值，使得Pi < P，若t_ < Tp，= tmax。計(jì)算產(chǎn)品外銷量&，若Pi彡P(guān)，返回步驟4，若 Pi < P進(jìn)入步驟8步驟8 :P = P-Pp Tp = Tp-Ti ；步驟9 判斷Tp，若0，返回步驟4 ；若！； = 0，結(jié)束。目前企業(yè)能源建模方法在不同程度上存在著一些問(wèn)題，很難照顧到各個(gè)方面。本 發(fā)明采用了顏色擴(kuò)展混雜Petri網(wǎng)的方法，兼顧能源流、物料流和信息流。本發(fā)明建模方法 有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，且簡(jiǎn)潔、方便、易用，非常適合于實(shí)際使用。本發(fā)明采集由DCS或數(shù)據(jù)庫(kù) 來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)能耗過(guò)程的再現(xiàn)。對(duì)企業(yè)生產(chǎn)能耗活動(dòng)中能耗設(shè)備(單元)不安全 信息參數(shù)給出安全預(yù)警，安全預(yù)警時(shí)間內(nèi)得不到相應(yīng)的措施，由控制模型實(shí)施相應(yīng)的處理。本發(fā)明能夠連接ERP，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)能耗過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真。


圖1為CEEC0M能耗設(shè)備單元模型示意圖。圖2為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例某化工過(guò)程示意圖。圖3為應(yīng)用實(shí)例中氯氣和氫氣合成鹽酸單元模型示意圖。圖4為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例某化工過(guò)程單元示意圖。圖5為建模系統(tǒng)電解槽耗水量。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施案例建模系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化環(huán)節(jié)包括隔膜電解食鹽水、氯氣氫氣化合制鹽酸、鈉 法生產(chǎn)漂粉精和乙烯氧氯化法制氯乙烯。其主要原料有三種，分別為原鹽、石灰漿、乙烯。生 產(chǎn)產(chǎn)品六種，分別為氯氣、氫氣、燒堿、鹽酸、漂粉精和氯乙烯，其中氯氣又作為氯乙烯生產(chǎn) 的原料，氫氣和氯氣作為鹽酸生產(chǎn)的原料，氯氣、燒堿又是產(chǎn)品漂粉精的原料。主要消耗三 種能源水、電、蒸汽，見圖2。調(diào)度周期TP= 120小時(shí)，調(diào)度計(jì)劃見表1。電解槽消耗水量 見圖5。表1仿真實(shí)例調(diào)度計(jì)劃表 方法實(shí)施步驟如下步驟1 根據(jù)建模系統(tǒng)要求建立CEEC0M單元模型以氫氣和氯氣為原料，在合成爐中生產(chǎn)鹽酸為例。建立CEEC0M單元模型如圖3所 示。圖中連續(xù)部分，e5表示合成爐消耗的能源，能源種類為水和蒸汽。1116表示生產(chǎn)鹽酸消 耗的氯氣；m7表示生產(chǎn)鹽酸消耗的氫氣；m8表示產(chǎn)品鹽酸。圖中離散部分，連續(xù)顏色信息庫(kù) 所Pep、PeT、Pe。表示&臺(tái)合成爐運(yùn)行中信息參數(shù)，分別為壓力、溫度和濃度；離散顏色信息 庫(kù)所Plda、P2da、P3da表示經(jīng)安全范圍限定后I臺(tái)合成爐停車與開車控制信息；連續(xù)離散轉(zhuǎn)化 變遷tic;dl，i = 1 3，表示信息參數(shù)安全警戒最大值判斷，0 表示信息參數(shù)安全警戒最 大值；連續(xù)離散轉(zhuǎn)化變遷tic;d2，i = 1 3，表示信息參數(shù)安全警戒最小值判斷，0 emin表示 信息參數(shù)安全警戒最小值；t i，i = 1 3，表示信息參數(shù)安全預(yù)警時(shí)間。離散顏色控制庫(kù) 所？&”？^分別手動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)！^臺(tái)合成爐的開關(guān)控制。E (k' x)合成爐手動(dòng)開機(jī)的臺(tái)數(shù)； E (kx)合成爐手動(dòng)關(guān)機(jī)的臺(tái)數(shù)。步驟2 設(shè)置CEEC0M生產(chǎn)調(diào)度速率模型W信息參數(shù)設(shè)上游設(shè)備干燥器處理后氯氣生產(chǎn)速率為Vn，分離器處理后氫氣生產(chǎn)速率為V12， 氯氣和氫氣通入合成爐后鹽酸生產(chǎn)速率為V13。Qn氯氣傳輸管網(wǎng)傳輸率，Q12氫氣傳輸管網(wǎng) 傳輸率。VT5合成爐能耗設(shè)備物料反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。Vllmax氯氣傳輸管網(wǎng)傳輸速率最大值；Vllmin氯氣傳輸管網(wǎng)傳輸速率最小值，V12max，V12min同理。Ve5 = K*V13,K為鹽酸生產(chǎn)單耗。CP合成爐 電壓，CT合成爐工作溫度，Cc合成爐內(nèi)濃度。步驟3 根據(jù)CEEC0M單元模型生成CEEC0M系統(tǒng)模型根據(jù)單元模型建立CEEC0M系統(tǒng)模型如圖4所示，相應(yīng)的符號(hào)參數(shù)說(shuō)明見表2。圖 4中簡(jiǎn)化了 CEEC0M離散部分模型。表2某氯堿化工廠CEEC0M系統(tǒng)模型符號(hào)參數(shù)說(shuō)明。
m04+(V4 Q4-V15) t-Vo3 t。對(duì)于外銷產(chǎn)品庫(kù)所Pl p6，比如氯氣庫(kù)所Pl :Pl = V。3 t。步驟5 運(yùn)行仿真算法，計(jì)算能源消耗量，并生成相應(yīng)的曲線根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的單耗，計(jì)算能源消耗量，電解槽耗水量如圖5所示。圖中橫坐標(biāo)為 調(diào)度時(shí)間T，縱坐標(biāo)為電解槽耗水量隨時(shí)間的變化量。
權(quán)利要求
一種連續(xù)型企業(yè)生產(chǎn)與能源耦合優(yōu)化建模方法，其特征在于具體步驟如下(1)建立CEECOM單元模型XCEECOM元模型X采用擴(kuò)展顏色混雜Petri網(wǎng)的建模方法，定義CEECOM元模型為一個(gè)7元組CEECOM_X＝{P，T，F(xiàn)，M，G，K，∑}；P＝PD∪PC，PC為連續(xù)位置集，PD離散位置集；T＝TD∪TC∪TCD，是有限非空變遷集；能耗設(shè)備狀態(tài)集K＝{K1，K2}，K1為企業(yè)某種類型能耗設(shè)備總數(shù)，K2為企業(yè)某種能耗設(shè)備當(dāng)前工作數(shù)量；∑＝{∑1，∑2，…，∑n}來(lái)自DCS或數(shù)據(jù)庫(kù)的信息流，n＝K1，企業(yè)每種類型的能耗設(shè)備每一臺(tái)機(jī)器的信息參數(shù)；∑i為第i臺(tái)能耗設(shè)備的計(jì)量信息，權(quán)重函數(shù)和有限弧集F為能源或物料在能源或物料管網(wǎng)中的傳輸速率；M＝{M0，M(t)}；M0為CEECOM初始狀態(tài)下的標(biāo)識(shí)，M(t)為調(diào)度周期內(nèi)某一時(shí)刻各倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量以及能源消耗量；G＝{G1，G2，…，Gn}，n＝2K2+1，是有限的非空門集；(2)設(shè)置CEECOM生產(chǎn)調(diào)度速率模型Ψ信息參數(shù)CEECOM生產(chǎn)調(diào)度速率模型Ψ由參數(shù)庫(kù)和算法庫(kù)兩部分組成，定義如下CEECOM_Ψ＝{Vcn，V，QNmax，QMmax，Qcn，Qcm，VT|Ψ1，Ψ2}；參數(shù)庫(kù)Vcn為能源在能源傳輸管網(wǎng)的傳輸速率，QNmax能源傳輸管網(wǎng)最大傳輸速率，Vcn≤QNmax；V為物料在物料傳輸管網(wǎng)的傳輸速率，QMmax物料傳輸管網(wǎng)最大傳輸速率，V≤QMmax；Qcn能源傳輸管網(wǎng)能源傳輸率或能源損失率；Qcm物料傳輸管網(wǎng)物料傳輸率或物料損失率；根據(jù)物料在生產(chǎn)能耗設(shè)備中發(fā)生反應(yīng)的性質(zhì)不同，VT為不同的含義(1)、當(dāng)物料在能耗設(shè)備中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，VT為能耗設(shè)備的物料最大轉(zhuǎn)換率；(2)、當(dāng)物料在能耗設(shè)備中發(fā)生物理反應(yīng)時(shí)，VT折算為能耗設(shè)備的等效轉(zhuǎn)化率；(3)、其它情況能耗設(shè)備物料轉(zhuǎn)化率視為1；算法庫(kù)φ1為能源與物料相互耦合關(guān)系，為一個(gè)系統(tǒng)識(shí)別算法；φ2為能耗設(shè)備內(nèi)部物料間相互耦合關(guān)系，采用質(zhì)量守恒定律和化學(xué)計(jì)量方程，根據(jù)反應(yīng)物和生成物摩爾比或物料配比確定各物料間產(chǎn)品生產(chǎn)速率的約束關(guān)系；(3)生成CEECOM系統(tǒng)模型CEECOM系統(tǒng)模型由企業(yè)能源消耗單元模型X、生產(chǎn)調(diào)度速率模型Ψ、企業(yè)能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型Ω和生產(chǎn)控制模型C組成，即CEECOM＝{X1，X2，…，XN|Ψ|Ω|DC}，其中X表示建模系統(tǒng)中能耗設(shè)備，Xi∩Xj≠Φ，i，j＝1，2…N，i≠j，N表示建模系統(tǒng)中能耗設(shè)備總數(shù)；CEECOM生產(chǎn)調(diào)度速率模型Ψ、CEECOM企業(yè)生產(chǎn)與能源耦合優(yōu)化調(diào)度模型Ω由調(diào)度任務(wù)P、能耗指標(biāo)E和調(diào)度算法ω三部分組成，定義如下CEECOM_Ω≡{P1，P2，…PN；T1，T2，…TN；TP|E|ω}；P企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃，數(shù)值上，Pi為第i種最終產(chǎn)品產(chǎn)量，N為最終產(chǎn)品種類數(shù)量；TP調(diào)度周期，即完成P的生產(chǎn)時(shí)間；P是有限連續(xù)位置集，為滿足生產(chǎn)計(jì)劃的外銷產(chǎn)品庫(kù)所；T是有限連續(xù)變遷集，為外銷產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)，Ti連接CEECOM單元模型中第i種產(chǎn)品的倉(cāng)庫(kù)和調(diào)度模型中滿足生產(chǎn)計(jì)劃的第i種外銷產(chǎn)品的庫(kù)所；E企業(yè)能耗指標(biāo)，本發(fā)明取能源折合成標(biāo)煤后總能耗，即調(diào)度算法的優(yōu)化目標(biāo)；ω企業(yè)能耗過(guò)程仿真算法，為滿足企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)而計(jì)算的一組產(chǎn)品生產(chǎn)速率值，能真實(shí)的再現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)和能源消耗過(guò)程；因?yàn)槠髽I(yè)生產(chǎn)受多種因素影響，產(chǎn)品的產(chǎn)量在生產(chǎn)調(diào)度期內(nèi)隨時(shí)可能改變，但一個(gè)生產(chǎn)調(diào)度周期結(jié)束時(shí)，通常按計(jì)劃完成生產(chǎn)任務(wù)；比如企業(yè)生產(chǎn)中某能耗設(shè)備的產(chǎn)品可能同時(shí)是該企業(yè)最終產(chǎn)品和下游能耗設(shè)備的原料，這時(shí)，產(chǎn)品生產(chǎn)速率的不同可能出現(xiàn)該產(chǎn)品對(duì)下游設(shè)備供過(guò)于求或供不應(yīng)求的情況，由于不同的生產(chǎn)速率，該能耗設(shè)備消耗能源也不同，能完成生產(chǎn)計(jì)劃的產(chǎn)品生產(chǎn)速率V解不唯一，消耗的能源也不盡相同；CEECOM生產(chǎn)控制模型C定義如下CEECOM_C＝{Pdc1，Pdc2}；Pdc1顏色Petri庫(kù)所，K1×1元組，為外界對(duì)K1臺(tái)機(jī)器的打開控制；Pdc2顏色Petri庫(kù)所，K1×1元組，為外界對(duì)K1臺(tái)機(jī)器的關(guān)閉控制；(4)根據(jù)CEECOM系統(tǒng)模型Petri網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定物料類型并列出約束方程企業(yè)生產(chǎn)中表征物料流的物料庫(kù)所是受庫(kù)存能力約束和限制的，調(diào)度周期內(nèi)初期庫(kù)存M0特指CEECOM調(diào)度周期開始時(shí)的物料庫(kù)存；末期庫(kù)存M特指CEECOM調(diào)度周期結(jié)束時(shí)的末期庫(kù)存；CEECOM將物料分為原料、中間產(chǎn)品、最終產(chǎn)品和外銷產(chǎn)品四種類型；調(diào)度周期內(nèi)任意時(shí)刻CEECOM物料庫(kù)所中產(chǎn)品量m約束方程為線性方程；(5)運(yùn)行仿真算法，計(jì)算能源消耗量，并生成相應(yīng)的曲線步驟1根據(jù)物料與物料約束關(guān)系、能源消耗與物料約束關(guān)系，計(jì)算物料最小獨(dú)立約束速率參數(shù)；步驟2根據(jù)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、物料種類確定物料動(dòng)態(tài)演化關(guān)系式；步驟3設(shè)仿真步長(zhǎng)t，即最小調(diào)節(jié)時(shí)間tmin，計(jì)算K1臺(tái)能耗設(shè)備運(yùn)行參數(shù)；步驟4以上一周期末倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)量作為初值，初始化一組外銷產(chǎn)品生產(chǎn)速率V0＝P/TP作為初值，計(jì)算一組獨(dú)立約束物料生產(chǎn)速率V和此生產(chǎn)速率最大持續(xù)時(shí)間tmax使之滿足最終產(chǎn)品儲(chǔ)罐要求；步驟5V和tmax有解，進(jìn)入步驟6，無(wú)解，進(jìn)入步驟(7)；V0在生產(chǎn)范圍允許情況下取其他值；步驟6最大持續(xù)時(shí)間tmax與調(diào)度時(shí)間tp比較，若tmax＜tp，Ti＝tmax，計(jì)算產(chǎn)品外銷量Pi，進(jìn)入步驟8；若tmax≥tp，結(jié)束；步驟7在生產(chǎn)允許范圍下初始化V0，計(jì)算V和tmax，若tmax≥Tp，Ti取(0，Tp)區(qū)間任意值，使得Pi＜P，若tmax＜Tp，T1＝tmax；計(jì)算產(chǎn)品外銷量Pi，若Pi≥P，返回步驟4，若Pi＜P進(jìn)入步驟8；步驟8P＝P-Pi，Tp＝Tp-Ti；步驟9判斷Tp，若Tp≠0，返回步驟4；若Tp＝0，結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)型企業(yè)生產(chǎn)與能源耦合優(yōu)化建模方法。具體步驟為建立CEECOM單元模型X，設(shè)置CEECOM生產(chǎn)調(diào)度速率模型Ψ信息參數(shù)，生成CEECOM系統(tǒng)模型，根據(jù)CEECOM系統(tǒng)模型Petri網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定物料類型并列出約束方程，運(yùn)行仿真算法，計(jì)算能源消耗量，并生成相應(yīng)的曲線。本發(fā)明采用了顏色擴(kuò)展混雜Petri網(wǎng)的方法，兼顧能源流、物料流和信息流。本發(fā)明建模方法有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，且簡(jiǎn)潔、方便、易用，非常適合于實(shí)際使用。本發(fā)明采集由DCS或數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)能耗過(guò)程的再現(xiàn)。對(duì)企業(yè)生產(chǎn)能耗活動(dòng)中能耗設(shè)備(單元)不安全信息參數(shù)給出安全預(yù)警，安全預(yù)警時(shí)間內(nèi)得不到相應(yīng)的措施，由控制模型實(shí)施相應(yīng)的處理。本發(fā)明能夠連接ERP，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)能耗過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK101887544SQ201010197909
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者凌衛(wèi)青, 張悅, 戴毅茹, 王堅(jiān), 程昊翔, 趙榮泳 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)