[发明专利]一种基于流程网络的图模库一体化建模方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金流程工程领域，特别涉及一种基于流程网络的图模库一体化建模方法。

背景技术

冶金企业是高能耗、高污染、高排放的产业。节能降耗一直是钢铁行业面临的最严峻问题之一。随着一次能源的紧缺和新节能技术的提高，如何能更合理地使用钢铁生产过程中的各种能源介质，并实现多种能源介质的综合优化分析，是节约能源的有效途径。以钢铁企业为例，其需要关注的能源介质很多，如煤气（高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气等）、蒸汽（高压、中压、低压、蒸汽冷凝等）、电力（220kV、110kV、35kV、10kV、400V、自备电厂、余热余能发电）、技术气体（氧气、氮气、氩气、氢气等）、水（生活用水、生产用水）等。这些不同的能源介质有一个共同的特点，那就是它们都具备完整的流程网络，有产生端、传输过程、转换过程、缓冲环节、消耗用户，符合流程工程学中的动力行为特征，都可以用相同的抽象模型来进行系统建模。

殷瑞珏在《冶金流程工程学》一书中指出，冶金流程工程是建立在制造（生产）流程层次上的大尺度的整体集成性理论，是以物质和能量转换为基础建立起来的开放的、远离平衡的、不可逆的复杂流程体系。冶金制造流程是由性质不同的诸多工序组成的，是一种多因子的“物质流”按一定的“程序”在一个复杂网络结构（流程系统框架）中流动运行现象。为了能更好地将钢铁制造流程中的能源介质的产生、传输、转换、消耗整个过程直观地体现出来，需要建立一种通用的拓扑模型对冶金流程工程学中的流程网络进行描述，以适应不同能源介质的需求。

中国专利申请“CN201110214243.1”提出了流程网络模型的建立方法，用来表达流程工业中物质流、能量流在节点间的流动，但其并没有抽象出适合冶金流程网络的通用的模型，也没有实现图模库一体化技术。

中国专利申请“CN200710179970.2”建立了应用于流程工业过程控制系统的共享平台，该平台实现了对过程控制级设备信息的采集和分析，并没有建立真正的能源介质流程网络系统模型。

通过以上分析，目前尚没有一种完整的流程网络建模方法，基于此种需求，本案由此产生。

本发明涉及的名词定义如下：

流：泛指在某一网络（流程）中某种资源、某类事件在众多结点和连结器之间的运行和流动。

结点：可以对应为生产企业里的不同工序、各种装置之间、各反应器之间及各车间（分厂）之间用于物料、能源流动的运输线路、运输设备、起重装置或反应器之间某些管道、存储容器等等。

连结器：可以对应为生产企业里各种工序之间、各装置之间、各反应器之间及各车间（分厂）之间用于物料、能源流动的运输线路、运输设备、起重装置或反应器之间某些管道、存储容器等。

流程网络：在流程制造业的工程中对应的往往是制造（生产）流程，也可以体现为总平面布置图等。

端点：结点模型与其它结点模型相连的触点。

连接点：将两个结点模型的端点连接起来后形成的逻辑节点，该节点包含两个端点，节点与端点之间是非共生关系。

序：是各种形式的序、规则、策略和途径的集合。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于流程网络的图模库一体化建模方法，其通过建立基于流程网络的通用拓扑模型，采用图模库一体化技术，实现钢铁企业各种能源介质流程网络模型的建立，设备模型与流程网络的自动映射，并根据钢铁冶炼过程的运行动力学行为确定能源介质在流程网络中的流动方向及流程网络的拓扑分析。

一种基于流程网络的图模库一体化建模方法，包括如下内容：将实际系统中的各种能源介质的产生、传输、转换、存储和消耗环节进行抽象，形成流程网络的通用的结点模型，建立系统的流程网络模型；通过画图、填库、验证、发布的实时数据库生成机制，实现了图模库一体化建模；在模型的形成过程中，自动确定能源介质在流程网络中的流动方向，并实现了流程网络的拓扑分析。

上述结点模型由发生结点模型、中间结点模型、汇集结点模型、终止结点模型和连结器模型五类模型组成，不同模型间通过端点和连接点将其连接起来，形成能源介质的流程网络模型；结点模型与流程网络中的实际设备及工序模型，采用了自动映射的方式来实现二者的一一对应。

上述建模方法所包含的模型有流程系统模型、流程网络模型、模型设备索引、发生结点模型、中间结点模型、汇集结点模型、连结器模型、终止结点模型、结点设备、连接点、端点、输入参数表、输出参数表和设备参数表；发生结点、中间结点、汇集结点、终止结点是能源介质流程网络中的结点。