[发明专利]使用混合整数非线性规划的过程优化

说明书

在线基于模型的过程控制计算环境中的过程模型的实时动态优化。混合整数非线性规划(MINLP)求解器利用开关来激活和去激活过程单元的第一原理模型。该开关通过附接到第一原理模型来实现MINLP行为。

背景技术

用于连续过程优化的传统工具采用被设计用以确定诸如炼油厂操作、化工厂操作或石化厂操作的连续过程的最优操作状态的计算。当最优决策需要单元的打开或关断时，用于连续优化的传统工具处于劣势，因为它们无法从局部收敛状态中充分地退回或者探索潜在的新状态。此外，传统工具需要工作流程，其中用户为每个状态建立案例研究并且手动探索每个案例研究的最优性。例如，仅具有五个可切换单元的小过程将具有三十二(即2⁵)个可能的操作状态。因此，随着单元数量线性增加，可能的操作状态数量以及引申开来的确定最优过程操作状态的难度呈指数增加。因此，传统的解需要过程工程师使用直觉来选择少量可能的操作状态，以在该操作状态上开展案例研究。这些传统系统和方法是死板的，无法提供快速考虑改变过程参数(例如，改变能量成本)的最优策略。

从施耐德电气(Schneider Electric)可获得的SimSci ROMeo是用于连续过程优化的严格在线建模和基于方程式的优化(ROMEO)模块。

发明内容

本发明的方面通过实时采用在线第一原理模拟技术结合混合整数非线性规划(MINLP)求解器以提供包括可切换单元的非线性连续过程的优化，来改进过程控制和自动化以及过程模拟的领域。在实施例中，这一方法在不需要将可切换单元建模为离线的案例研究的情况下，允许确定最优操作状态的同时考虑改变过程参数。本发明的方面也提供了计算机技术(即过程模型模拟和优化)的改进。

一方面，一种用于确定连续过程的最优操作状态的计算机实现方法包括通过包括处理器的控制系统从连续过程内的传感器接收数据。该数据表示连续过程内的过程单元的当前状态。该方法进一步包括通过控制系统实时地模拟至少一个单元模型结合MINLP求解器的操作。该单元模型经由至少一个第一原理方程式表示过程单元。进一步地，控制系统在模拟期间在活动状态和失活状态之间切换单元模型。基于模拟和切换，控制系统也生成连续过程的操作状态，该操作状态满足连续过程的至少一个操作约束。

在另一个方面，一种系统包括生成表示包括连续过程的处理单元的当前状态的数据的传感器。该系统也包括控制系统，该控制系统进一步包括模型组件、开关组件和MINLP求解器组件。模型组件包括表示过程单元的至少一个第一原理方程式。开关组件包括模型组件。

在又一个方面，一种计算机可读存储设备具有存储在其上的计算机可执行模块用于确定连续过程的操作状态。该模块包括模型模块、MINLP开关模块以及求解器模块。模型模块定义在由处理器执行该模型模块期间经由至少一个第一原理方程式表示连续过程内的过程单元的单元模型。MINLP开关模块在由处理器执行期间，将模型模块在活动状态和失活状态之间转换。求解器模块在由处理器执行期间，实时地模拟模型模块和MINLP开关模块的操作。

提供本发明内容以简化的形式介绍在以下具体实施方式中将进一步描述的一系列概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。

在下文中，其他目的和特征将部分地显而易见以及部分地被指出。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的示例性侵入式MINLP建模和求解器系统的框图。

图2是根据本发明的实施例的包括非侵入式MINLP开关的示例性MINLP建模和求解器系统的框图。

图3A是示出根据本发明的实施例的MINLP配置参数的图形用户界面的图。

图3B是示出根据本发明的实施例的MINLP数据输入参数的图形用户界面的图。

图4是根据本发明的实施例的示例性连续过程中的示例性MINLP建模和求解器系统的框图。