[发明专利]连续型企业生产与能源耦合优化建模方法

摘要

本发明涉及一种连续型企业生产与能源耦合优化建模方法。具体步骤为：建立CEECOM单元模型X，设置CEECOM生产调度速率模型Ψ信息参数，生成CEECOM系统模型，根据CEECOM系统模型Petri网拓扑结构，确定物料类型并列出约束方程，运行仿真算法，计算能源消耗量，并生成相应的曲线。本发明采用了颜色扩展混杂Petri网的方法，兼顾能源流、物料流和信息流。本发明建模方法有严格的理论基础，且简洁、方便、易用，非常适合于实际使用。本发明采集由DCS或数据库来的数据，实现企业生产能耗过程的再现。对企业生产能耗活动中能耗设备(单元)不安全信息参数给出安全预警，安全预警时间内得不到相应的措施，由控制模型实施相应的处理。本发明能够连接ERP，实现企业生产能耗过程的动态仿真。

主权项

一种连续型企业生产与能源耦合优化建模方法，其特征在于具体步骤如下：(1)建立CEECOM单元模型XCEECOM元模型X采用扩展颜色混杂Petri网的建模方法，定义CEECOM元模型为一个7元组：CEECOM_X＝{P，T，F，M，G，K，∑}；P＝PD∪PC，PC为连续位置集，PD离散位置集；T＝TD∪TC∪TCD，是有限非空变迁集；能耗设备状态集K＝{K1，K2}，K1为企业某种类型能耗设备总数，K2为企业某种能耗设备当前工作数量；∑＝{∑1，∑2，…，∑n}来自DCS或数据库的信息流，n＝K1，企业每种类型的能耗设备每一台机器的信息参数；∑i为第i台能耗设备的计量信息，权重函数和有限弧集F为能源或物料在能源或物料管网中的传输速率；M＝{M0，M(t)}；M0为CEECOM初始状态下的标识，M(t)为调度周期内某一时刻各仓库库存量以及能源消耗量；G＝{G1，G2，…，Gn}，n＝2K2+1，是有限的非空门集；(2)设置CEECOM生产调度速率模型Ψ信息参数CEECOM生产调度速率模型Ψ由参数库和算法库两部分组成，定义如下：CEECOM_Ψ＝{Vcn，V，QNmax，QMmax，Qcn，Qcm，VT|Ψ1，Ψ2}；参数库：Vcn为能源在能源传输管网的传输速率，QNmax能源传输管网最大传输速率，Vcn≤QNmax；V为物料在物料传输管网的传输速率，QMmax物料传输管网最大传输速率，V≤QMmax；Qcn能源传输管网能源传输率或能源损失率；Qcm物料传输管网物料传输率或物料损失率；根据物料在生产能耗设备中发生反应的性质不同，VT为不同的含义：(1)、当物料在能耗设备中发生化学反应时，VT为能耗设备的物料最大转换率；(2)、当物料在能耗设备中发生物理反应时，VT折算为能耗设备的等效转化率；(3)、其它情况能耗设备物料转化率视为1；算法库：φ1为能源与物料相互耦合关系，为一个系统识别算法；φ2为能耗设备内部物料间相互耦合关系，采用质量守恒定律和化学计量方程，根据反应物和生成物摩尔比或物料配比确定各物料间产品生产速率的约束关系；(3)生成CEECOM系统模型CEECOM系统模型由企业能源消耗单元模型X、生产调度速率模型Ψ、企业能源系统优化调度模型Ω和生产控制模型C组成，即CEECOM＝{X1，X2，…，XN|Ψ|Ω|DC}，其中X表示建模系统中能耗设备，Xi∩Xj≠Φ，i，j＝1，2…N，i≠j，N表示建模系统中能耗设备总数；CEECOM生产调度速率模型Ψ、CEECOM企业生产与能源耦合优化调度模型Ω由调度任务P、能耗指标E和调度算法ω三部分组成，定义如下：CEECOM_Ω≡{P1，P2，…PN；T1，T2，…TN；TP|E|ω}；P企业生产计划，数值上，Pi为第i种最终产品产量，N为最终产品种类数量；TP调度周期，即完成P的生产时间；P是有限连续位置集，为满足生产计划的外销产品库所；T是有限连续变迁集，为外销产品的生产状态，Ti连接CEECOM单元模型中第i种产品的仓库和调度模型中满足生产计划的第i种外销产品的库所；E企业能耗指标，本发明取能源折合成标煤后总能耗，即调度算法的优化目标；ω企业能耗过程仿真算法，为满足企业生产任务而计算的一组产品生产速率值，能真实的再现企业生产和能源消耗过程；因为企业生产受多种因素影响，产品的产量在生产调度期内随时可能改变，但一个生产调度周期结束时，通常按计划完成生产任务；比如企业生产中某能耗设备的产品可能同时是该企业最终产品和下游能耗设备的原料，这时，产品生产速率的不同可能出现该产品对下游设备供过于求或供不应求的情况，由于不同的生产速率，该能耗设备消耗能源也不同，能完成生产计划的产品生产速率V解不唯一，消耗的能源也不尽相同；CEECOM生产控制模型C定义如下：CEECOM_C＝{Pdc1，Pdc2}；Pdc1颜色Petri库所，K1×1元组，为外界对K1台机器的打开控制；Pdc2颜色Petri库所，K1×1元组，为外界对K1台机器的关闭控制；(4)根据CEECOM系统模型Petri网拓扑结构，确定物料类型并列出约束方程企业生产中表征物料流的物料库所是受库存能力约束和限制的，调度周期内初期库存M0特指CEECOM调度周期开始时的物料库存；末期库存M特指CEECOM调度周期结束时的末期库存；CEECOM将物料分为原料、中间产品、最终产品和外销产品四种类型；调度周期内任意时刻CEECOM物料库所中产品量m约束方程为线性方程；(5)运行仿真算法，计算能源消耗量，并生成相应的曲线步骤1：根据物料与物料约束关系、能源消耗与物料约束关系，计算物料最小独立约束速率参数；步骤2：根据模型拓扑结构、物料种类确定物料动态演化关系式；步骤3：设仿真步长t，即最小调节时间tmin，计算K1台能耗设备运行参数；步骤4：以上一周期末仓库储量作为初值，初始化一组外销产品生产速率V0＝P/TP作为初值，计算一组独立约束物料生产速率V和此生产速率最大持续时间tmax使之满足最终产品储罐要求；步骤5：V和tmax有解，进入步骤6，无解，进入步骤(7)；V0在生产范围允许情况下取其他值；步骤6：最大持续时间tmax与调度时间tp比较，若tmax＜tp，Ti＝tmax，计算产品外销量Pi，进入步骤8；若tmax≥tp，结束；步骤7：在生产允许范围下初始化V0，计算V和tmax，若tmax≥Tp，Ti取(0，Tp)区间任意值，使得Pi＜P，若tmax＜Tp，T1＝tmax；计算产品外销量Pi，若Pi≥P，返回步骤4，若Pi＜P进入步骤8；步骤8：P＝P-Pi，Tp＝Tp-Ti；步骤9：判断Tp，若Tp≠0，返回步骤4；若Tp＝0，结束。