适用于流程行业全价值链产品的区域动态协调优化方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于流程行业全价值链产品的区域动态协调优化方法。本发明专利技术以区域优化为核心，在生产装置高度自主运行和计划调度优化的基础上，通过协同统筹生产计划及生产执行，考虑多装置上下游生产操作，进行全流程的整体优化，全面保证不同决策层之间的有效信息共享和优化操作，赋能于实现从基础控制，先进控制，单装置操作优化、多装置跨区域联合优化，实现从原材料到产品的全流程优化。实现从原材料到产品的全流程优化。实现从原材料到产品的全流程优化。

【技术实现步骤摘要】
适用于流程行业全价值链产品的区域动态协调优化方法


[0001]本专利技术涉及流程行业计划调度优化、先进控制领域的一种协调调度优化方法，具体涉及一种适用于流程行业全价值链产品的区域动态协调优化方法。

技术介绍

[0002]流程行业生产制造过程普遍具有多品种、多规格、多工序、多产线等工艺流程特点，存在着过程机理复杂、变量动态耦合、干扰因素多变、生产状态波动大等难点。传统的流程工艺生产过程，面临着全流程工序协同难、信息交互难、潜在生产效益挖掘难等共性挑战。当前应用技术中，在生产计划层，采用计划与调度优化技术，以生产模型和优化技术为基础，有效支撑现代化工企业进行原料选购、计划优化、调度排产等诸多应用场景，制定满足市场需求的生产计划，提升生产运营效率；在生产执行层，先进控制技术已经在化工行业被充分利用，其中模型预测控制技术通过预测模型、反馈矫正和滚动优化实现生产过程的平稳安全控制。但是先进控制系统侧重于单装置的控制优化，在部署和实施先进控制器时，每个先进控制器仅考虑本装置内部的变量，通过工艺经验或机理模型独立进行卡边寻优，先进控制器之间各自为政，互不影响，与计划调度层之间缺乏信息流的交互。然而，由于多装置之间的联动耦合，上下游调度的协同，装置变量也是相互影响的，因此亟需打破控制层和计划调度层之间的壁垒，实现跨装置的动态协调优化。
[0003]随着需求提升，单纯的计划制定或者单装置层面的控制优化已经不能满足生产效能优化的需求，其重点已从制定可行和有效的生产计划和单装置控制方案转变为以总效益计划为目标，以生产模型和控制优化技术为基础，需要充分利用已有资源，根据市场环境、原料及产品价格、质量及环保要求等诸多因素的变化，及时有效地调整生产目标及计划，并结合各个生产装置和单元生产过程信息，在平稳安全生产的基础上，将制定的计划落实到生产的各个环节，协同优化不同生产装置关键变量的最优操作点，提升产品收率和质量，降低能耗物耗，实现从原材料到产品全价值链的闭环卓越运营。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
中存在的问题和需求，本专利技术以区域优化技术为核心，在生产装置高度自主运行和计划调度优化的基础上，通过协同统筹生产计划及生产执行，考虑多装置上下游生产操作，进行全流程的整体调度，全面保证不同决策层之间的有效信息共享和优化操作，实现从基础控制，先进控制，单装置操作优化、多装置跨区域联合优化，实现从原材料到产品的全流程优化。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]步骤一：根据目标工序或者目标设备确定生产系统的待优化区域，以及获取总计划调度数据中的最优调度指令；
[0007]步骤二：根据最优调度指令，构建待优化区域中的区域约束；
[0008]步骤三：构建先进控制层的操作变量约束和被控变量约束，以及建立先进控制层
中不同控制器之间的变量桥接关系约束；
[0009]步骤四：分别对待优化区域中的区域约束、先进控制层的操作变量约束和被控变量约束以及先进控制层中不同控制器之间的变量桥接关系约束进行松弛优化更新后，分别获得对应更新后的约束；
[0010]步骤五：构造优化目标函数，基于更新后的区域约束、先进控制层的操作变量约束和被控变量约束以及先进控制层中不同控制器之间的变量桥接关系约束，进行优化目标函数的动态优化，获得动态优化结果并传递给先进控制层，先进控制层将收到的动态优化结果作为先进控制层中被控变量的外部目标值；
[0011]步骤六：根据预设优化周期，重复步骤一
‑
步骤五，不断地将动态优化结果作为先进控制层中被控变量的外部目标值，进而先进控制层的结果作用于基础控制层，最终实现最优目标值的动态跟踪。
[0012]所述步骤二具体为：
[0013]所述待优化区域的各个装置单元中均满足对应的物料平衡约束和组分约束，物料平衡约束和组分约束的公式如下：
[0014][0015][0016][0017][0018]其中，FF
i
、FF
j
分别为第i个负荷物料流量、第j个负荷物料流量，FF为每个负荷物料流量，是由于误差及干扰因素产生的第一动态生产过程物料平衡偏差的上下限，是由于误差及干扰因素产生的第二动态生产过程物料平衡偏差的上下限，分别为流股流量的上下限，分别质量流量比值的上下限；
[0019]所述待优化区域的各个装置单元中将自身进出料最优物料流量FF*作为最优最优调度指令，每个装置单元的调度指令追踪约束的公式如下：
[0020][0021]其中，FF
pv
为物料流股流量的实际测量值，分别为第一松弛变量的上下限，ΔFF为物料流股流量的优化步幅。
[0022]所述步骤三中，先进控制层的操作变量约束满足以下公式：
[0023]Δu
min
≤Δu≤Δu
max
[0024][0025]其中，Δu为操纵变量增量，u
pv
为操作变量当前值，Δu
min
和Δu
max
分别为操作变量优化步幅最小值和最大值，和分别为操作变量的位置下、上限；
[0026]所述步骤三中，先进控制层的被控变量约束满足以下公式：
[0027]Δy＝∑K*Δu+y
ssopen
‑
y
pv
[0028]y＝y
ssopen
+K*Δu
[0029]Δy
min
≤Δy≤Δy
max
[0030][0031]其中，Δy为被控变量增量，y
pv
为被控变量当前值，Δy
min
和Δy
max
分别为被控变量优化步幅最小值和最大值，和分别为操作变量的位置下、上限，y
ssopen
为被控变量的开环稳态值，K为动态模型的稳态增益；
[0032]所述步骤三中，先进控制层中不同控制器之间的变量桥接关系约束满足以下公式：
[0033][0034]其中，是由于误差及干扰因素产生的第三动态过程偏差的上下限，α为物料流股和操作变量之间的比值系数，表示第m个流股流量的过程测量值，表示第n个操作变量的过程测量值。
[0035]所述步骤四具体为：
[0036]4.1)分别增加待优化区域中的区域约束、先进控制层的操作变量约束和被控变量约束以及先进控制层中不同控制器之间的变量桥接关系约束对应的松弛因子系数；
[0037]4.2)对各约束进行等级排序，基于各约束对应的松弛因子系数，按照等级从高到低进行各约束的松弛优化求解，获得各约束对应的松弛变量；
[0038]4.3)根据各约束的松弛变量分别计算并获得更新后的待优化区域中的区域约束、先进控制层的操作变量约束和被控变量约束以及先进控制层中不同控制器之间的变量桥接关系约束。
[0039]所述步骤四中，如果在优化求解后，每个约束所约束的变量满足当前约束，则当前约束保持不变，否则，则对当前约束所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于流程行业全价值链产品的区域动态协调优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据目标工序或者目标设备确定生产系统的待优化区域，以及获取总计划调度数据中的最优调度指令；步骤二：根据最优调度指令，构建待优化区域中的区域约束；步骤三：构建先进控制层的操作变量约束和被控变量约束，以及建立先进控制层中不同控制器之间的变量桥接关系约束；步骤四：分别对待优化区域中的区域约束、先进控制层的操作变量约束和被控变量约束以及先进控制层中不同控制器之间的变量桥接关系约束进行松弛优化更新后，分别获得对应更新后的约束；步骤五：构造优化目标函数，基于更新后的区域约束、先进控制层的操作变量约束和被控变量约束以及先进控制层中不同控制器之间的变量桥接关系约束，进行优化目标函数的动态优化，获得动态优化结果并传递给先进控制层，先进控制层将收到的动态优化结果作为先进控制层中被控变量的外部目标值；步骤六：根据预设优化周期，重复步骤一
‑
步骤五，不断地将动态优化结果作为先进控制层中被控变量的外部目标值，进而先进控制层的结果作用于基础控制层，最终实现最优目标值的动态跟踪。2.根据权利要求1所述的一种适用于流程行业全价值链产品的区域动态协调优化方法，其特征在于，所述步骤二具体为：所述待优化区域的各个装置单元中均满足对应的物料平衡约束和组分约束，物料平衡约束和组分约束的公式如下：约束和组分约束的公式如下：约束和组分约束的公式如下：约束和组分约束的公式如下：其中，FF
i
、FF
j
分别为第i个负荷物料流量、第j个负荷物料流量，FF为每个负荷物料流量，是由于误差及干扰因素产生的第一动态生产过程物料平衡偏差的上下限，是由于误差及干扰因素产生的第二动态生产过程物料平衡偏差的上下限，分别为流股流量的上下限，分别质量流量比值的上下限；所述待优化区域的各个装置单元中将自身进出料最优物料流量FF*作为最优最优调度指令，每个装置单元的调度指令追踪约束的公式如下：其中，FF
pv
为物料流股流量的实际测量值，分别为第一松弛变量的上下限，ΔFF为物料流股流量的优化步幅。3.根据权利要求1所述的一种适用于流程行业全价值链产品的区域动态协调优化方
法，其特征在于，所述步骤三中，先进控制层的操作变量约束满足以下公式：Δu
min
≤Δu≤Δu
max
其中，Δu为操纵变量增量，u
pv
为操作变量当前值，Δu
min
和Δu
max
分别为操作变量优化步幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁美晨，陆海琛，古勇，金晓明，刘勇，王皖慧，冯凯，童不凡，王家栋，
申请(专利权)人：浙江中控技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：