一種基于啟發(fā)式算法的乙烯廠的生產控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及流程工業(yè)系統(tǒng)調度與優(yōu)化領域，具體設及一種基于啟發(fā)式算法的己締 廠的生產控制方法。
【背景技術】
[0002] 在石油化工產業(yè)中，己締工業(yè)是流程工業(yè)的典型代表，而己締也是最為重要和運 用最為廣泛的化工產品之一，一個國家己締工業(yè)產能和產量也直接反映了其工業(yè)生產能力 和綜合國力。近年來，隨著各行業(yè)對于己締產品、己締需求量的增長，人們也進行了大量針 對于提升己締廠生產能力的研究和實踐，其中W生產系統(tǒng)的調度與優(yōu)化方法最為突出。
[0003] Moro 等人于 1998 年基于煉油廠背景，于《A planning model for ref ine;ry diesel prcxluction》一文中，提出了一種煉油廠非線性過程模型，用于嘗試和考察流程工 業(yè)的調度與優(yōu)化問題。Pinto等人于2000年在《Planning and scheduling models for refinery operations》文中提出了一種基于混合整數(shù)方法的優(yōu)化模型，該模型能夠解決 石油化工生產系統(tǒng)的短周期調度問題。Li和lerapetritou在2008年的文章《Robust Optimization for Process Scheduling Under Uncertainty. Industrial》中將魯椿優(yōu)化 方法運用于流程工業(yè)的調度與優(yōu)化過程，用于解決批次調度問題。Gubitoso和Pinto于 2007 的文章《A planning model for the optimal production of a real-world ethylene plant》中針對于己締廠提出了一種非線性模型，他們將己締廠生產系統(tǒng)分為己締生產區(qū)域 和芳香姪生產區(qū)域兩個部分，進而對己締廠的一些重要生產加工裝置進行建模，較為系統(tǒng) 地考慮了己締廠的調度優(yōu)化模型。
[0004] 但是，W往的調度與優(yōu)化方法往往只針對于某個單一的裝置或者生產單元，并沒 有考慮己締廠中己締裂解裝置與下游生產裝置的綜合系統(tǒng)，也更沒有提供解決全廠總體調 度與優(yōu)化的研究方法；而即使Gubitoso和Pinto提出了 W-種己締廠全廠建模調度優(yōu)化的 方法，但是該方法只考慮了單一生產周期和固定產品價格等特定情況，并不能十分客觀地 呈現(xiàn)己締廠生產實際情況。
[0005][0006] 但是該方法依托于實施的上位機對數(shù)據(jù)進行采集和分析，并且對于硬件性能也有 著較高的要求；同時該方法只針對于運行中的生產過程進行微調，不能系統(tǒng)全面地預測生 產系統(tǒng)運行情況，也不能預先對生產資源進行安排和調配。
[0007][000引但是該方法局限于離散時間的時域范圍，并沒有很好地結合連續(xù)時間生產過程及 其模型。
[0009] 此外，對于大規(guī)模集成優(yōu)化問題，現(xiàn)有的求解方法和求解器需要花費大量的時間 和資源，并且往往無法求解，進而導致了大規(guī)模集成優(yōu)化問題長期W來無法被有效求解。

【發(fā)明內容】

[0010] 針對現(xiàn)有己締廠調度優(yōu)化方法的不足和缺陷，本發(fā)明提供了一種基于啟發(fā)式算法 的己締廠的生產控制方法，用于解決己締廠全廠調度與優(yōu)化命題并考慮了己締裂解裝置的 微觀建模W及己締裂解裝置與下游生產裝置的集成生產關系。
[0011] 一種基于啟發(fā)式算法的己締廠的生產控制方法，包括W下步驟：
[001引 （1)將己締廠生產系統(tǒng)劃分原料進廠站點，產品出廠站點，己締裂解裝置和下游生 產裝置，并繪制相應的生產網(wǎng)絡拓撲結構圖；
[0013] (2)根據(jù)所述的生產網(wǎng)絡拓撲結構圖建立己締裂解裝置并行生產循環(huán)調度模型的 多套時間分配方案和多套物料分配方案；
[0014] (3)根據(jù)所述的生產網(wǎng)絡拓撲結構圖建立下游生產裝置連續(xù)時間生產模型的多套 時間分配方案和多套物料分配方案；
[0015] (4)根據(jù)步驟（2)和（3)的結果建立己締裂解裝置與下游生產裝置的同步化集成 調度優(yōu)化模型，所述的同步化集成調度優(yōu)化模型包括全局時間分配方案和全局物料分配方 案；
[0016] (5)根據(jù)所述的同步化集成調度優(yōu)化模型確定全局優(yōu)化目標函數(shù)及優(yōu)化目標，并 W預設的產品需求量作為全局優(yōu)化目標函數(shù)的約束條件；
[0017] (6)基于所述的約束條件，采用啟發(fā)式算法對所述的全局優(yōu)化目標函數(shù)進行求解， 得到所述全局優(yōu)化目標函數(shù)的最優(yōu)解，利用所述的最優(yōu)解控制己締廠的生產過程。
[001引所述步驟（1)具體如下：
[0019] (1-1)將己締廠的生產系統(tǒng)分為四個組成部分，分別為原料進廠站點，產品出廠站 點，己締裂解裝置，下游生產裝置；
[0020] (1-2)確定各個組成部分的生產信息，并建立己締廠的生產網(wǎng)絡拓撲結構圖：
[0021] 對于原料進廠站點，所述生產信息包括原料種類，比例及其物性條件；
[0022] 對于產品出產站點，所述生產信息包括產品種類，日產量及其物性條件；
[0023] 對于己締裂解裝置，所述生產信息包括并行的己締裂解裝置生產線數(shù)量，各個己 締裂解裝置的生產產率模型；
[0024] 對于下游生產裝置，所述生產信息包括下游生產裝置的類型、種類、生產裝置套數(shù) W及物料流動關系。
[0025] 在繪制己締廠生產網(wǎng)絡拓撲結構圖步驟中，所述繪制己締廠生產網(wǎng)絡拓撲結構圖 包括；依托于所述劃分的四個組分繪制己締廠生產網(wǎng)絡拓撲結構圖。
[0026] 所述步驟似具體如下：
[0027] 所述的時間分配方案為生產網(wǎng)絡拓撲結構圖中的各個己締裂解裝置設定生產時 間節(jié)點，所述生產時間節(jié)點包括該己締裂解裝置在每個生產周期內的運行與停運清渣的時 間節(jié)點；
[002引所述的物料分配方案包括生產網(wǎng)絡拓撲結構圖中并行的己締裂解裝置生產線數(shù) 量，每一個己締裂解裝置在各個生產時間節(jié)點處每種產物的產率，及加工能力的上限和下 限，W及每一條物料運輸管線的運輸能力上限和下限。
[0029] 所述步驟（3)具體如下：
[0030] 每套時間分配方案包括生產網(wǎng)絡拓撲結構圖各個下游生產裝置設定生產時間節(jié) 占. '?、、，
[0031] 每套物料分配方案包括每一個下游生產裝置在各個時間節(jié)點處每種產物的產率， 加工能力的上限和下限，W及每一條物料運輸管線的運輸能力上限和下限。
[0032] 所述步驟（4)具體如下：
[0033] (4-1)各個己締裂解裝置并行生產循環(huán)調度模型的時間分配方案和下游生產裝置 連續(xù)時間生產模型的時間分配方案對接得到全局時間分配方案；
[0034] (4-2)根據(jù)所述的全局時間分配方案將己締裂解裝置并行生產循環(huán)調度模型的物 料分配方案與下游生產裝置的連續(xù)時間生產模型的物料分配方案進行對接得到全局物料 約束模型，即得到所述的同步化集成調度優(yōu)化模型。
[0035] 本發(fā)明中根據(jù)己締裂解裝置的時間分配方案，確定集成調度優(yōu)化模型的生產時間 間隔，進而確定上游裂解裝置與下游生產裝置的同步化生產的全局時間分配方案。
[0036] 所述步驟（5)具體包括：
[0037] (5-1)根據(jù)所述的同步化集成調度優(yōu)化模型構建生產效益函數(shù)作為全局優(yōu)化目標 函數(shù)，并W該全局優(yōu)化目標函數(shù)的最大值作為優(yōu)化目標；
[003引 （5-2) W預設的產品需求量作為全局優(yōu)化目標函數(shù)的約束條件。
[0039] 在確定生產效益函數(shù)前需要確定所設及的參數(shù)種類、數(shù)量及其類型，然后再確定 調度優(yōu)化模型所需要的優(yōu)化目標表達式及其目標變量。
[0040] 所述步驟做具體如下：
[0041] (6-1)將所述全局優(yōu)化目標函數(shù)求解問題分解為己締裂解裝置的并行生產循環(huán)調 度模型的求解，W及下游生產裝置的連續(xù)時間生產模型的求解；
[0042] (6-2)構建所有己締裂解裝置的生產效益函數(shù)作為局部優(yōu)化目標函數(shù)，W局部優(yōu) 化目標函數(shù)的最大值作為優(yōu)化目標，對所述的局部優(yōu)化目標函數(shù)進行求解，并W得到的求 解結果作為并行生產循環(huán)調度模型的可行解；
[0043] (6-3)基于啟發(fā)式算法進行迭代捜索，直至迭代捜索的次數(shù)達到預設的次數(shù)闊值 時停止，并W最后一次的保留的捜索結果作為最優(yōu)解：
[0044] 每次迭代捜索包括如下步驟：
[0045] (S1)將所述的可行解作為捜索起點，采用啟發(fā)式算法進行捜索，得到一個捜索結 果；
[0046] (S2)基于預設的產品需求量計算該捜索結果對應的下游生產裝置的局部生產效 益，并比較該局部生產效益是否大于上一次保留的捜索結果所對應的下游生產裝置的局部 生產效益：
[0047] 若大于或等于，則W捜索結果作為捜索起點返回步驟（S1)，進行下一次迭代捜 索；
[0048] 若小于，則去掉，并對捜索起點添加整數(shù)割集，從任意選擇隨機選取一個分割結果 作為捜索起點返回步驟（SI)，進行下一次迭代捜索；
[0049] 迭代捜索時，W所述的可行解作為初始捜索起點。
[0050] 每次迭代捜索時的啟發(fā)式算法在初始捜索起點附件捜尋可行解。
[0051] 本發(fā)明中將大規(guī)模集成優(yōu)化問題分解為兩個子問題（己締裂解裝置的并行生產 循環(huán)調度模型的求解，W及下游生產裝置的連續(xù)時間生產模型的求解），保證了該種大規(guī)模 集成優(yōu)化問題一定有解。
[0化2] 次數(shù)闊值直接關系到最終捜索的總時間消耗和精度，作為優(yōu)選，所述步驟化-3) 中的次數(shù)闊值為80?120。進一步優(yōu)選，所述的次數(shù)闊值為100。
[0化3] 未作特殊說明，本發(fā)明的己締裂解裝置包括一個己締裂解爐。
[0化4] 構建生產效益函數(shù)實際上為根據(jù)生產效益的計算表達式，本發(fā)明中未作特殊說 明，所述的生產效益為：