專利名稱：基于ga-sqp混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及先進(jìn)制造與自動化領(lǐng)域，具體地說是一種基于GA-SQP混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，石化企業(yè)在“大系統(tǒng)能量綜合利用，，的框架下，對于全廠的低溫?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行了探索，形成了涵括多套生產(chǎn)裝置的新型低溫?zé)峋C合利用系統(tǒng)。這些新型低溫?zé)峋C合利用系統(tǒng)大大降低了企業(yè)能耗，并且獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但新型低溫?zé)峋C合利用系統(tǒng)在運(yùn)行中普遍存在以下幾個問題
1.系統(tǒng)龐大復(fù)雜，涉及裝置多，熱源和熱阱分散，難以統(tǒng)一管理和調(diào)度；
2.測量點分散，部分關(guān)鍵節(jié)點缺乏測量儀表，管理人員難以全面掌握系統(tǒng)實時運(yùn)行狀
況；
3.管理停留在經(jīng)驗操作階段，缺乏合理的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型輔助調(diào)度人員決策，受加工方案、加工負(fù)荷、氣候環(huán)境，以及管理人員業(yè)務(wù)水平限制，系統(tǒng)運(yùn)行常偏離最優(yōu)點，節(jié)能效果達(dá)不到設(shè)計值。因此，設(shè)計一種能夠優(yōu)化低溫?zé)嵴w工藝的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)是至關(guān)重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能夠優(yōu)化低溫?zé)嵴w工藝的基于GA-SQP混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括實時數(shù)據(jù)庫、低溫?zé)嵯到y(tǒng)軟測量模塊、能耗優(yōu)化模塊、用戶界面和基于Flash實時信息發(fā)布模塊，其特征在于過程控制系統(tǒng)將采集到的溫度、壓力、流量等過程數(shù)據(jù)傳送至實時數(shù)據(jù)庫；實時數(shù)據(jù)傳送至軟測量模塊，對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理，輸出軟測量計算結(jié)果存入實時數(shù)據(jù)庫；用戶通過應(yīng)用操作界面配置實時模型參數(shù) 能耗折算系數(shù)，并存入實時數(shù)據(jù)庫；能耗優(yōu)化模塊通過實時數(shù)據(jù)庫接口讀取實時數(shù)據(jù)過程數(shù)據(jù)與模型參數(shù)，生成實時優(yōu)化模型，然后通過優(yōu)化算法求解，并將實時模擬計算結(jié)果 實時模擬計算結(jié)果與實時優(yōu)化調(diào)度方案，通過實時數(shù)據(jù)庫接口存入實時數(shù)據(jù)庫；用戶通過應(yīng)用操作界面配置仿真計算參數(shù)，并生成仿真指令；能耗優(yōu)化模塊接收到仿真指令后，開始仿真計算，計算完成后，將仿真計算結(jié)果傳送至用戶界面；基于Flash實時信息發(fā)布模塊通過實時數(shù)據(jù)接口讀取實時數(shù)據(jù)，然后通過Flash實時顯示在Web流程圖中；用戶界面讀取實時優(yōu)化調(diào)度方案數(shù)據(jù)、實時模擬計算結(jié)果數(shù)據(jù)和仿真計算結(jié)果數(shù)據(jù)。所述的能耗優(yōu)化模塊依序完成如下步驟步驟al.過程數(shù)據(jù)和能耗折算系數(shù)通過實時數(shù)據(jù)接口模塊傳送至能耗優(yōu)化模塊；步驟bl.數(shù)據(jù)處理，剔除誤差；步驟Cl.判斷是否啟動優(yōu)化計算，如果不是進(jìn)行步驟dl，如果是進(jìn)行步驟el;步驟dl.根據(jù)能耗計算模型進(jìn)行模擬計算，計算完成后將能耗值傳遞給優(yōu)化模塊，同時輸出模擬計算結(jié)果；步驟el:根據(jù)GA-SQP優(yōu)化策略調(diào)整優(yōu)化變量水量和水溫，并傳入能耗計算模型中，由能耗計算模型計算出能耗值并返回到優(yōu)化模塊，優(yōu)化計算完成后，輸出優(yōu)化計算結(jié)果。所述的能耗計算模型的模擬計算流程如下步驟a2.通過Aspen Plus ActiveX 接口讀取Apsen Plus換熱網(wǎng)絡(luò)模型；步驟b2.通過MATLAB ActiveX Automation接口將 Aspen Plus換熱網(wǎng)絡(luò)模型送入MATLAB，并生成能耗計算模型；步驟c2.將能耗優(yōu)化模型參數(shù)過程數(shù)據(jù)、能耗折算系數(shù)、優(yōu)化變量水量和水溫傳入能耗計算模型；步驟d2.啟動計算程序，完成后輸出模擬計算結(jié)果，同時將能耗值出送至優(yōu)化模塊。所述的能耗優(yōu)化模塊的尋優(yōu)流程如下步驟a3.能耗計算模型根據(jù)采集到的過程數(shù)據(jù)和能耗折算系數(shù)進(jìn)行模擬計算后，將能耗值傳送至遺傳算法GA和序列二次規(guī)劃SQP混合優(yōu)化策略，并判斷是否啟動優(yōu)化計算，如果是則繼續(xù)進(jìn)行步驟b3，如果否則繼續(xù)進(jìn)行步驟 f3 ；步驟b3.根據(jù)遺傳算法GA進(jìn)行全局尋優(yōu)，尋找全局最優(yōu)調(diào)度方案；步驟c3.輸出全局最優(yōu)調(diào)度方案；步驟d3.根據(jù)序列二次規(guī)劃SQP進(jìn)行局部強(qiáng)化尋優(yōu)，尋找局部最優(yōu)調(diào)度方案；步驟e3.輸出局部最優(yōu)調(diào)度方案；步驟f3.確定并輸出最優(yōu)調(diào)度方案。所述的軟測量模塊具體流程如下步驟a4.采集溫度、壓力、流量等數(shù)值；步驟 b4.數(shù)據(jù)處理，剔除誤差；步驟c4.流程模擬軟件Aspen Plus建立換熱網(wǎng)絡(luò)機(jī)理；步驟 d4.模擬計算結(jié)果；步驟e4.判斷模擬計算結(jié)果是否有對應(yīng)的測量數(shù)值，如果有對應(yīng)的測量數(shù)值則繼續(xù)進(jìn)行步驟f4，如果沒有對應(yīng)的測量數(shù)值則輸出模擬計算值并存入實時數(shù)據(jù)庫； 步驟f4.將實時測量數(shù)值與模擬計算值比較；步驟g4.判斷模擬計算值是否超出預(yù)設(shè)范圍， 如果超出預(yù)設(shè)范圍則預(yù)警儀表檢修，如果沒有超出預(yù)設(shè)范圍則將模擬計算值替換實時測量數(shù)值后，輸出模擬計算值并存入實時數(shù)據(jù)庫。所述的實時數(shù)據(jù)接口模塊將IP. 21底層API接口封裝成高級語言C#版。所述的基于Flash實時信息發(fā)布模塊發(fā)布實時信息流程具體如下實時數(shù)據(jù)庫將實時數(shù)據(jù)通過實時數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送給Web服務(wù)器；Web服務(wù)器將XML格式的實時數(shù)據(jù)發(fā)送給各個瀏覽器；瀏覽器中的Flash播放器顯示動態(tài)流程圖和動態(tài)趨勢圖。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)以流程模擬技術(shù)和火用經(jīng)濟(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，建立低溫?zé)嵯到y(tǒng)仿真和優(yōu)化模型；采用經(jīng)典數(shù)學(xué)規(guī)劃序列二次規(guī)劃SQP和新型群智能優(yōu)化算法遺傳算法GA相結(jié)合的混合求解策略求解非線性優(yōu)化模型；利用實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)采集生產(chǎn)過程實時信息，從而實現(xiàn)實時監(jiān)控、離線仿真、在線模擬和實時優(yōu)化。


圖1為本發(fā)明的軟件流程圖。圖2為本發(fā)明的能耗優(yōu)化模塊流程圖。圖3為本發(fā)明的優(yōu)化算法流程圖。圖4為本發(fā)明的軟測量模塊流程圖。圖5為本發(fā)明的基于Flash的實時信息發(fā)布模塊流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，本發(fā)明包括實時數(shù)據(jù)庫、低溫?zé)嵯到y(tǒng)軟測量模塊、 能耗優(yōu)化模塊、用戶界面和基于Flash實時信息發(fā)布模塊，其特征在于過程控制系統(tǒng)將采集到的溫度、壓力、流量等過程數(shù)據(jù)傳送至實時數(shù)據(jù)庫；實時數(shù)據(jù)傳送至軟測量模塊，對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理，輸出軟測量計算結(jié)果存入實時數(shù)據(jù)庫；用戶通過應(yīng)用操作界面配置實時模型參數(shù)能耗折算系數(shù)，并存入實時數(shù)據(jù)庫；能耗優(yōu)化模塊通過實時數(shù)據(jù)庫接口讀取實時數(shù)據(jù)過程數(shù)據(jù)與模型參數(shù)，生成實時優(yōu)化模型，然后通過優(yōu)化算法求解，并將實時模擬計算結(jié)果實時模擬計算結(jié)果與實時優(yōu)化調(diào)度方案，通過實時數(shù)據(jù)庫接口存入實時數(shù)據(jù)庫； 用戶通過應(yīng)用操作界面配置仿真計算參數(shù)，并生成仿真指令；能耗優(yōu)化模塊接收到仿真指令后，開始仿真計算，計算完成后，將仿真計算結(jié)果傳送至用戶界面；基于Flash實時信息發(fā)布模塊通過實時數(shù)據(jù)接口讀取實時數(shù)據(jù)，然后通過Flash實時顯示在Web流程圖中；用戶界面讀取實時優(yōu)化調(diào)度方案數(shù)據(jù)、實時模擬計算結(jié)果數(shù)據(jù)和仿真計算結(jié)果數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)接口模塊將IP. 21底層API接口封裝成高級語言C#版。能耗優(yōu)化模塊依序完成如下步驟步驟al.過程數(shù)據(jù)和能耗折算系數(shù)通過實時數(shù)據(jù)接口模塊傳送至能耗優(yōu)化模塊；步驟bl.數(shù)據(jù)處理，剔除誤差；步驟cl.判斷是否啟動優(yōu)化計算，如果不是進(jìn)行步驟dl，如果是進(jìn)行步驟el;步驟dl.根據(jù)能耗計算模型進(jìn)行模擬計算，計算完成后將能耗值傳遞給優(yōu)化模塊，同時輸出模擬計算結(jié)果；步驟el:根據(jù) GA-SQP優(yōu)化策略調(diào)整優(yōu)化變量水量和水溫，并傳入能耗計算模型中，由能耗計算模型計算出能耗值并返回到優(yōu)化模塊，優(yōu)化計算完成后，輸出優(yōu)化計算結(jié)果。能耗計算模型的模擬計算流程如下步驟a2.通過Aspen Plus ActiveX接口讀取 Apsen Plus 換熱網(wǎng)絡(luò)模型；步驟b2.通過MATLAB ActiveX Automation 接口將 Aspen Plus 換熱網(wǎng)絡(luò)模型送入MATLAB，并生成能耗計算模型；步驟c2.將能耗優(yōu)化模型參數(shù)過程數(shù)據(jù)、能耗折算系數(shù)、優(yōu)化變量水量和水溫傳入能耗計算模型；步驟d2.啟動計算程序，完成后輸出模擬計算結(jié)果，同時將能耗值出送至優(yōu)化模塊。能耗優(yōu)化模塊的尋優(yōu)流程如下步驟a3.能耗計算模型根據(jù)采集到的過程數(shù)據(jù)和能耗折算系數(shù)進(jìn)行模擬計算后，將能耗值傳送至遺傳算法GA和序列二次規(guī)劃SQP混合優(yōu)化策略，并判斷是否啟動優(yōu)化計算，如果是則繼續(xù)進(jìn)行步驟b3，如果否則繼續(xù)進(jìn)行步驟f3 ；步驟b3.根據(jù)遺傳算法GA進(jìn)行全局尋優(yōu)，尋找全局最優(yōu)調(diào)度方案；步驟c3.輸出全局最優(yōu)調(diào)度方案；步驟d3.根據(jù)序列二次規(guī)劃SQP進(jìn)行局部強(qiáng)化尋優(yōu)，尋找局部最優(yōu)調(diào)度方案；步驟 e3.輸出局部最優(yōu)調(diào)度方案；步驟f3.確定并輸出最優(yōu)調(diào)度方案。所述的軟測量模塊具體流程如下步驟a4.采集溫度、壓力、流量等數(shù)值；步驟 b4.數(shù)據(jù)處理，剔除誤差；步驟c4.流程模擬軟件Aspen Plus建立換熱網(wǎng)絡(luò)機(jī)理；步驟 d4.模擬計算結(jié)果；步驟e4.判斷模擬計算結(jié)果是否有對應(yīng)的測量數(shù)值，如果有對應(yīng)的測量數(shù)值則繼續(xù)進(jìn)行步驟f4，如果沒有對應(yīng)的測量數(shù)值則輸出模擬計算值并存入實時數(shù)據(jù)庫； 步驟f4.將實時測量數(shù)值與模擬計算值比較；步驟g4.判斷模擬計算值是否超出預(yù)設(shè)范圍， 如果超出預(yù)設(shè)范圍則預(yù)警儀表檢修，如果沒有超出預(yù)設(shè)范圍則將模擬計算值替換實時測量數(shù)值后，輸出模擬計算值并存入實時數(shù)據(jù)庫?；贔lash實時信息發(fā)布模塊發(fā)布實時信息流程具體如下實時數(shù)據(jù)庫將實時數(shù)據(jù)通過實時數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送給Web服務(wù)器；Web服務(wù)器將XML格式的實時數(shù)據(jù)發(fā)送給各個瀏覽器；瀏覽器中的Flash播放器顯示動態(tài)流程圖和動態(tài)趨勢圖。
權(quán)利要求
1.一種基于GA-SQP混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)，包括實時數(shù)據(jù)庫、低溫?zé)嵯到y(tǒng)軟測量模塊、能耗優(yōu)化模塊、用戶界面和基于Flash實時信息發(fā)布模塊，其特征在于過程控制系統(tǒng)將采集到的溫度、壓力、流量等過程數(shù)據(jù)傳送至實時數(shù)據(jù)庫；實時數(shù)據(jù)傳送至軟測量模塊，對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理，輸出軟測量計算結(jié)果存入實時數(shù)據(jù)庫；用戶通過應(yīng)用操作界面配置實時模型參數(shù)能耗折算系數(shù)，并存入實時數(shù)據(jù)庫；能耗優(yōu)化模塊通過實時數(shù)據(jù)庫接口讀取實時數(shù)據(jù)過程數(shù)據(jù)與模型參數(shù)，生成實時優(yōu)化模型，然后通過優(yōu)化算法求解， 并將實時模擬計算結(jié)果實時模擬計算結(jié)果與實時優(yōu)化調(diào)度方案，通過實時數(shù)據(jù)庫接口存入實時數(shù)據(jù)庫；用戶通過應(yīng)用操作界面配置仿真計算參數(shù)，并生成仿真指令；能耗優(yōu)化模塊接收到仿真指令后，開始仿真計算，計算完成后，將仿真計算結(jié)果傳送至用戶界面；基于 Flash實時信息發(fā)布模塊通過實時數(shù)據(jù)接口讀取實時數(shù)據(jù)，然后通過Flash實時顯示在Web 流程圖中；用戶界面讀取實時優(yōu)化調(diào)度方案數(shù)據(jù)、實時模擬計算結(jié)果數(shù)據(jù)和仿真計算結(jié)果數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GA-SQP混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的能耗優(yōu)化模塊依序完成如下步驟步驟al.過程數(shù)據(jù)和能耗折算系數(shù)通過實時數(shù)據(jù)接口模塊傳送至能耗優(yōu)化模塊；步驟bl.數(shù)據(jù)處理，剔除誤差；步驟cl.判斷是否啟動優(yōu)化計算，如果不是進(jìn)行步驟dl，如果是進(jìn)行步驟el;步驟dl.根據(jù)能耗計算模型進(jìn)行模擬計算，計算完成后將能耗值傳遞給優(yōu)化模塊，同時輸出模擬計算結(jié)果；步驟el: 根據(jù)GA-SQP優(yōu)化策略調(diào)整優(yōu)化變量水量和水溫，并傳入能耗計算模型中，由能耗計算模型計算出能耗值并返回到優(yōu)化模塊，優(yōu)化計算完成后，輸出優(yōu)化計算結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種能耗優(yōu)化模塊流程，其特征在于所述的能耗計算模型的模擬計算流程如下步驟a2.通過Aspen Plus ActiveX接口讀取Apsen Plus換熱網(wǎng)絡(luò)模型；步驟b2.通過MATLAB ActiveX Automation接口將Aspen Plus換熱網(wǎng)絡(luò)模型送入 MATLAB，并生成能耗計算模型；步驟c2.將能耗優(yōu)化模型參數(shù)過程數(shù)據(jù)、能耗折算系數(shù)、 優(yōu)化變量水量和水溫傳入能耗計算模型；步驟d2.啟動計算程序，完成后輸出模擬計算結(jié)果，同時將能耗值出送至優(yōu)化模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GA-SQP混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的能耗優(yōu)化模塊的尋優(yōu)流程如下步驟a3.能耗計算模型根據(jù)采集到的過程數(shù)據(jù)和能耗折算系數(shù)進(jìn)行模擬計算后，將能耗值傳送至遺傳算法GA和序列二次規(guī)劃SQP 混合優(yōu)化策略，并判斷是否啟動優(yōu)化計算，如果是則繼續(xù)進(jìn)行步驟b3，如果否則繼續(xù)進(jìn)行步驟f3 ；步驟b3.根據(jù)遺傳算法GA進(jìn)行全局尋優(yōu)，尋找全局最優(yōu)調(diào)度方案；步驟c3.輸出全局最優(yōu)調(diào)度方案；步驟d3.根據(jù)序列二次規(guī)劃SQP進(jìn)行局部強(qiáng)化尋優(yōu)，尋找局部最優(yōu)調(diào)度方案；步驟e3.輸出局部最優(yōu)調(diào)度方案；步驟f3.確定并輸出最優(yōu)調(diào)度方案。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GA-SQP混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的軟測量模塊具體流程如下步驟a4.實時測量溫度、壓力、流量等數(shù)值；步驟b4.數(shù)據(jù)處理，剔除誤差；步驟c4.流程模擬軟件Aspen Plus建立換熱網(wǎng)絡(luò)機(jī)理；步驟 d4.模擬計算結(jié)果；步驟e4.判斷模擬計算結(jié)果是否有對應(yīng)的測量數(shù)值，如果有對應(yīng)的測量數(shù)值則繼續(xù)進(jìn)行步驟f4，如果沒有對應(yīng)的測量數(shù)值則輸出模擬計算值并存入實時數(shù)據(jù)庫； 步驟f4.將實時測量數(shù)值與模擬計算值比較；步驟g4.判斷模擬計算值是否超出預(yù)設(shè)范圍， 如果超出預(yù)設(shè)范圍則預(yù)警儀表檢修，如果沒有超出預(yù)設(shè)范圍則將模擬計算值替換實時測量數(shù)值后，輸出模擬計算值并存入實時數(shù)據(jù)庫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GA-SQP混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的實時數(shù)據(jù)接口模塊將IP. 21底層API接口封裝成高級語言C#版。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GA-SQP混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的基于Flash實時信息發(fā)布模塊發(fā)布實時信息流程具體如下實時數(shù)據(jù)庫將實時數(shù)據(jù)通過實時數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送給Web服務(wù)器；Web服務(wù)器將XML格式的實時數(shù)據(jù)發(fā)送給各個瀏覽器；瀏覽器中的Flash播放器顯示動態(tài)流程圖和動態(tài)趨勢圖。
全文摘要
本發(fā)明涉及先進(jìn)制造與自動化領(lǐng)域，具體地說是一種基于GA-SQP混合優(yōu)化策略的低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)，包括實時數(shù)據(jù)庫、低溫?zé)嵯到y(tǒng)軟測量模塊、能耗優(yōu)化模塊、用戶界面和基于Flash實時信息發(fā)布模塊。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，低溫?zé)釋崟r優(yōu)化系統(tǒng)以流程模擬技術(shù)和火用經(jīng)濟(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，建立低溫?zé)嵯到y(tǒng)仿真和優(yōu)化模型；采用經(jīng)典數(shù)學(xué)規(guī)劃序列二次規(guī)劃SQP和新型群智能優(yōu)化算法遺傳算法GA相結(jié)合的混合求解策略求解非線性優(yōu)化模型；利用實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)采集生產(chǎn)過程實時信息，從而實現(xiàn)實時監(jiān)控、離線仿真、在線模擬和實時優(yōu)化。
文檔編號G05B17/02GK102360181SQ20111026325
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者宋國營, 廖興發(fā), 張高博, 陳繼, 馬素娟 申請人:上海優(yōu)華系統(tǒng)集成技術(shù)有限公司, 廣州市優(yōu)華過程技術(shù)有限公司