《基于GASQP混合优化策略的低温热实时优化系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于GASQP混合优化策略的低温热实时优化系统.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102360181 A (43)申请公布日 2012.02.22 CN 102360181 A *CN102360181A* (21)申请号 201110263252.X (22)申请日 2011.09.07 G05B 17/02(2006.01) (71)申请人 上海优华系统集成技术有限公司 地址 200127 上海市浦东新区杨高南路 428 号 2 号楼 9 楼 B 室 申请人 广州市优华过程技术有限公司 (72)发明人 马素娟 廖兴发 张高博 陈继 宋国营 (74)专利代理机构 北京连城创新知识产权代理 有限公司 11254 代理人 刘伍堂 (54) 发明名称 。
2、基于 GA-SQP 混合优化策略的低温热实时优 化系统 (57) 摘要 本发明涉及先进制造与自动化领域， 具体地 说是一种基于 GA-SQP 混合优化策略的低温热实 时优化系统， 包括实时数据库、 低温热系统软测量 模块、 能耗优化模块、 用户界面和基于 Flash 实时 信息发布模块。本发明同现有技术相比， 低温热 实时优化系统以流程模拟技术和火用经济学为基 础， 建立低温热系统仿真和优化模型 ； 采用经典 数学规划序列二次规划 SQP 和新型群智能优化算 法遗传算法 GA 相结合的混合求解策略求解非线 性优化模型 ； 利用实时数据库技术采集生产过程 实时信息， 从而实现实时监控、 离线仿真。
3、、 在线模 拟和实时优化。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 3 页 附图 5 页 CN 102360198 A1/2 页 2 1. 一种基于 GA-SQP 混合优化策略的低温热实时优化系统， 包括实时数据库、 低温热系 统软测量模块、 能耗优化模块、 用户界面和基于 Flash 实时信息发布模块， 其特征在于 ： 过 程控制系统将采集到的温度、 压力、 流量等过程数据传送至实时数据库 ； 实时数据传送至软 测量模块， 对数据进行校正处理， 输出软测量计算结果存入实时数据库 ； 用户通过应用操作 界面配置实时模型参数。
4、 ： 能耗折算系数， 并存入实时数据库 ； 能耗优化模块通过实时数据 库接口读取实时数据 ： 过程数据与模型参数， 生成实时优化模型， 然后通过优化算法求解， 并将实时模拟计算结果 ： 实时模拟计算结果与实时优化调度方案， 通过实时数据库接口存 入实时数据库 ； 用户通过应用操作界面配置仿真计算参数， 并生成仿真指令 ； 能耗优化模 块接收到仿真指令后， 开始仿真计算， 计算完成后， 将仿真计算结果传送至用户界面 ； 基于 Flash实时信息发布模块通过实时数据接口读取实时数据， 然后通过Flash实时显示在Web 流程图中 ； 用户界面读取实时优化调度方案数据、 实时模拟计算结果数据和仿真计。
5、算结果 数据。 2. 根据权利要求 1 所述的一种基于 GA-SQP 混合优化策略的低温热实时优化系统， 其 特征在于 ： 所述的能耗优化模块依序完成如下步骤 ： 步骤 a1. 过程数据和能耗折算系数通 过实时数据接口模块传送至能耗优化模块 ； 步骤 b1. 数据处理， 剔除误差 ； 步骤 c1. 判断 是否启动优化计算， 如果不是进行步骤 d1, 如果是进行步骤 e1; 步骤 d1. 根据能耗计算模 型进行模拟计算， 计算完成后将能耗值传递给优化模块， 同时输出模拟计算结果 ； 步骤 e1: 根据 GA-SQP 优化策略调整优化变量 ： 水量和水温， 并传入能耗计算模型中， 由能耗计算模 型。
6、计算出能耗值并返回到优化模块， 优化计算完成后， 输出优化计算结果。 3. 根据权利要求 2 所述的一种能耗优化模块流程， 其特征在于 ： 所述的能耗计算模型 的模拟计算流程如下 ： 步骤 a2. 通过 Aspen Plus ActiveX 接口读取 Apsen Plus 换热网络 模型 ； 步骤 b2. 通过 MATLAB ActiveX Automation 接口将 Aspen Plus 换热网络模型送入 MATLAB， 并生成能耗计算模型 ； 步骤 c2. 将能耗优化模型参数 ： 过程数据、 能耗折算系数、 优化变量 ： 水量和水温传入能耗计算模型 ； 步骤 d2. 启动计算程序， 完成。
7、后输出模拟计算结 果 , 同时将能耗值出送至优化模块。 4. 根据权利要求 1 所述的一种基于 GA-SQP 混合优化策略的低温热实时优化系统， 其 特征在于 ： 所述的能耗优化模块的寻优流程如下 ： 步骤 a3. 能耗计算模型根据采集到的过 程数据和能耗折算系数进行模拟计算后， 将能耗值传送至遗传算法 GA 和序列二次规划 SQP 混合优化策略， 并判断是否启动优化计算， 如果是则继续进行步骤 b3， 如果否则继续进行步 骤 f3 ； 步骤 b3. 根据遗传算法 GA 进行全局寻优， 寻找全局最优调度方案 ； 步骤 c3. 输出全 局最优调度方案 ； 步骤d3.根据序列二次规划SQP进行局部。
8、强化寻优， 寻找局部最优调度方 案 ； 步骤 e3. 输出局部最优调度方案 ； 步骤 f3. 确定并输出最优调度方案。 5. 根据权利要求 1 所述的一种基于 GA-SQP 混合优化策略的低温热实时优化系统， 其 特征在于 ： 所述的软测量模块具体流程如下 ： 步骤a4.实时测量温度、 压力、 流量等数值 ； 步 骤 b4. 数据处理， 剔除误差 ； 步骤 c4. 流程模拟软件 Aspen Plus 建立换热网络机理 ； 步骤 d4. 模拟计算结果 ； 步骤 e4. 判断模拟计算结果是否有对应的测量数值， 如果有对应的测量 数值则继续进行步骤 f4， 如果没有对应的测量数值则输出模拟计算值并存。
9、入实时数据库 ； 步骤f4.将实时测量数值与模拟计算值比较 ； 步骤g4.判断模拟计算值是否超出预设范围， 如果超出预设范围则预警仪表检修， 如果没有超出预设范围则将模拟计算值替换实时测量 权 利 要 求 书 CN 102360181 A CN 102360198 A2/2 页 3 数值后， 输出模拟计算值并存入实时数据库。 6.根据权利要求1所述的一种基于GA-SQP混合优化策略的低温热实时优化系统， 其特 征在于 ： 所述的实时数据接口模块将 IP.21 底层 API 接口封装成高级语言 C# 版。 7.根据权利要求1所述的一种基于GA-SQP混合优化策略的低温热实时优化系统， 其特 征在。
10、于 ： 所述的基于 Flash 实时信息发布模块发布实时信息流程具体如下 ： 实时数据库将 实时数据通过实时数据接口模块发送给Web服务器 ； Web服务器将XML格式的实时数据发 送给各个浏览器 ； 浏览器中的 Flash 播放器显示动态流程图和动态趋势图。 权 利 要 求 书 CN 102360181 A CN 102360198 A1/3 页 4 基于 GA-SQP 混合优化策略的低温热实时优化系统 技术领域 0001 本发明涉及先进制造与自动化领域， 具体地说是一种基于 GA-SQP 混合优化策略 的低温热实时优化系统。 背景技术 0002 近年来， 石化企业在 “大系统能量综合利用”。
11、 的框架下， 对于全厂的低温热系统进 行了探索， 形成了涵括多套生产装置的新型低温热综合利用系统。这些新型低温热综合利 用系统大大降低了企业能耗， 并且获得了巨大的经济效益。但新型低温热综合利用系统在 运行中普遍存在以下几个问题 ： 1系统庞大复杂， 涉及装置多， 热源和热阱分散， 难以统一管理和调度 ； 2测量点分散， 部分关键节点缺乏测量仪表， 管理人员难以全面掌握系统实时运行状 况 ； 3管理停留在经验操作阶段， 缺乏合理的数学优化模型辅助调度人员决策， 受加工方 案、 加工负荷、 气候环境， 以及管理人员业务水平限制， 系统运行常偏离最优点， 节能效果达 不到设计值。 0003 因此，。
12、 设计一种能够优化低温热整体工艺的低温热实时优化系统是至关重要的。 发明内容 0004 本发明的目的是克服现有技术的不足， 提供了一种能够优化低温热整体工艺的基 于 GA-SQP 混合优化策略的低温热实时优化系统。 0005 为了达到上述目的， 本发明包括实时数据库、 低温热系统软测量模块、 能耗优化模 块、 用户界面和基于 Flash 实时信息发布模块， 其特征在于 ： 过程控制系统将采集到的温 度、 压力、 流量等过程数据传送至实时数据库 ； 实时数据传送至软测量模块， 对数据进行校 正处理， 输出软测量计算结果存入实时数据库 ； 用户通过应用操作界面配置实时模型参数 ： 能耗折算系数， 。
13、并存入实时数据库 ； 能耗优化模块通过实时数据库接口读取实时数据 ： 过 程数据与模型参数， 生成实时优化模型， 然后通过优化算法求解， 并将实时模拟计算结果 ： 实时模拟计算结果与实时优化调度方案， 通过实时数据库接口存入实时数据库 ； 用户通过 应用操作界面配置仿真计算参数， 并生成仿真指令 ； 能耗优化模块接收到仿真指令后， 开始 仿真计算， 计算完成后， 将仿真计算结果传送至用户界面 ； 基于 Flash 实时信息发布模块通 过实时数据接口读取实时数据， 然后通过Flash实时显示在Web流程图中 ； 用户界面读取实 时优化调度方案数据、 实时模拟计算结果数据和仿真计算结果数据。 00。
14、06 所述的能耗优化模块依序完成如下步骤 ： 步骤 a1. 过程数据和能耗折算系数通过 实时数据接口模块传送至能耗优化模块 ； 步骤b1.数据处理， 剔除误差 ； 步骤c1. 判断是否 启动优化计算， 如果不是进行步骤 d1, 如果是进行步骤 e1; 步骤 d1. 根据能耗计算模型进 行模拟计算， 计算完成后将能耗值传递给优化模块， 同时输出模拟计算结果 ； 步骤 e1: 根 据 GA-SQP 优化策略调整优化变量 ： 水量和水温， 并传入能耗计算模型中， 由能耗计算模型 说 明 书 CN 102360181 A CN 102360198 A2/3 页 5 计算出能耗值并返回到优化模块， 优化。
15、计算完成后， 输出优化计算结果。 0007 所述的能耗计算模型的模拟计算流程如下 ： 步骤 a2. 通过 Aspen Plus ActiveX 接口读取 Apsen Plus 换热网络模型 ； 步骤 b2. 通过 MATLAB ActiveX Automation 接口将 Aspen Plus 换热网络模型送入 MATLAB， 并生成能耗计算模型 ； 步骤 c2. 将能耗优化模型参 数 ： 过程数据、 能耗折算系数、 优化变量 ： 水量和水温传入能耗计算模型 ； 步骤d2.启动计算 程序， 完成后输出模拟计算结果 , 同时将能耗值出送至优化模块。 0008 所述的能耗优化模块的寻优流程如下 ：。
16、 步骤 a3. 能耗计算模型根据采集到的过程 数据和能耗折算系数进行模拟计算后， 将能耗值传送至遗传算法GA和序列二次规划SQP混 合优化策略， 并判断是否启动优化计算， 如果是则继续进行步骤 b3， 如果否则继续进行步骤 f3 ； 步骤 b3. 根据遗传算法 GA 进行全局寻优， 寻找全局最优调度方案 ； 步骤 c3. 输出全局 最优调度方案 ； 步骤 d3. 根据序列二次规划 SQP 进行局部强化寻优， 寻找局部最优调度方 案 ； 步骤 e3. 输出局部最优调度方案 ； 步骤 f3. 确定并输出最优调度方案。 0009 所述的软测量模块具体流程如下 ： 步骤 a4. 采集温度、 压力、 流。
17、量等数值 ； 步骤 b4. 数据处理， 剔除误差 ； 步骤 c4. 流程模拟软件 Aspen Plus 建立换热网络机理 ； 步骤 d4. 模拟计算结果 ； 步骤 e4. 判断模拟计算结果是否有对应的测量数值， 如果有对应的测量 数值则继续进行步骤 f4， 如果没有对应的测量数值则输出模拟计算值并存入实时数据库 ； 步骤f4.将实时测量数值与模拟计算值比较 ； 步骤g4.判断模拟计算值是否超出预设范围， 如果超出预设范围则预警仪表检修， 如果没有超出预设范围则将模拟计算值替换实时测量 数值后， 输出模拟计算值并存入实时数据库。 0010 所述的实时数据接口模块将 IP.21 底层 API 接口。
18、封装成高级语言 C# 版。 0011 所述的基于 Flash 实时信息发布模块发布实时信息流程具体如下 ： 实时数据库将 实时数据通过实时数据接口模块发送给Web服务器 ； Web服务器将XML格式的实时数据发 送给各个浏览器 ； 浏览器中的 Flash 播放器显示动态流程图和动态趋势图。 0012 本发明同现有技术相比， 低温热实时优化系统以流程模拟技术和火用经济学为基 础， 建立低温热系统仿真和优化模型 ； 采用经典数学规划序列二次规划 SQP 和新型群智能 优化算法遗传算法 GA 相结合的混合求解策略求解非线性优化模型 ； 利用实时数据库技术 采集生产过程实时信息， 从而实现实时监控、 。
19、离线仿真、 在线模拟和实时优化。 附图说明 0013 图 1 为本发明的软件流程图。 0014 图 2 为本发明的能耗优化模块流程图。 0015 图 3 为本发明的优化算法流程图。 0016 图 4 为本发明的软测量模块流程图。 0017 图 5 为本发明的基于 Flash 的实时信息发布模块流程图。 具体实施方式 0018 现结合附图对本发明做进一步描述。 0019 参见图 1、 图 2、 图 3、 图 4 和图 5， 本发明包括实时数据库、 低温热系统软测量模块、 能耗优化模块、 用户界面和基于 Flash 实时信息发布模块， 其特征在于 ： 过程控制系统将采 说 明 书 CN 10236。
20、0181 A CN 102360198 A3/3 页 6 集到的温度、 压力、 流量等过程数据传送至实时数据库 ； 实时数据传送至软测量模块， 对数 据进行校正处理， 输出软测量计算结果存入实时数据库 ； 用户通过应用操作界面配置实时 模型参数 ： 能耗折算系数， 并存入实时数据库 ； 能耗优化模块通过实时数据库接口读取实 时数据 ： 过程数据与模型参数， 生成实时优化模型， 然后通过优化算法求解， 并将实时模拟 计算结果 ： 实时模拟计算结果与实时优化调度方案， 通过实时数据库接口存入实时数据库 ； 用户通过应用操作界面配置仿真计算参数， 并生成仿真指令 ； 能耗优化模块接收到仿真指 令后，。
21、 开始仿真计算， 计算完成后， 将仿真计算结果传送至用户界面 ； 基于 Flash 实时信息 发布模块通过实时数据接口读取实时数据， 然后通过Flash实时显示在Web流程图中 ； 用户 界面读取实时优化调度方案数据、 实时模拟计算结果数据和仿真计算结果数据。实时数据 接口模块将 IP.21 底层 API 接口封装成高级语言 C# 版。 0020 能耗优化模块依序完成如下步骤 ： 步骤 a1. 过程数据和能耗折算系数通过实时数 据接口模块传送至能耗优化模块 ； 步骤 b1. 数据处理， 剔除误差 ； 步骤 c1. 判断是否启动 优化计算， 如果不是进行步骤 d1, 如果是进行步骤 e1; 步骤。
22、 d1. 根据能耗计算模型进行 模拟计算， 计算完成后将能耗值传递给优化模块， 同时输出模拟计算结果 ； 步骤 e1: 根据 GA-SQP 优化策略调整优化变量 ： 水量和水温， 并传入能耗计算模型中， 由能耗计算模型计 算出能耗值并返回到优化模块， 优化计算完成后， 输出优化计算结果。 0021 能耗计算模型的模拟计算流程如下 ： 步骤a2.通过Aspen Plus ActiveX接口读取 Apsen Plus换热网络模型 ； 步骤b2.通过MATLAB ActiveX Automation接口将Aspen Plus 换热网络模型送入 MATLAB， 并生成能耗计算模型 ； 步骤 c2. 将。
23、能耗优化模型参数 ： 过程数 据、 能耗折算系数、 优化变量 ： 水量和水温传入能耗计算模型 ； 步骤 d2. 启动计算程序， 完成 后输出模拟计算结果 , 同时将能耗值出送至优化模块。 0022 能耗优化模块的寻优流程如下 ： 步骤 a3. 能耗计算模型根据采集到的过程数据和 能耗折算系数进行模拟计算后， 将能耗值传送至遗传算法GA和序列二次规划SQP混合优化 策略， 并判断是否启动优化计算， 如果是则继续进行步骤 b3， 如果否则继续进行步骤 f3 ； 步 骤 b3. 根据遗传算法 GA 进行全局寻优， 寻找全局最优调度方案 ； 步骤 c3. 输出全局最优调 度方案 ； 步骤 d3. 根据。
24、序列二次规划 SQP 进行局部强化寻优， 寻找局部最优调度方案 ； 步骤 e3. 输出局部最优调度方案 ； 步骤 f3. 确定并输出最优调度方案。 0023 所述的软测量模块具体流程如下 ： 步骤 a4. 采集温度、 压力、 流量等数值 ； 步骤 b4. 数据处理， 剔除误差 ； 步骤 c4. 流程模拟软件 Aspen Plus 建立换热网络机理 ； 步骤 d4. 模拟计算结果 ； 步骤 e4. 判断模拟计算结果是否有对应的测量数值， 如果有对应的测量 数值则继续进行步骤 f4， 如果没有对应的测量数值则输出模拟计算值并存入实时数据库 ； 步骤f4.将实时测量数值与模拟计算值比较 ； 步骤g4。
25、.判断模拟计算值是否超出预设范围， 如果超出预设范围则预警仪表检修， 如果没有超出预设范围则将模拟计算值替换实时测量 数值后， 输出模拟计算值并存入实时数据库。 0024 基于 Flash 实时信息发布模块发布实时信息流程具体如下 ： 实时数据库将实时数 据通过实时数据接口模块发送给Web服务器 ； Web服务器将XML格式的实时数据发送给各 个浏览器 ； 浏览器中的 Flash 播放器显示动态流程图和动态趋势图。 说 明 书 CN 102360181 A CN 102360198 A1/5 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102360181 A CN 102360198 A2/5 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 102360181 A CN 102360198 A3/5 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 102360181 A CN 102360198 A4/5 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 102360181 A CN 102360198 A5/5 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 102360181 A 。