专利名称：基于ga-sqp混合优化策略的低温热实时优化系统的制作方法
技术领域：
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：
近年来，石化企业在“大系统能量综合利用，，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。因此，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
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。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，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。所述的能耗优化模块依序完成如下步骤步骤al.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bl.数据处理，剔除误差；步骤Cl.判断是否启动优化计算，如果不是进行步骤dl，如果是进行步骤el;步骤dl.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el: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。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。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。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.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。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。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。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、在线模拟和实时优化。
图1为本发明的软件流程图。图2为本发明的能耗优化模块流程图。图3为本发明的优化算法流程图。图4为本发明的软测量模块流程图。图5为本发明的基于Flash的实时信息发布模块流程图。
具体实施例方式现结合附图对本发明做进一步描述。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，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。能耗优化模块依序完成如下步骤步骤al.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bl.数据处理，剔除误差；步骤cl.判断是否启动优化计算，如果不是进行步骤dl，如果是进行步骤el;步骤dl.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el: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。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。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。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.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。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
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al.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bl.数据处理，剔除误差；步骤cl.判断是否启动优化计算，如果不是进行步骤dl，如果是进行步骤el;步骤dl.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el: 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。
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。
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。
全文摘要
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、在线模拟和实时优化。
文档编号G05B17/02GK102360181SQ20111026325
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者宋国营, 廖兴发, 张高博, 陈继, 马素娟 申请人:上海优华系统集成技术有限公司, 广州市优华过程技术有限公司