一種工業(yè)領(lǐng)域有序運行的控制策略

徐卿濤 任志遠(yuǎn) 向成兵 朱衛(wèi)東

（煙臺東方能源科技有限公司，山東 煙臺 264043）

0 引言

目前，對于具有多條生產(chǎn)線的大型生產(chǎn)系統(tǒng)來說，各條生產(chǎn)線分別執(zhí)行各自的生產(chǎn)任務(wù)，總控系統(tǒng)僅能夠?qū)Ω魃a(chǎn)線進(jìn)行簡單的監(jiān)視，無法對各生產(chǎn)線的生產(chǎn)執(zhí)行情況進(jìn)行智能化調(diào)控，因此經(jīng)常會出現(xiàn)電力負(fù)荷大幅波動、峰值過高的問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)以及廠內(nèi)供電的安全性。

該文介紹了工業(yè)設(shè)備有序運行的控制策略，通過對各生產(chǎn)線的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)就緒信號、周期結(jié)束信號、工藝參數(shù)信號和用電功率進(jìn)行匯總，然后對所有生產(chǎn)線下一周期的負(fù)荷曲線進(jìn)行預(yù)測，計算出能夠使用電總負(fù)荷峰值最低的生產(chǎn)序列排布，并此在不同時間點分別控制各生產(chǎn)線啟動生產(chǎn)。

1 軟件架構(gòu)

以新一代數(shù)據(jù)處理平臺WinCC為核心，運用C語言，VB程序和西門子PLC程序進(jìn)行數(shù)據(jù)運算處理。擁有能源監(jiān)控、計量計費、用能分析、負(fù)荷預(yù)測、用能計劃、設(shè)備管理、智能報表等常用功能模塊以及對實時任務(wù)進(jìn)行有序處理的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

2 基本原理

通過測量，記錄密煉機(jī)當(dāng)前工藝生產(chǎn)周期內(nèi)的負(fù)荷波動曲線

當(dāng)前密煉機(jī)總負(fù)荷為

當(dāng)特征曲線為yn（tm）的設(shè)備需要投入運行時，系統(tǒng)會計算出在允許等待時限kT內(nèi)，該設(shè)備投入后的預(yù)測計算值，選擇對總負(fù)荷影響最小的一個切入時間點投入。

預(yù)測計算策略如下：

選擇一種最小峰值預(yù)測，即Y（t+kT）最小的測算計算值，在第kT時間點投入設(shè)備。

3 實現(xiàn)方法

由于并不是在每次分析計算時所有生產(chǎn)線均已放料就緒，對于尚未放料的生產(chǎn)線，其放料就緒時間是不確定、不可預(yù)測的，因此無法確保在任何時刻都能對所有生產(chǎn)線的投料時刻進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化。為了盡量確保優(yōu)化的全局性，當(dāng)新料投入生產(chǎn)線時，應(yīng)將已放料、已計算投料延時但尚未投料（且來得及調(diào)節(jié)投料時刻）的所有生產(chǎn)線的投料延時重新優(yōu)化，而不是將已計算好的生產(chǎn)線的功率曲線作為確定條件進(jìn)行計算。

根據(jù)每條生產(chǎn)線的實際功率曲線和歷史投料信號，可以提取出各生產(chǎn)線每一次投料生產(chǎn)過程的功率特征曲線。

根據(jù)上一次投料時刻、本次即將投料時刻，可以預(yù)測出延續(xù)至下一投料周期結(jié)束時已經(jīng)確定的總負(fù)荷

在已確定總負(fù)荷Y（tm）的基礎(chǔ)上，通過控制投料延時調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)負(fù)荷，使所有生產(chǎn)線的總功率峰值最低，且要求投料延時相應(yīng)的下一投料時刻為當(dāng)前狀態(tài)下的最佳投料時刻。

即將投料的生產(chǎn)線，進(jìn)入待投料隊列，不允許重新調(diào)整，并用于下一周期內(nèi)已經(jīng)確定總負(fù)荷的預(yù)測；等到了投料時刻且上一生產(chǎn)周期已實際結(jié)束，則發(fā)出相應(yīng)的投料控制命令，并根據(jù)反饋的投料信號清除對應(yīng)的就緒信號。

實際控制是離散的，按采樣點間距離散化后，所有的時間均可用計數(shù)器來標(biāo)示，象放料就緒時刻、投料時刻、當(dāng)前時刻等。

由于采用枚舉延時的方法尋求最優(yōu)解，計算量較大?？刹捎迷龃笱陲椪{(diào)節(jié)顆粒度及對就緒生產(chǎn)線進(jìn)行動態(tài)分組的方式進(jìn)行簡化計算。設(shè)計具體程序邏輯時，根據(jù)以下方法評估計算量，選取合適的控制參數(shù)。

設(shè)定一起優(yōu)化的生產(chǎn)線最大數(shù)量為nplant.max，當(dāng)有nplant.ready條生產(chǎn)線就緒時，分為

完成一次計算需要進(jìn)行加法運算的次數(shù)為

4 仿真結(jié)果

在啟動有序運行控制邏輯之前，各生產(chǎn)線隨機(jī)起動運行，多處用電負(fù)荷尖峰重疊，導(dǎo)致總負(fù)荷波動較大且多條生產(chǎn)線負(fù)荷尖峰疊加處總功率尖峰較大，最高峰達(dá)到6 000 kW，因此給電網(wǎng)帶來較大沖擊和負(fù)擔(dān)。而在啟動有序運行控制邏輯之后，各生產(chǎn)線起動時間經(jīng)過系統(tǒng)計算得出，使各條生產(chǎn)線的用電負(fù)荷尖峰有效錯開，進(jìn)而使總負(fù)荷波動變小且絕大多數(shù)最高峰能控制在4 000 kW以內(nèi)，這樣對電網(wǎng)的沖擊和負(fù)擔(dān)將大大降低，提高了電網(wǎng)運行的可靠性。

仿真結(jié)果表明，該文提到的有序運行控制策略能對多條生產(chǎn)線的用電總負(fù)荷峰值進(jìn)行有效削減，在工程應(yīng)用上有一定的參考價值。

5 結(jié)語

該文針對工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的有序運行控制策略的研究已趨于成熟，算法有效性不斷提高，但一些特殊生產(chǎn)領(lǐng)域的設(shè)備在運行過程中還存在很多不確定性，象突然改變生產(chǎn)工藝配方、人為停機(jī)開機(jī)、臨時檢修等。因此，有效識別出這種非正常因素并將其剔除掉，是另一個較為關(guān)鍵的技術(shù)問題。

近些年人工智能在工業(yè)領(lǐng)域取得了很多進(jìn)展，加強(qiáng)設(shè)備的自學(xué)習(xí)功能是新的研究重點和方向，人工智能在特殊的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用還需要進(jìn)一步探索。