一种聚氯乙烯生产过程调度方法
【专利摘要】本发明提供了一种聚氯乙烯生产过程调度方法，包括：根据聚氯乙烯PVC的需求量估算出氯乙烯单体VCM的需求量；计算出VCM的单位时间需求量；计算出中间原料的单位时间产量；根据单台设备的单位时间产量、单台设备生产中间原料的总能耗建立单台设备过程模型；根据每个单台设备的单台设备过程模型和单台设备总数得到虚拟设备的集合；计算出每个虚拟设备的最佳效率点；选择出待使用的虚拟设备；根据约束条件计算出总成本的最小值，获得满足要求的虚拟设备的单位时间产量和各个聚合釜的工作安排；根据选择出的虚拟设备和满足要求的虚拟设备的单位时间产量，计算出选择出的虚拟设备中每个单台设备的单位时间产量。通过该方法能够降低生产PVC过程的能耗。
【专利说明】~种聚氯乙婦生产过程调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业控制【技术领域】，尤其涉及一种聚氯己帰生产过程调度方法。
【背景技术】
[0002] PVC(Polyvin}d chloride polymer,聚氯己帰）性质稳定，方便加工，是五大热塑 性通用树脂之一。由于我国煤、盐、石灰石等资源丰富，电石法PVC占总产能70% W上。但 电石法生产PVC工艺复杂、能耗高、对生产操作要求高，合理的调度方案对节能降耗有重要 意义。电石法制聚氯己帰过程是一类混杂系统，既包括间歇过程，又包括连续过程。目前关 于其调度优化问题的研发成果大都聚焦在聚合环节的间歇过程，而没有涉及全流程调度。 但是，包括电石生产、电解盐水和VCM(Vin^ ^loride Monomer,氯己帰单体）合成的连续 过程耗能大，调度优化空间也大。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种聚氯己帰生产过程调度方法，能够降低生产PVC过程的能耗。
[0004] 本发明提供了一种聚氯己帰生产过程调度方法，包括：
[0005] S1 ;根据聚氯己帰PVC的需求量估算出氯己帰单体VCM的需求量；
[0006] S2 ;根据公式一计算出VCM的单位时间需求量，所述公式一为qy= uv/TH，其中，Qv 为VCM的单位时间需求量，uv为所述VCM的需求量，TH为整个调度周期的时间长度；
[0007] S3 ;根据公式二计算出中间原料的单位时间产量，所述公式二为(1。= y XQy，其 中，q。为中间原料的单位时间产量，y为中间原料的单位时间产量与VCM的单位时间需求 量之比；
[0008] S4;根据单台设备的单位时间产量、单台设备生产中间原料的总能耗建立单台设 备过程模型，所述单台设备过程模型满足：
[0009]
【权利要求】
1. 一种聚氯乙烯生产过程调度方法，其特征在于，包括： 51 :根据聚氯乙烯PVC的需求量估算出氯乙烯单体VCM的需求量； 52 :根据公式一计算出VCM的单位时间需求量，所述公式一为qv=uv/TH，其中，（^为 VCM的单位时间需求量，uv为所述VCM的需求量，TH为整个调度周期的时间长度； S3:根据公式二计算出中间原料的单位时间产量，所述公式二为1=μXqv，其中，qa 为中间原料的单位时间产量，μ为中间原料的单位时间产量与VCM的单位时间需求量之 比； S4:根据单台设备的单位时间产量、单台设备生产中间原料的总能耗建立单台设备过 程模型，所述单台设备过程模型满足：
其中，qek为第k台单台设备的单位时间产量，Edt为第k台单台设备的单位时 间产量Sqdt时的总能耗，Hdd为在第i个单位时间产量段中第k台单台设备生产一 吨中间原料的能耗，Idti为在第i个单位时间产量段中第k台单台设备的模型斜率， q&i为在第i个单位时间产量段中第k台单台设备的单位时间产量的下限， 为在第i个单位时间产量段中第k台单台设备的单位时间产量的上限，nek为单位 时间产量段的段数，所述Heki、leki、qieki、满足连续条件1和连续条件2,所述 连续条件1为：=qlfki+i，iE{1,2,…，nek - 1},Vk，所述连续条件2为：
S5:根据所述每个单台设备的单台设备过程模型和单台设备总数得到虚拟设备的集 合，其中，第（kffi-1 )个虚拟设备为第1台单台设备到第Iifn台单台设备的集合，km乏2， 虚拟设备的集合中包括：（z-l)个虚拟设备，z为单台设备的总数； 56 :根据公式三计算出每个虚拟设备的最佳效率点，所述公式三为：
实中，f为最佳效率 点，Heknek为第k台设备最后一个分段表达式中的截距，Ieknek为第k台设备最后一个分 段表达式中的斜率，q=nek为第k台设备最大单位时间产量； 57 :根据公式四选择出待使用的虚拟设备，所述公式四为 =argmin||qu -qkm||，其中，为待使用的虚拟设备中单台设备的个数，qa为所 述中间原料的单位时间产量，qkm为第(kra _ 1)个虚拟设备的最佳效率点； 58 :根据约束条件计算出总成本的最小值，获得满足最小总成本要求的虚拟设备的单 位时间产量和各个聚合釜的工作安排； S9 :根据所述选择出的虚拟设备和所述满足最小总成本要求的虚拟设备的单位时间产 量，计算出所述选择出的虚拟设备中每个单台设备的单位时间产量； 其中，所述中间原料为电石或氯化氢。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5包括： 步骤Bl:获取构成虚拟设备的单台设备集K= (Ii1,k2,…，km,m> 2}的单台设备过程 模型及其参数，记第k台单台设备的参数为
设临时设备集K' ={k'i，k' 2}，记临时设备的过程模型与参数为M' = {邱},{1;}制、严},：1E{1,2，·.,η]}，给参数t赋初值，t= 1，其中，rA 在第i个单位时间产量段中临时设备生产一吨中间原料的能耗，Γ为在第i个单位时 间产量段中临时设备的模型斜率，qf'为在第i个单位时间产量段中临时设备的单位时间 产量的下限，qf为在第i个单位时间产量段中临时设备的单位时间产量的上限； 步骤B2 :给k' 1赋值，令k'J=k1； 步骤B3:如果t=m，执行步骤B23,否则，给VJ武值，令V2=kt+1; 步骤M:获取临时设备M'的过程模型的所有单位时间 产量段，其中，Ω=QduUΩsu，表示M'所有分段点的集合，
?1，2,nel4l·，表示M'和k' 2的分段点，Qsu= = Qdu}，即临时设备 所有分段点两两求和； 步骤B5:对Ω中元素进行排序，并清除Ω中的重复元素，得到Ω= {q￡21，q￡21，… ,Qfiτ1 ； 步骤Β6 :分别给参数s、ss、f赋初值，s=l，ss=l，f= 0; 步骤B7:分别给参数i、j赋初值，i= 1，j= 1 ; 步骤B8:如果τ-2,执行步骤B9,如果S=τ-l，执行步骤B12,如果S=τ，执行 步骤Β22 ; 步骤Β9 :如果】'<nel^，执行步骤Β1〇,否则，执行步骤B11 ; 步骤BlO:任取qse[qΩ--，9Ωε;+1)，如果qeky+qekg=qs，有Cjek^iSqeky< 且S QekU<qe^j成立，则分别给f、gf、wf、j赋值,令f=f+1, gf=i, Wf= j, j = j+1 ; 步骤Bll:如果Kneki,i=i+ 1，执行步骤B9,否则，执行步骤B16 ; 步骤B12 :如果:iSneky执行步骤价3,否则，执行步骤B14 ; 步骤B13:任取qse[qΩ34Ω3+1)，如果qek;i+qekg=qs，有q^k'iiSqek;iScI^i 且4?ScIel^jS成立，则分别给f、gf、wf、j赋值,令f= f+1,gf=i, Wf= j, j = j+1； 步骤B14 :如果i<Hek^i=i+ 1，执行步骤B12,否则，执行步骤B15 ; 步骤B15:给参数u赋初值u= 1 ; 步骤B16:如果u彡f，执行步骤B17,否则，执行步骤B18; 步骤B17 :如果Iek^wu〉Iekigu '则HSu -Hek^wu+HeJ^gu +qs" =qns+i；
步骤B19:如果s彡2,执行步骤B20,否则执行步骤B21; 步骤B20:如果Γss=rT1，则进行参数合并：1'ss=rSS=H'Si^ss =ss-1;同时对Ω中的相应区间进行合并：qgsqnn，q: =qns+1;得模型M'的 最终参数Μ，= {{Η;},代},{qf,q^ieUA…,ss}}; 步骤B21 :给s、ss赋值，令s=s+1，ss=ss+1，执行步骤B7 ; 步骤B22:给k' 赋值，令k'fK'，t=t+l，执行步骤B3; 步骤B23:得到M'，M'即为虚拟设备过程模型及其参数。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 所述约束条件包括：聚合釜生产任务安排约束、产品型号切换费用约束、PVC库存约 束、PVC交货量约束、中间原料产量约束、中间原料库存约束、VCM合成速度约束、缓冲罐容 量约束。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于， 所述总成本为库存成本、电耗成本、同一个聚合釜上不同产品型号切换成本、订单截止 时间未完成生产的惩罚值之和。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于， 所述聚合釜生产任务安排约束包括：EsesYjst<I,VjeI,teT 其中，τ为聚合釜的集合，τ为时间的集合：s为产品型号的集合：
其中，Pt为聚合时间，M为一个足够大的正数； 所述产品型号切换费用约束包括：
所述PVC库存约束包括： Storagept= storagep η+ ΣkP k*Yjk(t_pt)*caj-supplyt; Vple <Storagept <Vpup,VtGΤ; 其中，storage为时间t的PVC库存；supplyt为时刻t交货量；Vpup、Vple为PVC库存 的上下限； 所述PVC交货量约束包括：supply,·,^ R1s；
其中，Supplyis为订单i的交货量，Ris为订单i中k产品的需求量；di为订单i的交货 时间； 所述中间原料产量约束包括： Qale^ q qaup； 其中，1为中间原料的单位时间产量；qΛqaup分别为中间原料单位时间产量的上下 限； 所述中间原料库存约束包括： Vcle^ stoco ^ Vcup； 其中，Stoco为初始库存；Vcui^P V，为中间原料仓库容量上下限； 所述VCM合成速度约束包括： flle <qv <flup,VtGΤ; 其中，qvS VCM的单位时间需求量，f 1?和f Ile表示VCM单位时间产量上下限； 所述缓冲罐容量约束包括： Storagevt <Vv,VtGT; 其中，^为缓冲罐容量；TH表示整个调度周期的时间长度，Yw0-1变量，值为1表示 在时间t聚合荃j开始生产产品s,chj,s,s~ti，t2,s矣s' 0-1变量，表示聚合荃j在&开始生 产产品S，时间，t2开始生产产品S'，如果Yjgt = 〇,VSt1 <t<t:2,则chj)s,s',ti,t2 = 1， 表不发生型号切换。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于， 所述总成本为C=Ci+Q+Q+C；; 其中，C1 =coc *[(stoco-ua) *TH-f(qa -ua) *(1H 广?] +
C2=Σteτμ*min[ele(t),p] +μ，*max{0,Σteτ[(ele(t)_ρ]}；
共T，L起、；％斗、，L1A/牛廿；％斗、，ωΡνρμω。分别为单位PVC和中间原料库存 成本，Ua为中间原料用量；C2为电耗成本，μ为工厂自供电价，μ^为外购电价， ele(t) <P+p',vteΤ，ele(t) =Ee+Σ』eJZjst*Eljs，p和Ρ，分别为厂内自供和外购电 量上限，艮为所述虚拟设备单位时间耗电量，El>为聚合釜j生产产品s单位时间耗电量，Zjst为二值变量，表示聚合釜j是否在使用，C3为同一个聚合釜上不同产品型号切换对生产 的影响，C0为每次型号切换的惩罚值，C4为订单截止时间未完成生产的惩罚值，δs为单位 产品s的惩罚系数。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S8包括： 根据公式五计算总成本的最小值，所述公式五为：minC=Inin(CjQ^CfC4)，s.t.聚合釜生产任务安排约束、产品型号切换费用约束、PVC库存约束、PVC交货量约 束、中间原料产量约束、中间原料库存约束、VCM合成速度约束、缓冲罐容量约束。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述S8包括： 对〇2=乙teTy*min[ele(t)，p] +y^ *max{0,EteT[(ele(t)-p]}进行线性化，得到minC2=min(y*ele1(t) +y' *ele2(t)),其中，elejt) >0、ele2(t)SCKeleJO+eleJt) =ele(t)、elejt)彡p，eZeJt) +e/e2(t) <p+VteΓ。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述S9包括： 步骤Dl:确定虚拟设备叱以及构成此虚拟设备的单台设备集K={kpk2,…，km}，m彡2 和由其子集列构成的虚拟设备序列{Mt,t= 2,…，m}，虚拟设备Mm单位时间产量为qs，t= m，该虚拟设备由m台单台设备组成； 步骤D2 :确定虚拟设备队在qs单位时间产量段的表达式：Es=Hs+ls*qs; 步骤D3 :如果t< 1，执行步骤D8,否则，执行步骤D4 ; 步骤D4 :对于 的模型及参数Lkt =Hktl 十lktiqek,q[tiS
qekSq。Iet丄,Z,…，nktj，如果is= V且Ii幺lkti,执行步骤D5,如果Is =Ikti且Ikti幺li,执行步骤D6 ; 步骤D5 :计算单台设备kt的单位时间产量qt，其中，qt =^kti，并计算虚拟设备Mg的 单位时间产量q'，其中，q'=qs -qlfti，执行步骤D7; 步骤D6:计算临时虚拟设备的单位时间产量qf，计算单台设备kt的单位时间产量cIs; _qf，执行步骤137; 步骤D7 :给t、qj武值，令t=t-l;qs=qS执行步骤D2 ; 步骤D8 :输出每个单台设备的单位时间产量。
【文档编号】G06F19/00GK104448073SQ201410650538
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】黄德先, 江永亨, 田妙苗, 高小永 申请人:清华大学