一种多台生产设备均衡负荷的优化控制方法与流程
本发明涉及一种均衡多台生产设备负荷的优化控制方法。
背景技术：
目前，对于具有多台周期性运行、周内负荷变化较大的高端制造大中型生产系统，在生产中负荷占比较大，各自独立运行时，每台设备的负荷高峰无序的叠加或错开，会造成总负荷波动较大，严重的会影响生产的正常运行以及厂区内供电的安全性，造成电网波动较大。
技术实现要素：
本发明提出了一种多台生产设备均衡负荷的优化控制方法，其目的是：(1)对具有多台周期性运行、负荷变化较大的大中型生产系统进行监控，避免负荷波动过大，确保生产的正常运转和供电的安全性；(2)实时调整，确保优化的持续性和及时性。
一种多台生产设备均衡负荷的优化控制方法，其特征在于步骤如下：
(1)采集各生产设备的用电功率，获得每台设备的周期负荷曲线；
(2)计算或设置每台设备在每个生产周期内的允许等待的最大时间；
(3)设定触发条件，在所述多台生产设备所在生产系统开始运行时以及所述触发条件满足时，执行步骤(4)；
(4)通过随机法分别获取各设备进入下一轮生产周期之前的等待时间，得到一个等待方案，并根据每台设备的周期负荷曲线计算该等待方案所对应的、在所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线以及该总负荷曲线的波动值；
(5)重复步骤(4)若干次，选择总负荷曲线的波动值最小的等待方案执行；
(6)等待至下一次触发条件满足时，跳转执行步骤(4)。
进一步的，所述周期负荷曲线为：punit,i(t)，0≤t≤tunit,i；式中，i为生产设备序号，tunit,i为第i台生产设备每执行一次生产周期所需要的时间；
然后对时间变量按单位时间值δt离散化处理，得到周期负荷曲线向量：p’(unit,i)＝{punit,i(δt),punit,i(2δt),……,punit,i(kunit,iδt)}，式中kunit,iδt＝tunit,i。
进一步的，所述步骤(4)中，设第i台在每个生产周期内的允许等待的最大时间为ti＝kiδt，
然后从第1台设备开始：
(4.1)将第1台设备作为当前设备：
(4.1.1)设当前设备设为第j台设备，将第j台设备进入下一轮生产周期之前的等待时间tdelay,j＝kdelay,jδt中kdelay,j置为0，排在当前设备之后的各设备的等待时间tdelay,i＝kdelay,iδt中的kdelay,i分别在kdelay,i≤ki范围内随机取值，此处j＜i≤n，n为生产设备总数，然后计算所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线向量及该向量中最大值与最小值的差值即总负荷曲线的波动值；
(4.1.2)将当前设备的kdelay,j加1，排在当前设备之后的设备的kdelay,i依然各自分别随机取值，然后计算所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线向量及该向量中最大值与最小值的差值即总负荷曲线的波动值；
(4.1.3)重复步骤(4.1.2)直至kdelay,j＝kj即tdelay,j＝tj；然后选取总负荷曲线的波动值的最小值所对应的tdelay,j作为当前等待方案中确定下的当前第j台设备的进入下一轮生产周期之前的等待时间tdelay,j＝kdelay,jδt；
(4.2)锁定已确定下的等待时间，将下一台设备作为当前设备，重复步骤(4.1.1)至(4.1.3)，直至将所有设备进入下一轮生产周期之前的等待时间tdelay,j都确定下来，得到一个所述等待方案，并计算等待方案所对应的在所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线向量以及该总负荷曲线的波动值。
进一步的，所述计算所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线向量的方法为：
如果第j台设备正处于生产周期，已经运行的时间为xδt，则该设备当前周期的负荷向量
设该设备当前设定的进入下一轮生产周期之前的等待时间为tdelay,j＝kdelay,jδt，则该设备的等待负荷向量为
并且，该设备下一周期负荷向量为
该设备在完成下一轮生产周期之前的负荷曲线向量为
如果第j台设备是在等待进入下一次生产周期的设备，已经等待的时间为xδt，当前设定的进入下一轮生产周期之前的等待时间为tdelay,j＝kdelay,jδt，则该设备当前等待负荷向量
并且，该设备下一周期负荷向量为
该设备在完成下一轮生产周期之前的负荷曲线向量为
然后将所有生产设备的
进一步的，所述触发条件为：
(a)有设备即将结束本次生产周期且该设备下一次生产周期的准备工作已经就绪，所述即将结束的判断依据是距离结束的时间或者生产设备当前的生产状态；
或者，
(b)有设备已经结束上一次生产周期处于等待状态，且该设备下一次生产周期的准备工作已就绪；
或者，
(c)下一次生产周期的准备工作一直未有设备就绪，但当前距离与上一次开始执行步骤(4)的时间间隔大于等于所有生产设备中最短的生产周期时间。
进一步的，根据每次的实际延时时间，计算当天因延时等待造成的每小时平均空载率：空载率等于所有生产设备的实际等待时间之和除以所有生产设备的实际执行生产周期的时间之和后、再除以生产系统运行的时间。
进一步的，步骤(5)中，重复步骤(4)5次。
进一步的，步骤(1)中，连续采集各生产设备五个生产周期的用电功率，再取平均值得到每台设备的周期负荷曲线。
相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：(1)本发明对具有多台周期性运行、负荷变化较大的大中型生产系统中生产设备状态进行监控，通过计算延迟等待时间的方式避免系统负荷波动过大，确保生产的正常运转和供电的安全性；(2)本发明通过实时监控、设定触发条件实时启动计算的方式对等待时间进行实时调整，确保优化的持续性和及时性；(3)本发明采用循环计算、随机取值和步进取值相结合的方式确定等待时间，然后通过波动值的比较选取最佳方案，相较于枚举法，计算量会成几何倍数的下降，并且优化结果接近最优值，在保证优化效果的情况下大大降低了计算量，提高了系统的计算效率。
附图说明
图1为本控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的技术方案：
如图1，一种多台生产设备均衡负荷的优化控制方法，步骤如下：
(1)采集各生产设备的用电功率，获得每台设备的周期负荷曲线；具体方式为，连续采集各生产设备五个生产周期的用电功率，再取平均值得到每台设备的周期负荷曲线。
所述周期负荷曲线为：punit,i(t)，0≤t≤tunit,i；式中，i为生产设备序号，tunit,i为第i台生产设备每执行一次生产周期所需要的时间；
为方便计算，对时间变量按单位时间值δt离散化处理，得到周期负荷曲线向量：p’(unit,i)＝{punit,i(δt),punit,i(2δt),……,punit,i(kunit,iδt)}，式中kunit,iδt＝tunit,i。
(2)计算或设置每台设备在每个生产周期内的允许等待的最大时间。对于某生产设备，其当日允许的运行总时间、当日的生产周期执行次数均是计划好的，通过当日的生产周期执行次数与其生产周期时间相乘可得到其当日实际执行生产的总时间，用其当日允许的运行总时间减去当日实际执行生产的总时间，然后再用差值除以当日的生产周期执行次数，即可得到在每个生产周期内的允许等待的最大时间。也可以根据实际情况手动设置一个允许等待的最大时间。
(3)设定触发条件，在所述多台生产设备所在生产系统开始运行时以及所述触发条件满足时，执行步骤(4)。
所述触发条件是指：
(a)有设备即将结束本次生产周期且该设备下一次生产周期的准备工作已经就绪，所述即将结束的判断依据是距离结束的时间或者生产设备当前的生产状态；
或者，
(b)有设备已经结束上一次生产周期处于等待状态，且该设备下一次生产周期的准备工作已就绪；
或者，
(c)下一次生产周期的准备工作一直未有设备就绪，但当前距离与上一次开始执行步骤(4)的时间间隔大于等于所有生产设备中最短的生产周期时间。
即使上述条件(a)和(b)不满足，也可以根据条件(c)判断是否立刻执行调整计算，以保证优化效果，防止因某几台设备料未备好，造成较长时间不计算的情况。
(4)通过随机法分别获取各设备进入下一轮生产周期之前的等待时间，得到一个等待方案，并根据每台设备的周期负荷曲线计算该等待方案所对应的、在所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线以及该总负荷曲线的波动值。
具体的，设第i台在每个生产周期内的允许等待的最大时间为ti＝kiδt，
然后从第1台设备开始：
(4.1)将第1台设备作为当前设备：
(4.1.1)设当前设备设为第j台设备，将第j台设备进入下一轮生产周期之前的等待时间tdelay,j＝kdelay,jδt中kdelay,j置为0，排在当前设备之后的各设备的等待时间tdelay,i＝kdelay,iδt中的kdelay,i分别在kdelay,i≤ki范围内随机取值，此处j＜i≤n，n为生产设备总数，然后计算所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线向量及该向量中最大值与最小值的差值即总负荷曲线的波动值；
(4.1.2)将当前设备的kdelay,j加1，排在当前设备之后的设备的kdelay,i依然各自分别随机取值，然后计算所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线向量及该向量中最大值与最小值的差值即总负荷曲线的波动值；
(4.1.3)重复步骤(4.1.2)直至kdelay,j＝kj即tdelay,j＝tj；然后选取总负荷曲线的波动值的最小值所对应的tdelay,j作为当前等待方案中确定下的当前第j台设备的进入下一轮生产周期之前的等待时间tdelay,j＝kdelay,jδt；
(4.2)锁定已确定下的等待时间，将下一台设备作为当前设备，重复步骤(4.1.1)至(4.1.3)，直至将所有设备进入下一轮生产周期之前的等待时间tdelay,j都确定下来，得到一个所述等待方案，该等待方案包括一组与各设备相对应的、确定下来的等待时间。然后计算等待方案所对应的在所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线向量以及该总负荷曲线的波动值。
所述计算所有生产设备都完成下一轮生产周期之前生产系统的总负荷曲线向量的方法为：
如果第j台设备正处于生产周期，已经运行的时间为xδt，则该设备当前周期的负荷向量
设该设备当前设定的进入下一轮生产周期之前的等待时间为tdelay,j＝kdelay,jδt，则该设备的等待负荷向量为
并且，该设备下一周期负荷向量为
该设备在完成下一轮生产周期之前的负荷曲线向量为
如果第j台设备是在等待进入下一次生产周期的设备，已经等待的时间为xδt，当前设定的进入下一轮生产周期之前的等待时间为tdelay,j＝kdelay,jδt，则该设备当前等待负荷向量
并且，该设备下一周期负荷向量为
该设备在完成下一轮生产周期之前的负荷曲线向量为
然后将所有生产设备的
设备的顺序可以是手动指定，也可以是根据每个周期允许等待的最大时间进行排序，也可以是按其它条件排序或随机排序。
(5)重复步骤(4)若干次，选择总负荷曲线的波动值最小的等待方案执行。优选重复5次，即可得到与枚举法接近的优化效果，且极大地提高了计算效率。
(6)等待至下一次触发条件满足时，跳转执行步骤(4)。
根据每次的实际延时时间，计算当天因延时等待造成的每小时平均空载率：空载率等于所有生产设备的实际等待时间之和除以所有生产设备的实际执行生产周期的时间之和后、再除以生产系统运行的时间。该数据用于为后来的计划制定、等待时间的设定和生产管理提供依据。
对于不需要参与优化的生产设备，可将其设定为旁路模式，或设备处于手动模式时，其不参与上述计算，即在进行上述运算过程中，将其排除在“所有生产设备”和“生产系统”之外。
该生产系统的硬件方面主要有集中控制中心：包括可编程控制器、网络控制模块等，控制中心与各设备控制设备(包括控制模块和网络模块)通过网络方式连接，实际应用中可根据设备的数量确定网络控制器的数量，根据设备距离确定采用网线或光纤传输。作为运算主体的控制中心，必须能够实时获取各生产设备的状态信号，包括其当前的生产状态以及备料情况等，作为本方法运算和判断的依据。
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