基于MES的甲醇工厂生产计划优化

第3期中氮肥Nb.320 1 0年5月M-Sized N trogenous Fertilizer Pr ogr essNay 20 10中氮肥No.3201基于ME S的申享王生产计划优化2010基于MES的思醇Ta其生產辣划优化(1. -上海交大工业自动化工程研究中心,上海200233 ;2..上海交通大学潘城氟200超3霞,金掏繅化齏思羝司,上海200241)(1.. 上海交大工业自动化工程研究中心，上海200233;[摘要] 基于MES信息总线的坐产计划优化系统在发型煤制甲醇卫海开发减功。本文介绍了优化模型的建立和运行。模型的系数经MES信息总线从DCS和ERP刷新,更新的模型和它当前的优化不断地适要]基于MES信息总线的生产计划优化系统在大型煤制甲醇工厂开发成功。本文介绍了优化模应新的变化着的一新所的模型和它当前的优化不断断地适[中图分羧鼂珂4里执行乘察献标识码件划; [纂章编号既1004- 9932( 2010)03- -007- -04[中图分类号] TU996 [文献标识码] A [文章编号] 1004 - 9932(2010)03 -0007 -04MES-- based Pr oducti on PI an Ooti nizati on for Met hanol PI ant ;MESsksed Production Planptimization1 for Methanol Plant弥a1 xa? 'NOOguI 3u Zhir on92。jiao, Da. 1ndustrial Aut onat i onResearch Cen200233Chi na ;Shang r." Shanghai Jiao Da Industrial Automation gUneeing-Research Center,tShanigha260233, China;2. shanghainghiagtaning"'ureresity sh2b200282hnCh! na ;3. ShanshahgNEekiJBnfCo. ; shbhtgtbh2o?z99?4chin&hi na)Abst r act ADstraet! ntnMMSimebmsbproablposduoniopl phapiniorfofof largangales eBbhP bEslH aetadonptdheanals pl ant nesdevel oped daqwlapefaplispaenethes fbor futiaiorofof opetima mdelandnid italiaiahaorerheeeff dients of thenodel are pretelverae prrsbErgmndPGS rRFERRr logwehlerMES "esgbbutheherietrtlrerfrreresoheehrieel and itscurrentKey vordsKenWuract urng exeueoni?n system.(MES) iproduction plan; coal; methanol i optimization);productionplan;Coal;nethanol;optinization.运行状况和市场变化的优化模型才有了赖以支撑0引言海行术湿和市场变化的优化模型才有了赖以支撑上海焦化有限公司是- - 家有50年历史的大的物理基础。型煤有工企业。德士古水煤浆加压气化得到的合1优花数学模型的建立煤上化海工鰹征主魏彝维訩胜棵利闢=C准睁诳历得鹦商鞍置1.1俊货檠觉攥型的建立成气主要是遭为隽紫弱时b院唉每装暨1.1设寝能絷统递明确通过模型所需研究的的气源;蕉烤基版泊式谷到借南北强条警西笈笑对象，设是案素为勇既幾朋确通过模型所需研究的然气掺混的混瓷5分别供南北2条城市燃气富对象，,一般应遵循以卡原则:的全印工国网;配制鲍低垫僥岱導谋氛卿作为炼焦胸热源=掺系藐綺痧包插观昃桥腎敝有尋数鸭喚衾部工序和甲醇售价诚循臧后妻序体现故臆时图可以抽取甲.(物科平衡);醇和CO装置的多服练蜘翊交送持送认精绀幽然伟腹系蔡统内的各计单诺感间猗确定的数字关联混系统。垂要气体淝種操慧觉图n。生产计划优化问题据物料苹衡婉率、组分、原料及公用工程消耗工艺察绕衍强曼睽带果有二求的爹曼性和矍C和质蔡统模型甜浼花滉算结巢或有用现实工程数杂性,也为优化提供了青景。生4平题优化向题糖( 岛物洗率。组分愿料及公思工程消耗的讨论由来已血8期但贝有完弋ERP- -MES- -PLC和质鼻指标氧吸翻材条数据6价格装成本和利( DCS) 3层信!樹速糖863计凝业贴近红艺装置澜氦)咽淞验证:德士古制气、制氢、南北城工储乔能绿1945 时，毋保市广极技级高霞工市煤=根据锹期原则并綃合江海焦化实际,优化模[收稿日期2009- -1 1.29型以2套(图1中仅画出1套) CHB aH _CO装 置[基金项目]科技部863计划资助项目, 2006AA042171。[作者简介]潘兆鸿(1945- -) , 男,上海市人,教授级高级工为核心,包括空分、德士古制气、制氢、南北城程师。市煤气掺混和焦炉代道气制备等工序。3中氮肥第3期焦炉钱遂煤气翥篷嚣掺湛城枣燃气焦炉代道煤气十北区掺混城市气煤菇乒发热T 2p041港佬.冷禳}'躁州∞*l回收F| 30冷箱压编_C0净化 五糖馏|:0)岗妒骨犀购羧啊嘻鳖奴黼气夕译缭习?| 100「合威H精馏7CH.OHL|净化[高乐氧湛城枣燃气煤醇种燃气系统流程未意南区掺混城市燃气图1煤制甲醇和燃气系统流程示意确策变量和目标函数约束关系共有78个,分别属于以下类模型的约束关系共有78个，分别属于以下量是优化评算生持习最的构成目标函决策变量是优化许算中得求取的构成县标函类型。(于茎凌程确宾的单元装置之阊舶连接数的未知变量。模型中共设立30个决策变量,田色括6俐睁特帚腑鸟，等亵叠丽生产负关系由图1确定,如:甲醇装置的净化气除了去翻1派荷，城市煤气和焦炉代道煤气的负荷吸其组成合成外，还可以抽出- -部分去南、北区掺混或去躑醋錒}(图1中标有箭头的流股的流率均为决策变量)。PSA装置产氢，PSA 装置的当量解吸气去北区掺私街雕讞饗目标函数瞍月标丽类婚盛为茌自精体在目前体混，这样的物料流向需要用几个变量之间的约束联制下，折旧、工资和管理费多为刚性的。因批设关系来表征。s工许寿关定F=S-Q,其中: F为边际效益，S为销售收(单羌奚酱買的物料並衢美素每每个人，Q为物耗和公用工程消耗成本。它们的原则节点的进出流股应达成质量平衡和组分平衡，蒂'表达式为S=E销售价x决策变量中的商品量,有反应的单元(变换、合成等)进出物料组分Q= E原料或公用工程单价x完全消耗系数灭决应符合反应的化学计量关系。策变量。(3) 各单元装置，包括龙壅羌曩的喾外啪血凤血从实时数据得到的直接消着系数，审投人产.束，任备单元装戢机包韬俅型机泵的皱到约数据得到的置接溝耗系数威中密接员产如甲醇装塔板漏液或压缩机喘振等因素，有的还有下限的雛肌剧建服置的德士古气、变换气、净化气、CO装置的废约束。椰照国腿约热气、非变换净化气等)的完全消耗系数以及(4)产品必须满足的质量要求，南、北区由实时数据回归得到的--些关联式(如大型机掺混后的城市燃气应分别遭足热值、Web 指娄组电耗或驱动蒸汽耗与排气量之间的非线性关系)，逐个、精确地描述电、煤、焦、蒸汽等消指标。耗与决策变量之间的关系。传统离线生钾划优(5)由外部环境或市场决定的因素,有时最军叩咖际B1覷打損化时，这类数据取自设计值或财务报表的统计还需要添加某些约束，如醋酸厂负荷变化对CO值，用常数代替关联式，这种与实际状豫的偏离气用曲弹部环境戗篩砀秧筵的因纂,有时往往使传统离线生产计划优化出现差异尚约束条件的考虑是一项细致的工作。 少了,咖勤椰1.3 建立约束关系优化结果不可行;条件之间矛盾了，优化运算师慨麒系统边界和目标函数确定后。约束条件是由可行解系统的特征和性能决定的。约束条样是目标函数1.4冼耋處曇求勇縲致的工作。少了，的遞藥，着嶴究成秦爵数进行寻优运经历了1.1~1.3的步骤后，得到了如下的界和鼻标憾憋确家盾r程垫枣条詵是由生厂计划优化模型:优型及其求解方法面的地小1.1-1.3的步骤后,得到了如下的。c帕云何1野工昱太果鼓出奠:垫莫武仗尘10中氮肥第3期(6)将处理后的数据转储到关系数据库。部分。输入部分的”计划产量"和”产品及原-旦启动计划优化系统后，将自动读人数据中氮料价格"共20个数据由ERP提供当头值,“直中间件准备姑的翰龌絡耨嫩输病询戾簌翦酪。h耪消耗系数的和件 氛体组分"恭盟徐数据由数据的平均值)旦启峰敢模梨系麴,触岑牍篑聂据料卧火:D6S骸狼系敞握痪获期前7殖h的平均擎，得到忧化雌算结果}组傲篱理者考虑调整计h揸料其余"媒气质量指标共秘“个生崩装置能力"划,并将鳖媚俘均筻系数搪撵型稹查饷和趋勢|典8爷数据曲便角暑刘黩谫磴修做鲅确认,当分析n擎，得到优化计算结果，供管理者考虑调整计熊,输户“藶氣懸轡嶄装生楼器的当前状态。划，并将备分存人关系数据库，供查询和趋势共58答瓣史装票成營认值督严或需点出”运行”3 MES生 亲杜划系统简介按银并鬟步翼的对模型进行寻优运算。优化结该软件蔡统产射婪要綾筒ES服务器和客户暴在计输博時禄工进林8优通素巷祝9多个数据端计算机,操侮篼僳统界再友好。M系编貝暴样分蝎供输屈户目限天篇幅表爽里仍选殿捅6个工况为输入、输诎算部分操作用使,需要处理 的殴是输粉掷骏抬凭化计算绪果列赶襞韧选装26个工况为输入、输出2部分，用户需要处理的只景输克下优部分省化结纂结果列于表1、表2。表1变工况下优化计算 的结果产量消耗城市煤气甲醇Co H2效益成本电煤小焦中焦 蒸汽1 蒸汽2况/%/m3.h-1 /t.d-1 /m3.h-1 /m3.h-1/kW.h.h-1 /t.d-1 /t.d-1 /t.d-1 /t.d-1 /t.d -11133 0003637300 3 100 100 100 36 1621 747366-8.5 48.623837 3003 100101.2 101.436 2671 74938-8.49.3116 700567300 3 100 105.2 102.3 36 5991769 392-8.7 .55. 5631110.1 103.736 91177740757.9160 400337300 3 100 107.4 121. 137 2951 7445017-8.247.7166 70025773003100106.1 118.5 36 2851 7354253-7.544. 9表2变工况下掺混气组分气量m'/h南区线北区线GIWGUGI wG兄掺混量焦炉气炉气净化气天然气氮气掺混量 焦炉气炉气炉气净化气天然气氮气178500 37500 11 40029 60056300 28900 22 100 1 3001200 2 10078 500 237 680400 132400 9 70009 6o26 000 0655900 33 2809026 40@2 120900 1 3db1200 2 100200 2 100268400 3257800 39800 15 70026 oot 506939%0 35 9g02219286 4o3 57900430858003788 22500 9, 5o8900 0 28品598。20o84022 1001200 2 100265 600,751003323002600o102 100i 103000 38500 21 500 9300 29500 4 10065200 28000 20 20011 60001200210075100一3230027500260010200260086800342002450023200610300038500215009300295004100C652..eohee2nu2u226091NewYonk,200 21004结语Graw- Hill Company, 1995: 184-192MES煤制甲醇工厂生产计划优化系统为流[2]rntegration in'the proceonhaustppestt Rew York : M4结语程工业企业调整生产计划，获取机会利润配置了chllenges [J]. AIChE Symp Ser 3204 94515-26Ihomas F Edgar, David'M Himmelblau, Leon s lLasdon.MES煤制甲醇为基化垒产业评戈矫浼花繁缆务警据2 Perkins FgtD.prann -Wdenx olumz on : optunutieis andOptimization of chemical processes, 2nd-ed [M]. New York:程工业企魄篷整重野详昴挖換敢執竖糴渴皑五暂的wihlwmsmdansyS 58535e" 320. 94: 15-26工具,也为煤化工企业进行运行数据、财务数据[]瑞主弘轼嘿宏宇只姓桂系统上程概论吐明.北? s Lasdon.科秋出孵社,0200f :C衅2时processes , 2nd- ed[ M . New York :的综合运用,深层挖掘和使暗芨馈提供了新的[5]何嵘Q轮王过程danM ]. zdb京:辙北嫦出版社，环境。[1 ] Bodington, C Edward. Planning， scheduling and control[4]张瑞生2?3型弘辊3;梁宏宇.过程系统工程概论[M . 北京:科学出版社, 2001 : 241- 245[参考文献][5]何小荣.化工过程优化[M.北京:清华大学出版社,[1] Bodi ngtor壳Edward. PI ann ng, scheduling and contral2003 : 223- 244 , 323- 333