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面向炼油过程调度的建模与仿真

2020-12-13阅读(976)

面向炼油过程调度的建模与仿真

论文摘要

在全球化和激烈的市场竞争中,高效的生产调度是炼油企业提高竞争力和利润的重要保证。但是,由于炼油生产过程的复杂性和调度问题的NP-Hard本性,炼油企业的生产调度虽然在理论研究上取得了一些进展,而在实践中仍是以人工经验为主。一个合理规模的调度优化模型不能详细地描述生产过程并且得到的解可能不具备操作灵活性,“仿真+启发式规则”被认为是炼油过程调度未来的一个发展趋势。然而,目前国内外专门针对炼厂调度仿真的研究还非常有限。因此,本文在综述了炼厂调度的仿真需求、炼油过程建模与仿真和VV&A验证的研究现状后,对面向炼油过程调度的建模、仿真及验证进行了相关的研究,并进行了调度仿真系统原型开发,其主要内容如下：1.在基于描述模型的仿真框架的基础上,参考企业-控制集成系统建模标准ISA SP95和多分辨率建模理论,对炼油企业的MES层描述模型及其要素进行了定义和讨论,并运用E-R建模方法建立了概念数据模型。同时,还讨论了MES层描述模型与PCS/ERP层描述模型的聚合／解聚关系。2.着重讨论了以物流为主的炼油过程生产单元的统计建模,包含关键质量性质、生产装置能耗预测和生产不确定性等因素,并尝试把整理和改进的统计模型引入到调度仿真中。在物流仿真建模的基础上,以硫含量和装置耗电预测为例子建立了简化的物性和装置能耗预测数学模型。3.根据炼厂调度对仿真的需求,运用数据库技术和面向对象技术构建了一个可视化的调度仿真系统。该系统采用了稳态流程模拟和以固定仿真时钟推进的离散事件系统动态仿真相结合的仿真策略。该系统包含有图形化基础模型库和生产装置仿真模型库,便于用户进行快速的流程建立和仿真实验。4.以国内某真实炼油厂为实例对象,以物流仿真为主对仿真系统进行了验证,其内容包括PCS/MES生产流程验证、单元装置仿真模型验证和多批次全流程稳态物流仿真验证。验证结果说明了可行性和有效性。最后在总结全文的基础上,提出了下一步研究的目标和方向。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 表格
  • 插图
  • 术语及符号
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 炼油过程调度对仿真的需求
  • 1.2.1 炼油过程的生产特点
  • 1.2.2 炼油过程调度研究现状及难点
  • 1.2.3 仿真在炼油过程调度中的应用
  • 1.3 炼油过程的建模和仿真研究
  • 1.3.1 过程单元的建模
  • 1.3.2 系统仿真方法概述
  • 1.4 仿真模型的VV&A概述
  • 1.5 本文的研究内容及组织结构
  • 1.6 本章小结
  • 第二章 炼油过程调度的描述模型
  • 2.1 引言
  • 2.1.1 基于描述模型的仿真框架
  • 2.1.2 企业-控制集成系统概述
  • 2.2 MES层描述模型的概念设计
  • 2.2.1 设备层次模型
  • 2.2.2 炼油设备的属性
  • 2.2.3 炼油设备的加工方案
  • 2.2.4 物料和物性的定义
  • 2.2.5 公用工程消耗的描述
  • 2.2.6 动态数据的描述
  • 2.3 PCS/MES/ERP层描述模型的关系
  • 2.4 MES层描述模型的E-R设计
  • 2.4.1 E-R建模方法
  • 2.4.2 静态数据的E-R模型
  • 2.4.3 动态数据的E-R模型
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 炼油过程调度的仿真模型
  • 3.1 引言
  • 3.2 常减压装置的仿真模型
  • 3.2.1 原油的实沸点蒸馏
  • 3.2.2 切割温度和产率的关系
  • 3.2.3 侧线物性的选取和估算
  • 3.3 二次加工装置的仿真模型
  • 3.3.1 主要装置工艺简介
  • 3.3.2 投入-产出模型
  • 3.3.3 Delta-Base模型
  • 3.3.4 公用工程消耗模型
  • 3.4 其他炼油设备的仿真模型
  • 3.5 仿真模型中的不确定性
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 调度仿真系统的设计与实现
  • 4.1 引言
  • 4.1.1 开发背景及需求
  • 4.1.2 功能框架和网络架构
  • 4.2 系统仿真策略及方法
  • 4.2.1 系统结构分析
  • 4.2.2 序贯模块法求解
  • 4.2.3 对调度事件的支持
  • 4.3 数据库设计与实现
  • 4.3.1 数据库对象的建立
  • 4.3.2 数据模型的图形化
  • 4.4 仿真系统的界面设计
  • 4.4.1 生产指令配置界面
  • 4.4.2 仿真及结果查询界面
  • 4.5 面向对象的实现方法
  • 4.5.1 面向对象技术
  • 4.5.2 软件实现结构
  • 4.5.4 几个关键类的介绍
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 工厂仿真实例的验证
  • 5.1 某炼油厂工艺流程概述
  • 5.2 仿真实例的验证思路
  • 5.3 生产流程正确性的验证
  • 5.3.1 PCS层生产流程的核对
  • 5.3.2 MES层生产流程的核对
  • 5.4 仿真模型实例的验证
  • 5.4.1 单元装置回归实例及验证
  • 5.4.2 多批次物流仿真验证
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结束语
  • 6.1 研究工作总结
  • 6.2 研究工作展望
  • 参考文献

    • 相关论文文献

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