[發(fā)明專利]基于Petri網(wǎng)的鐵區(qū)物質(zhì)流與能量流的混合控制方法

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• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104199397A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王紅君;高琨;趙輝
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 天津天麓律師事務(wù)所 12212
• 代理人: 王里歌

(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于鐵的冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于Petri網(wǎng)的鐵區(qū)物質(zhì)流與能量流的混合控制方法。

(二)背景技術(shù)：

我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展迅猛，鋼鐵產(chǎn)量連年雄據(jù)世界首位，鋼鐵企業(yè)在支撐我國經(jīng)濟社會高速發(fā)展的同時，也面臨巨大的資源能源壓力和環(huán)境問題，節(jié)能減排任務(wù)日益繁重。鋼鐵生產(chǎn)系統(tǒng)是一個時變非線性強耦合的多裝備、多過程、多工序的復(fù)雜流程工業(yè)系統(tǒng)，而解決鐵區(qū)能源系統(tǒng)建模問題是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠破解能源消耗機理、優(yōu)化能源調(diào)度策略，進而提出切實可行的節(jié)能減排技術(shù)措施。

鐵區(qū)能耗約占鋼鐵企業(yè)總能耗的70％，因此，鐵區(qū)節(jié)能是鋼鐵工業(yè)節(jié)能的重中之重。2013年我國大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼綜合能耗為592千克標(biāo)煤/噸，約占鋼鐵企業(yè)各種爐窯的能量消耗中的15％～35％的廢氣余熱未得到充分利用，是造成鋼鐵企業(yè)能耗高的一個主要原因。在余能余熱利用方面，發(fā)達國家的余能余熱的回收率已達到92％以上，其企業(yè)能耗費用僅占產(chǎn)品成本的14％左右。我國大多數(shù)鋼鐵企業(yè)的余能余熱回收率則低于50％，能耗費用占成本的30％以上。加強鋼鐵企業(yè)中對余能余熱的回收利用對于鋼鐵企業(yè)的節(jié)能降耗和提高鋼鐵工業(yè)的整體效益具有重大意義。

因此，針對鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的工藝流程、一次能源的投入和余氣余熱余能的分配轉(zhuǎn)換關(guān)系建立模型，層次化地描述鋼鐵企業(yè)鐵區(qū)能流物流的能耗過程，為進一步分析和優(yōu)化鐵區(qū)的能耗情況奠定了基礎(chǔ)，也為鐵區(qū)能源調(diào)度提供了支持，對提高余能余熱資源回收率、減少鋼廠能耗具有重要的意義。

(三)發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于Petri網(wǎng)的鐵區(qū)物質(zhì)流與能量流的混合控制方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種可以解決鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)混合控制難的物質(zhì)流與能量流混合模型的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于Petri網(wǎng)的鐵區(qū)物質(zhì)流與能量流的混合控制方法，其特征在于它包括實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、鐵區(qū)物質(zhì)流與能量流混合控制、優(yōu)化調(diào)度及生產(chǎn)控制；具體包括以下步驟：

(1)實時數(shù)據(jù)采集：通過實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上預(yù)留的管理自動化接口，應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)采集鐵區(qū)焦化工序、燒結(jié)工序和煉鐵工序中的燃料與能源介質(zhì)的投入、物質(zhì)與余熱余能余氣的產(chǎn)出和余熱余能的能量轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)；

(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理：對步驟(1)中實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行篩查，將故障數(shù)據(jù)篩除，進而計算出所采集數(shù)據(jù)中各種能源每月的平均消耗量和平均回收量，以及原材料的平均消耗量和平均每月產(chǎn)量，并把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一成噸標(biāo)煤的單位量綱，然后把數(shù)據(jù)分別存儲到焦化工序、燒結(jié)工序和煉鐵工序所對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中；

(3)鐵區(qū)物質(zhì)流與能量流混合控制：首先，通過步驟(1)及步驟(2)，進一步明確焦化工序、燒結(jié)工序和煉鐵工序的能源物質(zhì)投入量與產(chǎn)出量之間的關(guān)系以及產(chǎn)出量中的二次能源的轉(zhuǎn)換利用及對一次投入的影響；

在產(chǎn)出量中的二次能源轉(zhuǎn)換利用中采用按能級匹配的原則進行有效利用，提高二次能源利用率；通過對二次能源的利用與一次能源投入量進行協(xié)調(diào)配合，不斷調(diào)整一次能源投入量，達到優(yōu)化、節(jié)能的目的；

(4)基于混雜Petri網(wǎng)的鐵區(qū)物流能流的控制：將步驟(2)中處理的數(shù)據(jù)作為模型中連接弧上的權(quán)函數(shù)值，將應(yīng)用simulink/stateflow實現(xiàn)的模型中的Petri網(wǎng)庫所與stateflow中的狀態(tài)對應(yīng)，將Petri網(wǎng)中的變遷與stateflow中的遷移連線對應(yīng)，將Petri網(wǎng)中的變遷的發(fā)生規(guī)則與stateflow中遷移的遷移關(guān)系式對應(yīng)，stateflow中的變遷對應(yīng)焦化工序、燒結(jié)工序和煉鐵工序和能源轉(zhuǎn)換的狀態(tài)的entry動作；根據(jù)鐵區(qū)物質(zhì)流與能量流的混雜Petri網(wǎng)模型權(quán)函數(shù)的賦值，建立Petri網(wǎng)中的優(yōu)化控制stateflow模型，從而實現(xiàn)對鐵區(qū)物流能流的控制；

(5)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)對焦化工序、燒結(jié)工序和煉鐵工序和能源轉(zhuǎn)換進行控制，即可動態(tài)地反映傳統(tǒng)鐵區(qū)的物質(zhì)流與能量流的混雜Petri網(wǎng)模型中stateflow模型及優(yōu)化控制stateflow模型的焦化工序、燒結(jié)工序和煉鐵工序和能源轉(zhuǎn)換的啟停狀態(tài)；同時可以設(shè)定輸入輸出、初始狀態(tài)及時間參數(shù)；

(6)優(yōu)化調(diào)度：根據(jù)步驟(5)中鐵區(qū)物質(zhì)流與能量流焦化工序、燒結(jié)工序和煉鐵工序和能源轉(zhuǎn)換的啟停狀態(tài)結(jié)果，改變一次投入的能源量再進行測試，即可得到優(yōu)化的調(diào)度方案；

(7)把步驟(6)得到的優(yōu)化方案的數(shù)據(jù)反饋到生產(chǎn)控制中去，從而實現(xiàn)對鐵區(qū)的生產(chǎn)控制。