流程工业复杂输送系统的建模、控制与优化

来源 :中国科学院自动化研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chunxi1208
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输送系统是流程工业中一个重要的工艺环节,但是由于结构较为简单,对输送控制系统的研究经常被忽视。在大规模输送控制系统中,设备数目多,功能需求复杂,传统的控制方案不仅无法实现优化和调度等高级功能,甚至很难胜任流程的顺序控制等基本功能。输送控制系统的控制方案亟待改变。   大量应用案例已经证明,面向对象方法在复杂工业控制系统中可以通过简化系统结构以提高开发效率。输送控制系统具有面向对象特征。本文用统一建模语言UML建立了三层面向对象输送系统模型,包括静态模型、动态模型和实现模型。   在三层面向对象输送系统模型中,“设备类”,“流程类”和“管理器类”是系统中的三个根类。它们的实例化对象是系统中的分布式控制器,具有一定的属性和操作,可以独立完成一些功能。“设备类”根据实际设备抽象而成,“流程类”来源于流程顺序控制的概念,“管理器类”是一个新的类,它操作其它类。由各个类实例化的对象构成了系统的三个功能层:联锁层、控制层与优化层。不同的层之间,建立了基于数据库的消息传递机制。通过对象的操作和对象之间的通讯,可以实现输送系统的流程顺序控制功能。   三层面向对象的输送系统模型是解决流程路径优化问题的基础。本文分别采用遗传算法和Dijkstra方法对流程优化问题进行求解。Dijkstra方法比遗传算法更快,并总可以得到最优解。   多路径优化问题是输送系统的常见问题。本文以Dijkstra方法为基础,提出了启发式Dijkstra方法。在启发式Dijkstra方法中引入了禁忌搜索策略。随机试验结果表明,启发式Dijkstra方法在两流程的多路径优化问题求解中,可以通过平衡两条子路径的搜索而达到最优解。   面向对象方法在工业控制系统中,总是遇到一些应用难题。本文介绍了在一个钢铁企业原料场输送系统中应用三层面向对象模型的工程实例。提出了基于集散控制系统DCS的输送控制系统的实现结构。这个实例系统已经在PCS7中成功实现。   在实例工程中,三层面向对象的输送系统模型表现出相对于传统方法的一系列优势:首先,由于采用了面向对象方法,编程实现更容易,代码的易读性、可重用性和易维护性得到增强;其次,使用了模块化的开放式结构,从而可以完成高级功能,例如流程路径优化等;最为重要的是三层面向对象的输送系统模型保持了对编程工具的兼容性,可以在DCS系统中轻松实现。
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