一种工业领域有序运行的控制策略

徐卿涛 任志远 向成兵 朱卫东

（烟台东方能源科技有限公司，山东 烟台 264043）

0 引言

目前，对于具有多条生产线的大型生产系统来说，各条生产线分别执行各自的生产任务，总控系统仅能够对各生产线进行简单的监视，无法对各生产线的生产执行情况进行智能化调控，因此经常会出现电力负荷大幅波动、峰值过高的问题，严重影响生产系统的正常运转以及厂内供电的安全性。

该文介绍了工业设备有序运行的控制策略，通过对各生产线的生产状态数据，包括生产就绪信号、周期结束信号、工艺参数信号和用电功率进行汇总，然后对所有生产线下一周期的负荷曲线进行预测，计算出能够使用电总负荷峰值最低的生产序列排布，并此在不同时间点分别控制各生产线启动生产。

1 软件架构

以新一代数据处理平台WinCC为核心，运用C语言，VB程序和西门子PLC程序进行数据运算处理。拥有能源监控、计量计费、用能分析、负荷预测、用能计划、设备管理、智能报表等常用功能模块以及对实时任务进行有序处理的生产控制系统。

2 基本原理

通过测量，记录密炼机当前工艺生产周期内的负荷波动曲线

当前密炼机总负荷为

当特征曲线为yn（tm）的设备需要投入运行时，系统会计算出在允许等待时限kT内，该设备投入后的预测计算值，选择对总负荷影响最小的一个切入时间点投入。

预测计算策略如下：

选择一种最小峰值预测，即Y（t+kT）最小的测算计算值，在第kT时间点投入设备。

3 实现方法

由于并不是在每次分析计算时所有生产线均已放料就绪，对于尚未放料的生产线，其放料就绪时间是不确定、不可预测的，因此无法确保在任何时刻都能对所有生产线的投料时刻进行统一优化。为了尽量确保优化的全局性，当新料投入生产线时，应将已放料、已计算投料延时但尚未投料（且来得及调节投料时刻）的所有生产线的投料延时重新优化，而不是将已计算好的生产线的功率曲线作为确定条件进行计算。

根据每条生产线的实际功率曲线和历史投料信号，可以提取出各生产线每一次投料生产过程的功率特征曲线。

根据上一次投料时刻、本次即将投料时刻，可以预测出延续至下一投料周期结束时已经确定的总负荷

在已确定总负荷Y（tm）的基础上，通过控制投料延时调节来调节负荷，使所有生产线的总功率峰值最低，且要求投料延时相应的下一投料时刻为当前状态下的最佳投料时刻。

即将投料的生产线，进入待投料队列，不允许重新调整，并用于下一周期内已经确定总负荷的预测；等到了投料时刻且上一生产周期已实际结束，则发出相应的投料控制命令，并根据反馈的投料信号清除对应的就绪信号。

实际控制是离散的，按采样点间距离散化后，所有的时间均可用计数器来标示，象放料就绪时刻、投料时刻、当前时刻等。

由于采用枚举延时的方法寻求最优解，计算量较大。可采用增大掩饰调节颗粒度及对就绪生产线进行动态分组的方式进行简化计算。设计具体程序逻辑时，根据以下方法评估计算量，选取合适的控制参数。

设定一起优化的生产线最大数量为nplant.max，当有nplant.ready条生产线就绪时，分为

完成一次计算需要进行加法运算的次数为

4 仿真结果

在启动有序运行控制逻辑之前，各生产线随机起动运行，多处用电负荷尖峰重叠，导致总负荷波动较大且多条生产线负荷尖峰叠加处总功率尖峰较大，最高峰达到6 000 kW，因此给电网带来较大冲击和负担。而在启动有序运行控制逻辑之后，各生产线起动时间经过系统计算得出，使各条生产线的用电负荷尖峰有效错开，进而使总负荷波动变小且绝大多数最高峰能控制在4 000 kW以内，这样对电网的冲击和负担将大大降低，提高了电网运行的可靠性。

仿真结果表明，该文提到的有序运行控制策略能对多条生产线的用电总负荷峰值进行有效削减，在工程应用上有一定的参考价值。

5 结语

该文针对工业生产领域的有序运行控制策略的研究已趋于成熟，算法有效性不断提高，但一些特殊生产领域的设备在运行过程中还存在很多不确定性，象突然改变生产工艺配方、人为停机开机、临时检修等。因此，有效识别出这种非正常因素并将其剔除掉，是另一个较为关键的技术问题。

近些年人工智能在工业领域取得了很多进展，加强设备的自学习功能是新的研究重点和方向，人工智能在特殊的工业生产领域的应用还需要进一步探索。