具有若干工厂的过程网络制造技术

提出了一种用于生成过程网络的问题特定表示以实现控制或监测具有至少两个互连的化工厂的过程网络的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：提供所述过程网络的第一数字表示，所述第一数字表示包括每个工厂的数字过程表示、每个工厂与其他工厂的连接以及设置在所述过程网络中的传感器元件；基于所述第一数字表示生成图结构，所述图结构包括表示单元操作的顶点、连接单元操作的边，所述边表示至少物理化学量，其中所述边包括表示至少物理

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有若干工厂的过程网络


[0001]本专利技术涉及用于生成过程网络的问题特定表示以实现监测和或控制具有至少两个工厂的过程网络的系统和计算机实现的方法。该系统还涉及问题特定表示的用例。

技术介绍

[0002]化工生产是高度复杂的环境。特别是当涉及两个或更多个生产工厂时。化工厂通常包括用于生产化学产品的多种资产。存在多种纯组分或混合物的进料，并且在各个阶段提供或提取能量。多个传感器分布在此类工厂中，用于监测和控制目的并收集数据。因此，化工生产是数据密集型环境。然而，迄今为止，对互连的工厂进行监测和控制具有挑战性。
[0003]在过程工程中，流程图模拟器包括用于模拟化工厂的图结构。这种流程图模拟器中的模型通常是为解决给定问题而构建的，并且不能轻易迁移到其他问题。具体来说，这种模拟器是静态的，并且不能容易地调整。此外，模型设计繁琐且耗时。具体来说，流程图模型中使用的每个块/节点都具有很大程度上固定的，尽管可能是参数化的，但是数量未知，因此需要特定数量的规范或额外的约束/方程。
[0004]Preisig提出了使用图论来描述单个工厂(Copmuter and Chemical Engineering,33(2009),598
‑
604)。
[0005]Preisig等人在SIMS 2004，丹麦哥本哈根，2004年9月23
‑
24日，pp 413
‑
420和Computers and Chemical Engineering 33(2009)598<br/>‑
604中描述了基于实现世界的物理视图来构建建模器。它以具有两个细化级别的拓扑的形式构建抽象过程表示。首先定义过程所占用的空间及其相关环境的物理视图，其为物理拓扑。通过添加工厂中存在的种类，第一细化被视为拓扑的着色。最后，第二细化添加了描述拓扑的各个组件行为的变量和方程。Preisig描述的建模器旨在保证结构上可解决的模拟问题，即指数为1的微分代数方程。建模器允许生成针对问题的模型，包括动态模拟、优化和控制设计。然而，构建过程的物理拓扑不是自动过程，而是设计过程，这需要对被建模的过程有深入的了解。
[0006]McCabe等人描述了化学工程中单元操作的概念(“unit operations of chemical engineering”，Mc Graw Hill，2004年10月，第7版)
[0007]现有的建模器是静态的，并生成针对用户指定问题定制的一组方程。这些模型不是动态的，因为它们可以自动适应例如不同的优化问题。此外，过程组件或多个工厂之间的相互依赖关系难以捕捉并导致结果不太可靠。
[0008]本专利技术的目的涉及用于生成两个或更多个互连的工厂的问题特定表示以实现控制或监测具有至少两个工厂的过程网络的系统和方法。该系统还涉及问题特定表示的用例。

技术实现思路

[0009]提出的解决方案为过程模拟提供了一种更灵活的方法。具体来说，过程以如下方式被映射和准备，该方式使得模型或优化能够很容易地根据过程用户的特定需求进行定
制。此外，通过将基于经典平衡方程的模型与捕获例如基于物理定律的严格模型中没有体现的环境影响的数据驱动模型相结合，可以提高准确性。
[0010]提出的解决方案特别适用于监测、规划或控制工厂网络中的过程，例如包括下游和上游工厂的化学生产园区、包括炼油厂的能源生产综合体。它允许更灵活的方法来生成网络模型并取决于当前条件调整网络模型。例如，如果网络中的一个工厂出现故障，则可以相应地调整网络模型，并且仍然可以为监测或者甚至控制工厂网络提供准确的预测。
[0011]提出了一种用于生成具有至少两个互连的化工厂的过程网络的模型表示以实现控制或监测过程网络的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：
[0012]‑
提供所述过程网络的数字表示，所述数字表示包括：
[0013]o每个工厂的数字过程表示，
[0014]o该工厂与其他工厂的连接(通过本说明书中的质量流或能量流实现的)以及设置在所述过程网络中的传感器元件，
[0015]‑
基于所述第一数字表示生成图结构，所述图结构包括：
[0016]o表示单元操作的顶点，
[0017]o表示物理化学量的边，其中，所述物理化学量包括质量流、能量流和组分流，边连接顶点，其中，所述边包括用于每个所表示的物理化学量的可测量标签，所述可测量标签指示所述物理化学量是否可以在过程网络中被测量，或者所述物理化学量是否不可以被测量；
[0018]‑
将可以在所述过程网络中测量的物理化学量分类为可观察的物理化学量，
[0019]‑
将可以从顶点周围的平衡方程计算出的物理化学量分类为可观察的物理化学量，
[0020]‑
通过将具有不可观察的物理化学量的边折叠成经折叠的顶点，基于所述图结构生成经折叠的图结构，
[0021]‑
所述经折叠的图结构包括，
[0022]·
表示虚拟单元操作的经折叠的顶点，
[0023]·
表示单元操作的顶点
[0024]o仅表示可观察的物理化学量的边，该边连接经折叠的顶点和/或顶点，
[0025]‑
针对每个顶点周围的每个质量流、能量流或组分流推导一组平衡方程，所述一组平衡方程对所述工厂网络进行建模，所述一组平衡方程可用于监测、控制、生产计划、预测模型，
[0026]‑
将所述一组平衡方程提供给控制设备、监测设备、生产计划设备和/或预测模型生成器。
[0027]过程网络可以被理解为至少两个化工厂的网络。化工厂是在其中发生至少一种化学反应的工厂。
[0028]至少两个工厂可以互连。这种互连可以通过从一个工厂到另一个工厂的能量交换、从一个工厂到另一个工厂的大规模传输以及在极少数情况下经由表达式捕获的工厂或其控制系统之间的信息交换来实现。过程网络可以位于一个地点。过程网络可以可替代地跨至少两个地点定位，每个地点包含一个或多个互连的化工厂。
[0029]每个工厂的数字过程表示可以是工厂的管道和仪表图(P&amp;ID)表示或从P&amp;ID推导
出。
[0030]过程网络的数字表示还可以包括从过程中提取的离线测量的种类和位置、在线和/或离线数据之间的已知相关性以及图中的其他变量—即表达式/模型。
[0031]数字表示还可以包括信号，这些信号可以以三种主要实现形式出现：
[0032]·
在线信号可以由直接安装在工厂中的传感器提供
[0033]·
数字表示还可以包括离线信号，例如，实验室数据和专家知识。例如，实验室数据可以与在实验室中离线确定的浓度有关。
[0034]·
数字表示也可以包括表达式。表达式是将一个或多个信号与另一个物理量连接的关系。
[0035]·
数字表示还可以包括模型。模型可以经由AP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生成具有至少两个互连的化工厂的过程网络的模型表示以实现控制或监测所述过程网络的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：
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提供所述过程网络的数字表示，所述数字表示包括：o每个工厂的数字过程表示，o所述工厂与其他工厂的连接(通过本说明书中的质量流或能量流实现的)以及设置在所述过程网络中的传感器元件，
‑
基于第一数字表示来生成图结构，所述图结构包括：o表示单元操作的顶点，o表示物理化学量的边，其中，所述物理化学量包括质量流、能量流和组分流，所述边连接顶点，其中，所述边包括针对所表示的物理化学量中的每个的可测量标签，所述可测量标签指示所述物理化学量是否能够在所述过程网络中被测量，或者所述物理化学量是否能够不被测量；
‑
将能够在所述过程网络中被测量的物理化学量分类为可观察的物理化学量，
‑
将能够从顶点周围的平衡方程计算出的物理化学量分类为可观察的物理化学量，
‑
通过将具有未被分类为可观察的物理化学量的边折叠成经折叠的顶点，基于所述图结构来生成经折叠的图结构，
‑
所述经折叠的图结构包括，
·
表示虚拟单元操作的经折叠的顶点，
·
表示单元操作的顶点o仅表示可观察的物理化学量的边，所述边连接经折叠的顶点和/或顶点，
‑
针对每个顶点周围的每个质量流、能量流或组分流推导一组平衡方程，所述一组平衡方程对所述工厂网络进行建模，所述一组平衡方程可用于监测、控制、生产计划、预测模型，
‑
将所述一组平衡方程提供给控制设备、监测设备、生产计划设备和/或预测模型生成器。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述顶点还表示顶点元数据，所述顶点元数据包括连接到相应单元操作的物理量。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，生成经折叠的图结构包括：针对每个物理化学量生成经折叠的图。4.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述经折叠的图结构提供一组平衡方程包括：针对每个守恒量提供一组平衡方程。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在对边进行折叠的步骤之后是：
‑
选择经由边连接的至少两个顶点
‑
折叠所述至少两个顶点之间的边，从而创建虚拟顶点。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，基于所述第一数字表示生成图结构的所述步骤还包括：通过将标签归于所有物理化学量而生成收敛的图结构，所述标签是取决于是测量的物理化学量、是确定的物理化学量、是测量和确定的物理化学量，还是既非测量的物理化学量也非确定的物理化学量的物理化学量来被归于所有物理化学量的。7.根据权利要求7所述的方法，还包括接收触发信号，其中，生成收敛的图结构的所述方法步骤是在对触发信号的评估之后发起的，所述触发信号指示物理化学量...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：