Способ автоматизированного управления смешением нефтяных топлив путем построения расписания смешений во времени

 

Изобретение относится к области систем оперативного производственного планирования. Способ основан на использовании компьютерной системы, предназначенной для нахождения наилучшего по выбранному критерию расписания. В систему поступают из блока импорта данные о количестве компонентов и готовых продуктов во всех резервуарах участка смешения на момент начала построения расписания, о плановых заданиях по готовности товарных продуктов к определенному моменту времени, заданному в соответствии с графиком отгрузки, о рецептурах смешения каждого продукта, о скоростях поступления каждого компонента в соответствующие резервуары, о конфигурации участка смешения и количестве смесителей в потоке. Эти данные после проверки физической реализуемости в блоке импорта данных генерируют матрицу линейного программирования, которая используется оптимизатором, автоматически выбирающим метод оптимизации для нахождения наилучшего расписания, которое интерпретируется блоком интерпретации результатов в виде времени начала и окончания каждого смешения, времени начала и окончания отгрузки каждого компонента из соответствующего компонентного резервуара для каждого смешения каждого продукта, времени начала и окончания каждого поступления приготовленного продукта непосредственно после смешения в соответствующий продуктовый резервуар, времени переключения закачки компонента после заполнения одного компонентного резервуара на другой. Способ позволяет заранее спланировать смесительные операции на несколько календарных периодов времени. 1 ил.

Изобретение относится к области систем оперативного производственного планирования и основано на применении современных методов теории расписаний к оптимальному планированию процесса смешения нефтяных топлив.

Смешение нефтяных топлив является заключительной стадией непрерывного процесса нефтепереработки, при этом смешиваются компоненты с различных технологических установок (например, при получении товарных бензинов, с установок каталитического крекинга, риформинга, первичной разгонки, ГФУ и пр., а также специально вводимые оксигинаты - МТБЭ, ТАМЭ и другие высокооктановые добавки). Компоненты с технологических установок поступают в компонентные резервуары, которых должно быть больше одного для каждого компонента, чтобы обеспечить непрерывный характер производства и возможность лабораторного контроля качества компонентов в резервуарах. После определения качества в резервуарах компоненты в соответствии с рецептурой смешения каждого товарного бензина поступают в смеситель “в трубе”, где перемешиваются в процессе транспортировки и поступают в один из продуктовых резервуаров. Продуктовых резервуаров также должно быть больше одного для каждого товарного топлива, так как после окончания смешения заданного количества топлива резервуар должен быть закрыт и взят лабораторный анализ для сертификации топлива на соответствие государственному стандарту, а для обеспечения непрерывности заполняться в это время должен другой продуктовый резервуар. На предприятии имеется, как правило, несколько смесителей (станций смешения), работающих одновременно, и получение различных марок товарных продуктов происходит на них последовательно.

Процессом смешения управляет оператор товарного производства, не имея заранее рассчитанных возможных сценариев смесительных операций, а руководствуясь в лучшем случае текущими показаниями уровней в компонентных и продуктовых резервуарах. При этом не имеется возможности учесть влияние порядка смешения продуктов на каждом смесителе (для различных продуктов используются несовпадающие компоненты смешения), время простоя каждого резервуара (для проведения лабораторных анализов качества компонента и продукта), заранее спланировать смесительные операции на несколько календарных периодов вперед.

Решение указанных задач возможно с использованием методов теории расписаний, которые с успехом использовались в машиностроительных производствах дискретного типа и сейчас начинают применяться для построения оптимальных расписаний производств непрерывного типа.

Действительно, проблемам построения расписания смешения нефтепродуктов посвящена довольно обширная научная литература. Для этих целей используются как эвристические алгоритмы, так и оптимизационные модели. Практически во всех работах, посвященных созданию оптимизационных моделей, состояние элементов системы смешения описывается в дискретные моменты времени, т.е. производится “дискретизация” по времени процесса смешения. Такие работы проводятся в США и Канаде (например, J.D.Kelly, J.L.Mann. Crude oil blend scheduling optimization: an application with multimillion dollar benefits. Hydrocarbon Processing, June 2003, pp. 47-53, July 2003, pp. 72-79).

Однако “дискретизация” по времени процесса смешения приводит к значительному увеличению размерности задачи, чем создаются существенные трудности при получении приемлемого решения. Кроме того, при таком подходе не удается отследить, например, моменты времени, когда какой-либо резервуар начинает переполняться.

Известен метод для определения оптимального расписания в автоматизированной системе построения расписаний (US №5241465, кл. G 06 F 15/22, 31.08.1993), включающий компьютерную систему, предназначенную для нахождения наилучшего по выбранному критерию расписания, состоящую из оптимизатора, таблиц выбора целевой функции, блока выбора метода оптимизации.

Однако этот метод не решает задачи составления расписаний смешения нефтяных топлив, так как не позволяет адекватно описать реальные производственные процессы и соответственно получить оптимальное расписание с приемлемой точностью. Кроме того, при таком подходе не удается отследить моменты времени изменения состояния моделируемых объектов, то есть моменты переключении смесителей и резервуаров.

Задачей предлагаемого способа является получение оптимального расписания смешений, удовлетворяющего заданным ограничениям и минимизирующего выбранную целевую функцию, например число переключении смесителя в заданном интервале времени. Построение таких расписаний позволит получать прогнозы работы цеха смешения, строить графики работы установок смешения и графики изменения состояния резервуаров по времени.

Кроме того, такое расписание позволит:

- определять времена включения и отключения установок смешения;

- поддерживать уровни компонентов и продуктов в соответствующих резервуарах в допустимых пределах, обеспечивающих нормальную работу системы смешения;

- определять времена изготовления оптимального количества каждого вида бензина с учетом наличия компонентов и возможности продуктовых резервуаров принять приготовленный бензин;

- определять компонентные резервуары, из которых в определенные интервалы времени будут забираться компоненты на смешение определенных типов бензинов;

- определять продуктовые резервуары, в которые в определенные интервалы времени будут поступать смешиваемые продукты, и величину остатков в них после отгрузки продукции потребителям в соответствии с графиком отгрузки;

- определять производительности (скорости подачи) смешиваемых компонентов, необходимых для выполнения каждого смешения, и скорости смешения готового продукта, получаемого в результате каждого такого смешения.

Поставленная задача решается тем, в способе автоматизированного управления смешением нефтяных топлив путем построения расписания во времени с использованием компьютерной системы состоящей из оптимизатора, таблиц выбора целевой функции, блока определения метода оптимизации, при этом используется база данных для хранения вводимой информации и полученных результатов, блок импорта данных о начальном состоянии резервуарного парка и задании на смешение, графический интерфейс пользователя, для отображения и изменения текущих данных при построении расписания, параметров настройки оптимизатора, отображения текстовых и графических отчетов, блок контроля достоверности исходных данных, для формирования наилучшего расписания, блок генерации матрицы задачи оптимизации, блок интерпретации результатов решения задачи оптимизации, причем данные о количестве компонентов и готовых продуктов во всех резервуарах участка смешения на момент начала построения расписания, о плановых заданиях по готовности товарных продуктов к определенному моменту времени, заданному в соответствии с графиком отгрузки, о рецептурах смешения каждого продукта, о скоростях поступления каждого компонента в соответствующие резервуары, о конфигурации участка смешения и количестве смесителей в потоке, передают в компьютерную систему из блока импорта данных, которые затем после проверки физической реализуемости генерируют матрицу линейного программирования, для использования оптимизатором, автоматически выбирающим метод оптимизации для нахождения наилучшего расписания, которое интерпретируется в виде времени начала и окончания каждого смешения, времени начала и окончания отгрузки каждого компонента из соответствующего компонентного резервуара для каждого смешения каждого продукта, времени начала и окончания каждого поступления приготовленного продукта непосредственно после смешения в соответствующий продуктовый резервуар, времени переключения закачки компонента после заполнения одного компонентного резервуара на другой, блоком интерпретации результатов.

Реализация предложенного способа управления может иллюстрироваться следующей схемой (см. чертеж).

Исходные данные импортируются блоком импорта данных (Import Data) из соответствующих баз данных (Import DB) или из специального файла формата XML. Общение пользователя с системой происходит с помощью графического интерфейса пользователя (Sched GUI), служащего для отображения и изменения текущих данных проекта, параметров настройки решателя, а также отображения текстовых и графических отчетов системы. Данные поступают в блок контроля достоверности исходных данных (DATA TEST), отправляемых на решение, который запускается перед началом каждого решения задачи. В случае если данных недостаточно, либо они противоречивы, решение прекращается, а пользователь получает информацию об обнаруженных несоответствиях.

Далее начинает работать решатель (Solver), состоящий из блока генерации матрицы задачи оптимизации (MATRIX), оптимизатора (Optimizer), блока определения метода оптимизации (MethodSelect) и блока интерпретации результатов решения задачи оптимизации (GETSOL). Блок генерации матрицы задачи оптимизации (MATRIX) включает в себя дополнительную проверку на допустимость исходных данных. Так же как и в DATA TEST, если данных недостаточно, либо они противоречивы, решение прекращается, а пользователь получает информацию об обнаруженных несоответствиях. Метод оптимизации определяется в зависимости от наличия целочисленных переменных. Блок GETSOL интерпретирует решение формальной задачи ЛП или целочисленного программирования в терминах принятой модели смесительных операций (резервуаров, смесителей и др.) В случае, если решение не получено, пользователь получает сообщение о невозможности решения модели. При успешном исходе результаты добавляются в базу данных (Sched DB), генерируются текстовые отчеты, отчеты в формате Excel, а также файл результатов решения для экспорта в формате XML.

На основе предложенного способа в ИПУ РАН и СП ПЕТРОКОМ разработан технический проект на систему построения расписаний смешения нефтепродуктов и предполагается внедрение такой системы в 2004 г. на предприятии “Лукойл-Пермнефтеоргсинтез” и Лисичанском НПЗ (ООО “ЛИНОС”).

Формула изобретения

Способ автоматизированного управления смешением нефтяных топлив путем построения расписания во времени с использованием компьютерной системы, состоящей из оптимизатора, таблиц выбора целевой функции, блока определения метода оптимизации, отличающийся тем, что используется база данных для хранения вводимой информации и полученных результатов, блок импорта данных о начальном состоянии резервуарного парка и задании на смешение, графический интерфейс пользователя для отображения и изменения текущих данных при построении расписания, параметров настройки оптимизатора, отображения текстовых и графических отчетов, блок контроля достоверности исходных данных для формирования наилучшего расписания, блок генерации матрицы задачи оптимизации, блок интерпретации результатов решения задачи оптимизации, причем данные о количестве компонентов и готовых продуктов во всех резервуарах участка смешения на момент начала построения расписания, о плановых заданиях по готовности товарных продуктов к определенному моменту времени, заданному в соответствии с графиком отгрузки, о рецептурах смешения каждого продукта, о скоростях поступления каждого компонента в соответствующие резервуары, о конфигурации участка смешения и количестве смесителей в потоке передают в компьютерную систему из блока импорта данных, которые затем, после проверки физической реализуемости, генерируют матрицу линейного программирования для использования оптимизатором, автоматически выбирающим метод оптимизации для нахождения наилучшего расписания, которое интерпретируется в виде времени начала и окончания каждого смешения, времени начала и окончания отгрузки каждого компонента из соответствующего компонентного резервуара для каждого смешения каждого продукта, времени начала и окончания каждого поступления приготовленного продукта непосредственно после смешения в соответствующий продуктовый резервуар, времени переключения закачки компонента после заполнения одного компонентного резервуара на другой блоком интерпретации результатов.

РИСУНКИ

Рисунок 1