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      LINGO軟件在水泥行業(yè)中的應(yīng)用

      2015年05月26日 11:24:58人氣:1602來源:

        1、引言
        
        工業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化發(fā)展是工業(yè)現(xiàn)代化的內(nèi)在要求和必然趨勢。對于水泥工業(yè)而言,信息化技術(shù)是水泥工業(yè)邁向*制造業(yè)的基石,同時也為水泥生產(chǎn)工藝節(jié)能提供了技術(shù)支撐。
        
        水泥工業(yè)從原料礦山開采、生料制備、熟料煅燒、水泥粉磨各生產(chǎn)過程都廣泛結(jié)合現(xiàn)代科技成果采用了信息化技術(shù),目前對生產(chǎn)時消耗的能源情況也逐步開展了信息化管理工作。
        
        在一個實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)中,當(dāng)一些變量影響目標(biāo)時,決策變量(參數(shù)、生產(chǎn)條件)與目標(biāo)間的函數(shù)關(guān)系必定存在一個以上的峰(谷),從而可以尋求合理的決策變量來達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)的過程稱為優(yōu)化。水泥生產(chǎn)各過程中信息化建設(shè)離不開軟件系統(tǒng)的支撐。軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)在于選取合適的策略和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述,并且有的軟件運(yùn)算工具。
        
        2LINGO軟件簡介
        
        LINGO(LinearInteractiveandGeneralOptimizer)軟件,其中文意思是“交互式的線性和通用優(yōu)化求解器”,是由美國LINDO系統(tǒng)公司研制開發(fā)的,可以求解線性規(guī)劃、二次規(guī)劃、非線性規(guī)劃和組合優(yōu)化(圖論)等問題。zui大的特色在于它允許優(yōu)化模型中的決策變量為整數(shù)(即整數(shù)規(guī)劃),而且執(zhí)行速度快。它是一種的建模語言,包括許多常用的函數(shù)可供使用者調(diào)用,并提供了與其他數(shù)據(jù)文件的接口,易于方便地輸入、輸出、求解和分析大規(guī)模*化問題,并能與ACCESS、EXCLE進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
        
        LINGO模型以MODEL開始,以END結(jié)束。中間為語句,分為四大部分(SECTION):
        
       ?。?)集合部分(SETS)。這部分以“SETS:”開始,以“ENDSETS結(jié)束。這部分的作用在于定義必要的變量,便于后面編程進(jìn)行大規(guī)模計算。
        
       ?。?)目標(biāo)與約束。這部分定義了目標(biāo)函數(shù)、約束條件等,一般要用到LINGO的內(nèi)部函數(shù)。
        
       ?。?)數(shù)據(jù)部分(DATA)。這部分以“DATA:”開始,以“ENDDATA”結(jié)束。其作用在于對集合的屬性(數(shù)組)輸入必要的數(shù)值,主要是方便數(shù)據(jù)的輸入。
        
       ?。?)初始化部分(INIT)。這部分以“INIT:”開始,以“ENDINIT”結(jié)束。其作用在于對集合的屬性(數(shù)組)定義初值。對于非線性規(guī)劃求解時,通常得到的是局部*解,而局部*解受輸人的初值影響。通??筛淖兂跚閬淼玫讲幌虻慕?,從而發(fā)現(xiàn)更好的解。
        
        3具體實(shí)例
        
        3.1*的水泥生產(chǎn)計劃
        
        合理安排水泥生產(chǎn)計劃,使得利潤zui大。設(shè)某廠425#水泥年產(chǎn)量為x1萬噸,525#水泥的年產(chǎn)量為x2萬噸,其費(fèi)用、售價、生產(chǎn)能力等條件見文獻(xiàn)[5]。
        
        設(shè)L為年度利潤總和,則目標(biāo)函數(shù)為:maxL=(100-65.40)x1+(160-75)x2-1052
        
        約束條件為:
        
        熟料能力:0.552x1+0.965x2≤38
        
        水泥能力:131.06x1+138.89x2≤7884
        
        水渣的可供量:1.028x1+0.656x2≤57
        
        可比產(chǎn)品工業(yè)總產(chǎn)值:55x1+70x2≥3400
        
        在LINGOModel里編寫程序見圖1所示。

        
        圖1實(shí)例1LINGO程序
        
        LINGO優(yōu)化后的結(jié)果見圖2所示。
        
        即在該年度內(nèi)生產(chǎn)425#水泥43.02萬噸,525#水泥14.77萬噸,將獲得*經(jīng)濟(jì)效益1692萬元。
        
        圖2實(shí)例1LINGO程序運(yùn)行結(jié)果
        
        3.2水泥生產(chǎn)運(yùn)營計劃
        
        某水泥廠年生產(chǎn)能力為110萬噸,其主要產(chǎn)品有425#水泥、525#水泥、75℃油井水泥。其各水泥產(chǎn)品的價格、成本、單位利潤見文獻(xiàn)[6]中表1。在水泥生產(chǎn)中,生料磨、窯系統(tǒng)、水泥磨是三大生產(chǎn)環(huán)節(jié),其各自的臺時產(chǎn)量與運(yùn)轉(zhuǎn)率見文獻(xiàn)[6]中表2。同時原材料的年供應(yīng)能力及單位產(chǎn)品的能源消耗也有其約束。
        
        設(shè)425#水泥、525#水泥、75℃油井水泥的年產(chǎn)量分別為x1、x2、x3噸;425#水泥合同外產(chǎn)量為x4噸,525#水泥合同外產(chǎn)量為x5噸。
        
        設(shè)Z為年度產(chǎn)品的目標(biāo)利潤總額,則目標(biāo)函數(shù)為:maxZ=65(x1-x4)+84(x2-x5)+125x3+100x4+99x5
        
        約束條件為:
        
        電:88.52x1+106.75x2+103.42x3≤107100000
        
        煤:230.6xl+234.2x2+237.8x3≤250195320
        
        石灰石:729xl+719x2+754x3≤8800000000
        
        礦渣:44xl+43x2+45x3≤52500000
        
        原料磨:0.0252x1+0.0253x2+0.0256x3≤26671.75
        
        熟料窯:0.0408x1+0.0410x2+0.0414x3≤43834.33
        
        水泥磨:0.057x1+0.057x2+0.057x3≤57120.06
        
        425#水泥產(chǎn)量:xl≥430000
        
        525#水泥產(chǎn)量:x2≥400000
        
        75℃油井水泥產(chǎn)量:100000≤x3≤170000
        
        425#水泥合同外產(chǎn)量:x4=x1-430000
        
        525#水泥合同外產(chǎn)量:x5=x2-400000
        
        在LINGOModel里編寫程序見圖3所示。

        
        圖3實(shí)例2LINGO程序
        
        LINGO優(yōu)化后的結(jié)果見圖4所示。
        
        即在該年度內(nèi)生產(chǎn)425#水泥432106.3噸,525#水泥400000噸,75℃油井水泥170000噸,425#水泥合同外產(chǎn)量2106.3噸,將獲得*經(jīng)濟(jì)效益8301.063萬元。(注:文獻(xiàn)[4]計算結(jié)果有誤。)

        
        圖4實(shí)例1LINGO程序運(yùn)行結(jié)果
        
        3.3水泥生料配料過程優(yōu)化控制系統(tǒng)
        
        水泥行業(yè)一直在嘗試運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)來對水泥生料配料進(jìn)行優(yōu)化,起初應(yīng)用zui小二乘法(包括廣義zui小二乘法),現(xiàn)在發(fā)展到應(yīng)用線性和非線性規(guī)劃的措施來進(jìn)行解決。*,要求得非線性規(guī)劃的解是件非常困難的事情,基本上是利用各種措施轉(zhuǎn)化成線性規(guī)劃來求得近似解。
        
        而LINGO的強(qiáng)大功能能較好的處理非線性規(guī)劃問題,也能對此類優(yōu)化問題進(jìn)行解決。文獻(xiàn)[7]通過對影響水泥配料的數(shù)學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析,認(rèn)為可采用非線性規(guī)劃數(shù)值方法來進(jìn)行優(yōu)化計算,其實(shí)質(zhì)是參數(shù)優(yōu)化問題。參數(shù)優(yōu)化就是求出一組參數(shù)x={x1,x2,…,xn},以滿足在某種意義上的*。
        
        通過尋求一組配方,使得三個實(shí)際率值對理想率值KH0、SM0、AM0,各自對應(yīng)的差值zui下,建立目標(biāo)函數(shù)如下:
        
        minF(x)=k1∣KH-KH0∣2+k2|SM-SM0|2+k3|AM-AM0|2
        
        約束條件:
        
        總平衡關(guān)系條件:
        
        熟料中有害含量限制條件:g1(x)=W5-MgOu≤0
        
        變量非負(fù)條件:g1+i(x)=-xi≤0(i=1,2,3,4)
        
        針對模型中的多目標(biāo)函數(shù)以及非線性約束特點(diǎn),利用LINGO編制算法程序并通過應(yīng)用程序接口(API)嵌入到ABBFrance2000的DCS系統(tǒng)中。
        
        工業(yè)實(shí)驗表明該系統(tǒng)能有效地對配料過程進(jìn)行優(yōu)化控制,是解決非線性多目標(biāo)優(yōu)化問題的一種可行方法。
        
        4、結(jié)束語
        
        LINGO具有良好的線性和非線性優(yōu)化性能,并且具有編程方法簡便、收斂性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域優(yōu)化控制方面將有廣闊前景。目前水泥行業(yè)應(yīng)用此軟件的還很少,因此有必要加強(qiáng)LINGGO軟件在水泥行業(yè)的推廣應(yīng)用。
      關(guān)鍵詞:控制系統(tǒng)
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