在线建模（精选4篇）
在线建模 篇1
0 引言
近年来,国家电网大运行体系建设推动了电网在线安全稳定分析应用在国、分、省三级调度全面推广,由此开创了大电网调度控制技术的新局面[1,2,3,4,5]。在线安全稳定分析系统(简称在线系统)嵌入新一代智能电网调度控制系统(简称“D5000系统”)调度平台,基于实时潮流、同步数据共享,进行定期安全扫描及预想方式分析,监测当前电网的运行风险并给出实用辅助决策,能极大提高电网的可观可控性,拓展电网运行空间,真正实现电网预防性控制。然而,该系统在本地区的试运行存在部分模型不适应、计算结果不合理的情况,集中体现在辅助决策环节。
省级电网静态潮流越限是最常出现的安全威胁,其辅助决策的合理与否直接影响电网稳定运行,而合理性包括可行性、优化性两层内涵[5,6]。当前在线系统自上而下建设,静态安全辅助决策基于大电网通用模型,不能充分考虑省级电网运行特点进行精细控制,模型存在忽略稳定控制措施(简称稳措)策略、忽略除机组调节及拉闸限电外的控制手段、水火电调节范围约束不当、整体方案优化性不强、容错性不高等问题,难以保证决策方案合理性。为完善上述在线系统的不足,本文结合省级电网调度原则、控制要求及实际运行经验,从调度员视角,纳入全部可调措施建立实用的静态安全辅助决策优化模型。
1 辅助决策模型分析
1.1 当前辅助决策模型
辅助决策实质是一个包含多种约束的优化调度问题,文献[1]从跨区大电网的高度,系统介绍了当前D5000系统平台在线分析及其通用辅助决策模型,针对6类分析制定了7类辅助决策。静态安全辅助决策用于求解基态及N-1方式下潮流越限的控制措施,以控制代价最小为优化目标,约束条件包括发电机出力限额、支路及断面潮流限额、电压安全限额、功率平衡等,控制手段仅有调整机组出力、切除负荷,不考虑稳措因素,模型根据可选控制措施对控制目标的灵敏度协调组织方案并优化、校核。由于模型控制措施、约束条件较少,且未细致挖掘电源侧、电网侧、负荷侧的可控成分,辅助决策容易导致机组调节剧烈、负荷控制过度、对日前方式冲击较大等问题。根据在线系统设置,静态安全辅助决策由实时在线扫描或人工预想方式分析发起,针对全网所有基态越限及N-1越限形成全局控制决策方案。由此,一旦辅助决策模型中某个源数据或中间参数异常,将可能导致整个决策方案不可用,容错性不高[6,7,8,9]。
1.2 优化建模原则与框架
为解决上述模型缺陷,优化建模汲取其基于控制灵敏度的建模思想,同时丰富模型优化目标、控制变量及约束内容。本文将省级电网220kV及以上系统等效为节点—支路拓扑结构,以输电线路、联络变压器为支路,以发电厂、省间联络线本侧母线为电源节点,所有变电站220kV母线为负荷节点,下网负荷、上网小电源出力均等效至220kV母线,作为建模基础。考虑省级电网日前发电计划是经多方校核、优化的发电控制参考,实时发电计划偏差越大系统越偏离最优运行点,本文将其视为控制代价之一纳入模型目标函数。据此,优化建模原则如下。
1)目标函数基于最优日前发电计划,综合考虑控制调节代价和计划偏差代价。
2)控制手段全面考虑机组出力调整、水电机组启停、地区小电源出力控制、负荷倒供、输变电元件投切、事故限电6类措施。
3)约束条件增加设备跳闸稳措切机/切负荷因素、水火电可调范围及水电水情因素等。
4)模型参数实时更新。
在线系统根据实时潮流能自动生成并更新各类节点、支路对控制断面的灵敏度及断面控制限额,对应上述原则,建模要求调用电源节点—断面、负荷节点—断面、支路—断面灵敏度及全网断面控制限额数据库。为提升模型容错能力,辅助决策在对所有基态及N-1越限形成全局优化控制决策方案的基础上,通过调整模型约束参数,对任一越限单独形成决策方案作为备用,以此为调度员提供最大限度的决策支持。模型内部框架见图1,外部框架展示了本模型依托在线系统发现越限、建模分析、调用参数、稳定校核及生成辅助决策的过程,如图2所示。
2 静态安全辅助决策建模
静态安全辅助决策模型考虑上述6类控制措施,以综合控制代价最小为目标,要求对基态方式及任一N-1方式支路越限给出单独的辅助决策,同时给出能保证全网静态安全的全局优化辅助决策,模型目标函数为:
式中:F1和F2分别为控制调节代价和计划偏差代价,δ1和δ2为相应的 代价系数,δ1+δ2=1,一般1≥δ1>δ2≥0。
式中:C1,C2,C3,C4,C5,C6分别为机组出力调整、水电机组启停、小电源出力控制、负荷倒供、元件支路投切、拉限负荷6类措施的控制调节代价;Δps-i和Δph-j分别为对水电厂i、火电厂j的有功出力调整量;ts-i为水电厂i的启停机 组台数;Δpx-k,Δpd-k,Δpl-k分别为对负荷节点k的小电源出力调节、倒出负荷、拉限负荷有功量;a,b,m分别为全网水电电源节点、火电电源节点、负荷节点;re为支路投切控制变量,若支路e参与投切则re=1,否则re=0;Δpe(1≤e≤n′≤n)为支路e投切前后有功潮流跃变参量,其中,n′为实时可投切支路库中的支路数量,n为全网元件支路的数量;α1至α6表示6类措施相应的代价系数,一方面用于将各类措施控制代价等效至同一比较量纲下,另一方面用于体现各类措施的优选级别,从而保证辅助决策中措施选用的合理性;ps-Σ,ph-Σ,px-Σ分别表示水电、火电及小电源计划偏差代价;ps-i,ph-j,px-k分别为节点电源i,j,k的当前实际出力,ps*-i,ph*-j,px*-k为其当前的日前发电计划。
对调度而言各类措施的不同主要体现在执行速度和影响范围方面,将其记为单位时间成本Tim,v和单位经济成本Eco,v,取αv=Tim,vEco,v。参考相关文献[10-11],结合运行实际中对机组启停及调节、调度操作的数据统计,各措施Tim,v和Eco,v及其代价系数αv参考值如表1所示。
约束条件包括负荷平衡约束、潮流安全约束、控制变量约束。
式中:D和分别为全网控制断面实时有功功率及其限额向量,断面限额由在线系统按基态及N-1潮流越限边界取定;ΔPG*和 ΔPL*分别为全网电源节点、负荷节点有功功率向量,均由控制变量和稳措参量两部分组 成,即 ΔPG*=ΔPG+ΔPG-wc,ΔPL*=ΔPL+ΔPL-wc,其中,ΔPG和 ΔPL分别为各 电源节点、负荷节点侧的有功调整变量,ΔPG-wc和 ΔPL-wc分别为相关节点稳措切机/切负荷参量,该参量可从稳措策略表读取;ΔPR为实时可投切支路列表,由离散变量re控制支路e的投入或切除;ΠG,ΠL,ΠR分别为电源节点—断面灵敏度、负荷节点—断面灵敏度及支路—断面灵敏度矩阵[12,13];分别为全 网各支路 有功功率 及其热稳 上、下限分别为全 网各节点 电压及其 运行上、下限;分别为水、火电及小电源可调出力范围(水电还包括停备用机组分别为负荷节点可倒出、可拉限有功限额;分别为水电厂i实时水位及其紧急 控制上、下限;λ 为自然数;分别为水电厂i实时上、下旋转备用额度分别为水电厂i水电机组避开振动区后的单机可调上、下限;分别为中的元素。
式(7)约束用于全局优化辅助决策模型;若仅对某越限支路建立单一控制辅助决策模型,仅需将中其他越限支路控制限额修改为当前有功值。
式(12)表示,若某支路e对任一越限断面的投切控制加重其越限,则re置0,不再参与控制;同时,根据模型外部框架,对于出现某支路e参与投切的决策方案,必须进行在线稳定校核,若校核不通过,则re置0后进行下一轮寻优计算。
3 建模参数处理
3.1 模型参数优化
本模型丰富了控制措施类型,但同时也提高了模型参、变量维度,导致求解难度、计算时间增加。为保证其在线实时性,可进行如下参数优化[14,15]。
1)灵敏度矩阵稀疏化。潮流安全约束(式(7))是模型求解的核心环节,其中灵敏度矩阵阶数根据电网规模可达数百甚至上千阶,严重制约计算速度。实际电网中,对某一越限断面,仅少数耦合度高、电气距离短的节点、支路对其灵敏度较高,其余大量节点、支路对其灵敏度很低甚至为零且保持相对稳定,此类节点、支路基本不参与控制。对此,在初始灵敏度矩阵中通过灵敏度排序或设定灵敏度门槛,将大量较低的灵敏度置为0,通过稀疏化提高求解效率。
2)矩阵解耦降阶。由于节点—断面及支路—断面灵敏度与电气距离密切相关,因此将系统中节点、支路及灵敏度矩阵按照电压等级、电网结构等分区,将灵敏度较低的各分区间解耦,形成多个低阶的节点、支路灵敏度矩阵进行计算,能有效提高计算速度。
3)支路合并。对于同杆并架双回线,若线路同跳被纳入N-1范畴,且该线路参数相近,可将其建模支路合并,实现模型降阶。
3.2 支路投切参数提取
1)支路—断面灵敏度。支路—断面灵敏度概念类似于支路开断潮流转移比,表示目标断面有功潮流增量与该支路投切前后有功潮流跃变参量之比。对于被切除支路,即为目标断面有功增量与该支路切除前有功功率之比,该参数可通过D5000系统平台实时获取;对于被投入支路,表示目标断面有功增量与该支路投入后有功功率之比,该参数可经即时潮流计算获取。
2)可投切支路库。某些元件支路投切改变电网拓扑结构后,可能导致新的稳定问题,为避免此类支路参与投切控制,需建立可投切支路库。首先,根据经稀疏化处理的灵敏度矩阵,提取当前对任一越限断面灵敏度较高的运行、备用支路;然后,基于实时潮流逐一模拟上述支路切除或投入后的系统稳定校核;最后,保留通过校核的元件支路组成可投切支路库。
4 仿真算例
取某省电网同一越限潮流断面分别进行本优化模型仿真与在线系统分析,各自形成辅助决策,并代入模型计算、比较综合控制代价F,相关安全限额及灵敏度数据均取自在线数据库。根据电网运行情况,模型置δ1=0.7,δ2=0.3,算例对比如下。
算例1:2015年12月4日11:45,省网N-1静态安全扫描发现湍Ⅰ线停运,存在贺Ⅰ线越限问题(限值为280 MW,故障后值为310 MW,越限百分比为10.71%)。此时,在线系统给出的静态安全辅助决策与本文优化模型仿真计算给出的辅助决策,分别如表2和表3所示。
实际运行中,金Bh厂火电机组调节受限于稳燃要求其出力不能低于300 MW,表2辅助决策不具可行性,其F值无意义;而表3辅助决策尽管F值更高,但满足合理性要求。
算例2:2015年1月3日18:30,省网N-1静态安全扫描发现长Ah厂1号机组跳机导致沙A变1号和2号主变压 器下网潮 流越限 (限值为750 MVA,故障后值 为852 MVA,越限百分 比为13.6%)。此时,在线系统给出的静态安全辅助决策与本文优化模型仿真计算给出的辅助决策,分别如表4和表5所示。
对比发现,二者均为可行方案,但采用优化模型辅助决策的控制代价F明显降低,该方案相比在线系统辅助决策少限负荷达213 MW,优化效益显著。
5 结语
在线系统日益成为大电网调度的核心工具之一,其实用化探索前景广阔。本文针对目前在线系统静态安全辅助决策模块存在的不足,结合省级电网运行特 点分析其 优化建模 原则与框 架,基于D5000系统平台建立实用的辅助决策模型,并提出模型参数优化建议。算例表明本模型辅助决策能合理组织多种措施实施电网静态安全控制,相比在线系统辅助决策具有可行性强、优化性好的优点。
在线建模 篇2
关键词：UML,面向对象,在线销售系统
随着互联网的飞速发展与普及, 网上购物成为当今流行的一种网上消费方式, 人们对电子商务产生的依赖性也越来越大, 利用网络的便利性进行销售的需求也越来越多。为了满足日益增长的需求, 在线销售系统的设计与开发应运而生。自20世纪90年代以来, 由于面向对象程序 (Object-oriented Program, OOP) 设计可以使程序员更好地开发复杂大型的程序, 所以面向对象的软件分析和设计技术已发展成为软件开发的主流方法。UML以它为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持的特点, 成为了OOP中占主导地位的标准建模语言。Rational Rose是直接从UML发展诞生而来的设计工具, 它可以更好的创建满足客户需求的可扩展性、灵活性、高可靠性的应用系统, 深受开发人员、项目经理、系统工程师和分析人员的青睐。
系统采用面向对象的软件分析与设计 (OOA&D) 方法, 用统一建模语言建模机制, 利用Rational Rose2003建模工具对B/S结构的在线销售系统进行了建模。
1 面向对象UML建模思路
现在进行软件开发时大多采用面向对象的方法和技术进行建模, 将对象或类作为软件系统的主要构造块。许多软件开发项目已经证明, 面向对象方法是开发大型、高复杂度软件系统的一种有效方法, 并且综合了多种面向对象方法优点的统一建模语言UML, 已成为现代软件开发最佳工具。[1]
UML定义了五类视图共九种模型图, 从不同的角度描述系统的结构或静态特征以及行为或动态特征。UML的模型视图为系统分析和开发提供了多种图形表示, 它们的有机结合有助于分析、构造一个一致的系统。当采用面向对象程序设计系统时, 首先根据用户访谈的内容总结出用户有哪些业务需求, 分析出系统的使用者和功能模块, 即角色与用例;然后根据用户需求构建系统用例图、类图 (包括包图) 和组件图等静态模型。接着, 为了把角色与用例之间的通信关系或者执行时的时序状态表达清楚, 需要更进一步的通过UML的状态图、活动图、顺序图和通信图等动态建模机制表示。最后, 为了描述实际的计算机和设备以及它们之间的连接关系或者描述部署和部署之间的依赖关系, 需要构建系统的部署图。
2 在线销售系统分析及建模
2.1 系统需求分析
经过对用户需求的调查和访谈, 在项目中销售商和网站运营者由同一自然人担当。在线销售系统以自有域名在互联网上提供服务, 主要针对需要网上购物和经商的广大网络用户, 是一个集销售、服务和资讯于一体的电子商务平台;并在此网站的基础上开展综合性的网络营销活动, 推广网站, 树立品牌;还要与企业CRM (Customer Relationship Management) 、物流、ERP (Enterprise Resource Planning) 等软件系统建立起良好的数据/应用集成接口, 便于更新系统和加快产品服务。从客户的角度分析在线销售系统应该具有浏览商品、确认订单、付款、接收并确认商品等功能;从销售商的角度分析该系统应包括确认订单、收款、发货、上传商品信息并对商品进行描述等功能;从管理员的角度分析系统应包括维护数据库、管理买家和卖家信息等功能, 其中管理员存在两种角色:技术管理员和商业运营管理员。此外, 该系统还必须与原来的财务系统、物流系统和库存系统接口。
根据上述分析可总结出:网上在线销售系统是一个在线服务系统, 它使所有的在线用户都通过浏览器登陆网站, 并进行一系列的浏览、查询、订购、用户信息维护、商品查询、订购商品、订单维护等操作;网络维护人员和管理人员可使用该系统来进行商品信息维护、内部员工信息维护、订单处理、销售情况查询、报表维护等操作业务。
2.2 系统用例图
用例图使用角色表示系统的参与者, 使用用例表示系统的具体功能。系统用例图提供了软件系统的高层次的用户视图, 它用极其简单的图形元素表示出系统的参与者、用例以及它们之间的关系, 可以准确地表达参与者与系统交互的情况和系统所能提供的服务。由前面的需求分析得出, 整个系统主要有三个参与者, 即客户、管理员和内部员工。系统的用例图如图1所示。
2.3 静态结构模型
在所有面向对象程序设计方法中, 最重要的概念就是类。类是各种面向对象方法的基础, 也是面向对象方法的目标。面向对象方法的最终目的是识别出所有必须的类, 并分析这些类之间的关系, 从而通过编程语言来实现这些类, 并最终实现整个系统。[2]静态结构模型描述了系统中所有参与对象的属性和操作方法, 以及这些参与对象之间的相互关系。建立用例图后, 需要进一步分析出系统中存在的其它参与对象, 然后再从这些参与对象中抽象出类, 并确定它们共同的属性和操作方法。
在在线销售系统中, 客户通过网络进行在线购物, 网络是在线销售系统的桥梁, 而要想进入在线销售系统的前提是:客户必须是会员。如果客户不是会员, 首先必须在注册视图中的注册表中填写会员信息, 然后把会员注册信息保存到注册系统中。当客户进入在线销售系统后, 客户选择商品并对商品下订单。此时, 客户必须在订单视图中的订单表单中填写购买商品的相关信息, 然后下订单。根据以上的分析, 识别出相应的用户注册类和下订单类。在这里, 只给出下订单类的类图如图2所示。
2.4 动态结构模型
通过系统的静态结构建模, 仍然不能很清晰地表示出系统参与对象之间的行为和它们彼此之间的通信, 还必须进一步对系统的动态结构进行分析。动态结构模型通过顺序图、通信图、状态图和活动图来表示。在系统分析和设计中, 还需要针对主要用例和对象构建这些模型, 以便更清晰地分析系统行为, 回溯修改系统的静态结构, 更大地满足用户的需求, 从而达到系统的预期目标。
根据前面分析得到的用例图和类图, 采用顺序图、通信图、状态图和活动图来描述用例的动态行为。下述以“下订单”用例为例来说明系统动态结构建模。其主要过程是:客户首先提交结账的请求, 系统检查客户的身份和购物车中的商品, 然后系统显示配送地址指定页面。客户确认系统记录的配送地址或者更改原有的配送地址, 系统验证更改配送地址的合法性。随后系统更改系统记录的配送地址并显示支付方式 (货到付款和信用卡支付) , 这时客户选择某种支付方式并输入相应的信息, 系统再次检查信息的合法性。最后, 系统显示根据优惠规则计算机出的折扣金额, 显示客户订单中的商品信息、付款金额、折扣金额、商品配送的地址、付款方式等, 客户在订单确认页面, 确认订单的内容并提交订单, 系统显示客户订单提交成功并将订单数据存入系统, 同时显示订单成功页面。下订单的通信图如图3所示。
2.5 物理模型
在UML分析的最后, 采用部署图构建整个系统的物理模型。部署图主要描述软件构件在物理架构上的部署及物理元素之间的关系。该系统是基于B/S体系结构, 采用Struts开源框架, 利用Java Servlet和JSP技术构建系统, 数据库采用My SQL, 结点和软件构件通过Internet连接在一起, 系统部署图如图4所示。
3 结束语
本文根据面向对象UML建模思路, 运用Rational Rose对在线销售系统的用例图、静态结构模型、动态结构模型以及物理模型进行了详细地分析和设计。通过UML对系统进行建模, 缩短了软件开发的周期, 降低了开发的难度和复杂性, 减少并规避了软件开发的风险性, 为保证系统的正确性指引了方向, 体现了应用UML在面向对象的程序设计中的必要性和科学性。目前, 该系统已经开发完成并已投入使用, 运行情况良好, 具有很好的实用性, 促进了电子商务的发展, 为商家带来了良好的经济利益, 同时大大方便了网民。随着网络安全的提高和人们消费观念的转变, 在线销售系统具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]王伟.软件工程技术与实用开发工具[M].北京:中国人民大学出版社, 2010:100.
[2]陈承欢.UML与Rose软件建模案例教程[M].北京:人民邮电出版社, 2012:53.
在线建模 篇3
随着互联网在国内的普及, 计算机网络给期刊的发行提供了新的发行方式和销售渠道。在线投稿系统实现了稿件投稿、审稿、编辑和发行的网络化管理。相较于西方发达国家电子期刊网络化的迅速发展, 中国在线投稿系统起步晚了许多, 大规模的学术性期刊投稿系统发展比较滞后。为了进行网络环境下期刊文献的下载共建共享, 国家启动了作为“211工程”等高等教育公共服务体系建设项目的“中国高等教育文献保障体系” (CALIS) 。
目前国内在线投稿系统的建设依然未臻成熟, 有些在线投稿系统过于简单, 投稿者往往得不到自己想要的信息, 这极大降低了投稿者的积极性;还有许多在线投稿系统无法查阅稿件的审核进度, 投稿者虽然在线或者通过邮箱实现了稿件投递, 但却无法查阅审核情况, 这也给投稿者带来了不便。针对以上这些情况, 本文利用UML对在线投稿系统的工作流进行建模, 采用非常优秀的ASP.NET和SQL Server 2005作为基础研究平台, 开发了一个较为完善的在线投稿系统。
1 UML及工作流的相关介绍
统一建模语言 (Unified Modeling Language, UML) [1]是一种可视化的建模语言, 是一种表达面向对象设计模型的语言, 其中定义了一种抽象的用来描述软件系统结构和行为的语言, 以若干个视图来描述一个系统, 这些视图从多个不同角度表示系统的特性并与不同的用途相关。
UML定义了两类图:静态图和动态图。静态图包括用例图、类图、部署图、对象图、构件图;动态图包括顺序图、协作图、状态图、活动图。
工作流模型[2]是业务过程计算机化的形式描述。该模型定义过程运行中涉及到的各种参数, 如业务过程的开始和终止条件、各个工作环节及相互之间的控制与数据流动关系等。工作流模型发挥监控作用, 并能优化业务流程, 是工作流技术的关键。
基于UML的工作流建模[3]主要是通过UML的动态图描述工作流的执行过程, 并借助图形化的方式将工作流的数学描述表达出来。
2 在线投稿系统功能分析与基于UML的工作流建模
2.1 系统开发技术
本系统是基于ASP.NET和SQL Server 2005[4]进行开发的, ASP.NET和SQL Server 2005具有高效快速, 简单易用, 保证输出数据的客观、准确和科学等优点。由于ASP.NET是一种建立在通用语言上的程序构架, 一台WEB服务器可用其建立强大的WEB应用程序, 而且本身具有非常高的控件集成度, 较强的适应性, 便于使用和管理, 使得开发本系统得到了充分的技术保证。
2.2 数据库的设计
根据系统需要, 结合各种数据库的特点, 本系统采用Microsoft SQL Server 2005作为后台数据库。在数据库中应建立以下几个表:用户信息表、稿件表、留言表。用户表用来存储注册会员和管理员的基本信息;稿件表用来存储投稿信息;新闻信息表用来发布本站的相关信息;留言表用来存储管理员的反馈留言及用户的留言。图1为在线投稿系统类图[5], 主要包括的内容有:Author类是投稿用户类, 用于封装用户的相关信息, 表现为用户名、密码等属性, 而用到的方法主要有login、Upload、View Check和Update Author;Admin类是管理员类, 用于封装编辑和主编的相关信息;Message类是留言类, 封装管理员对用户的反馈留言及用户的留言;Paper类是稿件类, 封装稿件的相关信息。Expert为专家类, 封装外审专家的信息;checkpaper为意见类, 即外审专家审核稿件以后给出的参考意见。
2.3 在线投稿系统功能设计
该系统主要功能是:普通用户只可以浏览系统主页, 申请成为会员后可在线投稿, 由编辑对稿件排版, 然后由外审专家对稿件进行审核, 最后由主审确定是否录用稿件。本文将投稿与审稿系统主要分为用户模块、编辑模块、外审模块、主审模块四个功能模块, 其用例图[6]如图2所示。用例图描述用户和系统如何交互, 通过阐述一组用例和参与者之间的关系, 为系统、子系统或类的行为建立模型。在本系统用例图中, 可看到四个元素:参与者、用例、一个方框和一些表示关系的连接线。其中, 会员、编辑、外审和主编为参与者, 还包括在线投稿、分派投稿任务、在线审稿、终审稿件等用例。
2.4基于UML的工作流在线投稿系统建模
在线投稿系统UML工作流建模过程:普通用户可以注册成为会员, 会员登录后可查看修改资料, 当会员根据提示填写完毕个人信息后可以提交稿件, 在线投稿成功, 并可以在线实时查询稿件审核进度。编辑首先要对稿件进行初审, 主要是排版和校对, 然后将稿件分类, 并分派给不同专业方向的外审人员, 外审人员审稿完成以后将意见提交给主审, 主审可以通知作者修改其稿件, 最后决定是否录用此稿件。
本系统的活动图[7]如图3所示。这是一个带有泳道的活动图, 每一条泳道表示一个职责单位, 在这里是指投稿人、编辑、外审和主审, 该图能够清晰体现各个职责单位之间的交互关系和信息流程。
图4是本系统中稿件处理的状态图[8]。
由图4可知, 稿件处理状态依序为:
(1) 用户上传稿件, 稿件处于【提交】状态; (2) 编辑查看系统接收上传的稿件, 进入【初审】状态; (3) 如果初审通过, 稿件进入状态【分派任务】, 否则稿件申请失败; (4) 编辑根据稿件性质分发给不同专家, 稿件进入【外审】状态; (5) 专家审核完毕以后, 稿件进入【终审】状态; (6) 主编对稿件进行最后审核, 如果接受稿件则对稿件进行【稿件备份】, 然后结束;如果不接受稿件, 则退回稿件, 结束。
图5为本系统序列图[9], 首先将参与交互的对象放在图上方矩形框里, 沿X轴方向排列, 然后再将这些对象发送和接受的信息沿Y轴方向按照时间顺序从上到下放置, 如此即将为读者提供了控制流随着时间推移的清晰可视化轨迹。
3 结束语
本文利用UML对在线投稿系统的工作流进行了建模, 既总结了其优点, 也分析了不足之处, 采用统一建模语言, 可以将复杂的系统运用简单明了的可视化图形表示出来, 对整个系统的开发提供灵活、一致、易读的表达形式, 但是UML仍然是利用静态图的方式来表示工作流的动态过程, 其对工作流过程中根据现有资源灵活决策、动态选择工作项表现尚属不足, 目前只能通过选择分支来达到这一点, 但却不能充分表现工作流中工作项选择的灵活性。工作流和UML可以实现较好的结合, 但是工作流与UML理论及实践均处于不断完善的过程中, 还有很多问题需要深入研究、有效解决。
参考文献
[1]Mark Priestley.Practical Object-Oriented Design With UML[M].北京:清华大学出版社, 2005.
[2]方进, 王铁成, 石志宽.基于UML的工作流建模[J].计算机工程与设计, 2004, 25 (9) :1572-1575.
[3]胡昶, 邓泓, 贾晶, 等.基于UML工作流建模的研究与应用[J].信息与电脑, 2009, 8 (1) :40-41.
[4]梁俊丰.基于UML方法的工作流管理系统研究[D].长春:吉林大学, 2004.
[5]董一方, 祝俞刚.基于ASP.NET 2.0与SQL Server 2005的成绩录入方案[J].计算机时代, 2009, 8 (5) :46-48.
[6]李红臣, 史美林.工作流模型及其形式化描述[J].计算机学报, 2003, 26 (11) :1456-1463.
[7]刘羽飞, 李健.基于MVC模式的在线投稿与审稿系统的设计[J].计算机工程与设计, 2008, 29 (2) :504-509.
[8]徐峰, 陈暄.UML面向对象建模基础[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.
在线建模 篇4
1 粗苯回收工艺
我公司焦炉煤气洗脱苯工序主要包括终冷洗苯和粗苯蒸馏两大部分。
1.1 终冷洗苯工艺流程
脱氨后的煤气经横管式终冷塔最终冷却到25~ 27 ℃后,从装有填料的洗苯塔底部进入,顶部输出。温度为27~29 ℃的脱苯洗油(贫油)与煤气逆向接触,沿着填料向下喷洒,从塔底流出的含苯质量分数约2.0%的富油送至粗苯工段蒸馏后变为贫曲, 循环使用[1]。
1.2 粗苯蒸馏工艺流程
来自洗苯工序的富油依次送经油汽换热器、贫富油换热器,再经管式炉加热到 185 ℃后进入脱苯塔,在此用再生器来的直接蒸汽进行汽提和蒸馏。塔顶逸出的粗苯经油汽换热器、粗苯冷凝冷却器后,进入粗苯油水分离器, 分出的粗苯部分经塔顶回流外, 其余的进入苯贮槽作为产品输出。脱苯塔底排出的热贫油用泵抽出, 经换热器冷却降至27~29 ℃后,再去洗苯塔吸收煤气中的苯[2]。
2 洗苯过程机理分析
2.1 苯回收机理[3]
粗苯回收属于传质与分离过程,遵从质量守恒定律、热量守恒定律及汽液相传质理论等基本理论。洗苯是根据相似相溶原理用焦油洗油吸收煤气中粗苯的传质过程,服从亨利定律和拉乌尔定律,煤气中粗苯的分压服从道尔顿定律,洗油吸收粗苯所得的稀溶液可视为理想溶液时,其粗苯的平衡蒸汽压服从拉乌尔定律。当煤气中粗苯的分压大于洗油液面上粗苯平衡蒸汽压时,煤气中的粗苯即被洗油吸收,两者相差愈大,吸收过程进行愈容易,吸收速率也愈快。洗油吸收粗苯的极限是两者相等,此时气液两相达到平衡状态,吸收推动力为零。
2.2 接触时间和接触面积对苯回收率的影响
为使洗油充分吸收煤气中的苯族烃,必须使气液两相之间有足够的接触时间和接触面积。对于填料塔而言,吸收面积即为塔内填料表面积。接触时间是当洗油沿填料自上而下流动,与上升的煤气逆流接触,通过被洗油淋湿的填料面积来实现的。填料的表面积愈大,则煤气与洗油接触的时间愈长,回收过程进行得也愈完全。当减少吸收面积时,粗苯的回收率将显著降低。
我们根据公司实际生产状况,为了减少投资、增加效益,提高粗苯生产技术水平,在不变动主要设备的条件下,开发应用了在线过程建模和在线多目标优化操作指导系统,以优化工艺过程控制设定值,提高粗苯生产操作合理性,改进工艺,改造管道及动力能源设备,增强洗苯效果,减少洗苯塔后煤气含苯量,提高苯回收率。
3 粗苯回收过程操作指导系统的开发
3.1 将原单塔洗苯工艺改为半富油洗苯工艺
根据洗油洗苯工艺的传质原理,为使吸收过程进行的更完全,增加气液两相之间接触时间和接触面积,改变洗苯塔一备一用的生产状况,变为两级逆流串联洗苯,把原洗苯工艺改为上塔贫油先进入2#洗苯塔,吸收了苯的半富油在2#塔底用泵(新增)送入1#洗苯塔进行洗苯,强化洗苯的吸收操作,洗苯后的富油在1#塔底用原富油泵输送到富油储槽[4]。同时更换和增加换热器和泵等设备,提高了设备利用率。采用双塔洗苯的半富油工艺,可以使煤气与循环洗油的接触面积和接触时间比单塔洗苯均增大一倍,吸收过程进行的更完全。改造后洗苯工艺流程如图1。
3.2 开发焦化粗苯回收过程操作指导系统
3.2.1 在线过程建模
粗苯回收工艺在线过程建模阶段,根据采集的粗苯回收生产过程实时数据和历史数据,首先运用机理分析、多元回归和系统辨识的方法建立粗苯回收工艺过程系统集成模型,并对模型进行验证[5]。在应用中,随着新数据的不断加入,根据矩形窗的思想,将旧的历史数据更新,保证每经历一定的生产周期重新建立模型所用数据最新,而建模所用数据总量保持不变。研究中我们还发现,单一的建模方法不足以解决建模问题,运用机理分析建模有助于深入了解过程原理和内部规律,数据对象物理意义明确,但要求数据质量高,现场只能满足部分条件,而管式炉加热过程影响因素相对较少,采用多元回归建模即可满足要求,模型计算速度快,有利于进行优化求解。脱苯过程影响因素较多,模型内部机理复杂,采用在线辨识的方法可以获得高精度模型,并且满足系统实时性要求。
3.2.2 在线多目标优化
在线多目标优化阶段,根据已建立的最新模型,用准确数学形式表示出粗苯回收过程优化目标函数,并选取合适优化算法进行多目标求解。粗苯回收工艺过程设定值优化中,清洁生产、节能降耗和提高生产效率三个目标是相互矛盾的,不可能同时都达到最优状态。其目标函数中五个优化变量均受工艺要求和模型约束,并且脱苯塔顶温度和脱苯塔底压力与出管式炉富油温度具有耦合关系,采用粒子群优化方法,利用实数编码方式和典型的控制参数进行问题求解,可快速求解粗苯回收工艺过程进行多目标优化问题,获得优化操作变量信息[6]。包括:出管式炉富油管温度、脱苯塔顶温度、脱苯塔底压力、热贫油流量和温度。在此基础上,根据已有的硬件基础,我们采用Visual Studio平台开发软件系统,建立实时数据平台并与SQL Server 2000数据库进行数据交互[7]。
粗苯回收过程操作指导系统实现自动更新系统模型和优化结果,同时还具有智能专家工况评估、过程监控、参数设置及产量预测等功能,并对现场出现的异常情况进行及时提示以满足实际应用需要。
4 应用效果
粗苯回收过程操作指导系统运用于生产上以来,主要工艺指标为:(1)贫油温度可以控制在规定指标内,即28~30 ℃;(2)塔后煤气含苯降低到4 g/m3左右;(3)洗苯阻力控制在1800~2000 Pa之间;(4)洗油消耗量控制在100 kg洗油/T粗苯以内;(5)粗苯回收率在0.85%以上。下表为该操作系统投入使用前后的相关数据。
从表1的数据可以看出,自2010年4月份以来,粗苯回收
率从0.65%左右提高到0.85%以上,该操作指导系统的应用提高了公司的经济效益。
摘要：介绍了朝川焦化粗苯回收的主要工艺流程,针对粗苯回收率低的实际情况,通过对部分工艺和设备的改造,综合运用机理分析、多元回归和系统辨识方法建立粗苯回收过程集成模型,采用粒子群算法优化生产过程,开发了粗苯回收操作指导系统,对生产过程进行多目标在线优化,提高了粗苯回收率和清洁化生产水平。
关键词：粗苯,回收率,建模,优化
参考文献
[1]肖瑞华,白金锋.煤化学产品工艺学(第二版)[M].北京:冶金工业出版社,2008:128-129.
[2]肖瑞华,白金锋.煤化学产品工艺学(第二版)[M].北京:冶金工业出版社,2008:135-137.
[3]夏清,陈常贵.化工原理(修订版:下册)[M].天津:天津大学出版社,2005:101-103.
[4]陈健.提高粗苯回收率的研究与应用[J].重钢技术,2005,48(2):9-12.
[5]薛素静,上官同英.多元线性回归算法的研究和应用[J].水利电力机械,2007,29(5):59-60.
[6]潘峰,陈杰一,甘明刚,等.粒子群优化的算法模型分析[J].自动化学报,2006,32(3):368-377.