选煤厂CPS及其生产调度研究

摘要

随着智慧矿山的发展，选煤厂对智能化的要求不断提高。当前选煤厂控制系统中各子系统的控制和信息采集相互独立，因此无法将整个生产过程作为整体进行建模，并通过子系统之间的实时交互完成整个系统的优化控制。因此，研究智能化选煤厂及其生产调度十分必要。本文以兖州兴隆庄选煤厂为例，将 CPS引入选煤厂中，对选煤厂CPS模型及生产调度方法进行了研究。
　　针对当前选煤厂PLC系统中各控制子系统相互独立的问题，结合MAS特征以及PLC网络结构，建立基于语义agent的选煤厂CPS模型。分析了选煤厂CPS中各主要车间代理结构和相互之间的关系以及车间管理agent相互交互过程。
　　为了解决选煤厂CPS的智能调度问题，提出基于订单窗口期的、以经济效益最大化为目标的静态生产调度模型，并利用TS-PSO对调度模型进行了求解。将PSO算法与TS算法结合，克服了粒子群过早陷入最优及TS算法过分依赖初始解的缺点。通过理论分析证明了该静态调度模型符合选煤厂生产线的实际情况，并通过实验仿真表明了利用禁忌粒子群算法求解静态调度模型的有效性。
　　考虑到选煤厂实际的动态生产环境，分析了引起物理环境动态变化的几种因素，提出了设备异常及紧急订单到达两种动态因素情况下的选煤厂 CPS动态调度策略。在环境发生动态变化时，通过选煤厂CPS中订单agent、调度agent、车间管理agent及车间内其他agent之间的协作与合作完成动态调度。实验仿真了在静态调度结果的基础上有紧急订单到达时的动态调度，结果证明了调度策略的可行性。
　　本文的研究成果表明了CPS应用在选煤厂中可以解决当前PLC集控系统存在的问题，满足选煤厂对系统智能化的需求，并可以通过优化调度提高选煤厂生产效率。

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1 绪论

1.1研究背景 (Research Background)

1.2课题研究现状 (Research Status)

1.3本课题研究意义和方法 (Research Significance and Method)

1.4论文组织结构(Structure)

2 CPS与选煤厂生产过程

2.1选煤厂生产工艺流程(Production Process of Coal Washery)

2.2选煤厂PLC集控系统(PLC Centralized-Control System of Coal Washery)

2.3 CPS基本概念及工作原理(Definition and Working Principle of CPS )

2.4 CPS特点(Characteristics of CPS)

2.5本章小结(Chapter Summary)

3 基于agent的选煤厂CPS

3.1多智能体系统(Multi Agent System)

3.2基于agent的CPS模型 (CPS Model Based on Agent)

3.3智能选煤厂网络结构分析(Analysis for Network Structure of Intelligent Coal Washery)

3.4基于agent的选煤厂CPS模型(Coal Washery CPS Model Based on Agent)

3.5本章小结 (Chapter Summary)

4 选煤厂CPS中的生产任务调度

4.1选煤厂调度现状及特点(Scheduling Status Quo and Characteristics of Coal Washery)

4.2选煤厂CPS静态调度 (Static Scheduling of Coal Washery CPS)

4.3改进的粒子群算法(Improved Particle Swarm Optimization)

4.4选煤厂CPS动态生产调度(Dynamic Production Scheduling of Coal Washery CPS)

4.5本章小结 (Chapter Summary)

5 实验与仿真

5.1选煤厂CPS静态生产调度 (Static Production Scheduling of Coal Washery CPS)

5.2动态调度仿真结果与分析(Simulation Result and Analysis of Dynamic Scheduling )

5.3本章小结(Chapter Summary)

6 总结与展望

6.1总结 (Summary)

6.2展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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