化工过程的模拟培训器

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1、化工过程的模拟培训器许正宇中国化工信息中心北京(100029)E-mail：xuzhengyuu@gmail.com摘要：本文详细的叙述了化工仿真模拟培训器的一些基本的概念和算法原理的进展，包括DCS仿真和化工过程的仿真，仿真采用的序贯模块法算法，模块的属性和模块的分类。文中介绍了包括工程师站,教员站和学员站DCS模拟培训器软件结构图。并指出了仿真模拟培训发展前景。关键词:仿真；动态模拟，培训器。中图分类号:TK229.8文献标识码：B1.前言目前现代化的石油化工工厂都采用集散控制系统（DistributedControlSystem,简称DC

2、S）进行生产操作。这种系统就是将用于工厂生产的控制变量、显示变量、分析变量和开关量等，从生产现场采集出来，并将其变换到适合于计算机系统要求的数字通信信号格式，统一传递到工厂中央控制室的计算机上。在计算机中装有数据管理、优化控制、程序控制和离线计算等特殊功能的应用程序，这些程序对从生产现场采集出来的数据进行处理并通过图形界面显示出来。工厂的生产操作人员即可通过计算机对生产进行操作，操作的指令经过计算机的处理，返回到生产现场。采用DCS系统后，工厂的生产操作人员能够了解整个生产的全局，可全面综合地操作控制生产过程。由于现代工业工厂的DCS操作系统使

3、生产大规模、高效率和连续化，而操作人员又减少，就要求提高每个生产操作人员的素质，因此对DCS生产操作人员进行培训是非常必要的。-1-图1中上方所示是实际工厂的生产控制简图。DCS系统安装在中央控制室，DCS屏幕显示的温度、压力和流量等参数都是通过变送器从实际生产装置上采集的。生产操作人员通过DCS对生产进行操作，保证生产装置长期、稳定地运行。仿真模拟培训系统实质上是借助于计算机的计算能力，用数学模型代替实际生产装置的响应。仿真模拟培训系统也模拟工厂的DCS系统，其操作画面、键盘、联锁响应和操作变量的响应均与DCS相同。综上所述，仿真模拟培训系统

4、包括两个任务：DCS系统的仿真和数学模型代替实际工厂的仿真。用计算机模拟实际生产装置和实际DCS控制系统，来仿真一个实际工厂如图中下方所示。使用这样的模拟仿真系统，可以对生产操作人员进行操作培训。仿真模拟培训系统是用数学模型代替实际工厂，因而数学模型的好坏是仿真模拟培训系统质量的关键。2．DCS系统的仿真仿真模拟培训系统也模拟工厂的DCS系统，其操作画面、键盘、联锁响应和操作变量的响应均与DCS相同。我们称之为DCS系统的仿真。DCS系统的仿真也是仿真模拟培训系统的一个重要任务。通常有两种方法：2.1DCSlink仿真模型直接和DCS厂商提供的

5、软件相连。如图2所示：controller可以是实际硬件，也可以是软件。由于实际硬件价格很高，通常采用(DCS厂商提供的)软件仿真controller。由于将过程模拟的软件包和DCS提供商的软件联起来。必须开发模拟平台和DCS提供商的link接口软件。这种方法的优点：ò不必要开发DCS仿真的软件，这是一个很费时的工作。因为要作到和DCS提供商的软件一样的操作界面不是一个很容易的事情。ò可以利用厂方提供的组态的文件，对模拟培训系统的组态，节约许多组态工时。ò模型的复杂控制和联锁搭接也可不必要进行了，直接采用DCS的软件文件结构。这种方法的缺点：ò

6、必须购买DCS的许可证费。通常是很贵的。òDCS开发商必须提供开放的接口，才能开发link接口软件。2.2DCS仿真的软件（emulation）开发一个软件去仿真DCS提供商的软件功能。这种方法的优点和缺点和正好和DCSlink相反。典型的emulation如图3所示：-2-通常国内的用户都选用emulation方案。由于他们通常不太愿意支付昂贵的DCS的许可证费。而国外的用户大都选用DCSlink方案。由于十多年的开发，仿真公司已经开发了许多DCS的emulation。但由于DCS供应商的版本不断的提高。仿真公司要不断的跟进，已有DCS的em

7、ulation新版本的开发仍然是一个十分辛苦的工作。3.化工过程的仿真[1]用数学模型代替实际工厂的响应称为化工过程的仿真。这是仿真培训器最核心的任务。我们从一个简单的例子来说明动态模拟的概念.3.1常压水容器模拟。-3-一个敞口容器,水从阀V1流入,水从阀V2底部流出。容器的液面高度为h。过程如图4:则:流入流量:F1=C*1SP*1(P1−Atm)V(1)流出流量:F2=C2*SP2*(P3−P)2V(2)式中:P3=Atm+h*D(3)d(S*h*d)=F1−F2(4)dt式中:D:水的重度d:水的密度S:敞口容器的截面积CV阀的流通能力

8、SP:阀的开度.计算关系如下图:依次计算方程(1),(2),(4),(3),积分时间不断地积累,我们就可以模拟出敞口容器的动态过程。这种算法叫序贯模块