如1.1節(jié)所述，穩(wěn)態(tài)仿真只是動(dòng)態(tài)過程達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)的簡化處理，然而化工穩(wěn)態(tài)過程只是相對(duì)且暫時(shí)的，實(shí)際過程中總是存在各種各樣的波動(dòng)、干擾和條件的變化，因此化工過程的動(dòng)態(tài)變化足必然的，如開停車、故障處理等。在研究這類動(dòng)態(tài)問題時(shí)，必須使用動(dòng)態(tài)仿真。動(dòng)態(tài)仿真中的動(dòng)態(tài)模型由一系列微分方程組成，能真實(shí)地對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)流程進(jìn)行模擬，為生產(chǎn)制造企業(yè)進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、故障處理策略設(shè)計(jì)等提供了有效的工具。
動(dòng)態(tài)仿真軟件的開發(fā)始于20世紀(jì)80年代，1969年加拿大McMaster大學(xué)成功開發(fā)了DYNSYS，應(yīng)用于指導(dǎo)丁二烯抽提裝置的開車。此后，美國Huston大學(xué)開發(fā)的PRODYC、杜邦公司開發(fā)的DYFLO、美國Michigan大學(xué)開發(fā)的DYSCO、日本科學(xué)家工程師協(xié)會(huì)與英國計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，CAD)中心聯(lián)合開發(fā)的DPS、日本三井東亞化工公司開發(fā)的MODYS等，都在相應(yīng)領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。但是這些動(dòng)態(tài)仿真軟件通用性較差，直到80年代后期，才由美國Aspen Tech公司推出了著名的通用動(dòng)態(tài)仿真軟件SPEED UP。20世紀(jì)90年代，動(dòng)態(tài)仿真軟件得到了進(jìn)一步發(fā)展，新的仿真軟件不斷問世，其中應(yīng)用最為廣泛的是加拿大Hyprotech公司的HYSIS、美國Aspen Tech公司的DYNAMICS等。此外，用于培訓(xùn)石化企業(yè)操作工人的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)也可視為一種動(dòng)態(tài)仿真軟件，這類仿真軟件興起于20世紀(jì)80年代，比較典型的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)有美國ABB Simcon公司的Simcon動(dòng)態(tài)模擬器，中石化集團(tuán)北京燕山石油化工有限公司仿真培訓(xùn)中心也開發(fā)了相應(yīng)的工藝操作仿真培訓(xùn)軟件，取得了良好的效果。
利用動(dòng)態(tài)仿真可以解決很多生產(chǎn)實(shí)際問題：
(1)過程系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì) 完成生產(chǎn)方案選擇、生產(chǎn)參數(shù)確定等工藝設(shè)計(jì)問題，使過程系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。
(2)過程系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì) 動(dòng)態(tài)仿真軟件接收控制器生成的控制量，得到被控對(duì)象動(dòng)態(tài)模型實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)輸出，根據(jù)該動(dòng)態(tài)模型的輸入輸出關(guān)系，設(shè)計(jì)合理的控制器。
(3)過程系統(tǒng)的安全分析和預(yù)測 對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真，分析和預(yù)測過程系統(tǒng)的安全狀況。
(4)操作人員技能培訓(xùn) 對(duì)操作員進(jìn)行開車、停車、正常運(yùn)行的操作技巧及處理緊急事故的能力訓(xùn)練；對(duì)儀表工程師進(jìn)行儀表系統(tǒng)的調(diào)整、組態(tài)，儀表系統(tǒng)故障的分析和處理的訓(xùn)練；對(duì)工藝工程師進(jìn)行工藝流程變量的分析、工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇的訓(xùn)練。
2 制造執(zhí)行系統(tǒng)層中的仿真
在MES層，仿真技術(shù)可以用來模擬MES應(yīng)用系統(tǒng)在生產(chǎn)制造企業(yè)的執(zhí)行情況，也可以集成到某些MES軟件中，以支持這些軟件更好地實(shí)現(xiàn)其功能。這時(shí)的仿真平臺(tái)通常對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)行仿真，在ERP／MES／PCS流程工業(yè)三層體系結(jié)構(gòu)中扮演了PCS層的角色(如圖5)，它接收并執(zhí)行南MES層生成的計(jì)劃調(diào)度指令。仿真生成底層裝置的生產(chǎn)信息，提供給MES各應(yīng)用系統(tǒng)(包括物料平衡、能耗物耗管理等)。
圖5 仿真平臺(tái)與MES系統(tǒng)
與應(yīng)用于PCS層的仿真有所不同，基于MES應(yīng)用的仿真在裝置建模上做了較大的簡化，使用粒度較大的裝置模型。煉油廠調(diào)度軟件SIPP系統(tǒng)中包含有調(diào)度仿真模塊，其流程裝置模型使用的都是簡化的線性模型，這是由兩者在應(yīng)用目標(biāo)上的不同造成的。PCS層的仿真應(yīng)用更關(guān)注對(duì)裝置的控制，因此需要細(xì)致地描述裝置生產(chǎn)狀態(tài)的變化情況：而MES層的仿真應(yīng)用則關(guān)注對(duì)整個(gè)工廠生產(chǎn)過程的控制，只需要粗略地描述裝置在特定時(shí)段內(nèi)的生產(chǎn)情況即可。
目前，基于MES層的仿真已得到了廣泛的應(yīng)用，主要解決兩類問題：
(1)為MES應(yīng)用軟件提供測試和培訓(xùn)平臺(tái)(如圖6)，浙江大學(xué)基于Matlab的仿真系統(tǒng)Inbbb-Sim已成功地應(yīng)用于數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)和公用工程管理系統(tǒng)的測試。
圖6 仿真在MES應(yīng)用軟件測試或培訓(xùn)中的應(yīng)用
(2)為生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化提供仿真分析數(shù)據(jù)(如圖7)，即“what-if”分析。事實(shí)上，煉油廠的凋度工具大多是基于調(diào)度仿真的，通過調(diào)度仿真，可以分析和預(yù)測在特定調(diào)度指令下，工廠生產(chǎn)的物流、能耗和設(shè)備狀態(tài)，并為進(jìn)一步生成可行的優(yōu)化的調(diào)度指令提供必要的數(shù)據(jù)。如著名的商業(yè)調(diào)度軟件Aspen Tech公司的Aspen Orion、Hyprotech與KBC公司的HYSIS．Rfinery都集成了調(diào)度仿真、線性規(guī)劃和專家系統(tǒng)等技術(shù)，巴西圣保羅大學(xué)開發(fā)的SIPP和希臘佩特雷大學(xué)開發(fā)的原油調(diào)度軟件也都將調(diào)度仿真和其他優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)調(diào)度指令的生成。
圖7 仿真在調(diào)度軟件中的應(yīng)用
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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