仿真基礎(chǔ)學(xué)習(xí)

1、11.1化工仿真技術(shù)1.1.1化工仿真技術(shù)簡(jiǎn)介化工仿真技術(shù)簡(jiǎn)介仿真實(shí)習(xí)技術(shù)是以仿真機(jī)為工具，用實(shí)時(shí)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型代替真實(shí)工廠進(jìn)行教學(xué)實(shí)習(xí)的一門新技術(shù)。仿真機(jī)是基于電子計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)或多媒體部件，由人工建造的，模擬工廠操作與控制或工業(yè)過程的設(shè)備，同時(shí)也是動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型實(shí)時(shí)運(yùn)行的環(huán)境。動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是仿真系統(tǒng)的核心，是依據(jù)工業(yè)過程的數(shù)據(jù)源由人工建立的數(shù)學(xué)描述。這種數(shù)學(xué)描述能夠產(chǎn)生與工業(yè)過程相似的行為數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型一般由微分方程組成。用于仿

2、真實(shí)習(xí)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型應(yīng)當(dāng)滿足：數(shù)值求解的實(shí)時(shí)性、全量程隨機(jī)可操作性、逼真性和高度可靠性。化工仿真技術(shù)是以軟件為平臺(tái)，以真實(shí)的工廠單元及工段為背景，以仿真機(jī)為工具，用實(shí)時(shí)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型來模擬了真實(shí)的帶有控制點(diǎn)的設(shè)備和工藝流程實(shí)際操作。以完成如何開車、停車、及常見的事故處理的全過程。具體來說就是將過程工業(yè)中的典型的單元操作如：離心泵單元、熱管式交換器單元、液位單元控制、吸收解吸單元、固定床單元、流化床單元等包括控制系統(tǒng)的一系列可獨(dú)立運(yùn)行

3、的單元操作，此外還包括大型的合成氨、常減壓蒸餾、催化裂化反應(yīng)再生等流程工段?？傊到y(tǒng)仿真技術(shù)是計(jì)算機(jī)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。是計(jì)算機(jī)與化工的有機(jī)接合。1.1.2DCS集散控制系統(tǒng)介紹集散控制系統(tǒng)介紹1系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真是運(yùn)用物理模型或數(shù)學(xué)模型代替真實(shí)物體或系統(tǒng)的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究的一門應(yīng)用技術(shù)科學(xué)，按所用模型分為物理仿真和數(shù)字仿真兩類。物理仿真是以真實(shí)物體或系統(tǒng)，按一定比例或規(guī)律進(jìn)行微縮或擴(kuò)大后的物理模型為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。數(shù)字仿真是以真實(shí)物體或系統(tǒng)

4、規(guī)律為依據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型后，在仿真機(jī)上進(jìn)行研究。與物理仿真相比，數(shù)字仿真具有更大的靈活性、能對(duì)截然不同的動(dòng)態(tài)特性模型做實(shí)驗(yàn)研究，為真實(shí)物體或系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)提供了十分有效而經(jīng)濟(jì)的手段。2過程系統(tǒng)仿真過程系統(tǒng)仿真是指過程系統(tǒng)的數(shù)字仿真。它要求描述過程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的3些功能，模型則只能產(chǎn)生那些功能或現(xiàn)象。比如：一個(gè)設(shè)計(jì)合理的流體流動(dòng)管路與閥門組成的網(wǎng)絡(luò)模型，可以產(chǎn)生各閥門不同開關(guān)狀態(tài)的所有排列及合理性。閥門開度與流體流量及流速等參數(shù)是成一定

5、規(guī)律的。從這個(gè)意義上看，采用仿真技術(shù)可以輔助工程技術(shù)人員全認(rèn)識(shí)和分析過程系統(tǒng)，防止人為思維慣性所產(chǎn)生的遺忘導(dǎo)致的試驗(yàn)、研究或設(shè)計(jì)中的重大失誤。(7)計(jì)劃中或設(shè)計(jì)中的過程系統(tǒng)，現(xiàn)實(shí)世界中尚不存在，只有通過仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。如：在化工實(shí)驗(yàn)中我們想合成高分子材料，對(duì)其方法的可行性及能否得到預(yù)期產(chǎn)品如果用傳統(tǒng)方法需要數(shù)月、數(shù)年甚至下幾年的時(shí)間。利用仿真技術(shù)可以達(dá)到。在這方面這處領(lǐng)域目前有很大突破。1.1.3仿真實(shí)訓(xùn)的作用仿真實(shí)訓(xùn)的作用任何一項(xiàng)新

6、的技術(shù)都有其局限性。由于高檔圖形工作站價(jià)格昂貴，當(dāng)前的仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)還難于實(shí)現(xiàn)化工過程三維動(dòng)態(tài)視景功能，無法產(chǎn)生真實(shí)化工生產(chǎn)過程的臨境感受，也無法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同設(shè)備的拆裝技能和力度訓(xùn)練。這些功能可能將來部分由虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前仿真實(shí)習(xí)在化工類學(xué)校主要起到如下作用：①深入了解化工過程系統(tǒng)的操作原理，提高學(xué)生對(duì)典型化工過程的開車、停車運(yùn)行能力；②掌握調(diào)節(jié)器的基本操作技能，進(jìn)而熟悉PID參數(shù)的在線整定；③掌握復(fù)雜控制系統(tǒng)的投運(yùn)和調(diào)整技術(shù)

7、；④提高對(duì)復(fù)雜化工過程動(dòng)態(tài)運(yùn)行的分析和決策能力，通過仿真實(shí)習(xí)訓(xùn)練能夠提出最優(yōu)開車方案；⑤在熟悉開、停車和復(fù)雜控制系統(tǒng)的調(diào)整基礎(chǔ)上，訓(xùn)練識(shí)別事故和排除事故的能力；⑥科學(xué)地、嚴(yán)格地考核與評(píng)價(jià)學(xué)生經(jīng)過學(xué)習(xí)訓(xùn)練后所達(dá)到的操作水平以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力。以上六種作用表明，仿真實(shí)習(xí)對(duì)于學(xué)生了解工藝和控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高對(duì)工藝過程的運(yùn)行和調(diào)整控制能力具有特殊的作用。這種運(yùn)行、調(diào)整和控制能力集中反映了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)分析和解決問題的水平。仿真