【正文】 性減小，輸出較穩(wěn)定。圖33 過程變量子系統(tǒng)圖34 高斯噪聲波形圖將所有變量構(gòu)建完成以后，根據(jù)質(zhì)量平衡和能量平衡方程組搭建模塊如圖35所示，將Ca、T、Fc的值連接示波器，以便觀察仿真結(jié)果。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。此時(shí)測(cè)量噪聲和過程噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差分別為：表32 CSTR仿真過程的測(cè)量噪聲和過程擾動(dòng)方差F4e6CAin1e2TAinTCinFC1e20CA0T4e40在上述仿真條件下，可得出CSTR正常和故障狀態(tài)的仿真數(shù)據(jù)，故障主要包括傳感器/執(zhí)行器故障、過程擾動(dòng)過大故障及對(duì)象故障。輸出變量包括產(chǎn)品流的濃度()和溫度()。CSTR用途：已知化學(xué)反應(yīng)式、動(dòng)力學(xué)方程和平衡關(guān)系，計(jì)算所需的反應(yīng)器體積和反應(yīng)時(shí)間，以及反應(yīng)器熱負(fù)荷。消化器內(nèi)安裝有攪拌裝置，使發(fā)酵原料和微生物處于完全混合狀態(tài)。圖212 不加擾動(dòng)動(dòng)態(tài)仿真圖將穩(wěn)態(tài)仿真計(jì)算結(jié)果中輸入混合物的流率修改，添加組分?jǐn)_動(dòng)，如圖213所示，流股1中混合物原來甲苯和甲基環(huán)乙烷流率都是200 lbmol/hr，現(xiàn)修改為甲苯流率180 lbmol/hr，甲基環(huán)乙烷流率220 lbmol/hr。 設(shè)置PID控制器在動(dòng)態(tài)仿真軟件Aspen Dynamics里打開前面在Aspen Plus導(dǎo)出的精餾分離文件，向精餾分離模型中添加一個(gè)PID控制器MCHCOMP和一個(gè)延時(shí)模塊MCHCOMPDT。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。 e(t)為控制器的輸入即控制系統(tǒng)的給定量與輸出量的偏差；u(t)為控制器的輸出；Kp為比例系數(shù)；Tl為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。有些情況下，在動(dòng)態(tài)模擬轉(zhuǎn)化過程中，自動(dòng)生成由壓力和液位控制器決定的出口流率。2． 回流罐幾何形狀設(shè)置為平放、兩頭橢圓形，長(zhǎng)6英尺，直徑3英尺。 精餾分離模型添加動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)穩(wěn)態(tài)仿真可以得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值，進(jìn)而進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，而不能夠顯現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程。塔頂熱負(fù)荷最小為負(fù)值，塔頂最大，中間其他板都為0。首先打開Contoll Panel菜單，可以看到收斂循環(huán)上 Err/Tol的數(shù)值逐漸變小至收斂。圖24 組分定義在Properties選項(xiàng)中選擇熱力學(xué)方法為活度系數(shù)模型UNIFAC。圖21 典型的精餾模型圖左邊的輸入流股FEED為進(jìn)料物料流，要求至少一股。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案流程工業(yè)綜合自動(dòng)化仿真平臺(tái)由三個(gè)分系統(tǒng)和三種數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，圖11所示為系統(tǒng)框圖。(3) 過程系統(tǒng)的安全分析和預(yù)測(cè)。 動(dòng)態(tài)仿真動(dòng)態(tài)仿真比穩(wěn)態(tài)仿真更能反映真實(shí)的生產(chǎn)情況,其主要功能是把該裝置的內(nèi)部生產(chǎn)流程及機(jī)理模擬出來，同時(shí)反映裝置的控制和操作條件，盡量模擬與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相近的生產(chǎn)條件及操作條件。這類穩(wěn)態(tài)仿真應(yīng)用化工過程的動(dòng)態(tài)仿真具有一定的指導(dǎo)作用。 一些過程控制算法就可以利用流程模擬技術(shù)獲得較為完備的數(shù)據(jù),應(yīng)用這一技術(shù)，可以模擬不同工藝條件下的生產(chǎn)結(jié)果. 調(diào)度人員可利用這些產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在流程工藝的基礎(chǔ)上確定最佳方案，也可以將這些數(shù)據(jù)作為理論研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)使用，而無需破壞生產(chǎn)的連續(xù)性，節(jié)省了大量的人力、物力。 但總體而言，我國(guó)在流程工業(yè)綜合自動(dòng)化技術(shù)與系統(tǒng)的研究與產(chǎn)業(yè)化過程中同國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比還存在很大的差距，主要體現(xiàn)在技術(shù)深度上不夠、應(yīng)用基礎(chǔ)研究不夠、相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)借用不夠、系統(tǒng)化程度不夠、集成能力不夠、產(chǎn)品化程度不夠、產(chǎn)業(yè)化能力不強(qiáng)等諸多方面。在管理決策層進(jìn)行物料平衡、生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度、排產(chǎn)、企業(yè)資源計(jì)劃、離線在線模擬與優(yōu)化等。在2000年全球500強(qiáng)的行業(yè)中，中國(guó)石油化工集團(tuán)公司居58位、中國(guó)國(guó)家電力公司居83位、中國(guó)化工進(jìn)出口總公司居307位。其特點(diǎn)是以處理連續(xù)或間歇物料流、能量流為主，產(chǎn)品多以大批量的形式生產(chǎn)。本文首先設(shè)計(jì)了流程模擬系統(tǒng)，開發(fā)了三個(gè)流程模擬實(shí)驗(yàn)：基于Aspen的精餾分離靜態(tài)模擬、動(dòng)態(tài)模擬，Simulink建立的CSTR（連續(xù)攪拌反應(yīng)）實(shí)時(shí)仿真和乙醇發(fā)酵仿真。 Distillation。據(jù)2003年估計(jì)全球流程工業(yè)的年產(chǎn)值超過5萬億美元，其中僅化工和石油化工部分就超過1萬2千億美元。20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)的研究已成為自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)前沿課題。Rockwell公司提出e－ManufacturingTM解決方案；ABB公司提出基于MES（生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)）的綜合自動(dòng)化解決方案，開發(fā)相應(yīng)的工業(yè)IT；AspenTech和Honeywell這兩家大公司都已不再局限于過程自動(dòng)化軟件與軟件領(lǐng)域，而是在其中下層自動(dòng)化軟硬件優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上分別提出了面向企業(yè)整體的解決方案，如AspenTech公司推出的Aspen Engineering SuiteTM、Aspen Manufacturing SuiteTM和Aspen Supply Chain SuiteTM套件，以及提出了智能化工廠的概念PlantelligenceTM?，F(xiàn)在,企業(yè)迫切需要通過仿真技術(shù)來提高自身的競(jìng)爭(zhēng)能力，能否有效應(yīng)用仿真，將成為決定企業(yè)成敗的關(guān)鍵因素之一 。其中包括人們最為關(guān)心的原材料消耗、公用工程消耗和產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)和質(zhì)最等重要數(shù)據(jù)。這類仿真主要用于新裝置的設(shè)計(jì)、舊裝置的改造和新工藝新流程的開發(fā)研究。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。流程模擬系統(tǒng)建立了三個(gè)流程模擬實(shí)驗(yàn)：基于Aspen Plus的精餾分離靜態(tài)模擬、基于Aspen Dynamics的精餾分離動(dòng)態(tài)模擬；Simulink建立的CSTR（連續(xù)攪拌反應(yīng)）實(shí)時(shí)仿真；Simulink建立的乙醇發(fā)酵仿真。通過Web頁(yè)面展示數(shù)據(jù)。 精餾分離模型定義1．模型：如圖22所示圖22 甲基環(huán)乙烷（MCH）精餾分離模型圖2．工藝說明：（1）甲基環(huán)乙烷（Methylcyclohexane，簡(jiǎn)寫為MCH， ? F）和甲苯（toluene，? F）沸點(diǎn)非常接近，通過簡(jiǎn)單的二元精餾難以將它們分離（2）使用苯酚（phenol，? F）作為萃取劑來萃取甲苯，從而在塔頂獲得純度較高的甲基環(huán)乙烷3．任務(wù)：（1）利用已有的塔從MCH和toluene的混合物料中回收MCH（2）通過增大萃取劑的流量來提高塔頂MCH產(chǎn)品的純度（3）在給定的萃取劑流量下，計(jì)算產(chǎn)品純度、塔的流量和組成分布以及塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負(fù)荷 Aspen Plus建立精餾分離模型，具體步驟如下：1．定義流程圖。在Blocks選項(xiàng)中輸入單元操作模塊的數(shù)據(jù)：（1）配置 塔板數(shù)：22塊；塔頂冷凝器：全冷凝；塔頂餾出物流量：200 lbmol/h；回流比：8。1．塔頂冷凝器計(jì)算結(jié)果圖25塔頂冷凝器計(jì)算結(jié)果如圖25所示為最上層的冷凝器的計(jì)算結(jié)果，熱負(fù)荷為24165073Btu/hr， ? F， ? ? F，在這個(gè)溫度下，冷凝器里面甲基環(huán)乙烷為汽態(tài)，能夠經(jīng)過冷凝作用從塔頂餾出，甲苯為液態(tài)，會(huì)向下面的塔板流動(dòng)?？梢娪?jì)算結(jié)果與理論分析師吻合的。Aspen Dynamics進(jìn)行的動(dòng)態(tài)模擬仿真是直接建立在原有的Aspen Plus穩(wěn)態(tài)仿真平臺(tái)上, 只需將原有的靜態(tài)仿真應(yīng)用進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可得到動(dòng)態(tài)流程模擬應(yīng)用。由于第1塊板為塔頂蒸餾產(chǎn)物出口，第22塊板為塔底其他混合物出口，僅需要設(shè)置第2到低21塊板，直徑全部設(shè)置為5英尺。對(duì)于液體，壓力/流量動(dòng)力學(xué)非常快，完美流量控制的假設(shè)通常是準(zhǔn)確的。圖210 PID控制系統(tǒng)框圖比例環(huán)節(jié)作用：按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差,比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 則有：c(t) = STREAM(3),Zn(MCH)u(t) = STREAM(2),FcR(PHENOL)在中間加上一個(gè)延時(shí)模塊，設(shè)置延時(shí)時(shí)間為5min。圖213加擾動(dòng)后動(dòng)態(tài)仿真圖第三章 CSTR模擬 CSTR模型 CSTR 簡(jiǎn)介CSTR(continuous stirred tank reactor)連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器又稱連續(xù)攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)，是指帶有攪拌漿的槽式反應(yīng)器?！　STR優(yōu)點(diǎn)：CSTR工藝可以處理高懸浮固體含量的原料。反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)一階放熱反應(yīng)，且假定其中為全混流，物理特性恒定。擾動(dòng)輸入變量的真實(shí)值可表示為，為各變量操作點(diǎn)值。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。圖37 CSTR模擬結(jié)果由動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果圖可見通過Fc的反饋比例控制，該CSTR反應(yīng)器動(dòng)態(tài)仿真基本實(shí)現(xiàn)，整個(gè)仿真裝置能夠正常運(yùn)作。S_function是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言描述，在MATLAB里，用戶可以選擇用m文件編寫，也可以用c或mex文件編寫。在Oracle里面建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，以便存儲(chǔ)仿真結(jié)果，服務(wù)器名XSCJ用戶名system，密碼wsh2。)建立一個(gè)模塊觸發(fā)子系統(tǒng)，將需要輸入到Oracle的數(shù)據(jù)鏈接到該子系統(tǒng)上，使用一個(gè)矩形脈沖發(fā)生器作為觸發(fā)子系統(tǒng)的觸發(fā)器，幅度值設(shè)為1，周期為1秒(每秒鐘執(zhí)行一次將數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)庫(kù))。,num2str(flag)])。sys=simsizes(sizes)。CA39。圖310 Oracle存儲(chǔ)的CSTR模擬結(jié)果數(shù)據(jù)第四章 乙醇發(fā)酵模擬 乙醇發(fā)酵 工業(yè)乙醇發(fā)酵方法發(fā)酵法由于其高效、綠色無污染的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。 工業(yè)發(fā)酵流程以某化工原料有限公司的乙醇連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)為背景，其生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖41如下：圖41 發(fā)酵流程圖整個(gè)發(fā)酵流程的主要設(shè)備包括1個(gè)預(yù)發(fā)酵罐，6個(gè)發(fā)酵罐，離心分離機(jī)等。而在發(fā)酵生產(chǎn)酒精的過程中,酒精濃度,底物濃度或者菌體自身濃度過高時(shí),會(huì)對(duì)菌體生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用。上述三者之間的關(guān)系可以用三個(gè)微分方程來描述（雖然可以用比死亡率表示菌體的衰敗，但是發(fā)酵過程中比生長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于比死亡率，所以比死亡率本文不作考慮）：酵母菌體： （45）乙醇： （46）葡萄糖： （47）表示酵母菌體的濃度，表示乙醇的濃度，表示葡萄糖的濃度，表示菌體比生長(zhǎng)率（單位時(shí)間單位體積濃度變化率），表示乙醇比生產(chǎn)率，表示由菌體消化掉葡萄糖的消耗率，表示分解產(chǎn)生乙醇的葡萄糖的消耗率。,分別表示流入量、流出量，V表示發(fā)酵罐體積，是流如發(fā)酵罐的物質(zhì)濃度（此處是菌體濃度）： （49） （410）第二個(gè)式子僅以酵母菌為例，其余類似。將一個(gè)預(yù)發(fā)酵罐和6個(gè)主發(fā)酵罐串聯(lián)起來，并且把各個(gè)進(jìn)料添加口也加入到系統(tǒng)中，設(shè)各個(gè)物質(zhì)在進(jìn)入發(fā)酵罐中時(shí)瞬間混合均勻，為此，本文在仿真系統(tǒng)中的發(fā)酵罐前增加一個(gè)混合器(mixer)來完成進(jìn)料時(shí)瞬間混合完畢的功能。數(shù)據(jù)庫(kù)具有如下特性。 Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle Database，又名Oracle RDBMS，或簡(jiǎn)稱Oracle。每個(gè) Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)唯一的一個(gè)實(shí)例名SID，Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器啟動(dòng)后，一般至少有以下幾個(gè)用戶：Internal，它不是一個(gè)真實(shí)的用戶名，而是具有SYSDBA優(yōu)先級(jí)的Sys用戶的別名，它由DBA用戶使用來完成數(shù)據(jù)庫(kù)的管理任務(wù)，包括啟動(dòng)和關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)；Sys，它是一個(gè) DBA用戶名，具有最大的數(shù)據(jù)庫(kù)操作權(quán)限；System，它也是一個(gè)DBA用戶名，權(quán)限僅次于Sys用戶。利用數(shù)據(jù)庫(kù)配置輔助助手（Oracle Database Configuration Assistant，簡(jiǎn)DBCA）來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)。在該窗口設(shè)置將要?jiǎng)?chuàng)建的數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)作模式。 圖51所示的窗口給出了SYS與SYSTEM帳號(hào)的密碼，分別為 change_on_install和manager，可在登入數(shù)據(jù)庫(kù)后或在此時(shí)進(jìn)行修改。10．選擇“TCP”協(xié)議，單擊“下一步”，進(jìn)入“TCP/IP協(xié)議”窗口。主要利用了不斷成熟的WWW瀏覽器技術(shù)，結(jié)合多種Script語(yǔ)言(VBScript、JavaScript)和ActiveX技術(shù)，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)。ASP是一種服務(wù)器端腳本編寫環(huán)境，可以用來創(chuàng)建和運(yùn)行動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)或Web應(yīng)用程序。如圖11所示，在傳統(tǒng)的ASP開發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)日歷控件是非常復(fù)雜和困難的，系統(tǒng)提供了日歷控件用于日歷的實(shí)現(xiàn)。這是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，它將作為Visual Studio中的一部分推出。右擊已存在的“默認(rèn) WEB 站點(diǎn)”，選擇屬性，現(xiàn)在開始配置 IIS的WEB站點(diǎn)。主目錄用來存放站點(diǎn)文件的位置，默認(rèn)是 C\Inetpub\root。 ，使用這些工具可以連接到數(shù)據(jù)庫(kù)，并使用SQL或其他可以同數(shù)據(jù)交互的工具來操縱其中的數(shù)據(jù)， 是訪問和操縱數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)的媒介。DataAdapter使用Command對(duì)象在數(shù)據(jù)源中執(zhí)行SQL命令，以便將數(shù)據(jù)加載到DataSet中，并使對(duì)DataSet中數(shù)據(jù)的更改與數(shù)據(jù)源保持一致。(5) 關(guān)閉到數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。Command對(duì)象使用SQL語(yǔ)言調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)表的數(shù)據(jù)，OracleDataReader對(duì)象讀取數(shù)據(jù)。 = select * from XS。通過使用 GridView 控件，可以顯示、編輯和刪除多種不同的數(shù)據(jù)源（例如數(shù)據(jù)庫(kù)、XML 文件和公開數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)對(duì)象）中