智能工厂流程模拟仿真平台IntelSim的设计

摘要

流程模拟仿真技术是近几十年来发展起来的一门综合学科,它是设计新的或应用已有的过程模型,利用软件技术形成单元模块,在数据库、网络和实时仿真技术的支持下,对生产过程进行模拟的过程.流程模拟仿真涉及到流程系统、控制仪表、数据协调算法等多项技术,是一门交叉学科.一些过程控制算法就可以利用流程模拟仿真技术获得较为完备的数据.本文以MATLAB/SIMULINK系统仿真技术为基础,以实际工程应用和为先进算法提供仿真平台为最终目标,以静态模拟和动态模拟相结合的方式开发了智能工厂流程模拟仿真平台IntelSim,并以大型炼油厂茂名石化为例编写了仿真平台IntelSim-MaoMing.该仿真平台以生产过程中各类模块化的模型为基础,提供MES中各个功能模块运行的可视化流程模拟支持.全文由七章组成:第一章为绪论,综述了项目开发的背景,流程模拟仿真技术的发展、不足及开发选择的工具.第二章介绍了流程模拟仿真平台IntelSim的总体结构及设计思路.第三章根据炼油厂的物料平衡的实际需求应用了三层平衡模型,即装置平衡校正、油品平衡校正和统计平衡校正.基于三层平衡模型的架构,流程模拟仿真平台IntelSim利用MATLAB/SIMULINK建立了装置模块、罐区模块和生产方案切换模块,并将这些模块添加到SIMULINK的模块库中,以供操作人员添加模块使用.仿真结束后,所有变量均存储在工作空间中,再利用MATLAB的Database工具箱将这些变量写入到事先设计好的数据库中,后台采用Microsoft Access 2000数据库存储仿真平台产生的数据.第四章阐述了流程模拟仿真平台IntelSim对关键装置动态建模的设计实现.仿真平台采取动态与静态相结合的方式来模拟现实生产流程,并实现了交互式仿真环境,特别对动态简化式仿真和利用外部软件Aspen Plus对关键装置动态仿真的技术进行了具体的描述.第五章介绍了流程模拟仿真平台IntelSim的三层平衡数据库的设计与实现.数据库按照三层平衡模型设计,基于实体-关系模型进行数据建模,并利用Access的视图和报表功能生成三层平衡模型所需数据.第六章介绍了将流程模拟仿真平台IntelSim应用到大型炼油工业系统茂名石化炼油生产过程中的设计实例.第七章总结全文并讨论了进一步需要研究的问题.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2项目开发的背景及实际意义

1.3流程模拟仿真概述及其发展应用

1.3.1概述

1.3.2流程模拟仿真的概念

1.3.3流程模拟仿真的发展

1.3.4流程模拟仿真的应用

1.3.5流程模拟仿真开发工具的选择

1.3.6流程模拟仿真的不足

1.4论文研究内容及创新

1.5小结

第二章智能工厂流程模拟仿真平台的总体结构

2.1引言

2.2仿真平台的设计

2.2.1SIMULINK交互式仿真集成环境的引入

2.2.2GUIDE与SIMULINK环境的结合

2.2.3数据库连接

2 3仿真平台的硬件结构

2.4小结

第三章基于三层平衡模型的仿真平台实现

3.1引言

3.2三层平衡模型数据校正理论

3.2.1装置平衡校正

3.2.2油品平衡校正

3.2.3统计平衡校正

3.3基于三层平衡模型的仿真平台实现

3.3.1原油输入模块设计

3.3.2仪表建模

3.3.3装置建模

3.3.4储罐模块

3.3.5生产方案切换模块

3.3.6数据存储

3.4实时仿真

3.5小结

第四章动静态交互仿真实现

4.1引言

4.2仿真平台IntelSim动静态交互设计思路

4.3仿真平台IntelSim动静态交互实现方法

4.3.1全稳态仿真

4.3.2全动态仿真

4.3.3动态简化式仿真

4.4动静态交互式仿真实例

4.4.1动态模拟模块介绍

4.4.2动态简化式仿真模块介绍

4.4.3交互式仿真环境

4.5小结

第五章关系数据库的设计与实现

5.1引言

5.2数据建模

5.2.1工厂数据分析

5.2.2基表设计

5.2.3数据库完整性

5.2.4三层平衡数据的设计

5.3连接数据库

5.4小结

第六章茂名石化物流过程模拟仿真平台

6.1引言

6.2茂名石化工艺过程概述

6.3茂名石化智能工厂仿真平台的设计

6.3.1软硬件配置

6.3.2仿真平台数据来源及配置

6.4茂名石化智能工厂仿真平台的实施

6.4.1仿真平台IntelSim-MaoMing实施效率及运行结果

6.4.2仿真平台IntelSim-MaoMing结果分析

6.5小结

第七章结束语

7.1总结

7.2展望

参考文献

附录

附录1部分重点源代码集

附录1-1装置S-Function输入输出关系代码

附录1-2罐区代码

附录1-3生产方案切换实现代码

附录2图表

附录2-1 ASPEN PLUS动态仿真16小时数据

附录2-2茂名石化主要装置及编码

附录2-3茂名石化主要罐及编码

附录2-4仿真平台中十个装置在这21次运行当中的仪表精度设置

附录2-5七天五装置仿真平台运行结果与茂名石化日平均数据比较表

附录3个人简历及攻读硕士期间科研成果

附录3-1个人简介

附录3-2作者在攻读硕士学位期间科研成果