1、幾種模擬軟件介紹一、Aspenplus背景介紹 AspenPlus是一種廣泛應用于化工過程的研究開發(fā)，設計，生產(chǎn)過程的控制，優(yōu)化及技術(shù)改造等方面的性能優(yōu)良的軟件。該模擬系統(tǒng)是麻省理工學院于70年代后期研制開發(fā)的。由美國Aspen技術(shù)公司80年代初推向市場，它用嚴格和最新的計算方法，進行單元和全過程的計算，為企業(yè)提供準確的單元操作模型，還可以評估已有裝置的優(yōu)化操作或新建，改建裝置的優(yōu)化設計。這套系統(tǒng)功能齊全，規(guī)模龐大，可應用于化工，煉油，石油化工，氣體加工，煤炭，醫(yī)藥，冶金，環(huán)境保護，動力，節(jié)能，食品等許多工業(yè)領域。 AspenPlus是基于流程圖的過程穩(wěn)態(tài)模擬軟件，包括56種單元操作模型，含5

2、000種純組分、5000對二元混合物、3314種固體化合物、40000個二元交互作用參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。 對于一個模擬過程來說，正確的選擇準確無誤的物性參數(shù)是模擬結(jié)果好壞的關(guān)鍵。AspenPlus為單元操作計算提供了熱力學性質(zhì)和傳遞性質(zhì)參數(shù)，在典型的AspenPlus模擬中常用的物理性質(zhì)參數(shù)有逸度系數(shù)，焓，密度，熵和自由能。AspenPlus自身擁G有兩個通用的數(shù)據(jù)庫：Aspen CDASPEN TECH公司自己開發(fā)的數(shù)據(jù)庫，DIPPR美國化工協(xié)會物性數(shù)據(jù)設計院設計的數(shù)據(jù)庫。另外還有多個專用的數(shù)據(jù)庫，如電解質(zhì)，固體，燃料產(chǎn)品，這些數(shù)據(jù)庫結(jié)合擁有的一些專用狀態(tài)方程和專用單元操作模塊使得AspenPlu

3、s軟件可使用于固體加工電解質(zhì)等特需的領域，極大地拓寬了AspenPlus的應用范圍。 二、 化工流程模擬PRO/II 流程模擬技術(shù)是與實驗研究同樣可靠和更為有效的一種研究手段，其應用極大地促進化學工業(yè)的發(fā)展。化工流程模擬能使設計最優(yōu)化，提高設計效率，結(jié)果得到效率較高的工廠；對尋找故障，消除“瓶頸”，優(yōu)化生產(chǎn)條件和操作參數(shù)而進行舊廠改進。另外，模擬仿真在教學培訓工作中也具有獨特的優(yōu)越性。PRO/II是一個在世界范圍內(nèi)應用廣泛的流程模擬軟件。其功能強大，能很容易地建立和模擬包括精餾塔、壓縮機、反應器、換A熱器等工藝裝置在內(nèi)的工藝流程。適用于油/氣加工、化學化工、煉油、聚合物、精細化工、制藥等行業(yè)。

4、 三、HYSYS 軟件 HYSYS 軟件是世界著名油氣加工模擬軟件工程公司開發(fā)的大型專家系統(tǒng)軟件。該軟件分動態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩大部分。其動態(tài)和穩(wěn)態(tài)主要用于油田地面工程建設設計和石油石化煉油工程設計計算分析。其動態(tài)部分可用于指揮原油生產(chǎn)和儲運系統(tǒng)的運行 HYSYS 軟件與同類軟件相比具有非常好的操作界面，方便易學，軟件智能化程度高。 最先進的集成式工程環(huán)境由于使用了面向目標的新一代編程工具，使集成式的工程模擬軟件成為現(xiàn)實。在這種集成系統(tǒng)中，流程、單元操作是互相獨立的、流程只是各種單元操作這種目標的集合，單元操作之間靠流程中的物流進行聯(lián)系。在工程設計中穩(wěn)態(tài)和動態(tài)使用的是同一個目標，然后共享目標的數(shù)據(jù)，不需

5、進行數(shù)據(jù)傳遞。因此在這種最先進且易于使用的系統(tǒng)中用戶能夠得到最大的效益。 內(nèi)置人工智能：在系統(tǒng)中設有人工智能系統(tǒng)，它在所有過程中都能發(fā)揮非常重要的作用。當輸入的數(shù)據(jù)能滿足系統(tǒng)計算要求時，人工智能系統(tǒng)會驅(qū)動系統(tǒng)自動計算。當數(shù)據(jù)輸入發(fā)生錯誤時，該系統(tǒng)會告訴你哪里出了問題。 數(shù)據(jù)回歸包： 數(shù)據(jù)回歸整理包提供了強有力的回歸工具。用實驗數(shù)據(jù)或庫中的標準數(shù)據(jù)通過該工具用戶可得到焓、氣液平衡常數(shù) K 的數(shù)學回歸方程 ( 方程的形式可自定 ) 。用回歸公式可以提高運算速度，在特定的條件下還可使計算精度提高。 嚴格物性計算包： HYSYS 提供了一組功能強大的物性計算包，它的基礎數(shù)據(jù)也是來源于世界富有盛名的物性

6、數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并經(jīng)過本公司的嚴格校驗。這些數(shù)據(jù)包括 16,000 個交互作用參數(shù)和 1,800 多個純物質(zhì)數(shù)據(jù)。 功能強大的物性預測系統(tǒng)：對于 HYSYS 標準庫沒有包括的組分，可通過定義假組分，然后選擇 HYSYS 的物性計算包來自動計算基礎數(shù)據(jù)。 DCS 接口： HYSYS 通過其動態(tài)鏈接庫 DLL 與 DCS 控制系統(tǒng)鏈接。裝置的 DCS 數(shù)據(jù)可以進入 HYSYS ，而 HYSYS 的工藝參數(shù)也可以傳回裝置。通過這種技術(shù)可以實現(xiàn)： 1) 在線優(yōu)化控制； 2) 生產(chǎn)指導； 3) 生產(chǎn)培訓； 4) 儀表設計系統(tǒng)的離線調(diào)試。 事件驅(qū)動：將模擬技術(shù)和完全交互的操作方法結(jié)合，使 HYSIM 獲得成功。

7、而利用面向目標的技術(shù)使 HYSYS 這一交互方式提高到一個更高的層次，即事件驅(qū)動。當你在研究方案時，需要將許多工藝參數(shù)放在一張表中，當變化一種或幾種變量時，另一些也要隨之而變，算出的結(jié)果也要在表中自動刷新。這種幾處顯示數(shù)據(jù)隨計算結(jié)果同時自動變化的技術(shù)就叫事件驅(qū)動。通過這種途徑能使工程師對所研究的流程有更徹底的了解。 工藝參數(shù)優(yōu)化器：軟件中增加了功能強大的優(yōu)化器，它有五種算法供您選擇，可解決無約束、有約束、等式約束及不等式約束的問題。其中序列二次型是比較先進的一種方法，可進行多變量的線性、非線性優(yōu)化，配合使用變量計算表，你可將更加復雜的經(jīng)濟計算模型加入優(yōu)化器中，以得到最大經(jīng)濟效益的操作條件。 窄

8、點分析工具：利用 HYSYS 的窄點分析技術(shù)可對流程中的熱網(wǎng)進行分析計算，合理設計熱網(wǎng)，使能量的損失最小。 方案分析工具：某些變量按一定趨勢變化時，其它變量的變化趨勢如何呢？了解這些對方案分析非常重要。比如，當研究塔的回流比和產(chǎn)品質(zhì)量的變化對熱負荷、產(chǎn)量、溫度的影響時，在 HYSYS 的方案分析中選回流比和產(chǎn)品質(zhì)量作為自變量，給出它們的變化范圍和步長， HYSYS 就開始計算，最后會給出一個匯總表。 各種塔板的水力學計算： HYSYS 增加了浮閥、填料、篩板等各種塔板的計算，使塔的熱力學和水力學同時解決。 任意塔的計算：我們以前接觸的軟件中所有分餾塔都是軟件商提供了一個最全的塔，然后讓用戶自己

9、選擇保留部分。試問，若用戶有一個塔，其上部分為吸收 - 解析塔，下部分為提餾塔，這種塔該如何計算呢？ HYSYS 就可以。由于采用了面向目標的編程工具，塔板、重沸器、泵、回流罐等等都是相互獨立的目標。人們可以任意組合這種目標，而完成各種各樣的任意塔，十分方便。 四、gPROMS gPROMS®流程模擬軟件是PSE公司開發(fā)的的通用工藝過程模擬系統(tǒng)，為當今世界上先進的工藝過程建模、模擬和優(yōu)化軟件包。gPROMS®適用于加工業(yè),用來建立連續(xù)或間歇工藝過程的模型，進而對工藝過程進行模擬和優(yōu)化。 gPROMS®已廣泛用于化學工業(yè)、石油化工、石油和天然氣加工、造紙、精細化工、

10、食品工業(yè)、制藥及生物制品技術(shù)等加工行業(yè)。 gPROMS®的核心模塊是ModelBuilder，其特點是：結(jié)構(gòu)化的模型開發(fā)；具有豐富的加工過程單元操作模型庫；具有實驗參數(shù)設計功能；強大的編輯功能；豐富的實用工具庫；錯誤診斷和結(jié)果輸出管理；增強的物性計算；有Run Time版本gO:RUN；以及增強的求解程序。 gPROMS®的go:Simulink 和go:MATLAB 模塊可以把用gPROMS® 的ModelBuilder建立起來的工藝模型及過程控制模型作為一個塊(Block)，嵌套入Simulink® 和MATLAB®的流程，進行模擬計算。

11、gPROMS®的go:CFD使化學反應工程師可以將gPROMS® 同計算流體力學(CFD）結(jié)合起來，將流動性、傳熱傳質(zhì)、反應動力學等等一并考慮，以便建立更準確的復雜反應體系的模型。 gPROMS®的go:CAPE-OPEN使采用gPROMS® 建立的模型也可以在任何與CAPE-OPEN（計算機輔助加工工程開放標準）兼容的模擬軟件中運行，例如AspenPlus, Hysys，PRO/II等等。 gPROMS（general PROcess Modelling System）是當今世界上先進的工藝過程建模、模擬和優(yōu)化軟件包 帝國理工學院(Imperial C

12、ollege London) PSE研究中心在 多年建模和仿真實踐中的研究成果。前身SPEEDUP，現(xiàn)歸入Aspen的ACM (Aspen CustomModeler)模塊。gPROMS的研發(fā)始于1988年， 1992年開始進行工業(yè)評估 1997年成為商業(yè)軟件，并成立PSE公司(Process SystemEnterprise Limited) ，2006年推出gPROMS v3.0，完善圖形界面操作功能 gPROMS用途多樣 建立、驗證過程模型，輔助設計、改善實驗穩(wěn)態(tài)模擬、動態(tài)模擬、穩(wěn)態(tài)優(yōu)化、動態(tài)優(yōu)化。gPROMS的應用領域十分廣泛，例如： 基于速率（計算傳熱傳質(zhì)）的分離過程模型、反應體系模

13、擬、催化反應器模擬、單管及多管反應器模擬、溶液結(jié)晶過程模擬、燃料電池模型、生物處理過程模擬、運行以前用FORTRAN或Delphi建立的模型、用于控制工程。五、CHEMCAD 適用于穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)過程。CHEMCAD可以做什么進行日常的化學工程計算，提高生產(chǎn)率。設計效率更高的工藝和設備，以取得最大的收益。消除現(xiàn)有工藝和設備中的瓶頸問題或?qū)χ畠?yōu)化，以降低成本費用。就新工藝和現(xiàn)有工藝對環(huán)境的影響進行評估，以達到有關(guān)法規(guī)的要求。對裝有專利和實驗數(shù)據(jù)的中央數(shù)據(jù)庫進行維護，管理公司的信息。CHEMCAD系統(tǒng)由多個單獨授權(quán)的模塊組成。當前，該框架下包含以下模塊： CHEMCAD 用于流程模擬、物理性質(zhì)計算、

14、設備尺寸計算、成本計算、其它化學工程計算。 CC-BATCH 用于模擬間歇蒸餾塔。 CC-ReACS 用于模擬間歇反應器系統(tǒng)。CC-DCOLUMN 一般動態(tài)蒸餾塔的模擬。CC-THERM 對管殼式換熱器進行詳細的設計、核算和模擬。 CC-PROPS 用于計算混合物的物理和熱力學性質(zhì)。 六、ProSim 在19世紀70年代的10年里， Bernard Koehret 和 Xavier Joulia教授帶領他們的科研隊伍在著名的INPT-ENSIGC 化工研究院開發(fā)了一種基于新方法的流程圖軟件。1989年，應一些工業(yè)公司的要求，他們決定創(chuàng)建ProSim 公司，將流程建模和優(yōu)化推向市場以提高其使用價

15、值。今天，ProSim仍舊是一個獨立的工程咨詢公司，總部位于法國的Labège 。公司提供模擬和優(yōu)化軟件，以提高工業(yè)的生產(chǎn)效率和投資回報。并且針對不同的行業(yè)，例如化工、石油煉制、氣體處理和特殊化工行業(yè)，以及制藥、食品、能源等行業(yè)，ProSim推出了不同的解決方案。另外，ProSim 也提供工程咨詢和客戶軟件開發(fā)服務。ProSim的解決方案被用來改進工藝設計、提高工廠效率、減少環(huán)境污染。由于一直堅持同各大研究院所合作，并得到政府的研發(fā)投資支持，ProSim 不斷開發(fā)出創(chuàng)新的模擬軟件，并得到國際市場的認可。公司的成功不僅來自于高效性和可靠性的解決方案，以及無與倫比的計算軟件包，同樣也離不

16、開其完善的售后服務。ProSim員工的專業(yè)知識和實用經(jīng)驗覆蓋了熱力學、物理化學現(xiàn)象建模、流程模擬、能量集成、技術(shù)優(yōu)化、數(shù)值計算方法、軟件框架，以及GUI開發(fā)。 總共有5中軟件供選擇: 1.ProSimPlus 穩(wěn)態(tài)模擬和過程優(yōu)化 2.ProSimPlus HNO3 硝酸廠和合成氨吸收塔過程模擬 3.BatchReactor  間歇反應器和動力參數(shù)匹配的模擬 4.BatchColumn  間歇蒸餾塔的過程模擬 5.Ariane  電廠工藝過程的模擬、優(yōu)化和管理   6.Simulis Thermodynamics  混合組分的熱力學性能

17、和流體相平衡計算  七、Matlab背景介紹  MATLAB 的名稱源自 Matrix Laboratory ，它是一種科學計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 MATLAB 將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應用于科學計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領域的分析、仿真和設計工作，而且利用 MATLAB 產(chǎn)品的開放式結(jié)構(gòu)，可以非常容易地對 MATLAB 的功能進行擴充，從而在不斷深化對問題認識同時，不斷完善 MATLAB 產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競爭能力。 目前 MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進行： 數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算 、工程與科學繪圖、控制

18、系統(tǒng)的設計與方針、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號處理、通訊系統(tǒng)設計與仿真、財務與金融工程。 Simulink 是基于 MATLAB 的框圖設計環(huán)境，可以用來對各種動態(tài)系統(tǒng)進行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對任何能夠用數(shù)學來描述的系統(tǒng)進行建模，例如航空航天動力學系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、船舶及汽車等等，其中了包括連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等等。 Simulink 提供了利用鼠標拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且Simulink 還提供了豐富的功能塊以及不同的專業(yè)模塊集合，利用 Simulink 幾乎可以做到不書寫一行代碼完成整個動態(tài)系統(tǒng)的建模工作

19、。 Stateflow 是一個交互式的設計工具，它基于有限狀態(tài)機的理論，可以用來對復雜的事件驅(qū)動系統(tǒng)進行建模和仿真。 Stateflow 與 Simulink 和 MATLAB 緊密集成，可以將 Stateflow 創(chuàng)建的復雜控制邏輯有效地結(jié)合到 Simulink 的模型中。主要的典型應用包括： 控制系統(tǒng)的應用與開發(fā)快速控制原型與硬件在回路仿真的統(tǒng)一平臺 dSPACE信號處理系統(tǒng)的設計與開發(fā)全系統(tǒng)仿真與快速原型驗證， TI DSP 、 Lyrtech 等信號處理產(chǎn)品軟硬件平臺 通信系統(tǒng)設計與開發(fā)結(jié)合 RadioLab 3G 和 Candence 等產(chǎn)品 機電一體化設計與開發(fā)全系統(tǒng)的聯(lián)合仿真，結(jié)

20、合 Easy 5 、 Adams 等 八、SimPowerSystem電力電子系統(tǒng)的建模和仿真工具t SimPowerSystem 是在 Simulink環(huán)境下進行電力電子系統(tǒng)建模和仿真先進工具。它為發(fā)電輸變電系統(tǒng)和電力分配計算方面提供了強有力的解決方法，尤其是當設計開發(fā)內(nèi)容涉及控制系統(tǒng)設計時，優(yōu)勢更為突出。對于具有復雜自給型供電裝置，如汽車上、飛機上、制造設備上的電氣系統(tǒng)和普通用電裝置，用 SimPowerSystem 進行分析和設計非常理想。SimPowerSystem 是 Simulink 下面的一個專用模塊集，由電氣仿真專家 TEQSIM International 最初開發(fā)。該模塊集包含電氣網(wǎng)絡中常見的元器件和設備，以直觀易用的圖形方式對電氣系統(tǒng)進行模型描述。模型可與其它 Simulink 模塊的相連接，進行一體化的 系統(tǒng)級動態(tài)分析。 九、GateCycle介紹 GateCycle 是世界上最大的電力設備和工業(yè)產(chǎn)品制造商通用電力公司(General Electric)和EnterSoftware共同開發(fā)的電廠,燃氣輪機動力系統(tǒng)模擬(能量,質(zhì)量平衡)商業(yè)