1、几种模拟软件介绍一、Aspenplus背景介绍 AspenPlus是一种广泛应用于化工过程的研究开发，设计，生产过程的控制，优化及技术改造等方面的性能优良的软件。该模拟系统是麻省理工学院于70年代后期研制开发的。由美国Aspen技术公司80年代初推向市场，它用严格和最新的计算方法，进行单元和全过程的计算，为企业提供准确的单元操作模型，还可以评估已有装置的优化操作或新建，改建装置的优化设计。这套系统功能齐全，规模庞大，可应用于化工，炼油，石油化工，气体加工，煤炭，医药，冶金，环境保护，动力，节能，食品等许多工业领域。 AspenPlus是基于流程图的过程稳态模拟软件，包括56种单元操作模型，含5
2、000种纯组分、5000对二元混合物、3314种固体化合物、40000个二元交互作用参数的数据库。 对于一个模拟过程来说，正确的选择准确无误的物性参数是模拟结果好坏的关键。AspenPlus为单元操作计算提供了热力学性质和传递性质参数，在典型的AspenPlus模拟中常用的物理性质参数有逸度系数，焓，密度，熵和自由能。AspenPlus自身拥G有两个通用的数据库：Aspen CDASPEN TECH公司自己开发的数据库，DIPPR美国化工协会物性数据设计院设计的数据库。另外还有多个专用的数据库，如电解质，固体，燃料产品，这些数据库结合拥有的一些专用状态方程和专用单元操作模块使得AspenPlu
3、s软件可使用于固体加工电解质等特需的领域，极大地拓宽了AspenPlus的应用范围。 二、 化工流程模拟PRO/II 流程模拟技术是与实验研究同样可靠和更为有效的一种研究手段，其应用极大地促进化学工业的发展。化工流程模拟能使设计最优化，提高设计效率，结果得到效率较高的工厂；对寻找故障，消除“瓶颈”，优化生产条件和操作参数而进行旧厂改进。另外，模拟仿真在教学培训工作中也具有独特的优越性。PRO/II是一个在世界范围内应用广泛的流程模拟软件。其功能强大，能很容易地建立和模拟包括精馏塔、压缩机、反应器、换A热器等工艺装置在内的工艺流程。适用于油/气加工、化学化工、炼油、聚合物、精细化工、制药等行业。
4、 三、HYSYS 软件 HYSYS 软件是世界著名油气加工模拟软件工程公司开发的大型专家系统软件。该软件分动态和稳态两大部分。其动态和稳态主要用于油田地面工程建设设计和石油石化炼油工程设计计算分析。其动态部分可用于指挥原油生产和储运系统的运行 HYSYS 软件与同类软件相比具有非常好的操作界面，方便易学，软件智能化程度高。 最先进的集成式工程环境由于使用了面向目标的新一代编程工具，使集成式的工程模拟软件成为现实。在这种集成系统中，流程、单元操作是互相独立的、流程只是各种单元操作这种目标的集合，单元操作之间靠流程中的物流进行联系。在工程设计中稳态和动态使用的是同一个目标，然后共享目标的数据，不需
5、进行数据传递。因此在这种最先进且易于使用的系统中用户能够得到最大的效益。 内置人工智能：在系统中设有人工智能系统，它在所有过程中都能发挥非常重要的作用。当输入的数据能满足系统计算要求时，人工智能系统会驱动系统自动计算。当数据输入发生错误时，该系统会告诉你哪里出了问题。 数据回归包： 数据回归整理包提供了强有力的回归工具。用实验数据或库中的标准数据通过该工具用户可得到焓、气液平衡常数 K 的数学回归方程 ( 方程的形式可自定 ) 。用回归公式可以提高运算速度，在特定的条件下还可使计算精度提高。 严格物性计算包： HYSYS 提供了一组功能强大的物性计算包，它的基础数据也是来源于世界富有盛名的物性
6、数据系统，并经过本公司的严格校验。这些数据包括 16,000 个交互作用参数和 1,800 多个纯物质数据。 功能强大的物性预测系统：对于 HYSYS 标准库没有包括的组分，可通过定义假组分，然后选择 HYSYS 的物性计算包来自动计算基础数据。 DCS 接口： HYSYS 通过其动态链接库 DLL 与 DCS 控制系统链接。装置的 DCS 数据可以进入 HYSYS ，而 HYSYS 的工艺参数也可以传回装置。通过这种技术可以实现： 1) 在线优化控制； 2) 生产指导； 3) 生产培训； 4) 仪表设计系统的离线调试。 事件驱动：将模拟技术和完全交互的操作方法结合，使 HYSIM 获得成功。
7、而利用面向目标的技术使 HYSYS 这一交互方式提高到一个更高的层次，即事件驱动。当你在研究方案时，需要将许多工艺参数放在一张表中，当变化一种或几种变量时，另一些也要随之而变，算出的结果也要在表中自动刷新。这种几处显示数据随计算结果同时自动变化的技术就叫事件驱动。通过这种途径能使工程师对所研究的流程有更彻底的了解。 工艺参数优化器：软件中增加了功能强大的优化器，它有五种算法供您选择，可解决无约束、有约束、等式约束及不等式约束的问题。其中序列二次型是比较先进的一种方法，可进行多变量的线性、非线性优化，配合使用变量计算表，你可将更加复杂的经济计算模型加入优化器中，以得到最大经济效益的操作条件。 窄
8、点分析工具：利用 HYSYS 的窄点分析技术可对流程中的热网进行分析计算，合理设计热网，使能量的损失最小。 方案分析工具：某些变量按一定趋势变化时，其它变量的变化趋势如何呢？了解这些对方案分析非常重要。比如，当研究塔的回流比和产品质量的变化对热负荷、产量、温度的影响时，在 HYSYS 的方案分析中选回流比和产品质量作为自变量，给出它们的变化范围和步长， HYSYS 就开始计算，最后会给出一个汇总表。 各种塔板的水力学计算： HYSYS 增加了浮阀、填料、筛板等各种塔板的计算，使塔的热力学和水力学同时解决。 任意塔的计算：我们以前接触的软件中所有分馏塔都是软件商提供了一个最全的塔，然后让用户自己
9、选择保留部分。试问，若用户有一个塔，其上部分为吸收 - 解析塔，下部分为提馏塔，这种塔该如何计算呢？ HYSYS 就可以。由于采用了面向目标的编程工具，塔板、重沸器、泵、回流罐等等都是相互独立的目标。人们可以任意组合这种目标，而完成各种各样的任意塔，十分方便。 四、gPROMS gPROMS流程模拟软件是PSE公司开发的的通用工艺过程模拟系统，为当今世界上先进的工艺过程建模、模拟和优化软件包。gPROMS适用于加工业,用来建立连续或间歇工艺过程的模型，进而对工艺过程进行模拟和优化。 gPROMS已广泛用于化学工业、石油化工、石油和天然气加工、造纸、精细化工、食品工业、制药及生物制品技术等加工行
10、业。 gPROMS的核心模块是ModelBuilder，其特点是：结构化的模型开发；具有丰富的加工过程单元操作模型库；具有实验参数设计功能；强大的编辑功能；丰富的实用工具库；错误诊断和结果输出管理；增强的物性计算；有Run Time版本gO:RUN；以及增强的求解程序。 gPROMS的go:Simulink 和go:MATLAB 模块可以把用gPROMS 的ModelBuilder建立起来的工艺模型及过程控制模型作为一个块(Block)，嵌套入Simulink 和MATLAB的流程，进行模拟计算。 gPROMS的go:CFD使化学反应工程师可以将gPROMS 同计算流体力学(CFD）结合起来，
11、将流动性、传热传质、反应动力学等等一并考虑，以便建立更准确的复杂反应体系的模型。 gPROMS的go:CAPE-OPEN使采用gPROMS 建立的模型也可以在任何与CAPE-OPEN（计算机辅助加工工程开放标准）兼容的模拟软件中运行，例如AspenPlus, Hysys，PRO/II等等。 gPROMS（general PROcess Modelling System）是当今世界上先进的工艺过程建模、模拟和优化软件包 帝国理工学院(Imperial College London) PSE研究中心在 多年建模和仿真实践中的研究成果。前身SPEEDUP，现归入Aspen的ACM (Aspen Cu
12、stomModeler)模块。gPROMS的研发始于1988年， 1992年开始进行工业评估 1997年成为商业软件，并成立PSE公司(Process SystemEnterprise Limited) ，2006年推出gPROMS v3.0，完善图形界面操作功能 gPROMS用途多样 建立、验证过程模型，辅助设计、改善实验稳态模拟、动态模拟、稳态优化、动态优化。gPROMS的应用领域十分广泛，例如： 基于速率（计算传热传质）的分离过程模型、反应体系模拟、催化反应器模拟、单管及多管反应器模拟、溶液结晶过程模拟、燃料电池模型、生物处理过程模拟、运行以前用FORTRAN或Delphi建立的模型、用
13、于控制工程。五、CHEMCAD 适用于稳态和非稳态过程。CHEMCAD可以做什么进行日常的化学工程计算，提高生产率。设计效率更高的工艺和设备，以取得最大的收益。消除现有工艺和设备中的瓶颈问题或对之优化，以降低成本费用。就新工艺和现有工艺对环境的影响进行评估，以达到有关法规的要求。对装有专利和实验数据的中央数据库进行维护，管理公司的信息。CHEMCAD系统由多个单独授权的模块组成。当前，该框架下包含以下模块： CHEMCAD 用于流程模拟、物理性质计算、设备尺寸计算、成本计算、其它化学工程计算。 CC-BATCH 用于模拟间歇蒸馏塔。 CC-ReACS 用于模拟间歇反应器系统。CC-DCOLUM
14、N 一般动态蒸馏塔的模拟。CC-THERM 对管壳式换热器进行详细的设计、核算和模拟。 CC-PROPS 用于计算混合物的物理和热力学性质。 六、ProSim 在19世纪70年代的10年里， Bernard Koehret 和 Xavier Joulia教授带领他们的科研队伍在著名的INPT-ENSIGC 化工研究院开发了一种基于新方法的流程图软件。1989年，应一些工业公司的要求，他们决定创建ProSim 公司，将流程建模和优化推向市场以提高其使用价值。今天，ProSim仍旧是一个独立的工程咨询公司，总部位于法国的Labge 。公司提供模拟和优化软件，以提高工业的生产效率和投资回报。并且针对
15、不同的行业，例如化工、石油炼制、气体处理和特殊化工行业，以及制药、食品、能源等行业，ProSim推出了不同的解决方案。另外，ProSim 也提供工程咨询和客户软件开发服务。ProSim的解决方案被用来改进工艺设计、提高工厂效率、减少环境污染。由于一直坚持同各大研究院所合作，并得到政府的研发投资支持，ProSim 不断开发出创新的模拟软件，并得到国际市场的认可。公司的成功不仅来自于高效性和可靠性的解决方案，以及无与伦比的计算软件包，同样也离不开其完善的售后服务。ProSim员工的专业知识和实用经验覆盖了热力学、物理化学现象建模、流程模拟、能量集成、技术优化、数值计算方法、软件框架，以及GUI开发
16、。 总共有5中软件供选择: 1.ProSimPlus 稳态模拟和过程优化 2.ProSimPlus HNO3硝酸厂和合成氨吸收塔过程模拟 3.BatchReactor 间歇反应器和动力参数匹配的模拟 4.BatchColumn 间歇蒸馏塔的过程模拟 5.Ariane 电厂工艺过程的模拟、优化和管理 6.Simulis Thermodynamics 混合组分的热力学性能和流体相平衡计算 七、Matlab背景介绍 MATLAB 的名称源自 Matrix Laboratory ，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。 MATLAB 将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函
17、数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用 MATLAB 产品的开放式结构，可以非常容易地对 MATLAB 的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识同时，不断完善 MATLAB 产品以提高产品自身的竞争能力。 目前 MATLAB 产品族可以用来进行： 数值分析、数值和符号计算 、工程与科学绘图、控制系统的设计与方针、数字图像处理、数字信号处理、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程。 Simulink 是基于 MATLAB 的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模，例如航空
18、航天动力学系统、卫星控制制导系统、通讯系统、船舶及汽车等等，其中了包括连续、离散，条件执行，事件驱动，单速率、多速率和混杂系统等等。 Simulink 提供了利用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形界面，而且Simulink 还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合，利用 Simulink 几乎可以做到不书写一行代码完成整个动态系统的建模工作。 Stateflow 是一个交互式的设计工具，它基于有限状态机的理论，可以用来对复杂的事件驱动系统进行建模和仿真。 Stateflow 与 Simulink 和 MATLAB 紧密集成，可以将 Stateflow 创建的复杂控制逻辑有效地结合到 Sim
19、ulink 的模型中。主要的典型应用包括： 控制系统的应用与开发快速控制原型与硬件在回路仿真的统一平台 dSPACE信号处理系统的设计与开发全系统仿真与快速原型验证， TI DSP 、 Lyrtech 等信号处理产品软硬件平台 通信系统设计与开发结合 RadioLab 3G 和 Candence 等产品 机电一体化设计与开发全系统的联合仿真，结合 Easy 5 、 Adams 等 八、SimPowerSystem电力电子系统的建模和仿真工具t SimPowerSystem 是在 Simulink环境下进行电力电子系统建模和仿真先进工具。它为发电输变电系统和电力分配计算方面提供了强有力的解决方法
20、，尤其是当设计开发内容涉及控制系统设计时，优势更为突出。对于具有复杂自给型供电装置，如汽车上、飞机上、制造设备上的电气系统和普通用电装置，用 SimPowerSystem 进行分析和设计非常理想。SimPowerSystem 是 Simulink 下面的一个专用模块集，由电气仿真专家 TEQSIM International 最初开发。该模块集包含电气网络中常见的元器件和设备，以直观易用的图形方式对电气系统进行模型描述。模型可与其它 Simulink 模块的相连接，进行一体化的 系统级动态分析。 九、GateCycle介绍 GateCycle 是世界上最大的电力设备和工业产品制造商通用电力公司
21、(General Electric)和EnterSoftware共同开发的电厂,燃气轮机动力系统模拟(能量,质量平衡)商业软件. 它是功能强大,非常有灵活性, 操作简单. 内置的CycleLink可以和微软Excel进行无缝连接, 通过宏(macro)功能动态更改数据和运行. 十、MSC.EASY5软件介绍 MSC.EASY5 是一个基于图形的用来对动态系统进行建模、分析和设计的软件，其建模主要面向由微分方程、差分方程、代数方程及其方程组所描述的动态系统。模型直观地由基本的功能性图块组装而成，例如加法器、除法器，过滤器、积分器和特殊的系统级部件如阀、执行器、热交换器、传动装置、离合器、发动机、
22、气体动力模型、飞行动力模型等很多部件。分析工具包括非线性分析、稳态分析、线性分析、控制系统设计数值分析和图表等。源代码自动生成以满足实时性的要求。开放的基础构架提供了与其他很多在计算机辅助分析领域应用的软件和硬件的接口获益在传统CAD设计工作开始之前使用 MSC.EASY5 进行功能性的模拟和分析可以减少设计失败的风险。使用MSC.EASY5应用库中针对航空、汽车等特殊工程领域而预建的现成部件可以加速虚拟产品开发流程的步伐。-通过使用MSC.EASY5 的直接联接到其他仿真工具如MSC.ADAMS、MATLAB/Simulink等和提供与结构分析软件如MSC.Nastran的数-据交换能力来增进协同工作。MSC.EASY5的可扩展性使其可以扩展你的仿真范围。构建不同工程系统中的大型完整的高保真模型的能力 -液压系统，推进系统，动力系统，智能发动机，混合车辆 -控制系统，气体动力系统，风动系统，机械系统_-燃油系统，电气系统，热力系统-飞行动力系统，采暖通风/环境控制系统，多相流体系统
