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流程工业综合自动化系统的仿真技术及其应用 作者：章建栋，冯毅萍，荣冈来源：互联网2010-06-29 0人 分享此文 分析了该集成仿真技术面临的关键问题，包括多分辨率建模技术，分布式集成仿真技 术标准和集成仿真平台，以及可视化仿真技术等，最后探讨了仿真技术未来的发展方向。 0 引 言 面对全球激烈的商业竞争，流程工业企业纷纷通过提高产品质量、降低运营成本和缩 短交货期等手段来提升自己的竞争力。在这个过程中，计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System ，CIMS)受到高度重视，不少学术机构对此进行了研 究 ，并提出了不同的 CIMS 体系结构，比较典型的有 ：欧共体 EsPRIT 的计算机集成制造开 放系统体系结构(Computer Integrated Manufacturing Open System Archltecture ， CIM-OSA) 、 普 渡 大 学 的 普 渡 企 业 参 考 体 系 结 构 (Purdue Enterprise Reference Archltecture ，PERA) ，以及美国先进制造研究中心(Advanced Manufacturing Research ， AMR) 的 企 业 资 源 规 划 (Enterprise Resource Planning ，ERP) ／制 造 执 行 系 统 (Manufacturing Executive System ，MES) ／过程控制系统(Process Control system ， PCS)三层企业集成体系结构(如图1)。其中，AMR 的三层企业集成体系结构已成为当今西 方先进工业国家流程工业综合 自动化系统理论和产品的主流框架 ，并在实际应用中取得了 显著的效益。 在 ERP ／MES ／PCS 三层企业集成体系结构中，PCS 层通过可编程逻辑控制器 (Programmable Logic controllcr ，PLC)、集散控制系统(Dlstributed Control system ， DCS)或现场总线控制系统，负责对生产设备进行自动控制，对生产过程实时监控；MES 层通过生产调度、生产统计、成本控制、物料平衡和能源管理等应用系统来组织生产，并 对 PCS 层和 ERP 层的信息进行采集、传递和加工处理；ERP 层主要根据企业的人、财、 物的总结状况和产、供、销各环节的信息，对生产进行合理有效的计划和组织，使生产经 营协调有序进行，并对企业战略计划进行决策。在对上述各层次应用的研究中，仿真技术 发挥了巨大的作用。 事实上，随着现代流程工业日趋大型化、复杂化和自动化，系统的模型化与仿真已成 为过程系统工程领域的重要研究内容 ，并成为进行设备参数设定、控制系统设计、生产预 测分析、决策支持优化，以及员工培训等活动不可或缺的一门技术，而计算机技术的不断 发展 ，更是推动了仿真技术的广泛应用。现在，企业迫切需要通过仿真技术来提高 自身的 竞争能力 ，能否有效应用仿真，将成为决定企业成败的关键因素之一。 从 AMR 对各层次的定义可以看出 ，每一层的研究对象有着很大的差异 ，PCS 层关注 生产设备，MES 层着眼于生产过程，而 ERP 则考虑制造企业的整个产供销过程。这造成 了不同层次的应用研究对仿真的需求各不相同 ，并使得仿真技术在不同层次的表现形式也 有所差别。本文以 ERP ／MES ／PCS 三层企业集成体系结构为基础 ，对典型的流程工业企 业——石化生产企业在这三个层次中的仿真应用，以及 ERP ／MES ／PCS 一层集成仿真技 术进行总结和综述，指出流程 r 业仿真应用的发展方向。 1 过程控制系统层中的仿真 PCS 层主望进行各工序的过程控制，设定各种设备的具体运作参数 ，进行模型计算和 控制计算。根据仿真状态的不同，PCS 层的流程仿真可分为稳态仿真和动态仿真。 1.1 稳态仿真 稳态仿真描述的过程对象不包括时间参数，过程中的各因素不随时间而改变，所以稳 态仿真只是动态过程达到平稳状态时的简化处理，它通过一系列物热衡算，为动态仿真提 供初值和起始状态，同时还是过程综合和优化的基础。化工过程稳态仿真的研究始于20世 纪 50年代，并于 1958年由美国