流程工业智能工厂实验系统

    1)生产模型

    用于描述生产过程的生产能力、生产特性及系统的动态行为和状态，为生产系统的产品设计提供可行的方案，同时在已知系统状态和需求特性的基础上预测产品生产过程。本实验系统建立了炼油企业的物流模型、公用工程模型和主要生产装置的静态投入产出模型，可以在给定的加工方案下计算生产装置的侧线产量、质量和成本消耗。

    2)产品模型

    在产品设计、制造的各个阶段，能够动态地描述产品的属性变化情况，从而将产品在加工过程中的全部活动融为一体。本实验系统建立了基于原油评价数据库的生产计划模型。

    3)工艺模型

    将工艺参数与影响生产能力的产品属性联系起来。本实验系统建立了炼油工业的连续重整和精馏塔等生产装置白 动态仿真模型以及压缩机、油品体罐等关键工艺设备的机理仿真模型。

    4)材料物性模型

    流程工业的生产加工中大量存在着各种化学和物理的变化，这些变化的机理是与被加工材料的物理化学性员紧密相关的。本系统建立了有炼油企业原油评价数据库和连续重整生产过程相关的物性数据库。

    5)产品供需模型

    描述生产企业资源需求和产品销售之问的静态和动态关系。

    3.2 算法库

    由仿真算法库、优化算法库、过程控制算法库、辅助算法库和专家知识库组成，这是关系到智能工厂实验系统性能的重要模块。

    1)仿真算法库

    在模型库的基础上，智能工厂实验系统运用计算机仿真算法模拟现实生产运行状况，测试产品设计与生产运行控制方案的可行性和优劣程度。

    2)过程控制算法库

    在过程模型算法库和仿真算法库基础上，智能工厂实验系统可从过程控制算法库中选用不同控制算法构成控制方案，分析其对生产过程的稳定性、安全性和效率的影响，从而选出最佳控制方案。主要包括预测控制算法、自适应控制算法、鲁棒控制算法、智能控制算法等。

    3)优化算法库

    智能工厂实验系统运用优化算法库，产生流程工业企业在产品开发-工程设计-生产制造各个阶段的操作和运行优化决策。主要包括产品设计的优化、工艺设计及工程设计的优化、生产流程的优化、生产计划优化、生产调度优化和生产过程优化控制等优化命题及其对应的求解算法。

    4)辅助算法库

    辅助算法库提供智能工厂生产系统运行所需的各种通用算法，如数据挖掘、随机过程分析、数据可视化等。

    5)专家知识库

    专家知识库采用知识工程方法对大量的工程与管理经验和知识加以有效整理和组织。这些经验和知识主要包括产品设计知识、工艺设计及工程设计知识、生产流程知识、生产运行控制及管理知识等。

    3.3 物理实验装置

    生产装置的物理模拟具有很强的直观性和写实性，是实验平台的重要组成部分。在本实验系统中设计的实验装置提取了流程工业中典型物流储存和输送装置的特性，采取开放式的软硬件设计理念，通过阀门和信号切换可以方便地组成多种生产流程模型，便于灵活构建多种实验方案。

    3.4 仿真计算平台

    通过网络化的人讥交互，仿真计 算平台可以对模型库和算法库的资源进行组态，将工厂的实际运行状态设置为仿真计算的初始和边界条件。然后，调用模型库、仿真算法库、优化算法库和物理实验装置的采样数据，进行协同计算，真实地再现工厂实际生产过程运行状况，为PCS实验平台产生工厂运行数据，并实时响应PCS实验平台发出的控制信号。

    3.5 PCS实验平台

    采用真实的仪表、数据采集系统、PLC和DCS(集散控制系统)构建控制系统，对混合仿真模拟系统进行测量、控制和数据采集，真实地再现工厂实际过程控制系统的配置和操作。

    1)仪表测量过程：对仿真计算输出值的仪表测量采用计算机模拟方法，每个测量点均需定义仪表，设置仪表精度，自动产生带仪表测量误差的仪表测量值。

    2)数据采集系统：选择性地采用OPC、DDE、OLE、TCP／IP、IPS／SPX等多种网络和数据通讯协议接口设备，实现企业实际数据集成环境的物理模拟。

    3)DCS系统：DCS上的AD／DA卡可以与物理液位系统的流量、液位变送器和执行机构等相连，实现液位系统的常规控制和先进控制；计算机模拟的仪表测量值，本系统提供了两种方案，可以通过DA卡输入DCS，也可以通过网络通讯方式输入DCS。

    4)先进控制服务器：商业化的先进控制软件一般在先进控制服务器上运行，本系统设计了多种工程实践中常见的先进控制服务器接口工作方式，是PCS实验平台重要组成部分。

    3.6 数据集成平台

    智能工厂实验系统的数据集成平台是一个建立在网络环境下的数据库集成环境，一个包括实时数据库、关系数据库和两级数据库系统数据的Web应用开发工具。

    1)实时数据库系统平台

    实时数据库系统可根据需要组态生成各种实时数据源，提供各种实时数据采集、监测、控制软件及硬件系统接口的测试环境，提供数据库的数据集成、组态测试环境，提供各种实时数据库应用软件的仿真和测试环境。目前实时数据库监控软件平台已成为MES层和PCS层接口与信息界面事实上的标准配置，实时数据库监控软件平台可以实现企业网络环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变化记录与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成、生产统计报表生成、标准ODBC／SQL过程数据接口等功能，从而实现企业过程控制系统与信息系统的网络集成、综合管理。

    2)综合集成软件平台(关系数据库)

    综合集成软件平台通过对模拟生产过程数据的集成、加工处理，提炼出真正对经营决策有用的数据。

    在企业信息系统综合集成中，对各类信息系统中永久数据的操纵与维护，称为系统数据管理。系统中每个信息系统都有其自身的数据管理模块，它们可以看作是系统数据管理的子集，同时要提供与永久数据集之间的接口。系统数据管理可在各类信息系统内完成永久数据的创立、更新和查询等系统操作，也可以完成数据访问权限、完整性约束规则的建立和维护等。为了使信息资源共享、信息交换具有良好的操纵性，对系统数据采用标准化管理，包括系统数据参考模型、接口标准以及远程访问标准等。