反應(yīng)精餾過(guò)程控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

丁園，徐啟，計(jì)龍龍，易輝，俞輝，薄翠梅

（南京工業(yè)大學(xué)電氣工程與控制科學(xué)學(xué)院，南京 211816）

0 引言

當(dāng)今世界信息通信技術(shù)與制造技術(shù)、新能源技術(shù)等交叉融合［1-2］，制造業(yè)作為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的主戰(zhàn)場(chǎng)，發(fā)展智能制造是扭轉(zhuǎn)制造業(yè)低質(zhì)低效的關(guān)鍵所在［3］，流程工業(yè)智能制造在其中具有極其重要的地位［4-5］。目前處于不同發(fā)展階段的化工企業(yè)欠缺熟悉危險(xiǎn)化工生產(chǎn)工藝的自動(dòng)化類工程技術(shù)和研發(fā)人員。典型的化工生產(chǎn)過(guò)程多涉及高危險(xiǎn)、高消耗等安全問(wèn)題，一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸、毒氣泄漏等重大事故，將造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

在傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)高等教育中，過(guò)程控制工程作為其核心專業(yè)課程，內(nèi)容包含大量典型化工生產(chǎn)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等工程專業(yè)知識(shí)、工程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等內(nèi)容［6］。由于化工生產(chǎn)場(chǎng)所大都涉及高?；驑O端環(huán)境，出于安全和環(huán)境的限制，目前國(guó)內(nèi)部分高?，F(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境相對(duì)單一，控制方案多為PID 控制、串級(jí)控制、比值控制等，較少涉及復(fù)雜多變量系統(tǒng)，學(xué)生難以體會(huì)典型化工反應(yīng)與精餾分離過(guò)程的強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合、大時(shí)滯等復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性，也無(wú)法實(shí)質(zhì)性地進(jìn)行控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)和多回路PID 控制器參數(shù)整定，難以真正開(kāi)展綜合性、設(shè)計(jì)性、自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。在生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，由于化工生產(chǎn)的高危性、高成本與安全性，不允許學(xué)生親自動(dòng)手操作DCS 控制系統(tǒng)，實(shí)習(xí)停留在只看不動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)上，嚴(yán)重制約了學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，很難培養(yǎng)出具有化工過(guò)程智能化特色的自動(dòng)化專業(yè)工程創(chuàng)新類人才。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)逐步應(yīng)用于教育教學(xué)實(shí)踐［7］，近年來(lái)許多高校建立了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，將物理被控對(duì)象通過(guò)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行虛擬化，以共享方式大大提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐資源，為學(xué)生提供開(kāi)放式、創(chuàng)新性的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境［8］。目前，國(guó)內(nèi)高校多采用基于Simulink［9］、LabVIEW［10］、力控［11］、WINCC［12］等軟件，開(kāi)發(fā)了面向不同對(duì)象的虛擬過(guò)程控制仿真系統(tǒng)。陸文捷等［13］將數(shù)值仿真軟件Matlab 與虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景設(shè)計(jì)軟件Unity3D結(jié)合開(kāi)發(fā)了由界面層、數(shù)據(jù)層及模型層構(gòu)成的三維虛擬重介質(zhì)選煤過(guò)程控制仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程的三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真［14-15］。胡春鶴等［16］借助于虛擬化工廠Factory I／O 軟件平臺(tái)提供的多種虛擬工廠組件，搭建過(guò)程控制交互式虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與評(píng)價(jià)體系。

針對(duì)目前反應(yīng)精餾過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的做不出、想不出、設(shè)不出、培不出等問(wèn)題，本文基于嚴(yán)格的反應(yīng)精餾過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型和工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用數(shù)字孿生技術(shù)針對(duì)A+B→C 理想物系和醋酸甲酯水解反應(yīng)精餾生產(chǎn)對(duì)象，模擬不同工藝條件下的生產(chǎn)場(chǎng)景，建立完備的復(fù)雜控制虛擬仿真系統(tǒng)，使高危險(xiǎn)、不可及或不可逆的反應(yīng)精餾操作與控制實(shí)驗(yàn)課程與自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)習(xí)可在校內(nèi)安全地進(jìn)行，既讓學(xué)生學(xué)到了實(shí)踐中應(yīng)該掌握的技術(shù)，又保護(hù)了實(shí)踐期間的人身安全。

1 反應(yīng)精餾過(guò)程控制虛擬仿真系統(tǒng)架構(gòu)

反應(yīng)精餾生產(chǎn)工藝是典型的高溫高壓、易燃易爆化工過(guò)程，本文以此為對(duì)象，依照“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則，開(kāi)發(fā)了反應(yīng)精餾過(guò)程控制虛擬仿真系統(tǒng)。堅(jiān)持“以學(xué)生為中心、以能力達(dá)成為目標(biāo)、培養(yǎng)學(xué)生大工程觀”的教學(xué)理念，真實(shí)模擬生產(chǎn)過(guò)程，利用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化工藝操作、儀表選型、控制設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)報(bào)表、自動(dòng)評(píng)分、安全聯(lián)鎖等模塊化設(shè)計(jì)。

本虛擬仿真系統(tǒng)采用“模+感+控+智”多層次、多維度架構(gòu)。如圖1 所示，將反應(yīng)精餾化工危險(xiǎn)工藝過(guò)程機(jī)理模型、五大傳感檢測(cè)儀表合理選型、復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整定、工業(yè)過(guò)程智能APP設(shè)計(jì)等專業(yè)內(nèi)容有機(jī)整合，達(dá)到從基礎(chǔ)理論到實(shí)際應(yīng)用高效結(jié)合，使學(xué)生的知識(shí)廣度和能力深度得到提高，塑造學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。

圖1 虛擬仿真系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 用戶界面

通過(guò)該界面與虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行交互，主要包括三維虛擬仿真模型和對(duì)應(yīng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。前者采用Unity3D創(chuàng)建系統(tǒng)控件和系統(tǒng)UI 界面，包含設(shè)備仿真模型、控制器、工廠模型、虛擬環(huán)境等，以網(wǎng)頁(yè)組件的形式通過(guò)工業(yè)操作系統(tǒng)嵌入本虛擬仿真系統(tǒng)，可以第一視角直觀了解生產(chǎn)工藝流程和運(yùn)行狀態(tài)，具有很強(qiáng)的交互性。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)三維虛擬仿真工藝模型的相關(guān)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建API接口供外部調(diào)用。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍K

包含模擬反應(yīng)精餾全過(guò)程的動(dòng)態(tài)模型和實(shí)驗(yàn)對(duì)象實(shí)例。通過(guò)分析反應(yīng)精餾工藝過(guò)程，動(dòng)力學(xué)模型和精餾塔CESH模型，由Matlab 建立反應(yīng)精餾過(guò)程的數(shù)學(xué)模型；依據(jù)該數(shù)學(xué)模型，通過(guò)工業(yè)操作系統(tǒng)大數(shù)據(jù)模塊獲得全過(guò)程動(dòng)態(tài)模型，其輸入從實(shí)驗(yàn)對(duì)象實(shí)例的對(duì)象屬性中獲取數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)交互模塊

作為連接三維虛擬仿真模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍K的橋梁，以三維虛擬仿真工藝模型控制器為例，其輸出結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)交互模塊保存在實(shí)驗(yàn)對(duì)象實(shí)例的對(duì)象屬性中，動(dòng)態(tài)模型提取對(duì)象屬性中的閥門(mén)開(kāi)度作為輸入，通過(guò)反應(yīng)精餾過(guò)程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行周期性計(jì)算，將計(jì)算得到的溫度、流量再傳遞到實(shí)驗(yàn)對(duì)象的對(duì)象屬性中，并通過(guò)授權(quán)指令中攜帶的接口參數(shù)將溫度、流量變化反向傳輸?shù)饺S虛擬仿真工藝模型。通過(guò)將動(dòng)態(tài)模型孿生數(shù)據(jù)映射到三維虛擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)三維虛擬可視化與動(dòng)態(tài)模型的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。

2 反應(yīng)精餾過(guò)程控制虛擬仿真系統(tǒng)功能

反應(yīng)精餾過(guò)程控制虛擬仿真系統(tǒng)，基于嚴(yán)格的反應(yīng)精餾過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型和工業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，將復(fù)雜動(dòng)態(tài)控制、工業(yè)智能化與動(dòng)態(tài)流程模擬相融合，采用數(shù)字孿生、互聯(lián)網(wǎng)+、智能制造領(lǐng)域多項(xiàng)新進(jìn)技術(shù)，模擬不同工藝條件下的生產(chǎn)場(chǎng)景，分別由課前預(yù)習(xí)、簡(jiǎn)單控制、復(fù)雜控制、性能評(píng)價(jià)4 個(gè)模塊組成，涵蓋了典型流程工業(yè)中反應(yīng)精餾過(guò)程模型、儀表選型、動(dòng)態(tài)特性測(cè)試、PID控制器設(shè)計(jì)、參數(shù)整定、多回路控制系統(tǒng)、SIS 系統(tǒng)、Web管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等知識(shí)點(diǎn)，如圖2 所示。各環(huán)節(jié)之間層層遞進(jìn)，推動(dòng)學(xué)生在深度理解反應(yīng)精餾工藝基礎(chǔ)上，形成一種立體式多學(xué)科融合的化工自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)，解決了針對(duì)危險(xiǎn)工藝難以開(kāi)展過(guò)程控制及其自動(dòng)化綜合實(shí)踐教學(xué)。

圖2 虛擬仿真系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 反應(yīng)精餾過(guò)程機(jī)理模型

通過(guò)分析過(guò)程內(nèi)部機(jī)理，運(yùn)用動(dòng)量守恒、熱量守恒、質(zhì)量守恒及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理描述整個(gè)過(guò)程，建立過(guò)程的模型結(jié)構(gòu)和內(nèi)在聯(lián)系，利用數(shù)學(xué)和控制論原理求解得到過(guò)程模型的表達(dá)式。

2.2 反應(yīng)精餾過(guò)程儀器儀表選型

熟悉并掌握儀表本身和生產(chǎn)過(guò)程的流體特性知識(shí)，從性能要求、安裝要求、流體特性、環(huán)境區(qū)域和經(jīng)濟(jì)等方面來(lái)考慮反應(yīng)精餾過(guò)程儀器儀表的選型。

2.3 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性測(cè)試分析

根據(jù)反應(yīng)精餾過(guò)程中的化學(xué)與物理機(jī)理，基于物料平衡、能量平衡與過(guò)程動(dòng)力學(xué)等方程，描述過(guò)程輸入與輸出之間的動(dòng)態(tài)特性模型，并分析其穩(wěn)定性。

2.4 反應(yīng)溫度控制系統(tǒng)

對(duì)反應(yīng)精餾過(guò)程中的溫度進(jìn)行PID 控制設(shè)計(jì)，它適用于容量滯后大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，通過(guò)對(duì)溫度控制，盡快達(dá)到穩(wěn)定。

2.5 PID控制參數(shù)整定方法

反饋控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)主要依賴于控制器參數(shù)整定，分別給出經(jīng)驗(yàn)整定法、衰減比例法、臨界曲線法、響應(yīng)曲線法等PID控制器參數(shù)整定方法，科學(xué)、合理整定控制器比例、積分和微分3 大參數(shù)，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性，使系統(tǒng)達(dá)到控制指標(biāo)要求。

2.6 多回路復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整定

反應(yīng)精餾過(guò)程具有多變量、非線性、大時(shí)滯等復(fù)雜特性，根據(jù)控制目標(biāo)，進(jìn)行被控變量、操作變量合理配對(duì)，設(shè)計(jì)多回路復(fù)雜控制系統(tǒng)，選擇控制器正反作用，通過(guò)過(guò)程特性測(cè)試計(jì)算獲取PID 控制器參數(shù)初始值，按照多回路優(yōu)先級(jí)分步驟整定多回路PID 參數(shù)，提高控制系統(tǒng)控制品質(zhì)，擴(kuò)大反饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

2.7 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)SIS

安全聯(lián)鎖系統(tǒng)主要為反應(yīng)精餾過(guò)程中報(bào)警和聯(lián)鎖部分，對(duì)控制系統(tǒng)中檢測(cè)結(jié)果實(shí)施報(bào)警動(dòng)作或調(diào)節(jié)或停機(jī)控制，是保證自動(dòng)控制系統(tǒng)安全操作的重要環(huán)節(jié)。

2.8 互聯(lián)網(wǎng)＋智能管控系統(tǒng)

通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、OPC 通信實(shí)現(xiàn)底層Aspen Plus 流程模擬與上層自動(dòng)控制、智能監(jiān)控聯(lián)動(dòng)，在電腦等終端設(shè)備通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)完成對(duì)整個(gè)反應(yīng)精餾過(guò)程控制系統(tǒng)的性能評(píng)估、智能監(jiān)控、聯(lián)鎖報(bào)警和互動(dòng)交流。

3 反應(yīng)精餾過(guò)程機(jī)理模型

3.1 理想物系反應(yīng)精餾過(guò)程模型

以反應(yīng)精餾生產(chǎn)過(guò)程為例，原料A和B進(jìn)入反應(yīng)器中發(fā)生不可逆的放熱反應(yīng)，生成產(chǎn)物C，反應(yīng)器中的混合物送至精餾塔，塔頂采出A和B及少量C循環(huán)至反應(yīng)器，產(chǎn)物由塔釜采出，如圖3 所示。

圖3 反應(yīng)精餾過(guò)程工藝流程

該反應(yīng)器是帶夾套的冷卻CSTR，其中發(fā)生不可逆反應(yīng)

反應(yīng)速率

假設(shè)密度恒定，反應(yīng)器和夾套體積恒定。反應(yīng)器和夾套的動(dòng)力學(xué)模型：

假定等摩爾流量，恒定的塔板滯留量和瞬時(shí)流體力學(xué)，精餾塔的動(dòng)力學(xué)模型：

假定每個(gè)塔盤(pán)上的氣液相平衡，可根據(jù)已知的相對(duì)揮發(fā)度和液體成分計(jì)算蒸汽成分。相對(duì)波動(dòng)率

式中：αA＝3；αB＝1.5；αC＝1；j＝A，B，C。

塔底和回流罐中的質(zhì)量和成分由以下方程式給出：

3.2 復(fù)雜控制系統(tǒng)方案

由反應(yīng)器和精餾塔組成反應(yīng)過(guò)程，該精餾塔將產(chǎn)物C與反應(yīng)器流出物中未反應(yīng)的A和B分離，將其循環(huán)回反應(yīng)器。先將A，B先加入反應(yīng)器中；然后將反應(yīng)器產(chǎn)物流入精餾塔中；塔頂流出D回流到反應(yīng)器，液位通過(guò)FA 進(jìn)料補(bǔ)償流量控制，反應(yīng)器中涉及PID 控制為B濃度控制，反應(yīng)器B濃度由FB進(jìn)料閥控制；反應(yīng)器的溫度控制是通過(guò)控制夾套內(nèi)冷卻液流量實(shí)現(xiàn)，被控變量是反應(yīng)器溫度，操縱變量是冷卻液流量，精餾塔塔釜產(chǎn)物P的C濃度控制，如圖4 所示。

圖4 反應(yīng)精餾過(guò)程復(fù)雜控制系統(tǒng)

4 反應(yīng)精餾過(guò)程實(shí)驗(yàn)

本虛擬實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了苯胺加氫反應(yīng)簡(jiǎn)單控制設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、A+B→C物系反應(yīng)精餾過(guò)程復(fù)雜控制綜合性實(shí)驗(yàn)、醋酸甲酯反應(yīng)精餾過(guò)程控制自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)檢測(cè)與控制設(shè)備實(shí)景再現(xiàn)。

如圖5 所示，學(xué)生可在生產(chǎn)環(huán)境登錄系統(tǒng)以第一視角來(lái)了解生產(chǎn)工藝流程，查看現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表的結(jié)構(gòu)和工作原理，根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行儀表選型。學(xué)生在三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上可進(jìn)一步掌握流量、溫度、液位、壓力等多變量控制方案設(shè)計(jì)，完成過(guò)程動(dòng)態(tài)測(cè)試響應(yīng)、簡(jiǎn)單控制、多回路控制、串級(jí)控制等復(fù)雜控制與多參數(shù)在線整定過(guò)程，動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程真實(shí)地再現(xiàn)了實(shí)際調(diào)節(jié)過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的多次、重復(fù)性操作，確保每位學(xué)生都能真正掌握所學(xué)內(nèi)容，提升動(dòng)手操作實(shí)踐能力。

圖5 用戶界面

本仿真系統(tǒng)注重考察學(xué)生實(shí)驗(yàn)前階段準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)后階段的創(chuàng)新能力提高，如圖6 所示，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程分為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、簡(jiǎn)單控制、復(fù)雜控制、性能評(píng)價(jià)和組態(tài)監(jiān)控等環(huán)節(jié)，通過(guò)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由易到難、由單人操作到多人聯(lián)合協(xié)同操作的多層次教學(xué)實(shí)施過(guò)程，學(xué)生可達(dá)到掌握解決復(fù)雜化工過(guò)程問(wèn)題的能力，提升工程實(shí)踐能力，具備基本的工程師素質(zhì)。

圖6 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生可根據(jù)系統(tǒng)提供的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁饬x，學(xué)習(xí)掌握苯胺加氫反應(yīng)過(guò)程、反應(yīng)精餾過(guò)程的工藝原理、動(dòng)態(tài)機(jī)理模型、簡(jiǎn)單控制、復(fù)雜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及參數(shù)整定方法講解；根據(jù)系統(tǒng)提供的實(shí)驗(yàn)操作視頻講解掌握實(shí)驗(yàn)操作流程、系統(tǒng)性能評(píng)估、數(shù)據(jù)報(bào)表與管控一體化專業(yè)知識(shí)。

（2）簡(jiǎn)單控制。在簡(jiǎn)單控制實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)掌握苯胺加氫反應(yīng)過(guò)程被控對(duì)象、儀表選型、控制器設(shè)計(jì)、開(kāi)環(huán)測(cè)試、控制器參數(shù)整定等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生操作自動(dòng)評(píng)價(jià)得分情況，學(xué)生根據(jù)得分情況查閱相關(guān)知識(shí)。

（3）復(fù)雜控制。在復(fù)雜控制實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)掌握A+B→C理想物系反應(yīng)精餾過(guò)程被控對(duì)象、儀表選型、開(kāi)環(huán)測(cè)試、多變量耦合分析，進(jìn)行相關(guān)溫度、壓力、流量和液位的復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、多參數(shù)聯(lián)合整定等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過(guò)變量之間合理配對(duì)，設(shè)計(jì)DCS 組態(tài)界面，通過(guò)界面直觀查看關(guān)鍵參數(shù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，分析回路之間耦合性，通過(guò)變量合理配對(duì)、參數(shù)分級(jí)調(diào)節(jié)，有效減少耦合回路相互干擾，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生操作自動(dòng)評(píng)價(jià)得分情況，學(xué)生根據(jù)得分情況查閱相關(guān)知識(shí)。

（4）性能評(píng)價(jià)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算閉環(huán)系統(tǒng)的上升時(shí)間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差、IAE綜合性能指標(biāo)和評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)性能。

（5）組態(tài)監(jiān)控。根據(jù)反應(yīng)精餾工藝過(guò)程流程圖，學(xué)生通過(guò)組態(tài)設(shè)計(jì)DCS組態(tài)界面，關(guān)鍵參數(shù)上下限報(bào)警、報(bào)警記錄、SIS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能。

本仿真系統(tǒng)針對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、簡(jiǎn)單控制、復(fù)雜控制和性能評(píng)價(jià)等多個(gè)模塊設(shè)計(jì)包括實(shí)驗(yàn)原理講解、實(shí)驗(yàn)步驟講解、控制原理講解、被控對(duì)象演示、儀表選型、開(kāi)環(huán)測(cè)試、多回路參數(shù)整定、DCS組態(tài)和SIS 系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)步驟環(huán)環(huán)相扣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。各環(huán)節(jié)之間層層遞進(jìn)，能推進(jìn)學(xué)生對(duì)反應(yīng)與精餾反應(yīng)工藝的理解，最終促使在理解實(shí)際生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，能拓展學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，從復(fù)雜控制的基本理論認(rèn)知到綜合應(yīng)用能力均得到全面鍛煉和提升，符合將來(lái)流程工業(yè)對(duì)工程師的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以高溫高壓、易燃易爆的反應(yīng)精餾過(guò)程為對(duì)象，結(jié)合Unity3D 技術(shù)、Matlab 和工業(yè)操作系統(tǒng)，采用動(dòng)穩(wěn)結(jié)合方式來(lái)模擬化工生產(chǎn)過(guò)程，以“模+感+控+智”為架構(gòu)，開(kāi)發(fā)反應(yīng)精餾過(guò)程控制仿真系統(tǒng)，借助數(shù)字孿生技術(shù)解決針對(duì)危險(xiǎn)工藝難以開(kāi)展過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)踐教學(xué)問(wèn)題，為學(xué)生構(gòu)建具有三維可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，為課程教學(xué)和控制算法研究提供了更接近實(shí)際的平臺(tái)，提升學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。