化工过程计算机集成运行系统及实验平台的研究与开发

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化学产品开发途径的科学化、系统化,以及产品设计与过程开发的集成正成为化学工程学科中一个新的前沿方向。本文以化工产品设计和过程开发为主要研究对象,探索过程系统信息集成的理论和方法,开发了一个公斤级化工产品流程实验平台(Kilo-Plant),实现过程产品工程和过程工程的集成策略。对于过程系统来说,为了实现过程操作的信息集成,构建网络化的产品开发系统,首先是制定统一的数据描述方式,实现各个异构过程运行系统间的数据集成。本文提出基于SETP/XML模式的过程运行系统数据集成模型,为采用STEP标准描述的产品数据提供标准的访问接口,实现产品数据的XML描述,完成了对过程运行系统交互信息的统一的XML描述。为了实现过程运行系统中不同子系统的信息集成,本文提出了Web服务的技术架构,并对Web服务集成架构和传统集成架构进行了比较。在此基础上,提出了一个基于Web服务的过程运行系统任务集成模型,并对集成框架的功能、特点、关键部件进行了详细描述。这为构建具有快速反应能力的网络化产品开发平台提供了理论指导。传统的化工过程设计以追求产品生产的低成本和高效率为目标,现代产品设计更以产品功能符合市场最终用户需求为准则。基于此,本文在提出化工产品及过程开发集成策略的同时,开发了一个公斤级化工产品流程实验平台(Kilo-Plant),它由一系列各具功能的操作单元根据化学产品的生产要求装配而成。进一步探讨了过程运行系统信息集成在化学品的产品开发途径选择,以及过程运行的操作方案设计、安全监测、集成分析等方面的应用和方法。基于本文提出的过程运行系统数据集成模型及面向服务的系统任务集成框架,构建了基于Web服务的网络化在线优化平台。该优化控制平台集成Matlab、G2、GAMS等专业软件系统,并采用OPC、CORBA、数据库技术实现了优化控制平台与产品开发控制系统的动态集成;基于模型的产品开发过程优化、故障诊断;基于实时数据回归分析的产品质量建模。通过在Kilo-Plant产品开发过程优化控制,验证了本文构建的优化控制平台的有效性及适用性,从而也证明了Web服务技术在实现化工过程运行系统信息集成方面的有效性及适用性。
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