本發(fā)明屬于化工仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聯(lián)合aspen和matlab軟件的甲醇-水熱耦合精餾過程的仿真方法。

背景技術(shù)：

甲醇是一種重要的化工原料，主要用作防凍劑、萃取劑、橡膠加速劑，亦可作染料、樹脂、人造革、噴漆等的溶劑以及油漆與顏料去除劑、有機(jī)合成的中間體等。此外，甲醇還是一種清潔的燃料。甲醇和水分離通常通過精餾實(shí)現(xiàn)，相比普通精餾，熱耦合精餾可顯著降低能量的消耗。

aspenplus和aspendynamics是aspentech公司開發(fā)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)化工模擬軟件，采用序貫?zāi)K法，包含強(qiáng)大的物性數(shù)據(jù)庫，同時(shí)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，可針對(duì)各種不同的化工過程，應(yīng)用十分廣泛。

matlab是美國mathworks公司發(fā)布的一款數(shù)學(xué)軟件，它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算，科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等強(qiáng)大的功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為研究員們提供了一種全面的解決方案。

amsimulation是aspentech公司和mathworks公司開發(fā)的交互接口，利用它可以將由aspendynamics和aspencustomermodeler建立的嚴(yán)格非線性過程模型與simulink仿真工具箱結(jié)合。

由于缺乏物性數(shù)據(jù)庫等原因，用matlab直接建立化工過程的動(dòng)態(tài)模型很困難；而用aspendynamics軟件無法建立用戶界面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種聯(lián)合aspen和matlab軟件的甲醇-水熱耦合精餾過程的仿真方法。該方法將aspendynamics建立動(dòng)態(tài)模型的精確性與matlab建立用戶界面的便利性結(jié)合起來，從而快速、精確地建立化工過程的仿真系統(tǒng)。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種聯(lián)合aspen和matlab軟件的甲醇-水熱耦合精餾過程的仿真方法，包括如下步驟：

(1)利用aspen軟件，建立甲醇-水熱耦合精餾過程的動(dòng)態(tài)模型；

(2)在matlabsimulink中通過amsimualtion模塊調(diào)用步驟(1)的動(dòng)態(tài)模型，選擇輸入輸出變量；

(3)通過matlabgui建立用戶界面；

(4)在matlabsimulink中通過自建m-s-function模塊將步驟(2)選擇的輸入輸出變量與步驟(3)用戶界面中的控件建立關(guān)聯(lián)。

其中，利用aspen軟件，建立甲醇-水熱耦合精餾過程的動(dòng)態(tài)模型包含以下步驟：

(1)利用aspenplus軟件對(duì)甲醇-水熱耦合精餾過程進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，選取合適的物性方法，調(diào)整塔的各種參數(shù)；

(2)補(bǔ)充必要的塔的設(shè)備參數(shù)后導(dǎo)入到aspendynamics中，得到默認(rèn)控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型；

(3)對(duì)動(dòng)態(tài)模型的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，得到建立好的動(dòng)態(tài)模型。

其中，建立好的動(dòng)態(tài)模型通過amsimulation模塊進(jìn)行調(diào)用，選取甲醇-水熱耦合精餾過程的主要控制變量作為amsimulation模塊的輸入變量，選取能夠表征甲醇-水熱耦合精餾過程模擬結(jié)果的變量作為amsimulation模塊的輸出變量。

其中，用matlabgui建立用戶界面時(shí)新建窗口，然后在窗口中添加各種控件，包括靜態(tài)文本控件、編輯框控件和按鈕控件。

其中，編輯框控件用來改變底層aspendynamics動(dòng)態(tài)模擬文件的輸入，模擬結(jié)果用靜態(tài)文本控件來顯示。

其中，用戶界面有兩個(gè)窗體，其中一個(gè)為主窗體，另一個(gè)為副窗體。兩個(gè)窗體上均添加整個(gè)熱耦合精餾過程的仿真界面，通過主窗體可以控制仿真的開始、暫停/繼續(xù)和退出。副窗體的作用是調(diào)節(jié)輸入?yún)?shù)，主窗體和副窗體之間可以相互切換。

其中，通過在matlabsimulink中自建的m-s-function模塊以及設(shè)置的各全局變量實(shí)現(xiàn)用戶界面與matlabsimulink之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互傳遞。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的仿真方法具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

本發(fā)明克服了matlab不容易建立化工過程動(dòng)態(tài)模型以及aspendynamics不能建立用戶界面的缺點(diǎn)，充分將aspendynamics建立動(dòng)態(tài)模型的精確性與matlab建立用戶界面的便利性結(jié)合起來，從而可以快速、精確地建立化工過程的動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)。所建立的仿真系統(tǒng)可作為教學(xué)和培訓(xùn)使用。此外，這種仿真系統(tǒng)的開發(fā)方法可以適用于各種化工過程，應(yīng)用范圍廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中聯(lián)合aspen和matlab軟件的甲醇-水熱耦合精餾過程的仿真方法的原理圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中甲醇-水熱耦合精餾過程的動(dòng)態(tài)模型；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中調(diào)用動(dòng)態(tài)模型時(shí)，輸入輸出變量的選擇圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中用matlabgui建立的用戶界面的主窗體；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中用matlabgui建立的用戶界面的副窗體；

圖中符號(hào)說明如下：

feed-總的進(jìn)料；f1-高壓塔進(jìn)料；f2-低壓塔進(jìn)料；d1-高壓塔塔頂產(chǎn)品；b1-高壓塔塔底產(chǎn)品；d2-低壓塔塔頂產(chǎn)品；b2-低壓塔塔底產(chǎn)品；pc1-高壓塔塔頂壓力控制器；pc2-低壓塔塔頂壓力控制器；lc1-高壓塔回流罐液位控制器；lc2-高壓塔再沸器液位控制器；lc3-低壓塔回流罐液位控制器；lc4-低壓塔再沸器液位控制器；r1/f1-高壓塔回流/進(jìn)料比例控制器；r2/f2-低壓塔回流/進(jìn)料比例控制器；tc-塔板溫度控制器；c1-高壓塔；c2-低壓塔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

本實(shí)施例的一種聯(lián)合aspen和matlab軟件的甲醇-水熱耦合精餾過程的仿真方法，包含以下步驟：

(1)利用aspen軟件，建立甲醇-水熱耦合精餾過程的動(dòng)態(tài)模型；

(2)在matlabsimulink中通過amsimualtion模塊調(diào)用步驟(1)的動(dòng)態(tài)模型，并根據(jù)需要選擇合適的輸入輸出變量；

(3)通過matlabgui建立用戶界面；

(4)通過在matlabsimulink中自建m-s-function模塊以及設(shè)置的各全局變量將步驟(2)的輸入輸出變量與步驟(3)中用戶界面中的控件建立關(guān)聯(lián)。

按照以上步驟建立的甲醇-水熱耦合精餾過程的仿真系統(tǒng)包含三個(gè)層次，其原理如圖1所示。底層是甲醇-水熱耦合精餾過程的aspendynamics動(dòng)態(tài)模型；頂層是用matlabgui建立的用戶界面；二者通過matlabsimulink中amsimulation模塊和自己建立的各m-s-function模塊進(jìn)行連接。在仿真運(yùn)行時(shí)，用戶可以通過用戶界面實(shí)時(shí)改變底層動(dòng)態(tài)模型的輸入?yún)?shù)，同時(shí)實(shí)時(shí)獲取輸出參數(shù)的值。

利用aspen軟件建立甲醇-水熱耦合精餾過程的動(dòng)態(tài)模型包含以下步驟：

(1)利用aspenplus軟件對(duì)甲醇-水熱耦合精餾過程進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，選擇合適的物性方法，通過設(shè)計(jì)規(guī)定和靈敏度分析等手段調(diào)整塔的各項(xiàng)參數(shù)直至合適，得到穩(wěn)態(tài)模型；

(2)在aspenplus中將運(yùn)行收斂的穩(wěn)態(tài)模型的輸入模式改為dynamics，補(bǔ)充必要的設(shè)備參數(shù)，如塔徑、堰高、回流罐尺寸等，以壓力驅(qū)動(dòng)模式導(dǎo)入aspendynamics中，得到默認(rèn)控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型；

(3)根據(jù)需要，對(duì)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，得到最終符合需要的動(dòng)態(tài)模型。

對(duì)于一個(gè)化工過程來說，通常有多種控制結(jié)構(gòu)可供選擇。本實(shí)施例甲醇-水熱耦合精餾過程的動(dòng)態(tài)模型如圖2所示，為了保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，本實(shí)施例除了保留了默認(rèn)控制結(jié)構(gòu)中的2個(gè)壓力控制器(pc1、pc2)外，還添加了4個(gè)液位控制器(lc1、lc2、lc3、lc4)、2個(gè)回流/進(jìn)料比例控制器(r1/f1、r2/f2)和一個(gè)塔板溫度控制器(tc)。

圖2所示的動(dòng)態(tài)模型通過amsimulation模塊進(jìn)行調(diào)用。在matlabsimulink中添加amsimulation模塊，雙擊該模塊，設(shè)置動(dòng)態(tài)模型文件路徑，選擇輸入輸出變量。通常選取過程的主要控制變量作為amsimulation模塊的輸入變量，選取能夠表征過程模擬結(jié)果的變量作為amsimulation模塊的輸出變量。過程的控制結(jié)構(gòu)不同，輸入輸出變量選擇也不同。本實(shí)施例調(diào)用動(dòng)態(tài)模型時(shí)，輸入輸出變量的選擇如圖3所示。

圖4和圖5是本實(shí)施例中用matlabgui建立的用戶界面。圖4是主窗體，用于控制仿真的開始、暫停/繼續(xù)和退出，以及顯示仿真的結(jié)果，主要包含靜態(tài)文本控件和按鈕控件。當(dāng)用戶需要調(diào)整參數(shù)時(shí)，點(diǎn)擊右邊的調(diào)整參數(shù)按鈕即可切換到圖5所示的副窗體。在副窗體中，輸入需要調(diào)整的參數(shù)，點(diǎn)擊確定即可改變底層動(dòng)態(tài)模型的相應(yīng)變量，點(diǎn)擊主圖按鈕，返回到主窗體。副窗體主要有靜態(tài)文本控件、編輯框控件和按鈕控件。

實(shí)施例中各m-s-function模塊的功能類似，代碼也類似，編寫較為容易。各m-s-function模塊的作用在于實(shí)現(xiàn)用戶界面與底層動(dòng)態(tài)模型的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互傳遞。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。