反应精馏过程控制虚拟仿真实验系统
丁园，徐启，计龙龙，易辉，俞辉，薄翠梅
（南京工业大学电气工程与控制科学学院，南京 211816）
当今世界信息通信技术与制造技术、新能源技术等交叉融合［1-2］，制造业作为创新驱动发展的主战场，发展智能制造是扭转制造业低质低效的关键所在［3］，流程工业智能制造在其中具有极其重要的地位［4-5］。目前处于不同发展阶段的化工企业欠缺熟悉危险化工生产工艺的自动化类工程技术和研发人员。典型的化工生产过程多涉及高危险、高消耗等安全问题，一旦发生火灾、爆炸、毒气泄漏等重大事故，将造成巨大的人员伤亡和经济损失。
在传统工业自动化专业高等教育中，过程控制工程作为其核心专业课程，内容包含大量典型化工生产装置控制系统设计等工程专业知识、工程实践和实验创新等内容［6］。由于化工生产场所大都涉及高危或极端环境，出于安全和环境的限制，目前国内部分高校现有的物理实验环境相对单一，控制方案多为PID 控制、串级控制、比值控制等，较少涉及复杂多变量系统，学生难以体会典型化工反应与精馏分离过程的强非线性、强耦合、大时滞等复杂动态特性，也无法实质性地进行控制系统工程设计和多回路PID 控制器参数整定，难以真正开展综合性、设计性、自主创新性实验。在生产实践环节，由于化工生产的高危性、高成本与安全性，不允许学生亲自动手操作DCS 控制系统，实习停留在只看不动的感性认识学习上，严重制约了学生工程实践能力的培养，很难培养出具有化工过程智能化特色的自动化专业工程创新类人才。
随着计算机技术的快速发展，虚拟仿真技术逐步应用于教育教学实践［7］，近年来许多高校建立了国家级虚拟仿真实验教学中心，将物理被控对象通过虚拟仿真技术进行虚拟化，以共享方式大大提升实验教学与实践资源，为学生提供开放式、创新性的实践教学环境［8］。目前，国内高校多采用基于Simulink［9］、LabVIEW［10］、力控［11］、WINCC［12］等软件，开发了面向不同对象的虚拟过程控制仿真系统。陆文捷等［13］将数值仿真软件Matlab 与虚拟现实场景设计软件Unity3D结合开发了由界面层、数据层及模型层构成的三维虚拟重介质选煤过程控制仿真平台，实现工业过程的三维实时动态仿真［14-15］。胡春鹤等［16］借助于虚拟化工厂Factory I／O 软件平台提供的多种虚拟工厂组件，搭建过程控制交互式虚拟实验系统与评价体系。
针对目前反应精馏过程控制系统实验存在的做不出、想不出、...
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