动态仿真如何用于评价涡轮机安装的性能和运营情况. 数字电子涡轮机控制系统已经广泛使用了超过20年.机器上最初使用的机械控制和模拟电子控制现在已经被数字电子控制所代替.然而,仍然还有很多机器还没有实现这些柔性控制系统所应该具备的优势.有时,这些系统的拥有者只是因为初始的数字控制系统没有达到理想的效果就使用竞争对手的系统进行替换. 如果实际的问题没有解决,使用新的控制系统取代现有数字控制系统,并不会带来显著的经济收益.通常,性能问题是由于规格或者是阀门、执行元件、制冷装置和变送器等现场设备的应用问题导致的.有时候,还可能是因为配置和数字控制的整定出现错误. 为了评估涡轮机控制系统性能缺陷的真实原因,动态仿真研究可以为机器拥有者提供准确的缺陷原因分析,以及修正这些系统问题可以带来的量化收益.动态仿真允许控制和流程工程师定义涡轮机控制问题的原因,寻找解决方案,在不会威胁工厂流程的前提下进行测试.功能进步 动态仿真最早是在超过25年以前引入到涡轮机行业当中的,用来验收大型液化天然气（LNG）压缩机循环阀门的规格.这些研究需要整个管道系统的细节数据,要花费几个月才能完成.尽管这些研究被称作是“动态”的,它们还做不到实时.它们可以计算系统的动态反应,但是只能提供类似数据表这类结果. 随着数字系统开始用于涡轮机和压缩机控制,人们希望能够动态测试并且展示这些控制.最早版本的仿真并不比带有一些一阶时间延迟的输入到输出的回接（tie-back）高明多少,因此也无法更加真实反映各种行为.这些回接仿真虽然没有反映多少流程的真实情况,但是却提供了一种可以实现实时的技术—用闭环回路测试控制软件.功能上的进步和最新动态仿真产品使用的方便,使得在很多常见的涡轮机应用进行动态仿真研究成为现实.现在,可以使用这些工具确定所有类型运营和设计问题的成因,并对修正方法进行测试.仿真的类型 在过去的五年当中,动态仿真工具的复杂程度和功能都有大幅提升. 这些改进是将精确的稳态计算方法与瞬时动态建模相结合的创新性算法的结果.同时,个人计算机性能的改进也支持更快的迭代. 大多数最新的动态仿真软件包都包含基于目标的建模方法,大幅简化了配置过程.由于当前一些动态仿真软件都是基于相同的稳态流程仿真计算原则,它们能够与稳态模拟器的状态计算结果非常吻合.低保真度 开发用于数字控制程序闭环回路测试的回接模拟器保真度较低.仿真可以通过加入硬件完成,用I/O表示控制系统,也可以完全在软件中进行,在另外一台控制器上进行仿真,I/O数据直接进行交换. 无论是哪一种方式,即便是低保真度的动态仿真也是有用的,可以用来验收控制程序、培训操作人员.但是它并不适用于物理设备性能的精确预测,比如压缩机或者是循环阀这类辅助设备,也无法准确估计流程环境对于控制程序的影响.因为硬件和系统交互非常复杂,回接仿真一般用于测试PID控制.大部分此类系统仍然使用开环进行测试.高保真度 高保真度模拟器包括真实流体和设备动态计算.机械惰性也被纳入到这种类型的仿真之中,提高瞬时预测的真实性.高保真动态模拟器还包含丰富的元件数据库和热动力学方法,可以对流体的物理属性进行精确计算. 精密的热动力学计算可以通过流程模型对系统性能进行实际预测.闪蒸计算可以对两相流程的行为进行建模,比如在湿气压缩机不同阶段之间清箱或者制冷压缩机吸入端的冷却蒸发. 一些仿真程序可以将工厂模型与控制系统的软件模拟器直接连接,因此不必要模拟控制程序,硬件模拟器中的实际控制程序可以直接在工厂仿真中使用.这是一项非常重要的优势,可以让工程师测试实际的控制配置文件,而不是对逻辑进行估算仿真.多用途 除了使用动态模拟器在流程环境中验收控制程序之外,取决于模拟软件的特性和保真度,还可以有很多其他的用途.在项目的设计阶段,高保真一阶动态模拟可以用来评价工厂和控制的瞬时行为.规格&选择 如果在项目的工厂设计阶段使用模拟器,从动态仿真研究中获取的信息就可以用于确定设备的规格对于瞬时环境是否合适.很明显,做出设计变更的成本要比在启动阶段发现问题然后替换阀门、管道或者箱体低得多. 大多数工厂从来没有在设计阶段这么做.即便是按照工厂的设计条件设备的规格已经非常合适,但是实际上运行环境可能会有很大的不同.使用动态仿真查看出现运行偏差时设备运行的情况,可以帮助操作人员和工程师理解和解释意料之外的工厂活动.故障查找 一旦使用高保真、高解析度的动态模拟器完成流程建模,这个模型就可以用于查找流程运行中的问题.有时候,流程问题并没有一个明显的成因,进行随机的修理解决问题的方法可能既浪费金钱又十分耗时.更好的方法是在模拟器中配置功能不良的情况,将模拟器结果与实际工厂表现进行比较.这样做可以让工程师消除可能的错误根源,在需要修理之前就找到真正的问题成因.吸气辊 对于装备淹没汽包的冰箱压缩机来说,汽包水位可能会在循环阀门快速开启或者压力突变的时候发生巨变.使用静态仿真无法评估水位变化的程度,而动态仿真可以预测在这些严重的情况进入压缩机的液体量.模拟器还可以帮助控制系统工程师评价那些避免打乱汽包水位的不同类型的阀门管理技术.循环阀 如果检查流程系统的瞬时行为,几乎不可能了解冰箱压缩机中循环阀的实际规格.为了合理的评价冰箱压缩机循环系统的瞬时响应性能,有必要考虑冷却系统的行为.因为冷却系统使用了闪蒸的方法,需要计算流体的属性才能得到合理的结果.执行器&附件 选择用来反浪涌保护的阀门的尺寸已经进行过测量,但是如果执行元件的规格和选择不合适的话,仍然不能避免浪涌.执行器不仅需要足够大可以提供所需的推动力,像定位器和增压器这些附件也需要选择适当.高保真度动态模拟器可以在重要的瞬态（比如涡轮循环）期间对循环阀的开启条件详细建档.吸入规格 如果系统中使用的是吸入式节流阀,通常使用稳态流程模拟器预测其规格就足够了.然而,动态模拟器可以确定循环回路中阀门最小的开启位置.与其他控制（比如反浪涌控制器）的互动,可以评价用来确定是否需要去耦合.假设分析 很多流程工程师、控制系统工程师和操作员会有一些改进流程的构想.使用精确的模拟器,可以测试这些想法,在对工厂、员工和利润没有任何风险的情况下进行评价.同样也可以评价工厂中的设计变更,帮助确定投资回报.培训与安全 使用包含操作界面的动态仿真软件包,可以使用系统进行： 深入和实践培训 故障查找 假设分析 设计在操作员培训模拟器（OTS）中使用的动态模拟器,拥有很多特性,可以培训操作员,提高他们的生产效率.这些特性包括：设置功能不良的情况、操作场景、场景重现、操作员活动评价和教育网络. 但是动态培训模拟器的功能不仅仅限于操作员培训.年轻的控制系统工程师也可以用它学习如何调整控制回路、寻找仪表问题、熟悉流程设计和功能.还可以创建工厂场景,培训操作员处理异常情况. 与此同时,流程工程师可以熟悉流程瞬时行为.对于设备运行情况的深入理解,将会帮助工程师预测流程的活动.流程工程师可以使用动态模拟器测试流程改善的想法,比基于时间的方法更快的开发出满意的工厂动态模型.选择模拟器 建模软件的保真度对于使用何种模拟器有着直接的影响.使用今天的软件,可以建立高保真的仿真,在几周之内完成测试,获得良好的投资回报. 具有完全仿真功能的模拟有一个严重的问题,就是产品有效寿命.因为它们可以模拟控制系统,控制程序在任何时间出现变化,模拟器都必须要进行升级.最终,模拟器会跟不上工厂的节奏,让仿真变得毫无意义. 使用可视仿真的一个方案就是将工厂模型与硬件模拟器连接,这样就不再需要模拟控制程序.可以同时使用实际的控制配置文件和流程的动态模型,这不仅减少了实施期间的工作量,也消除了模拟中的错误,保证模拟器不会跟不上实际工厂和控制系统的发展.这可以保证长期的投资回报.全方面收益 动态仿真将控制、流程和运行融合到了仪器.现代计算机性能的大幅提升和最近几年出现的跨系统动态仿真软件,为控制系统设计者和流程工程师提供了在流程环境下评价、测试、实施和修正复杂涡轮机控制程序的能力.这样做避免了成本高昂的事故的发生,试车和启动时间大大缩短,大大节约了成本.除此之外,这些工具还构成了实际操作员培训模拟器的基础.