Математическая модель технологической схемы – система математических соотношений, описывающих с требуемой точностью имитируемый объект или процесс (реакцию системы на действия пользователя или инструктора).

Высокая адекватность и универсальность модели тренажера определяет соответствие поведения реальной системы и поведения модели в штатном и аварийном режимах.

Под адекватностью понимается способность модели отражать заданные свойства объекта с приемлемой точностью. Универсальность модели определяется количеством параметров, учитываемых в процессе имитации. Наша компания имеет собственную запатентованную технологию синтеза высокоточных математических моделей, работающих в режиме реального времени.

Мы используем математические модели для моделирования системы в тренажерах для подготовки персонала. Для тренажеров особенное значение имеет идентичность моделируемой среды. Идентичная реальной система – это система, обеспечивающая генерацию модели реальной в соответствии с математической моделью этой реальной системы при помощи программных или аппаратных средств. Идентичность имитируемой системы … это идентичность подачи на основные каналы восприятия пользователя программно- или аппаратно- управляемых воздействий и реалистичной реакции моделируемой среды на производимые пользователями действия.

Итак, что мы сделали....

Разработана технология автоматического синтеза математической модели объекта. Технология повышает качество и технико-экономический уровень создаваемых математических моделей. Поддержка однофазных и многофазных режимов течения жидкости и газа. Точный контроль фазовых состояний веществ во всех элементах модели технологической схемы.

Были созданы следующие модули следующие модули – техническое обеспечение, математическое обеспечение, программное обеспечение, информационное обеспечение, лингвистическое обеспечение, методическое обеспечение, организационное обеспечение, интеграция с другими системами:

математическое обеспечение — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов для выполнения проектирования ЦОР (цифровые образовательные ресурсы);

• Моделирование и симуляция АСУиТП;

• Мультифизическое моделирование технологических схем;

• Моделирование и симуляция физических процессов по направлениям

• Гидродинамика и теплопередача (модифицированная сетчатая модель Больцмана)

• Электродинамика и оптика

• Механика (Классическая, Релятивистская, Механика сплошных сред (Гидродинамика, Пневматика, Гидростатика)

• Химия

• Механика твёрдого тела

• Термодинамика жидкостей и газов. Доступные термодинамические модели: Идеального газа; Пенга-Робинсона; Пенга-Робинсона (с модификацией Тву); Соаве-Редлиха-Квонга; Соаве-Редлиха-Квонга (с модификацией Граборски-Дауберта). Для смесей жидкостей доступны следующие термодинамические модели: Чао-Сидера (с модификацией Грейсона-Стрида); Уилсона; NRTL; UNIFAC VLE; UNIQUAC; Регулярного раствора; Расширенная модель регулярного раствора; Идеального раствора.

программное обеспечение — компьютерные программы, реализующие проектирование и предоставление ЦОР;

• встраиваемый мультипарадигменный язык LUA, интеграция / имплементация

• стандартов и спецификаций OPC, IEEE1516, XAPI

• интеграция с OpenModelica

информационное обеспечение — базы данных, содержащие информацию, необходимую для проектирования ЦОР; 

• База данных фазовых состояний веществ

• База данных плотности, теплоемкости, молекулярной массы веществ и т.д.

Расчет и визуализация физической модели при помощи метода решетчатых уравнений Больцмана (LBM)

1. Создан графический редактор, позволяющий создавать точную модуль технологической схемы объекта.

. Создан модуль экспорта из технологической схемы в математическую модель с последующим выполнением пошаговых или непрерывных расчетов

• Полностью автоматический расчет всех вариантов потоков жидкости и газа.

• Разработаны универсальные математические модели оборудования, в т.ч.

• Запорнорегулирующая арматура, гидро-пневмо- трубопровод

• Пласты-Скважины

• Печи

• Обратные клапаны

• Динамические насосы и компрессоры

• Объемные насосы и компрессоры

• Теплообменники

• Подогреватели

• СППК

• Измерительные приборы (манометры, термометры, расходомеры)

3. Создан и тестируется экспериментальный модуль на основе модифицированного метода решетчатых уравнений Больцмана (LBM)

4. Создан и используется последовательная схема расчетов- на базе решения линейных уравнений для нахождения начальных условий с последующим решением с использованием прямых численных итерационных методов на основе найденного приближенного решения и величины шага.

5. Создана точная модель > 10 полномасштабных установок для различных заказчиков (УПППНГ, УПН, УПХГК и т.д.) с точным соответствием данных по хайсису и юнисиму (отклонения не более 5-7%)

Создано значительное количество математических моделей:

• Колонны

• Ребойлеры

• Турбодетандеры

• Двухфазные и трехфазные сепараторы и т.д.

6. Создана расширяемая библиотека для предоставления компонентного состава. Высокая точность предоставления компонентного состава нефти и попутного газа:

• Фракционный состав нефти от C1 до С40+

• Метан  CH4 

• Этан  C2H6 

• Пропан  C3H8 

• И-Бутан  iC4H10 

• Бутан  C4H10 

• И-Пентаны  iC5H12 

• Пентан  C5H12 

• И-Гексаны 

• Гексан  C6H14 

• И-Гептаны 

• Бензол  C6H6 

• Гептан  C7H16

• И-Октаны  iC8H18 

• Толуол  C7H8 

• Октан  C8H18 

• И-Нонаны  iC9H20 

• Нонан  C9H20 

• И-Деканы  iC10H22 

• Декан  C10H22 

• Углекислый газ  CO2 

• Азот  N2 

• Сероводород  H2S

7. Разработаны средства высокоточной имитации автоматики (АСУ ТП нижний и верхний уровень)

• Имитация управляющих устройств

• Имитация датчиков

• Имитация алгоритмов контроллеров (ПИД-регуляторы и т.д.)

• Имитация системы верхнего уровня (SCADA)

8. Разработан модуль создания сценариев событий

• Линейная и нелинейная структура

• Развитые механизмы ветвления сценария

• Развитые механизмы задания последствий действий или условий

• Простой графический редактор

• Связь с математическим описанием объекта

9. Выполнена поддержка стандартов IEEE1516e, OPC UA, xAPI для взаимодействия с другими системами.

Выполнена интеграция с алгоритмом моделирования процессов, протекающих в электронных схемах SPICE. SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). Благодаря полной поддержке данного алгоритма наши тренажеры позволяют выполнять высокоточную симуляцию электрических схем, в том числе:

• AC анализ (анализ по переменному току)

• DC анализ (анализ по постоянному току) для слабых сигналов

• анализ DC transfer curve

• анализ шумов

• анализ передаточной функции (входное и выходное усиление малых сигналов и вычисление импеданса)

• анализ переходных процессов

10. Выполнена интеграция со свободным открытым программным обеспечением для моделирования, симуляции, оптимизации и анализа сложных динамических систем – OpenModelica, основанным на языке Modelica. Modelica — объектно-ориентированный, декларативный, мультидоменный язык моделирования для компонентно-ориентированного моделирования сложных систем, в частности, систем, содержащих механические, электрические, электронные, гидравлические, тепловые, энергетические компоненты, а также компоненты управления и компоненты, ориентированные на отдельные процессы. По своим возможностям приближается к таким вычислительным средам как Matlab Simulink, Scilab xCos, имея при этом значительно более удобное представление системы уравнений исследуемого блока. Включает блоки:

• механики

• электрики

• электроники

• электродвигатели

• гидравлики

• термодинамики

• элементы управления и т. д.

Примеры использования САПР КИТ

Спасибо за внимание! Буду рад ответить на вопросы.