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プラントの動きをいかに忠実に表現できるか それがプラントシミュレータの真価です。 Visual Modelerは、 化学、石油化学、石油精製をはじめとするプロセス産業で稼働するプラントを、 プラントレベルの詳細 モデルを使って忠実に再現し、 さまざまな目的に利用できる高機能シミュレータです。ダイナミック シミュレーションはもちろんのこと、同じ詳細なモデルを使って定常状態シミュレーションが可能です。 ※Visual Modelerは2002年度に化学工学会技術賞を受賞しました。 概要 実プラントの機器に相当するユニットを画面に配置し、取り扱う物質成分や物性計算法を定義した後、 配管に相当するストリームで結ぶことによりPFD（プロセスフロー図）を作成します。各ユニットに サイズや特性データなどの固有パラメータを与えることでプラントモデルが完成します。 これを実 行するとプラントの状 態が 変 化する様 子をリアルタイムで再 現することができます。 このように構築したプラントモデルは実プラントを忠実に再現した仮想プラントとして、運転訓練、 プロセス解析・検討、制御システムの設計・検証、 プロセス教育、運転高度化支援、運転最適化など いろいろな目的に利用することができます。 特長 厳密なモデル化 Visual Modelerの標準ユニットでは化学工学の原理に基づいた 詳細な モデル化が行われています。モデルは基本的には、物質 収支、熱収支、圧力バランスの代数・微分方程式で構成されますが、 スタートアップやシャットダウンにおける機器の起動停止などの 非 定 常 操 作に必 要な装 置の機 能を、忠 実に表 現できるように モデル化がなされています。たとえば、タンク類や蒸留塔は空の 状態からでも計算することができます。 プラントモデルの規模 Visual Modelerはプラント全体を扱う大規模なモデルをシミュ レーションできるように設計されています。ダイナミックシミュレー ションでは、制御のための機器や計装機器に加えて、タンクや容積 を考慮した配管などプロセスシミュレーションにはないユニットが 必要になります。 さらに、運転訓練などの目的で使用する場合には、 手動操作弁、予備機器や安全設備などを含める必要もあります。 一般にダイナミックシミュレーションではプロセスシミュレーション の10倍以上の数のユニットが必要ですが、Visual Modelerは１万 ユニットを越えるようなプラントモデルを取り扱うことが可能です。 計算の高速性 Visual Modelerは仮想プラントとして使われるため、リアルタイム で実行できること、 すなわち１秒後の状態を１秒以内に計算できる ことが必須となります。詳細かつ大規模なプラントモデルをリアル タイムで 実 行するために、さまざまな 工 夫 が 施されています。 このため中規模のモデルであれば、数倍∼数十倍のスピードで 加速実行することも可能です。 ダイナミック計算と定常状態計算 ダイナミック計算機能に加えて、定常状態計算が可能です。しかも 同じ実行画面でダイナミック計算と定常状態計算を行き来でき、 自由に使い分けできます。 また自由度の高い設定機能を持つため、 運転条件／装置サイズ／性能パラメータのいずれか2つを設定 することで残りの値を計算することができます。 モデル編集機能 コンカレントエンジニアリング 大規模なプラントを一度に作り上げるのは大変です。 Visual Modelerには大規模なプラントモデルを手分けして作成す る仕 組みが用 意されています。プラントの各 工 程に相当する プロセスモデルに分割して別々に作成し、結合して１つのプラント モデルにすることができます。 ユーザーユニット ユーザーが作成したユニットモデルとPFD用の図形を容易に組み 込むことができます。ユニットモデルはC言語あるいはEQUATRANで 記 述します。方 程 式 記 述 言 語であるE Q U AT R A Nを用いれば 、 方程式を書き並べるだけでユニットモデルが作成できます。ユニット の図形は、内蔵されている図形エディタで作成します。 ユニット配置 あらかじめ用意されている200以上の標準ユニットの中から、 メニューで選択してPFD画面上に配置します。 ユニット間は配管に 相当する方向付きのストリームでつなぎます。このとき、そこに 流れる流体の相（気相、液相、気液混相など） を指定しておきます。 また、逆流計算を行うかどうかの指定もできます。 これらはそこに流 れる流 体を明 確にするとともに、計 算 量をできるだけ減らす ための工夫です。計装ユニットに対しては、計装ケーブルに相当 する信号線で接続します。 ユニットパラメータ定義 ユニットごとにユニット固有のパラメータを定義します。サイズに オンラインマニュアル 関するもの、計算方法の指定、総括伝熱係数や物質移動係数など オンラインマニュアルが用意されており、 ユニットのメニューや 多くのパラメータには代表的なデフォルト値が与えられています。 出して画面上に表示することができます。 の性 能パラメータ、温 度やホールドアップの初 期 値などです。 複数アイテム操作 切り取り/コピー/貼り付け/削除 などユニットやコメントに対する 編集は、複数まとめて操作可能です。 配置したユニットモデルから、 そのモデルの機能説明書を呼び 物性計算機能 Visual Modelerの物性計算機能は、プラントモデルに定義される物質の成分構成と各々の系の計算方法を定義します 。個々の物性データベースと計算式は「物性計算カセット」 として機能的に独立しており、必要に応じてユーザーがサブ カセットを作成するなどフレキシブルな対応が可能です。 成分の定義 シミュレーションで取り扱う物質成分を定義します。 １つのプロセス モデルで200成分まで扱うことができます。分子量や蒸気圧など各 成分の純成分物性は約1600成分が登録されている標準物性ライ ブ ラリか ら 選 んで 読 み 込 み ま す。ラ イブ ラリに な い 成 分 に ついては、物性値を直接入力することもできますし、物性ライブ ラリにユーザーが独自に成分を追加することも可能です。 石油留分など炭化水素系の成分に対しては、 比重と標準沸点から純 成分物性値を推算する機能も用意されています。 系の定義 定義されている成分を組み合わせて成分系を定義し、各々の成分系 に対して気液平衡係数、 エンタルピ、密度、粘度の物性値の計算法を 指定します。複数の成分系を定義でき、 プロセスの部分ごとに使い分 けること が で き ま す。成 分 系 を 分 割 す る 事 で 物 性 計 算 の 精密化と計算の効率化が望めます。 物性計算法 気液平衡、液液平衡、 エンタルピ、密度、粘度などの物性計算法は主 要なものが組み込まれています （別表参照）。 ユーザーがC言語で物 性計算の関数を作成して組み込むことができます。 モデル実行機能 実行モードの画面は編集モードのPFD画面をそのまま モニタリング 使います。運転を開始するとシミュレーションが始まり、 モニタリングを行う機 能として、 トレンド、ストリーム表 、監 視 行時には状態をモニタリングする豊富な機能があり、 トレンドはプロセスの変数の推移をグラフィカルに表示する機能 プラントの状態が時々刻々変化します。 シミュレーション実 様々な形でプラントの状態を知ることができます。 パネルの3 機能があります。 です。1つのトレンド画面に8つの変数をプロットでき、複数の トレンド画面を表示できます。また数値表示も可能です。 ストリーム表はストリームの状態量を表形式で表示する機能で、 自動でリフレッシュ表示されます。 初期状態 Visual Modelerでは、各ユニットが空の状態あるいは定常 運転状態など、任意の時点 におけるプラント状態からシミュレー 監 視 パ ネ ル は 注 目している 操 作 ファイルに保存して おくことがで きるため、代表的な初期状態を 事ができる機能です。監視パネルの ションを開始する事ができます。これを初期状態と呼び、複数の 変数や監視変数をまとめて表示する 予め作成しておき、使用目的に合わせて選択可能です。 画面から変数の値を変更することも 実行の制御 シミュレーションを実行する「運転」、一時的に止める「休止」の 可能です。 状態があり、休止では直ちに運転を再開することができます。 自動操作 機能もあります。シミュレーションの途中状態を一時的に保存 じめ設定しておき、自動実行する機能があります。モデル時刻や またタイムスケールを変更する事で、 シミュレーションの計算速 スタートアップ操作などあらかじめ決められた運転を、自動的に モデル計算を１周期分だけ実行して休止する 「１ステップ実行」 の ユニットのパラメータ変更など、PFD 画面から行う操作をあらか しておき、その保存時の状態に戻って再開することが可能です。 プロセス変数の値を条件として、実行する操作を記述します。 度をリアルタイムに対して加速、減速して実行できます。 プラント 行わせることができます。 を実行する機能もあり、 特定部分のテストやチューニングを効率 ファイル入出力 モデル内の一連のユニットだけをグループ選択し、対象部分だけ よく行うことができます。 分散実行 シミュレータモデルを分割定義し、複数のPCで分散して実行する ことが可能です。シミュレータモデルの複雑化、詳細化に伴い、 シミュレータ実行の際にCPU負荷が増しますが、 モデルを分割し 分散実行する事でこれを回避でき、 より大きな規模のプラントを 実行できます。 実行結果はモデル時刻に対するプロセス変数の値として、 ファイ ルに書き出すことができます。また、ファイルにある時刻付きの データを、変数に読み込む機能があります。 副画面表示 モデル実行画面から複数の副画面を表示することができ、同一 プロセスの異なるページや他のプロセスに対する操作や状態 監視を効率的に行うことができます。 定常状態計算機能 200を越える標準ユニット 定常状態計算 蒸留塔 同じ詳細なプラントモデルを使ってダイナミック計算と定常状態 気液平衡段モデルを採用しており、液相ホールドアップを各段で、 現在の状態を出発値にして定常状態を計算したり、定常状態 外壁からの放熱も 考慮されています。スタートアップ時のような 計算が可能で、 シームレスに行き来ができます。 ダイナミック計算の 気相ホールドアップは塔全体で計算しています。塔の熱容量や 計算の結果から直ちにダイナミック計算に移れます。 ドライの状態からシミュレーション可能で、 フィードが開始される 条件を満たす物質収支・エネルギー収支を計算しますが、Visual 再現できます。 また、定常状態計算では状態量や機器の変数をスペックしてその Modelerではスペック指定する変数を移動できる機能がある と棚段に液相のホールドアップが順次形成されていく様子が ので、自由度の高いスペック指定が可能です。運転条件の計算、 反応器 ※定常状態計算機能はオプション機能となります。 ます。いずれも気相、液相ホールドアップを考慮したモデルです。 設計計算、解析計算のいずれにも適用できます。 完全混合槽と固定床の２種類の汎用的な反応器を用意してい 一般に反応器はプロセスごとに特殊なものが必要になることが 多いですが、その場合には ユーザー作成の反応器モデルを組み 込むことが可能です。 加熱炉 燃焼および伝熱（放熱、対流）を考慮した加熱炉モデルが用意 されています。 回転機器 性能曲線を考慮したポンプ、圧縮機やタービンが用意されています。 熱交換器 分縮型・ 全縮型熱交換器、 サーモサイフォンリボイラ、蒸発器など、 機器の構造と伝熱形態に応じて多様な熱交換器が用意されて 最適化計算 定常状態計算機能を活用し、 プロセスモデルに評価式や制約式を 組み込むことにより、最適化計算が行えます。最適化機能には、 最小化、最大化、 および最小二乗法の３つの計算法が用意されて います。 います。 タンク 液やガスのホールドアップを考慮した各種液・ガスタンク、気液 平衡と物質移動を考慮したフラッシュドラム、そして液液平衡に 基づいたデカンタなどがあります。 バルブ・ 配管系機器 弁特性や開閉の動特性を考慮したバルブや、ストレーナ、 トラップ、 フィルター などの配管系モデルが用意されています。 ストリームユニットでは第2液相をサポートしており、気液液平衡 計算を行うことができます。また逆流現象をシミュレートする ユニットもサポートされています。 計装機器 検出端の遅れや設計値を考慮した各種測定器、DCS（分散制御 シス テム）を再現した位置型 および 速度型 PID 制 御 器などの DCS制御器、 および四則演算器、 セレクター、進み・遅れ器などの D CS演算器が用意されています。 計装ユニットモデル一覧 プロセスユニットモデル一覧 手動操作弁 空気制御弁 空気ON/OFF弁 モーター駆動弁 一般自動弁 バルブ 三方弁 逆止弁 安全弁 シーケンス弁 制御弁ブロック ブリーザ弁 ポンプ 配管系機器 混合・分流 系外との出入り タンク 相平衡分離器 遠心式 往復式 容積式 一般配管 むだ時間配管 漏れ配管 U字管 制御オリフィス ストレーナ トラップ 容量付き配管 整流配管 連通管 組成調整 混合点 分流点 ヘッダ 均圧ヘッダ 定圧 定圧・ 逆流あり 定流量 定流量・ 逆流あり 大気 大気・ 逆流あり 他プロセスとの接続 スタック 液タンク （開放型） 液タンク （密封型） ガスタンク ポット 液タンク（攪拌機付き） フラッシュドラム 液液分離ドラム 簡易分離器 汎用熱交換器 凝縮器 蒸発器 蒸発・ 凝縮器 サーモサイフォンリボイラ 片側熱交換機 熱交換器 空冷式熱交換器 多流体熱交換器 ジャケット 熱交換流れ 蒸留塔 圧縮機・ 送風機 タービン 炉 反応器 その他 棚段塔（吹込型） 棚段塔（リボイラ型） 充填塔（吹込型） 充填塔（リボイラ型） 遠心式圧縮機 往復式圧縮機 送風機 真空ポンプ エジェクタ ガスタービン 蒸気タービン 加熱炉 固定床気相反応器 液相反応器 冷水塔（可変回転数） 絞り弁／ON/OFF弁 絞り弁／絞り弁（HW付き）／ダンパー ON/OFF弁 絞り弁 絞り弁 分岐制御弁／混合制御弁／分岐ON/OFF弁／ 混合ON/OFF弁 一般測定器 大気放出／ライン内 ／弁ブロック （大気放出）／ 弁ブロック （ライン内） ON/OFF弁 逆止弁付き／逆止弁なし ／回転数制御逆止弁付き／ 回転数制御逆止弁なし ストローク制御 特殊測定器 DCS制御器 単独型／前後弁付き／切り替え機能付き／ガスフィルター ライン内／排出／放熱付き 流量計 温度計 温度差計 液面計 圧力計 差圧計 濃度計 粘度計 密度計 電流計 電力計 回転計 ストリーム分析 リミットスイッチ フレームアイ 百葉箱 PID制御器 バッチPID制御器 オンオフ制御器 比率制御器 手動操作器 バッチ設定器 スイッチ 四則演算器 セレクター 信号分岐 2流体／3流体 ／4流体／5流体／6流体 2流体／3流体／4流体／5流体／6流体／ 10流体 2-4流ヘッダ／4-8 流ヘッダ 1-5ヘッダ DCS演算器 進み/遅れ器 関数発生器 論理回路 系外からのフィード／系外への製品 大気取り込み／大気放出 他プロセスからのフィード／他プロセスへの流出 コーンルーフ 均圧ライン付き／液アキュムレータ 浮動屋根式／密封型 液ポット 大気開放タンク フラッシュドラム／簡易気液分離型／気液平衡分離器 均圧ライン付きデカンタ／液液型液液分離ドラム／ 3相分離ドラム／ブーツ付き3相分離ドラム／ ウェア型3相分離ドラム 簡易分離器／簡易成分分離器（気相用）／ 簡易成分分離器（液相用） ワンループ 制御器 ワンループ 演算器 配線関係 レンジ変換器 微分・ 積分器 流量制御 温度制御 液面制御 圧力制御 加算器 セレクター 遅れ要素 関数発生器 論理回路 レンジ変換器 配線 端子盤 配列変換器 全縮器／分縮器 蒸発-全縮器／蒸発-分縮器 蒸気加熱／顕熱加熱／分縮加熱 簡易ヒー ター、クーラー／汎用熱交換機（高温側）／ 汎用熱交換機（低温側）／蒸発器（蒸発側）／ 全縮器（凝縮側）／分縮器（分縮側）／ サーモサイフォン （蒸発側）／多流体熱交換機（高温側） ／ 多流体熱交換機（低温側）／蒸留塔中間加熱器／ 蒸留塔中間冷却器／ドラム用加熱器／ドラム用冷却器 空冷式冷却器／空冷式分縮器 槽用ジャケット 汎用熱交換流れ （高温側）／汎用熱交換流れ （低温側） ／ 蒸発熱交換流れ／全縮熱交換流れ／分縮熱交換流れ／ サーモサイフォン熱交換流れ／ 多流体熱交換流れ （高温側）／ 多流体熱交換流れ （低温側） フィードなし／1フィード／1フィード1カット／ 2フィード／2フィード1カット／2フィード2カット／ 3フィード／ 3フィード2カット 汎用気相反応器 槽型反応器 ストリーム用／ユニット用 位置型／速度型 2位置／3位置 加算器 （2入力）／加算器（3入力）／加算器 （4入力）／ 乗算器／割算器／開平器 ／ロー（2 入力） ／ ハイ （2入力） ／ハイ（3入力） ロー （3入力） ／シグナル 2出力／3出力 1次遅れ／進み遅れ／むだ時間／むだ時間＋1次遅れ／ むだ時間補償器／m-n次伝達関数 正弦波・ 三角波・ 矩形波／折線近似 （非線形）／ M系列／定数設定 AND（2入力） ／AND（3入力） ／OR（2入力）／OR （3入力）／ NOT／ EXOR（2入力） ／EXOR（3入力） ／IF／メモリー／ タイマー／2of3／バイパス／オートバイパス 微分器／積分器／ランプ器 PI制御器／PID制御器 2入力 ハイ／ロー 一次遅れ 正弦波・ 三角波・ 矩形波 ／ 折線近似 （非線形） AND／OR／NOT ワイヤ 16端子／N端子／1端子 配列変数のGET／マトリックスのGET ／スカラから配列変換／ 配列からスカラ変換／成分配列変数のGET ／ 成分配列変数のPUT／成分マトリックスから縦ベクトルのGET ／ 成分マトリックスから成分ベクトルのGET 汎用計算式 （プロセス用）／汎用計算式 （ユニット用）／ 方程式・ 制約式の定義／ペナルティ関数 計算ユニット 計算ユニット 気液平衡係数 理想系（液相活量、気相フガシティ） ／Wilson 式（液相活量係数）／ NRTL 式（液相活 量係数） ／UNIQUAC 式（液相活量係数）／ Redlich-Kwong 法（気相フガシティ） ／Antoine 式（蒸 気圧） ／ DIPPR 式（蒸気圧） ／SRK 式／PR 式 ／ 国際蒸気表（水単成分系） ／Chao-Seader 法 ／ Grayson-Streed法／Lee-Kesler-Plocker 法／ 水と不溶 ガス／ユーザ関数 ／上記に対するフリーウォーター指定 液液平衡係数 NRTL 式／UNIQUAC式 ／フリーウォーター／タイライン／ ユーザ関数 エンタルピ 温度の 二次式（気、液）／ SRK 式（気、液） ／ PR 式（気、液） ／ Curl Pitzer 法（気、液 ）／ Yen Alexander法（気、液）／ 国際蒸気表（水単成分系、気、液） ／DIPPR 式（気、液） ／ Lee-Kesler-Plocker 法（気、液） ／ Lee-Kesler 法（気、液） ／ 水と不溶 ガス （気、液） ／ユーザ関数（気、液） 密度 理想気体（気） ／温度 の二次式（液） ／指数近似式（液） ／ SRK 式 （気、液） ／PR 式 （気、液） ／API 法（液） ／ 国際蒸気表（水単成分系、気、液） ／修正Rackett 法 （液） ／ COSTALD法（液） ／DIPPR 式（液） ／ Lee-Kesler-Plocker 法（気、液） ／Lee-Kesler法（気、液） ／ 水 と不溶ガス （気、液） ／ユーザ関数（気、液） 粘度 多項式（気、液） ／指数近似式（液） ／ 国際蒸気表（水単成分系、気、液） ／DIPPR式（気、液） ／ 水と不溶 ガス（気、液）／ユーザ関数（気、液） 物性計算法一覧 ベーンなし／ベーン付き ベーヌ付き送風機 容積式真空ポンプ 気体駆動エジェクタ 汎用ガスタービン 背圧タービン 絞り／面積式／容積式／真値／成分 ストリーム用 ／ユニット用 ストリーム用／ユニット用 密度差圧式／汎用 ストリーム用／ユニット用／浸水型用 ストリーム用／ユニット用 ストリーム用／ユニット用 Visual ModelerおよびEQUATRAN、OmegaLandは(株)オメガシミュレーションの登録商標です。 Visual ModelerはDIPPR Project No.801 Databaseを使用しています。 DIPPRは米国AIChEの登録商標です。 その他、会社名、製品名などは一般に会社の商標、 または登録商標です。 お問い合わせ先 201309