本发明涉及一种工艺技术设施模块和一种通过以计算机辅助的方式仿真工艺技术过程来控制工艺技术设施模块的设施组件的方法以及一种计算机程序产品。
背景技术：
1、工艺技术设施在被投入生产性用途之前会先被投入运行，以测试其功能并避免错误。在此情况下有一种虚拟调试，其中通过计算机辅助仿真技术过程来验证设施的自动化。通常在此仿真所谓的冷调试。冷调试在此情况下是指：基于水或其他化学惰性物质而不是该过程的实际提供的化学物质而进行的功能检查。通常不仿真该技术过程，以获得该仿真的实时能力并将建模复杂性保持为较低的。随后进行实际调试。在此，通常还会考虑在实际设施中进行冷调试，即，使用无害的惰性物质而不是实际介质来对该设施进行测试。因此，能够在切换到实际运行条件和物质介质之前配置和验证该设施的流量调节和其他功能。然而，工艺技术设施的调试因此并不是在实际条件下进行的，也就是说，特别是没有考虑化学反应，因此无法使用所设的化学物质预先对该设施进行测试。
技术实现思路
1、因此，本发明的一个目的是使工艺技术设施能够进行调试，其中工艺技术过程也得到验证。
2、该目的通过独立权利要求中描述的措施而实现。本发明的有利扩展方案在从属权利要求中阐述。
3、根据第一方面，本发明涉及一种工艺技术设施模块，其包括：
4、a.设施组件，这些设施组件被设立为，执行工艺技术过程，其中，第一化学物质在工艺技术过程中被改变，
5、b.至少一个传感器，其被这样设立用于，检测设施组件中第一化学物质的物理变量的传感器值，
6、c.仿真单元，其被这样设立用于，
7、-以计算机辅助的方式根据传感器值而仿真针对第二化学物质的工艺技术过程的化学反应、温度变化和/或质量传递，其中所述第一化学物质和所述第二化学物质相同或不同，
8、和
9、-输出所述第二化学物质的仿真摩尔分数和仿真温度值，
10、和
11、d.控制单元，其被这样设立用于，根据仿真温度值、仿真摩尔分数和检测到的传感器值来控制这些设施组件的执行器。
12、根据第二方面，本发明涉及一种用于控制工艺技术设施模块的设施组件的方法，其具有如下方法步骤：
13、a.检测工艺技术设施模块的设施组件中的第一化学物质的物理变量的传感器值，其中，该第一化学物质在工艺技术设施模块的设施组件中运行的工艺技术过程中被改变，
14、b.根据流量值对第二化学物质的工艺技术过程的化学反应、温度变化和/或质量传递以计算机辅助的方式进行仿真，其中第一化学物质和第二化学物质相同或不同，
15、c.输出第二化学物质的仿真温度值和仿真摩尔分数，
16、和
17、d.根据仿真温度值、仿真摩尔分数和检测到的传感器值来控制设施组件的执行器。
18、工艺技术设施模块尤其也可以称为过程技术设施模块或称为过程工业的设施模块。工艺技术设施模块可以与至少一个其他工艺技术设施模块耦合以形成工艺技术设施。然而，工艺技术设施模块本身也可以被视为包括多个设施组件的工艺技术设施、也可以被视为设施模块。换句话说，工艺技术设施同样可以被视为设施模块。
19、工艺技术过程可以在工艺技术设施模块中运行，在所述工艺技术过程中化学物质(即元素、化合物或混合物，其可以作为液体、固体或气体而存在)被改变。工艺技术过程中化学物质的变化可以理解为物质转化，即化学物质在组成、性质或属性方面的改变。在冷调试的情况下，例如在工艺技术设施调试期间，化学物质通常是水，或者在气体的情况下是氮气。
20、借助于工艺技术过程的计算机辅助的仿真模型，对工艺技术过程执行计算机辅助的仿真，其中，该仿真模型被设立为，映射工艺技术过程的至少一种化学反应、混合物、温度变化和/或质量传递。在此，特别考虑至少一种化学物质，该化学物质被设置用于在工艺技术设施模块/工艺技术设施调试后用于该设施/设施模块。仿真模型也可以称为工艺技术过程的数字孪生。
21、本发明尤其能够实现工艺技术设施的混合调试，在所述混合调试中，与冷调试并行地，对工艺技术过程或工艺技术过程的至少一个方法步骤或方面执行计算机辅助的仿真。然后，可以使用仿真结果来控制该设施。混合调试意味着：在冷调试期间，实际设施中的一部分方法步骤可以由仿真来代替。换句话说，在调试期间，可以使用仿真传感器值而不是实际传感器值来控制设施模块。优选地，仅虚拟化对于设施模块的调试很重要的过程步骤。为此，优选如此设立设施模块，使得其包括边缘设备，在该边缘设备上，可以与冷调试并行地仿真工艺技术过程的步骤。因此，可以用来自仿真的信号来补充自动化，以便在实际条件下验证设施模块的控制。
22、例如，应将反应容器中的反应物的物质量浓度保持恒定的流量调节器通过如下方式在冷调试期间就已经在实际设施中得以验证：仿真反应器中的物质量变化、反应、温度变化和/或化学物质的混合，即使这种反应在冷调试期间实际上还不会发生。
23、此外，本发明使得能够运行工艺技术设施模块，其中来自仿真的值可用于控制装置。例如，虚拟传感器值可用于工艺技术设施模块的控制装置。因此，可以改进控制装置的准确性和/或运行安全性。
24、在本发明的一个实施方式中，第一化学物质可以是化学惰性的。
25、特别是，第一化学物质可以是水和/或氮。因此，可以在实际设施组件中执行冷调试，例如，以便测试设施模块的机械功能性。
26、在本发明的一个实施方式中，传感器可以被设计为虚拟传感器，并且可以提供仿真传感器值。
27、因此，可以附加或替代地检测仿真传感器值并用于控制装置。
28、在本发明的一个实施方式中，传感器可以是流量传感器或液位传感器。
29、在本发明的一个实施方式中，可以在工艺技术过程的计算机辅助的仿真期间考虑控制单元的控制命令。
30、这意味着：可以通过当前控制命令来适配所述仿真。这使得能够与实际冷调试并行地执行仿真。
31、在本发明的一个实施方式中，计算机辅助的仿真可以实时地并且与工艺技术过程并行地被执行。
32、根据另一个方面，本发明涉及一种工艺技术设施，其包括至少两个根据本发明的工艺技术设施模块和上级控制单元，其中，工艺技术设施模块的相应控制单元通过该上级控制单元相互耦合，并且其中工艺技术设施模块的相应仿真单元相互耦合。
33、替代地，所述工艺技术设施可以包含仅一个如下仿真单元，该仿真单元可以作为边缘设备或在云端实现。
34、在工艺技术设施的一个实施方式中，工艺技术设施模块的相应仿真单元可以通过协同仿真环境相互耦合，并且第一仿真单元输出的第一仿真温度值和第一仿真摩尔分数可以作为输入数据被用于第二仿真单元。
35、本发明还涉及一种可直接加载到可编程计算机中的计算机程序产品，其包括程序代码部分，在计算机执行程序期间，所述程序代码部分使所述计算机执行本发明方法的步骤。
36、计算机程序产品可以例如在存储介质、例如存储卡、usb棒、cd-rom、dvd、非易失性/永久存储介质(英文non-transitory storage medium)上提供或供应，或者也可以以来自网络中的服务器的可下载文件的形式提供或供应。
1.一种工艺技术设施模块(am)，所述工艺技术设施模块包括：
2.根据权利要求1所述的工艺技术设施模块，其中所述第一化学物质(cs1)是化学惰性的。
3.根据权利要求1或2所述的工艺技术设施模块，其中，所述传感器(fm)是流量传感器或液位传感器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的工艺技术设施模块，其中所述传感器(fm)被设计为虚拟传感器并提供仿真传感器值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的工艺技术设施模块，其中，在所述工艺技术过程的计算机辅助的仿真期间考虑所述控制单元(plc)的控制命令(ctl)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工艺技术设施模块，其中，所述计算机辅助的仿真实时地并且与所述工艺技术过程并行地被执行。
7.一种工艺技术设施(sys)，所述工艺技术设施包括至少两个根据权利要求1至6所述的工艺技术设施模块(am1、am2、am3)和上级控制单元(pol)，其中，所述工艺技术设施模块(am1、am2、am3)的相应控制单元(plc1、plc2、plc3)通过所述上级控制单元(pol)相互耦合，并且其中所述工艺技术设施模块(am1、am2、am3)的相应仿真单元(sim1、sim2、sim3)相互耦合。
8.根据权利要求7所述的工艺技术设施，其中，所述工艺技术设施模块的相应仿真单元(sim1、sim2、sim3)通过协同仿真环境(csim)相互耦合，并且其中，所述第一仿真单元(sim1)输出的第一仿真温度值(t1)和第一仿真摩尔分数(x1)作为输入数据被用于所述第二仿真单元(sim2)。
9.一种用于控制工艺技术设施模块的设施组件的方法，所述方法包括以下方法步骤：
10.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品能够直接加载到可编程计算机中，所述计算机程序产品包括适合于执行根据权利要求9所述的方法的步骤的程序代码部分。
