基于CAPE-OPEN标准开发化工模拟单元操作模块

之前我已经提到过CAPE-OPEN的学习方法，不再赘述，这里重点讲一下单元操作模块的开发方法。

单元模块是化工过程模拟中最基础的一部分，物性数据库是另一部分，当然还有更高端的数据求解、反应器模块的设计。物性数据库的开发复杂些，但是单元模块却要简单很多。我希望通过本文能让更多的人去接触CAPE-OPEN，去利用CAPE-OPEN开发出自己的单元模块。在没有统一的模拟软件接口标准之前，个人或者小的公司、设计院很难去开发一个像样的过程模拟软件，或者说开发出来一个模块并不能在人家的模拟软件中运行。但是自己按照CAPE-OPEN的标准去写一个模块，就可以在著名的aspen，hysys，proII等支持CAPE-OPEN的环境下运行，模块具有很强的可移植性。单元操作模块的开发者不必去关心物性数据，因为开发出来的模块可以直接调用模拟软件的物性数据库，而可以把全部的精力放在内部的计算上。

开发CAPE-OPEN模块可以利用VB 6.0或者C++，当然其他的语言java，delphi，fortran都可以的，因为CAPE-OPEN模块其实就是一个动态链接库文件（dll），只要能够生成dll文件的编程工具都能够实现CAPE-OPEN。但是CAPE-OPEN得官网建议使用VB 6.0和C++，注意这里的VB是6.0，不是后来的VB.net。我个人喜欢用C++，因为我不喜欢VB 6.0这种过时的语言，而且C++精妙复杂，具有更广泛的发挥空间。入门者可以选择VB 6.0，因为它入门很快，没有太复杂的语法，而学习C++却要费时很多。我这里都是以visual studio 2005中的C++进行演示的。

CAPE-OPEN的官网（www.colan.org）提供了一个混合分离器的示例，兼有VB和C++的版本，初学者可以把它下载下来慢慢揣摩。简单的说，所谓的CAPE-OPEN只不过是一个动态链接库，露出几个接口供模拟软件调用，而CAPE-OPEN的这些接口已被官方定义好了，所以模块的开发者这需要往各个函数填代码就可以了。下面是一个接口示意图：

仅仅是一部分。模拟环境调用的就是这几个接口，常用的有ICapeUnit和ICapeUtilities，每个接口又包括几个函数。开发者仅需要完善这几个函数的内容就可以了。开发一个模块最简单的可以在别人代码的基础上进行改进，比如官网提供的这个混合分离器模型（MixerSplitter）。我在学习的初期，自己依照MixerSplitter的样子写了一个计算管道压降的模块。如下：

它拥有一个独立的输入界面，可以通过这个对话框输入管线的长度、内径、出入口的位差，当然也可以进入aspen plus的Data browser窗口进行输入，两者是同步的。而流量、组成都数据则是在aspen的环境中输入的，根据流量和管内径就可以求出流速，该模块又可以从aspen的物性数据库调取粘度等数据，最后根据伯努利方程就可以求出管道的压降。这里你会发现这个模块仅仅是一个正方块，这是因为不同的模拟软件界面不同，所以CAPE-OPEN标准没有提供界面这个接口，在aspen plus环境下CAPE-OPEN是一个方块表示，而CAPE-OPEN却可以设计自己的参数输入窗口。

当然，当你的水平足够的时候，就可以自己去写一个全新的单元操作模块，CAPE-OPEN官网提供了一个叫做“CAPE-OPENv1-1-0.tlb”的接口描述文件，它提供了相关接口的标准框架，你可以根据这些框架填写代码，然后开发出一个优秀的单元模块。如果你用的C++，我建议使用visual studio 2005或更高版本，打开后点击新建项目里的C++ ATL。VB 的话肯定是用visual basic 6.0了，完整版在win7下如果有问题的话，可以下载vb 6.0 部分精简版，方便安装使用。

CAPE-OPEN的官网www.colan.org，里面全是英文，别怕，慢慢看就会看懂了。希望此文能够激发更多的人去研究CAPE-OPEN，把自己的知识封装到CAPE-OPEN的模块中，共聚智慧，定能促进化工模拟技术的进步。
接口描述文件，写模块的时候用CAPE-OPENv1-1-0.zip (29.51 KB, 下载次数: 7)

2013-1-17 09:37 上传

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MixerSplitter的vb源代码，请用vb 6.0打开.zip (47.73 KB, 下载次数: 6)

2013-1-17 09:37 上传

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MixerSplitter的C 源代码，请用visual studio 2005或更高版本打开.zip (99.87 KB, 下载次数: 6)

2013-1-17 09:37 上传

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楼主真是高人啊，我也想学这个，希望楼主以后多多分享原创作品

xtu_xz 发表于 2013-1-18 10:52
楼主真是高人啊，我也想学这个，希望楼主以后多多分享原创作品

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楼主，您好，aspen plus自带的regcounit.exe文件找不到！

本人最近也在学习Cape Open 已经连接过COFE、Excel Unit Operation和Matlab Unit Operation！这几天在做Aspen Plus调用VB6.0dll，其中VB6.0dll还将调用Matlab的或者Fortran的dll文件！也遇到了许多问题，希望大家一起讨论！
还有人在学习Cape open的话 加QQ153179731！

Castro 发表于 2013-6-7 13:28
本人最近也在学习Cape Open 已经连接过COFE、Excel Unit Operation和Matlab Unit Operation！这几天在做Asp ...

如果matlab开放了接口，通过CAPE-OPEN标准的dll调用matlab是可以实现的。但是aspen自身的fortran模块大多没有开放接口，所以实现起来有些难度。目前我已经实现调用aspen的数据库，对aspen fortran模块的调用还在研究中。

Castro 发表于 2013-6-7 13:09
楼主，您好，aspen plus自带的regcounit.exe文件找不到！

用下面的代码，放在reg文件中。把红色部分换成自己的，其他部分不变：

Windows Registry Editor Version 5.00

[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{EB240CC4-5B91-47EF-BCB4-E4A5C40D6800}]
@="VB Example Mixer Splitter"

[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{EB240CC4-5B91-47EF-BCB4-E4A5C40D6800}\CapeDescription]
"Name"="VB Example Mixer Splitter"
"Description"="Visual Basic 6.0 Mixer and Splitter Example according to CAPE-OPEN Unit Operation specification"
"CapeVersion"="1.0"
"ComponentVersion"="1.0.1"
"VendorURL"="http://www.colan.org/"
"About"="See http://www.colan.org/ for more information"

[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{EB240CC4-5B91-47EF-BCB4-E4A5C40D6800}\Implemented Categories]

[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{EB240CC4-5B91-47EF-BCB4-E4A5C40D6800}\Implemented Categories\{678C09A1-7D66-11D2-A67D-00105A42887F}]

[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{EB240CC4-5B91-47EF-BCB4-E4A5C40D6800}\Implemented Categories\{678C09A5-7D66-11D2-A67D-00105A42887F}]

bcbooo 发表于 2013-6-7 14:55
如果matlab开放了接口，通过CAPE-OPEN标准的dll调用matlab是可以实现的。但是aspen自身的fortran模块大多 ...

Aspen plus 可以通过调用COFE，再通过COFE调用Matlab Unit Operation的方法实现，本来Aspen plus可以直接调用Matlab Unit Operation，是有由于Aspen plus只支持thermodynamic version1.0，而Matlab仅支持thermodynamic version1.1（Cape Open的Jasper给我的答复）！

Castro 发表于 2013-6-8 13:35
Aspen plus 可以通过调用COFE，再通过COFE调用Matlab Unit Operation的方法实现，本来Aspen plus可以直接 ...

原来如此，暂时还没有研究调用matlab模块的方法。目前我正在开发一个针对于thermodynamic version1.0的“插槽”，以方便调用1.0标准的Thermodynamic接口。1.1版本的很简单，目前已经实现。

bcbooo 发表于 2013-6-8 22:11
原来如此，暂时还没有研究调用matlab模块的方法。目前我正在开发一个针对于thermodynamic version1.0的“ ...

个人认为不需要开发thermodynamic version1.0的插槽，只需将Aspen Plus通过COFE调用你写的模块就写，把你的dll文件导入到COFE中！参见http://www.amsterchem.com/downloads.html和USEA Class library with WAR（google下就能下载到）

我之所以去开发Thermodymic 1.0的插槽，是因为我不想让自己的软件依附于COFE存在。下图是我和我的团队开发的一个模拟软件，在界面和功能上都模仿了Aspen Plus。它已经拥有一个Thermo Property Package 1.1标准的小型数据库，为了增进数据库的完整性，所以我想调用Aspen 的数据库，所以就要开发“插槽”。

相对于aspen plus，它多了两个功能：数据回归和塔盘水力学求解。水力学目前支持国内50余种常见板式塔塔盘的设计与核算。

bcbooo 发表于 2013-6-9 09:54
我之所以去开发Thermodymic 1.0的插槽，是因为我不想让自己的软件依附于COFE存在。下图是我和我的团队开发的 ...

您好，请问您们是不是开发了单元操作的算法，但是热力学想直接调用Aspen plus的算法？那为什么不自己去编写热力学算法，很多热力学算法文献中都是公开的，还有aspen所用的物性库，比如dipper数据库市面上都有的！

Castro 发表于 2013-6-13 09:32
您好，请问您们是不是开发了单元操作的算法，但是热力学想直接调用Aspen plus的算法？那为什么不自己去编 ...

在整个程序中，我觉得单元模块（也就是你说的单元操作的算法）的开发最简单，当然这是是指相对于物性数据库和模拟软件的框架。单元模块的套路相对单一，开发出来一个模板，即可让其他工程师快速独立的开发一系列的单元模块。colan实验室也提供了一个“MixerSplitter混合分离器”的模板，可以照着这个版本进行改进。我既没有采用VB语言，也没有采用C++中的ATL dll开发，而是采用C++中的MFC dll开发。我觉得C++ MFC封装了大量成熟易用的类，便于开发功能强大的单元模块。当然有人说MFC dll运行速度慢，但是随着计算机处理器的升级，这个劣势显得微不足道。

我自己用了将近半年的时间开发了模拟软件的主框架，如同12楼所示，仍有很多细节需要进行完善。我的美工能力太差，界面不是太理想。主框架更多的是编程的东西，但是撕裂物流的算法参考了两个外国人的思想。

你说的热力学算法其实就是一个CAPE-OPEN提到的Thermo Property Package，书上的确有算法，但是将其编程并应用化不是一件容易的事。比如：1、如何求取当前相态的分布。看似这是一个容易的事，但是涉及到很多问题，气液相目前已经比较成熟。但是液固相，固体可能会在液相溶解，这个怎么求解？当气液固同时存在时，这个情况更加的复杂。
2、混合性质如何求。密度，体积还有理论性的公式，但是粘度、表面张力涉及到多元交互参数，这些参数不是文献能查到了。
3、我已经实现了一个小的Thermo Property Package，但是不是太理想。一方面是迭代时间太长，而是对于有些组分或条件运行起来不太稳定。所以我想到了调用Aspen Plus的数据库。当然不能采用你提到的通过COFE的方法，我需要自己实现这个接口。

以上问题解决了，还要涉及到一个更重要的问题：求解准不准确。我想这是最难的部分。

用下面的代码，放在reg文件中。把红色部分换成自己的，其他部分不变：
, b+ J' \1 e6 _3 K. ^8 a
5 h; Q  ?5 P0 g( P8 _9 I) b. eWindows Registry Editor Version 5.00& p- ^4 m/ l2 Y8 x) ^1 W
  {: a; p9 @0 k% v
[HKEY_CLASSES_ROOT\CLSID\{EB240CC4-5B91-47EF-BCB4-E4A5C40D6800}]8 q

请问楼主，这个我自己的红色部分如何得到。比如我修改并重新生成了MIXERSPLITTER的DLL文件，如何注册它，点击原文件里面的REG好像没有有，ASPEN里面的CAPE-OPEN组件消失了。