和利時(shí)流程工業(yè)仿真產(chǎn)品(OTS)系統(tǒng)方案.doc

流程工業(yè)仿真產(chǎn)品（OTS）系統(tǒng)方案虛擬DCS仿真系統(tǒng)方案目 錄1.引言32.OTS仿真系統(tǒng)價(jià)值42.1作為培訓(xùn)功能價(jià)值：42.2模型更高層次使用價(jià)值53.仿真機(jī)規(guī)范73.1仿真總體原則73.2仿真機(jī)實(shí)現(xiàn)的總體目標(biāo)74.仿真機(jī)的功能84.1多工況再現(xiàn)功能84.2考評(píng)功能84.3圖形顯示功能94.4儀表培訓(xùn)功能94.5超限提醒功能95.性能指標(biāo)105.1仿真精度105.2系統(tǒng)擴(kuò)展106.仿真系統(tǒng)軟件117.仿真系統(tǒng)硬件138.實(shí)施方案148.1工期進(jìn)度148.2質(zhì)量保證141. 引言計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的航空航天、電力工業(yè)、石化工業(yè)領(lǐng)域。中石化集團(tuán)下屬的煉化，在計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)方面就已經(jīng)有近20年的使用歷史。從2000年起，由國(guó)內(nèi)中石油、中石化兩大集團(tuán)組織的連續(xù)三屆“全國(guó)石油石化職業(yè)技能競(jìng)賽”（涉及油氣開(kāi)采、石油煉制、化工等多套裝置）中都采用了計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)作為重要的操作技能考核手段，占技能考核成績(jī)的60%，并且都取得了非常好的效果。由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是非常成熟的。仿真系統(tǒng)投用可以產(chǎn)生多方面的效益：（1）該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)成功后，通過(guò)使用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，能提高生產(chǎn)崗位操作人員的技術(shù)素質(zhì)，讓操作人員更深入地了解生產(chǎn)裝置的工藝機(jī)理，提高技術(shù)水平，為生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、優(yōu)化操作服務(wù)。（2）通過(guò)使用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，讓操作人員熟練掌握一些常見(jiàn)事故的操作處理，從而減少突發(fā)性事故和誤操作，減少非正常停工，減少能耗和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。（3）通過(guò)使用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，可以方便地讓操作人員掌握不同崗位的生產(chǎn)運(yùn)行操作技能，達(dá)到一人適合多個(gè)崗位的生產(chǎn)操作要求，提升操作人員的全面生產(chǎn)操作技能。（4）使用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，可以給新員工提供動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，提高入廠學(xué)生的質(zhì)量，使他們更深入地將理論與生產(chǎn)結(jié)合，縮短培訓(xùn)環(huán)節(jié)，降低培訓(xùn)費(fèi)用，減少對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的干擾，培養(yǎng)高水平的人才。（5）該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)成功后，可以進(jìn)一步用于對(duì)工人的實(shí)際操作技能進(jìn)行科學(xué)、客觀的考核，最終成為初級(jí)工、中級(jí)工、高級(jí)工等不同等級(jí)的技能考核與鑒定系統(tǒng)。2. OTS仿真系統(tǒng)價(jià)值2.1 作為培訓(xùn)功能價(jià)值：1） 對(duì)新建裝置工藝流程、開(kāi)停車進(jìn)行模擬：仿真培訓(xùn)是采用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的過(guò)程模擬仿真技術(shù)，將設(shè)備工作原理算法化，根據(jù)工藝流程結(jié)構(gòu)搭建數(shù)學(xué)模型。前臺(tái)的用戶操作指令傳送到后臺(tái)的數(shù)學(xué)模型中，經(jīng)數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算實(shí)時(shí)表征出各個(gè)工藝數(shù)據(jù)的真實(shí)值，借此反饋出操作與工藝現(xiàn)象之間的關(guān)系，讓學(xué)員不到現(xiàn)場(chǎng)也能掌握真實(shí)設(shè)備、工藝的工作原理，培養(yǎng)學(xué)員對(duì)常見(jiàn)化學(xué)工藝設(shè)備的操作技能和職業(yè)技能。操作員培訓(xùn)動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)可用于在工廠正式開(kāi)工前、后培訓(xùn)操作員，目的在于： u 縮短開(kāi)工、停工時(shí)間 u 提高安全性 u 減少環(huán)境不確定性影響 u 延長(zhǎng)裝置實(shí)際投產(chǎn)時(shí)間 u 提高操作員的知識(shí)水平和技術(shù)水平 u 減少不合格品生產(chǎn) 2） 對(duì)各種常規(guī)事故進(jìn)行模擬：對(duì)控制室內(nèi)的操作員進(jìn)行各種操作狀況（開(kāi)工、停工，操作異常，設(shè)備故障，緊急狀況，正常操作，改方案操作等）的操作培訓(xùn)，可以實(shí)現(xiàn)下述目標(biāo)： u 更多的操作員對(duì)工藝過(guò)程有了更深入的了解，可以提早開(kāi)工，并減少開(kāi)工實(shí)際需要的時(shí)間， u 積累工藝經(jīng)驗(yàn)和故障診斷經(jīng)驗(yàn)，提高操作員處理緊急狀況或異常工況的能力，因而能提高工廠安全度，延長(zhǎng)工廠實(shí)際投產(chǎn)時(shí)間， u 培訓(xùn)復(fù)雜的、長(zhǎng)周期的順序操作流程，加強(qiáng)對(duì)過(guò)程因果關(guān)系的理解 u 提高操作員素質(zhì)，減少和避免由于人為因素導(dǎo)致的事故、損失， u 熟悉聯(lián)鎖關(guān)斷ESD的操作和控制3） 仿真機(jī)特點(diǎn)：公司仿真機(jī)由于使用了真正的DCS軟件，控制軟件功能與公司的DCS完全一致，具備控制人員的DCS培訓(xùn)、學(xué)習(xí)、考核、研究功能。u 新的仿真系統(tǒng)由于采用了虛擬DCS技術(shù)，可用于工廠控制人員的DCS的使用、維護(hù)培訓(xùn)及練習(xí)，從而提高控制人員的DCS使用維護(hù)技能，使控制人員迅速熟悉DCS的功能與使用方法。u 新的仿真系統(tǒng)可用于工廠運(yùn)行中控制方案的研究與優(yōu)化，通過(guò)仿真系統(tǒng)上的虛擬實(shí)驗(yàn)，研究裝置不同運(yùn)行狀況下的控制規(guī)律，摸索最佳的控制方法，達(dá)到最佳的運(yùn)行效果。u 新的仿真系統(tǒng)由于采用了虛擬DCS技術(shù)，因此在使用、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)均與現(xiàn)場(chǎng)一致。生產(chǎn)人員可在仿真機(jī)上學(xué)習(xí)DCS各種功能的使用、故障的處理，從而提高生產(chǎn)人員的DCS使用水平，減少人為錯(cuò)誤的產(chǎn)生。教練員人可根據(jù)生產(chǎn)人員的操作步驟、執(zhí)行規(guī)范等對(duì)生產(chǎn)人員進(jìn)行培訓(xùn)考核。u 新的仿真系統(tǒng)還可用于DCS控制邏輯的測(cè)試、驗(yàn)證與優(yōu)化完善?？刂七壿嫿M態(tài)在仿真系統(tǒng)和DCS中可相互轉(zhuǎn)換，使研究人員可先在仿真系統(tǒng)中進(jìn)行邏輯組態(tài)，試驗(yàn)成功后，再將修改后的組態(tài)文件導(dǎo)入到真實(shí)DCS軟件中，從而降低邏輯改變帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。2.2 模型更高層次使用價(jià)值u 實(shí)現(xiàn)用戶自定義事故，從而豐富了更多培訓(xùn)內(nèi)涵，滿足培訓(xùn)操作班組對(duì)緊急工況的培訓(xùn)需要u 用戶自主修改邊界條件或典型設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的，對(duì)技改方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)驗(yàn)證，完善和優(yōu)化新的工藝操作法。具備對(duì)崗位運(yùn)行人員和技術(shù)管理人員進(jìn)行定期輪訓(xùn)，作為上崗、晉升前的考核手段，客觀地反映實(shí)際操作能力和分析判斷能力；u 具備對(duì)裝置的故障原因和結(jié)果進(jìn)行分析的能力，通過(guò)故障處理培訓(xùn)和反事故演習(xí)，達(dá)到改進(jìn)運(yùn)行操作和提高制定反事故對(duì)策能力的目的；u 利用仿真機(jī)的分析研究功能，專業(yè)技術(shù)人員可通過(guò)仿真機(jī)進(jìn)行裝置不同方式、不同工況下的運(yùn)行試驗(yàn)，對(duì)控制系統(tǒng)組態(tài)及參數(shù)整定的試驗(yàn)研究，取得改進(jìn)設(shè)備及控制系統(tǒng)、優(yōu)化裝置操作的實(shí)際指導(dǎo)。u 在建立了“計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)為基礎(chǔ)的員工技能培訓(xùn)/考核體系”后，可以將眾多的崗位培訓(xùn)形成一個(gè)個(gè)的培訓(xùn)模塊，將發(fā)生過(guò)的或潛在的事故及安全規(guī)范進(jìn)行數(shù)字化歸納和整理，利用計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)的方便性、靈活性、逼真性、客觀性、易組織性和相對(duì)的低成本性，大大加強(qiáng)和彌補(bǔ)原來(lái)培訓(xùn)方面的不足，提高員工培訓(xùn)的覆蓋率和深度，縮短了學(xué)員的培訓(xùn)周期，做好職工培訓(xùn)、安全培訓(xùn)。3. 仿真機(jī)規(guī)范3.1 仿真總體原則本仿真機(jī)對(duì)生產(chǎn)裝置實(shí)現(xiàn)全范圍、全過(guò)程的仿真。對(duì)DCS、安全保護(hù)及報(bào)警等系統(tǒng)中顯示和操作的所有內(nèi)容、監(jiān)視控制的所有設(shè)備進(jìn)行仿真。本仿真機(jī)能真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，并且有關(guān)環(huán)境參數(shù)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)的影響也有真實(shí)、正確的反映。3.2 仿真機(jī)實(shí)現(xiàn)的總體目標(biāo)具備完善的運(yùn)行人員培訓(xùn)功能，提供向受訓(xùn)人員展現(xiàn)正常和故障情況的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)，有效地提高運(yùn)行人員的專業(yè)知識(shí)、操作技能、應(yīng)變能力和熟練程度，使運(yùn)行人員經(jīng)培訓(xùn)后能熟練地掌握裝置啟停過(guò)程和維持正常運(yùn)行的全部操作，學(xué)會(huì)處理異常、緊急事故的技能，提高實(shí)際操作能力和分析判斷能力，訓(xùn)練應(yīng)急處理能力，確保裝置安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。4. 仿真機(jī)的功能4.1 多工況再現(xiàn)功能公司提供的仿真機(jī)具備正常工況、特殊工況和事故工況的仿真能力，在各個(gè)工況下，仿真系統(tǒng)的反應(yīng)現(xiàn)象均與現(xiàn)場(chǎng)一致，精度滿足國(guó)內(nèi)國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。具體仿真工況如下：正常工況仿真自動(dòng)故障處理工況仿真啟停工況仿真事故工況仿真4.2 考評(píng)功能考評(píng)功能是針對(duì)各裝置仿真系統(tǒng)的每一個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目進(jìn)行跟蹤記錄，并依據(jù)操作規(guī)則與設(shè)備操作要求和操作質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分的。每一個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目目的評(píng)分都包括：操作步驟評(píng)分和操作質(zhì)量評(píng)分，所有評(píng)分項(xiàng)目都給出詳細(xì)評(píng)定結(jié)果和依據(jù)。4.3 圖形顯示功能仿真系統(tǒng)中的圖形界面包括DCS操作員站界面、現(xiàn)場(chǎng)站界面、工程師站界面和教練員站界面，除教練員站界面及現(xiàn)場(chǎng)站界面外，其他界面全部與現(xiàn)場(chǎng)使用的圖形界面完全一致。教練員界面采用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)獨(dú)有的界面開(kāi)發(fā)技術(shù)，所有的界面均為色彩優(yōu)美，使用方便的圖形化界面，使用鼠標(biāo)即可完成需要的全部操作。圖形界面具有如下特點(diǎn)： 能動(dòng)態(tài)調(diào)用或更新LCD上的顯示，供操作員監(jiān)視仿真對(duì)象的運(yùn)行情況和運(yùn)行狀態(tài)。所有DCS/DEH站上的顯示畫(huà)面均直接采用現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面組態(tài)文件，顯示畫(huà)面效果與功能自然與現(xiàn)場(chǎng)完全一致。 現(xiàn)場(chǎng)站界面也采用DCS的圖形組態(tài)工具軟件繪制，圖形樣式、顏色和動(dòng)態(tài)均參考現(xiàn)場(chǎng)習(xí)慣完成。接地站上除了可以顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行操作外，還可以顯示主控室操作設(shè)備的狀態(tài)。 畫(huà)面上任何實(shí)時(shí)變量的刷新時(shí)間周期均不大于1秒，與現(xiàn)場(chǎng)DCS完全一致。 任何對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作均可在1秒內(nèi)完成，同時(shí)反饋信號(hào)在操作完成后1秒內(nèi)即可正確顯示，與現(xiàn)場(chǎng)DCS完全一致。 可以在2秒內(nèi)調(diào)出任何一副畫(huà)面，同時(shí)調(diào)出任何一副畫(huà)面的操作不會(huì)超過(guò)3次，與現(xiàn)場(chǎng)DCS完全一致。4.4 儀表培訓(xùn)功能強(qiáng)大的圖形、邏輯及模型修改能力。的仿真系統(tǒng)采用的是和現(xiàn)場(chǎng)一致的DCS軟件，因此在圖形、邏輯修改上完全和現(xiàn)場(chǎng)使用的DCS軟件保持一致?？筛鶕?jù)客戶需求，進(jìn)行不斷的軟件升級(jí)服務(wù)，時(shí)刻與現(xiàn)場(chǎng)各實(shí)際設(shè)備運(yùn)行特性保持一致。4.5 超限提醒功能當(dāng)仿真系統(tǒng)的某些參數(shù)接近或接近超出現(xiàn)用模型的限制和裝置設(shè)備條件限制時(shí)，仿真系統(tǒng)可以在教練員臺(tái)上發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒教練員已經(jīng)超出仿真模型的使用范圍，仿真結(jié)果可能不可信，以免對(duì)培訓(xùn)造成不利的影響。5. 性能指標(biāo)5.1 仿真精度5.1.1 穩(wěn)態(tài)仿真精度關(guān)鍵性參數(shù)的穩(wěn)態(tài)仿真精度應(yīng)為1%，非關(guān)鍵性參數(shù)的仿真精度應(yīng)為3%。5.1.2 暫態(tài)仿真精度關(guān)鍵性參數(shù)的暫態(tài)仿真精度應(yīng)為3，非關(guān)鍵性參數(shù)的暫態(tài)精度應(yīng)為5。5.2 系統(tǒng)擴(kuò)展公司在配置仿真系統(tǒng)軟硬件時(shí)充分考慮了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，硬件系統(tǒng)無(wú)論是在在硬盤(pán)、CPU容量還是在網(wǎng)絡(luò)接口上都留有充分的余地；同時(shí)軟件系統(tǒng)采用的模塊化的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展方便。6. 仿真系統(tǒng)軟件仿真系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)軟件、仿真支撐平臺(tái)軟件、數(shù)學(xué)模型軟件、教練員功能軟件、DCS操作員站軟件、多媒體仿真軟件、DCS工程師站軟件、現(xiàn)場(chǎng)操作員站軟件等幾部分組成，如圖 所示：圖 2 仿真機(jī)軟件構(gòu)成全仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：虛擬DCS仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：仿真系統(tǒng)硬件本系統(tǒng)所有硬件設(shè)備主要由計(jì)算機(jī)及其附屬設(shè)備組成。利用仿真支撐系統(tǒng)先進(jìn)的多流程仿真功能，可以在一套仿真硬件上同時(shí)進(jìn)行多個(gè)流程的運(yùn)行，形成一機(jī)多模。仿真系統(tǒng)由仿真主機(jī)（模型站兼教練員站）、DCS&DEH操作站、現(xiàn)場(chǎng)操作站、DCS站（DCS服務(wù)器兼工程師站）、虛擬DPU站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。DCS操作員站的數(shù)量根據(jù)用戶需要配置，并且可以隨時(shí)擴(kuò)充。仿真主機(jī)使用服務(wù)器。DCS操作站、現(xiàn)場(chǎng)操作站、DCS站、虛擬DPU站、使用普通計(jì)算機(jī)即可。硬件構(gòu)成如下圖所示：圖 1 仿真機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)的具體硬件配置依據(jù)用戶提出的要求進(jìn)行選型、設(shè)計(jì)。7. 實(shí)施方案7.1 工期進(jìn)度一般仿真機(jī)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目從DCS投運(yùn)后且資料收集完成時(shí)啟動(dòng)，到項(xiàng)目投運(yùn)約6個(gè)月。流程簡(jiǎn)介如下：7.2 質(zhì)量保證項(xiàng)目啟動(dòng)后，公司成立專門(mén)的項(xiàng)目組。項(xiàng)目組由項(xiàng)目經(jīng)理、項(xiàng)目實(shí)施工程師、項(xiàng)目監(jiān)理等成員構(gòu)成。其中，項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)公司在工程全過(guò)程的各項(xiàng)工作，如系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程進(jìn)度、制造確認(rèn)、編程和技術(shù)服務(wù)、圖紙文檔、工廠和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、編制文件、啟動(dòng)、投運(yùn)等工