和利时流程工业仿真产品(OTS)系统方案Word文档格式.doc

1、4.1多工况再现功能84.2考评功能84.3图形显示功能94.4仪表培训功能94.5超限提醒功能95.性能指标105.1仿真精度105.2系统扩展106.仿真系统软件117.仿真系统硬件138.实施方案148.1工期进度148.2质量保证141. 引言计算机仿真培训广泛应用于国内的航空航天、电力工业、石化工业领域。中石化集团下属的炼化，在计算机仿真培训方面就已经有近20年的使用历史。从2000年起，由国内中石油、中石化两大集团组织的连续三届“全国石油石化职业技能竞赛”（涉及油气开采、石油炼制、化工等多套装置）中都采用了计算机仿真系统作为重要的操作技能考核手段，占技能考核成绩的60%，并且都取得

2、了非常好的效果。由此可见，计算机仿真技术是非常成熟的。仿真系统投用可以产生多方面的效益：（1）该项目开发成功后，通过使用仿真培训系统，能提高生产岗位操作人员的技术素质，让操作人员更深入地了解生产装置的工艺机理，提高技术水平，为生产安全、稳定、长周期、优化操作服务。（2）通过使用仿真培训系统，让操作人员熟练掌握一些常见事故的操作处理，从而减少突发性事故和误操作，减少非正常停工，减少能耗和设备维护费用。（3）通过使用仿真培训系统，可以方便地让操作人员掌握不同岗位的生产运行操作技能，达到一人适合多个岗位的生产操作要求，提升操作人员的全面生产操作技能。（4）使用仿真培训系统，可以给新员工提供动手操作的

3、机会，提高入厂学生的质量，使他们更深入地将理论与生产结合，缩短培训环节，降低培训费用，减少对实际生产的干扰，培养高水平的人才。（5）该项目开发成功后，可以进一步用于对工人的实际操作技能进行科学、客观的考核，最终成为初级工、中级工、高级工等不同等级的技能考核与鉴定系统。2. OTS仿真系统价值2.1 作为培训功能价值：1） 对新建装置工艺流程、开停车进行模拟：仿真培训是采用国内领先的过程模拟仿真技术，将设备工作原理算法化，根据工艺流程结构搭建数学模型。前台的用户操作指令传送到后台的数学模型中，经数学模型的运算实时表征出各个工艺数据的真实值，借此反馈出操作与工艺现象之间的关系，让学员不到现场也能掌

4、握真实设备、工艺的工作原理，培养学员对常见化学工艺设备的操作技能和职业技能。操作员培训动态仿真系统可用于在工厂正式开工前、后培训操作员，目的在于： u 缩短开工、停工时间 u 提高安全性 u 减少环境不确定性影响 u 延长装置实际投产时间 u 提高操作员的知识水平和技术水平 u 减少不合格品生产 2） 对各种常规事故进行模拟：对控制室内的操作员进行各种操作状况（开工、停工，操作异常，设备故障，紧急状况，正常操作，改方案操作等）的操作培训，可以实现下述目标：u 更多的操作员对工艺过程有了更深入的了解，可以提早开工，并减少开工实际需要的时间， u 积累工艺经验和故障诊断经验，提高操作员处理紧急状况

5、或异常工况的能力，因而能提高工厂安全度，延长工厂实际投产时间， u 培训复杂的、长周期的顺序操作流程，加强对过程因果关系的理解 u 提高操作员素质，减少和避免由于人为因素导致的事故、损失， u 熟悉联锁关断ESD的操作和控制3） 仿真机特点：公司仿真机由于使用了真正的DCS软件，控制软件功能与公司的DCS完全一致，具备控制人员的DCS培训、学习、考核、研究功能。u 新的仿真系统由于采用了虚拟DCS技术，可用于工厂控制人员的DCS的使用、维护培训及练习，从而提高控制人员的DCS使用维护技能，使控制人员迅速熟悉DCS的功能与使用方法。u 新的仿真系统可用于工厂运行中控制方案的研究与优化，通过仿真系

6、统上的虚拟实验，研究装置不同运行状况下的控制规律，摸索最佳的控制方法，达到最佳的运行效果。u 新的仿真系统由于采用了虚拟DCS技术，因此在使用、维护等各个环节均与现场一致。生产人员可在仿真机上学习DCS各种功能的使用、故障的处理，从而提高生产人员的DCS使用水平，减少人为错误的产生。教练员人可根据生产人员的操作步骤、执行规范等对生产人员进行培训考核。u 新的仿真系统还可用于DCS控制逻辑的测试、验证与优化完善。控制逻辑组态在仿真系统和DCS中可相互转换，使研究人员可先在仿真系统中进行逻辑组态，试验成功后，再将修改后的组态文件导入到真实DCS软件中，从而降低逻辑改变带来的潜在风险。2.2 模型更

7、高层次使用价值u 实现用户自定义事故，从而丰富了更多培训内涵，满足培训操作班组对紧急工况的培训需要u 用户自主修改边界条件或典型设备关键参数的，对技改方案进行动态验证，完善和优化新的工艺操作法。具备对岗位运行人员和技术管理人员进行定期轮训，作为上岗、晋升前的考核手段，客观地反映实际操作能力和分析判断能力；u 具备对装置的故障原因和结果进行分析的能力，通过故障处理培训和反事故演习，达到改进运行操作和提高制定反事故对策能力的目的；u 利用仿真机的分析研究功能，专业技术人员可通过仿真机进行装置不同方式、不同工况下的运行试验，对控制系统组态及参数整定的试验研究，取得改进设备及控制系统、优化装置操作的实

8、际指导。u 在建立了“计算机仿真培训为基础的员工技能培训/考核体系”后，可以将众多的岗位培训形成一个个的培训模块，将发生过的或潜在的事故及安全规范进行数字化归纳和整理，利用计算机仿真培训的方便性、灵活性、逼真性、客观性、易组织性和相对的低成本性，大大加强和弥补原来培训方面的不足，提高员工培训的覆盖率和深度，缩短了学员的培训周期，做好职工培训、安全培训。3. 仿真机规范3.1 仿真总体原则本仿真机对生产装置实现全范围、全过程的仿真。对DCS、安全保护及报警等系统中显示和操作的所有内容、监视控制的所有设备进行仿真。本仿真机能真实模拟现场环境，并且有关环境参数对生产运行带来的影响也有真实、正确的反映

9、。3.2 仿真机实现的总体目标具备完善的运行人员培训功能，提供向受训人员展现正常和故障情况的实际现场运行状态，有效地提高运行人员的专业知识、操作技能、应变能力和熟练程度，使运行人员经培训后能熟练地掌握装置启停过程和维持正常运行的全部操作，学会处理异常、紧急事故的技能，提高实际操作能力和分析判断能力，训练应急处理能力，确保装置安全、经济运行。4. 仿真机的功能4.1 多工况再现功能公司提供的仿真机具备正常工况、特殊工况和事故工况的仿真能力，在各个工况下，仿真系统的反应现象均与现场一致，精度满足国内国际行业标准的要求。具体仿真工况如下：正常工况仿真自动故障处理工况仿真启停工况仿真事故工况仿真4.2

10、 考评功能考评功能是针对各装置仿真系统的每一个训练项目进行跟踪记录，并依据操作规则与设备操作要求和操作质量指标进行评分的。每一个训练项目目的评分都包括：操作步骤评分和操作质量评分，所有评分项目都给出详细评定结果和依据。4.3 图形显示功能仿真系统中的图形界面包括DCS操作员站界面、现场站界面、工程师站界面和教练员站界面，除教练员站界面及现场站界面外，其他界面全部与现场使用的图形界面完全一致。教练员界面采用仿真培训系统独有的界面开发技术，所有的界面均为色彩优美，使用方便的图形化界面，使用鼠标即可完成需要的全部操作。图形界面具有如下特点： 能动态调用或更新LCD上的显示，供操作员监视仿真对象的运行

11、情况和运行状态。所有DCS/DEH站上的显示画面均直接采用现场画面组态文件，显示画面效果与功能自然与现场完全一致。 现场站界面也采用DCS的图形组态工具软件绘制，图形样式、颜色和动态均参考现场习惯完成。接地站上除了可以显示现场设备的状态和对现场设备进行操作外，还可以显示主控室操作设备的状态。 画面上任何实时变量的刷新时间周期均不大于1秒，与现场DCS完全一致。 任何对现场设备的操作均可在1秒内完成，同时反馈信号在操作完成后1秒内即可正确显示，与现场DCS完全一致。 可以在2秒内调出任何一副画面，同时调出任何一副画面的操作不会超过3次，与现场DCS完全一致。4.4 仪表培训功能强大的图形、逻辑及

12、模型修改能力。的仿真系统采用的是和现场一致的DCS软件，因此在图形、逻辑修改上完全和现场使用的DCS软件保持一致。可根据客户需求，进行不断的软件升级服务，时刻与现场各实际设备运行特性保持一致。4.5 超限提醒功能当仿真系统的某些参数接近或接近超出现用模型的限制和装置设备条件限制时，仿真系统可以在教练员台上发出报警信号，提醒教练员已经超出仿真模型的使用范围，仿真结果可能不可信，以免对培训造成不利的影响。5. 性能指标5.1 仿真精度5.1.1 稳态仿真精度关键性参数的稳态仿真精度应为1%，非关键性参数的仿真精度应为3%。5.1.2 暂态仿真精度关键性参数的暂态仿真精度应为3，非关键性参数的暂态精

13、度应为5。5.2 系统扩展公司在配置仿真系统软硬件时充分考虑了系统的可扩展性，硬件系统无论是在在硬盘、CPU容量还是在网络接口上都留有充分的余地；同时软件系统采用的模块化的结构，扩展方便。6. 仿真系统软件仿真系统软件包括操作系统软件、仿真支撑平台软件、数学模型软件、教练员功能软件、DCS操作员站软件、多媒体仿真软件、DCS工程师站软件、现场操作员站软件等几部分组成，如图 所示：图 2 仿真机软件构成全仿真系统结构如下：虚拟DCS仿真系统结构如下：仿真系统硬件本系统所有硬件设备主要由计算机及其附属设备组成。利用仿真支撑系统先进的多流程仿真功能，可以在一套仿真硬件上同时进行多个流程的运行，形成一

14、机多模。仿真系统由仿真主机（模型站兼教练员站）、DCS&DEH操作站、现场操作站、DCS站（DCS服务器兼工程师站）、虚拟DPU站、网络设备等组成。DCS操作员站的数量根据用户需要配置，并且可以随时扩充。仿真主机使用服务器。DCS操作站、现场操作站、DCS站、虚拟DPU站、使用普通计算机即可。硬件构成如下图所示：图 1 仿真机系统结构网络图系统的具体硬件配置依据用户提出的要求进行选型、设计。7. 实施方案7.1 工期进度一般仿真机开发项目从DCS投运后且资料收集完成时启动，到项目投运约6个月。流程简介如下：7.2 质量保证项目启动后，公司成立专门的项目组。项目组由项目经理、项目实施工程师、项目

15、监理等成员构成。其中，项目经理负责协调公司在工程全过程的各项工作，如系统设计、工程进度、制造确认、编程和技术服务、图纸文档、工厂和现场测试、编制文件、启动、投运等工作；项目实施工程师在项目经理领导下，按工程进度完成所承担的各项工作；项目组成员均具备丰富的专业知识和经验，并严格按照ISO9001及CMM3要求实施整个项目过程。项目监理对项目实施的全过程进行监控，保证项目实施的规范性和产品的可靠性。仿真系统的质保期是自系统试运行结束且系统得到进一步完善后，从系统竣工验收证书签署之日起计算，为期12个月。在质保期内，公司保证及时免费更换或修理任何并非由买方人员非正常操作而导致出现缺陷或故障的设备。 第 14 页 共 15 页