煤化工-煤制甲醇行业的操作员培训仿真系统OTS.doc

煤化工-煤制甲醇行业的仿真培训系统

1煤制甲醇仿真系统

杭州坤天自动化系统有限公司的煤制甲醇仿真系统以实际工厂60万吨煤制甲醇生产过程为原型，基于坤天奥秘仿真®严格机理模型平台开发而成，涵盖工艺范围包括：煤气化工段、变换工段、净化工段、甲醇合成工段、甲醇精馏工段以及二甲醚工段，是国内首套完整的煤化工全流程仿真模拟软件。坤天煤制甲醇仿真教学软件可用于教学和工艺培训，包括正常操作、冷态开车、正常停车、各种故障处理方式等内容的培训，已在多家院校及企业得到应用。

注：下文中所述OTS（Operator Training System），即仿真系统。

1.1仿真系统部署方式

系统采用企业级班组制方案进行培训，因此部署方式上分为3大部分：

服务器机房：一般位于整个仿真培训室的角落，用来部署仿真服务器，进行企业级流程模型的计算；

教员站：对仿真服务器中的模型进行操作，如启停，选择初始状态，进行技能鉴定，干预受训人员操作，在线设置各类设备故障等；

学员操作站：在工厂模式下，由于流程非常复杂，完成某个操作或者过程学员之间是相互协作的，系统的考评是基于整组学员总体操作来评定的。一般来说。仿真培训室规划可采用下面图示：

下图是软件系统的总体结构和部署图：

以太网 (TCP/IP)

操作员站

工程师站

交换机

操作员站操作员站

1.2仿真系统的设计

仿真系统采用机理模型对整体工艺和各个工况进行模拟。建立的工艺模型应和工厂装置的稳定状态完全匹配，并逼真再现工厂装置的各类动态特性，实现对工厂装置动态模拟。

仿真系统的设计包括设备、装置、控制和工艺模型四大要素。

工艺模型的严格机理建模

基于机理模型的建模仿真系统，可帮助工厂人员全面地熟悉的生产装置和工艺，掌握动态工艺特性，积累操作经验，提高处理异常事故的能力，保证生产装置的顺利投产，维护正常的生产操作。平台不是一般意义上的稳态过程模拟而是全面的动态过程模拟。基于精确的化工三传一反原理，成为了一套可以帮助工程师研究探索工艺过程、进行工况研究、发现工艺瓶颈、寻找最佳操作程序、进行故障分析和控制策略研究的工具，也成为了帮助工厂操作人员积累操作经验、熟悉工艺、提高操作技能的培训工具。

1.3仿真平台特点

仿真系统保证了下述主要功能：

▪模型选择

▪冻结和取消冻结

▪初始状态选择

▪快照／回溯和回放

▪教师变量

▪故障

▪远程功能

▪加快和减慢模型操作

▪实时和历史的趋势

▪自动化的培训练习或情景

▪操作员和教师事件记录

▪操作员培训绩效监控

模型选择

应用键盘或鼠标，教师可从模型选择列表中容易地选择和运行任何一个可用的模型。

冻结和取消冻结

模拟可十分容易地在任何时刻暂停，然后再继续运行。OTS系统模拟架构可确保所有模型的“引擎”是完全时间同步地从教员站启动和停止模拟，以保证所有的模型暂停在同一状态，为“继续”命令做好准备。

初始状态选择

教师易于从可用的初始状态中为模拟选择初始状态（IC）。可提供的初始状态包括：装置的稳态模拟设计状态；“冷启动”状态，即假定装置在周围环境状态中且有设备逐步减压和逐步清库或无效的和准备加气。

可为OTS操作员仿真培训系统创建和存贮多个初始状态（IC）。除了初始状态之外，OTS操作员仿真培训系统还有能力存贮“Backtrack／回溯”。回溯的最大数目及其存贮的频率是可配置的。初始状态和回溯的数目仅受制于每一个建模计算机的存贮空间（Snapshots／快照和回溯存贮在本地计算机，以减少重新调用和保存的时间）。快照／回溯记录了模型引擎的所有内在状态以及输入和输出，故而系统的性能与当初记录时的原始进程完全相同。快照文件与模型配置文件独立保存，这意味着用先前模型配置拍的模型快照仍然可以在一个更新版的模型中使用。

快照 / 回溯

教师可在模拟器操作中的任何时间拍快照。这些快照将作为额外的初始状态保存在磁盘上，以备将来使用。教师也将能够根据预定的时间间隔回溯和重新初始化模拟器，并查看发生在受训人员的模拟中的特定的过程事件。模拟器通过再现教师和／或受训人员的行动，从任何快照状态开始，为教师回放培训进程。教师变量

教师变量用于那些发生在不在DCS操作工或现场操作工的控制之下的变化（如进口端物流的失压或物料供应组成的变化，以及设备失效）。教师站可访问在EzSim架构中所配置的任何模拟引擎中的任何参数。教师可通过教师站来激活过程模型中的“故障”，或对运行中的过程模型，如现场操作等，进行其它修改。故障

教师可以为任一学员设置故障经典的故障包括：失效（包括以外的开和关）、零点漂移、控制阀开关、连锁出口、堵塞、冷却水等。

远程功能

远程功能是对现场操作装置的模拟，这些装置可被教师或担当现场操作员的一个人所激活或失活，如关闭一个截止阀，打开一个旁通阀或打开／停止一个泵。教师将可以选择和预选定现场操作装置，如马达的开／关，阀的打开／关闭等。

加快和减慢模型操作

系统允许教师加快或减慢模拟的速度。由于模拟的架构在模拟“引擎”中是完全时间同步的，在模拟的速度变化后，不论是比实际的更快，还是更慢，OTS 操作员仿真培训系统均保持完全的步调一致。模拟运行得比实际更快的能力仅受限于承担模拟的计算机的处理能力。

实时和历史趋势

教师站还拥有显示各培训操作员站的不同趋势的功能。所有的过程变量和主要测量的模拟变量均可作趋势图。由于HMI人机界面是DCS系统的一个完全相同的翻版，所有在DCS的HMI中可用的趋势图均可在OTS操作员仿真培训系统中可用。报警管理及其它的事件管理也可根据需要连接到OTS操作员仿真培训系统上，并将像其在DCS上那样完全一样的运作。然而，由于DCS和OTS操作员仿真培训系统运行于不同的时钟（模拟时间与实际时间），OTS操作员仿真培训系统操作员控制台的趋势／历史并不真正表示模拟所经过的真实时间。在教师站内，任何OTS操作员仿真培训系统模型变量均可包含在趋势中而自动地保存在数据服务器中。然后，任何趋势信息可在趋势中或在数据管理器中进行修改。比例尺、时间间隔、趋势颜色和符号均可由教师定义和变换。教师站的历史趋势信息随每个初始状态和回溯保存，可在OTS操作员仿真培训系统操作中查看和恢复。由于教师站是连接于模拟时钟的，故教师的趋势准确地代表了模拟所经过的时间，而与当前的模拟速度无关。

自动化的培训或练习

一个自动化的培训练习或情景是一个可用于自动培训顺序／进程的安排好顺序的教师变量和／或故障。自动化培训练习可人工地在可视化建模环境中书写。在任何培训进程中，所需的任何数量的情景可在任何时间进行运行。

操作员和教师事件记录

操作员和教师事件日志将由教员站功能所承担。该功能包括情景、初始状态管理器、培训绩效监控，让教员可在模拟操作的任何时间引入预先选择的培训操作。

教员可回溯其所建立的初始状态和回溯的状态。教师还可发起培训‘情景’，该情景提供了在设定时间，配置和重复一套教师操作的能力，包括泵失效、