动态仿真系统(OTS)的应用

动态仿真系统(OTS)的应用
摘要：
操作员动态仿真（OTS）培训系统用于在装置开工前、后培训操作员，目的在于全面地
提高操作人员的综合操作技能水平、过程知识和经验，使他们熟练操作DCS 、SIS 等控制系统，熟悉调节控制的方法，全面掌握和了解工艺过程本身的原理以及其动态特性，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，确保装置安全、顺利开停工及平稳、安全
生产。

关键词：动态仿真提高操作水平平稳生产安全生产
引言
现在的石油化工工业是以巨大的复杂的设备和高度密集的联合体为基础，新建装置的大
部分关键设备都很先进，自动化程度很高。

其各类操作人员，尤其是一线操作人员比较缺乏
经验，又面临着更加复杂的和全新的工艺流程，因此必须对操作人员进行很好的培训。

在这
种背景下，一种新颖的培训方式脱颖而出——基于计算机的模拟工厂操作实际的仿真培训系
统（OTS）。

与传统的操作现场讲解培训的培训方式不同，动态仿真系统更加切合生产实际，无任何危险性，灵活性高，占用时间少，进度快，效果突出，而且培训开支很少。

一、OTS概述
1、开发软件介绍
OTS培训系统使用国外先进的ISIM动态模型软件开发，它用C++编译而成，是真正的模
块化、面向对象设计、图形化建模界面的仿真模型开发平台。

在该软件环境下可以模拟实际
装置所有的工艺过程和控制系统，制氢装置模型开发都基于此平台完成。

仿真模型开发软件以动态模拟技术为基础，具有精确地工艺设备算法库、完善的物性数
据库以及与各DCS厂家控制器相一致的控制算法库，保证了开发出的模型具有较高仿真精度
及较好的动态响应效果，该OTS培训系统在外面数据链接上，支持带有OPC接口的软件，可
以实现与DCS、APC、MES等系统的无缝连接。

因此在项目执行过程中，通过对模型的测试
可以起到良好的工艺及控制过程的验证作用。

2、功能介绍
OTS培训系统中的仿真模型开发是根据实际装置情况开发的，该OTS系统是对制氢装置
生产过程的模拟，包括必要的设备、仪表、联锁及控制回路等。

学员可在OTS系统上完成正
常操作、开车、停车、故障处理等各种条件下的训练。

装在同一台PC机上的仿真模型包括
两部分：工艺模型和控制模型，分别对应于工艺设备现场装置和中控室控制服务器中的控制
组态软件模块。

在该OTS培训系统中，实际装置的现场、DCS及其它控制系统对应各个模拟
操作站：现场站、DCS站及其它控制模拟站以及管理教员站。

DCS控制系统模拟站，真实再现装置实际DCS、SIS操作站界面及操作功能，写入并显示控制模型中对应的变化参数，与实际装置上的DCS控制站系统的界面、控制算法、控制逻辑、过程特性、操作方式完全一致。

操作员仿真培训系统主要由教员站、工程师站、操作员站、服务器等组成。

现场模拟战主要为了模拟装置实际生产过程中一些外操操作，如现场阀、泵的操作。

管理教员站实现系统管理与培训管理任务，管理和指令站使用，也可兼做仿真工程师站开发、修改动态模拟系统工艺模型。

在制氢OTS培训系统平台中，教员和仿真工程师站的共享同一培训和建模的用户友好的界面：
1）布置培训作业或场景；
2）利用以前保存的装置运行状态对模拟器进行初始化；
3）利用操作员控制台、教员控制台以及远程控制台对模拟过程进行操作控制；实现动态模拟程序的内容选项（开工、停工、正常操作和非正常操作）、时标设定、快门设定、工况冻结、成绩评定等一系列指导和控制操作；
4）利用管理教员站设定装置的突发事件或故障，由教员导入预先设置的故障条件。

5）初始条件选择。

除最基本的初始条件外，可以利用暂停和保存等功能，派生出其他的初始条件，数量方面没有限制；
动态仿真系统将提供制氢装置定制模型，模型将提供两个初始条件：稳态和冷态。

OTS 系统可存储多个初始工况，教员可在开车过程中或任何其它条件下存储。

1）稳态工况
稳态工况是用来培训学员的正常操作，故障处理以及停车训练。

稳态工况反映装置平稳运行时的状态，以PFD图数据为基础。

2）冷态工况
也称作开车状态，用来培训学员进行装置开车。

冷态工况代表装置停车时的状态，所有设备处于常温常压，并假设某些基础开车步骤如管线吹扫，仪表阀调准等已经完成，装置已具备投料条件。

因此可方便开车训练，缩短训练时间，把重点放在对控制室人员的培训上。

3、模型保真度
动态仿真系统实时反映装置变化，在动态响应时，参数的变化是连续的，没有突变和跳跃。

仿真结果与实际情况的差距应尽可能小。

保真度水平按照距离稳态值的标准偏差和百分比来表示。

工厂验收阶段，对于关键参数，模型稳态仿真结果与稳态设计数据的偏差应在稳态值的1.5%范围内。

终验阶段，对于关键参数，模型稳态仿真结果与实际工艺操作数据的偏差应在实际工艺操作数据的1.5%范围内。

二、动态仿真培训系统的意义
动态仿真系统全面地提高操作人员的综合操作技能水平、过程知识和经验等功能，使他们掌握先进的控制系统，熟悉调节控制的方法，全面掌握和了解工艺过程本身的原理以及其动态特性，确保操作员在日常生产过程中，对装置顺利开车，平稳生产和运行安全等技能全面掌握，
可以充分利用OTS系统的特点对职工进行灵活、反复、全面训练。

学员通过仿真培训，操作能力会大幅提高，并达到一下目的：
1）能够熟练而安全地进行开车、停车。

2）能够及时发现和处理装置的突发事故。

3）养成按照操作手册操作的习惯，确保安全生产。

4）熟悉DCS操作系统。

5）了解各操作单元间的联系，提高协同作战的能力。

6）使控制室操作工和现场操作工配合更加密切，保证装置平稳安全运行。

动态模拟系统可以验证装置开停车步骤、方案是否最优，积累装置开停车过程中的经验，确保装置在开停车过程中平稳、安全。

同时可以验证已有的操作规程与操作卡步骤，强化对
操作规程与操作卡的管理及版本更新，加强学员对操作规程及操作卡中每个操作步骤的理解。

增强操作人员及时发现和处理装置的突发事故，熟悉DCS操作系统，使控制室操作工和现场
操作工配合更加密切，了解各操作单元间的联系，提高内、外操协同作战的能力。

三、总结
动态仿真系统是动态模拟的重要发展方向。

国内外对仿真模拟都高度重视。

在我国，仿
真技术还被列为“十五”国家国防重点发展的高新技术。

随着科技的进步，化工过程的自动化
程度越来越高，逐步变得复杂，因此对操作人员的素质要求也越来越高。

对于高危化工生产
过程，操作人员的素质尤其重要，因此传统的操作现场讲解培训的培训方式远不能满足要求，新员工缺乏练习机会、针对性差，无法对员工进行合理有效评价等。

OTS正是动态模拟的产物，从单元设备的仿真到全流程的仿真，化工仿真逐步向人工智能方向发展，智能工厂由此
产生，可随时对生产中由于各种原因引起的非正常现象进行预警和报警，大大提升了装置安全、顺利开停工及平稳生产和安全生产。