石油化工過程操作員仿真培訓及管理系統的設計與實現

徐剛

摘 要 本文介紹了一種石油化工生產過程操作員仿真培訓系統及其管理系統的實現過程和功能。采用機理建模、工控軟件組態、網絡通信等技術創建系統。在滿足仿真培訓各項功能和指標的要求同時，縮減了開發周期，提高了通用性和靈活度。

關鍵詞 石油化工;仿真培訓;機理建模;工控軟件

引言

石油化工行業作為傳統高危行業，其生產現場的復雜性、危險性都對安全生產提出更高的要求。除了完善的安全監管體系和穩定優良的生產系統，操作員的一線操作則是整個安全生產的基石。目前，除了課堂理論教學和現場實習之外，仿真培訓系統的應用愈發廣泛。仿真培訓系統功能豐富，使用靈活，為學員的多形式培訓提供可能。當前，我國化工仿真技術從單元設備到工段級再到全流程，均有較多的應用和發展[1]。

1 系統整體框架

該文開發的系統由學員端和教師端組成，采用C/S模式。學員機和教師機通過以太網組成局域網進行通訊，完成學員端到教師端的數據通信和教師端到學員端的指令發送[2]。

學員端軟件包含DCS仿真軟件和數學模型軟件。DCS仿真軟件提供與實際DCS系統一致的監控畫面和操作過程，另外還具有部分仿真進程管理功能。DCS仿真軟件通過OPC協議與數學模型軟件進行通訊，完成過程數據和操作指令的實時傳輸。

教師端軟件由教師端管理軟件和數據庫組成，作為網絡服務器與學員機進行通訊，實現各類管理操作和過程數據存儲[3]。該系統結構如圖1所示。

2 生產過程數學模型開發

生產過程數學模型是系統各項仿真功能實現的基礎和核心。要求與實際生產工藝過程保持一致的操作流程和過程特性，并且擁有足夠的過程參數，以保證仿真培訓操作的逼真性和豐富性。

石油化工生產過程是極其復雜的過程，而建立的數學模型需滿足生產過程開工、停工、正常操作和事故處理等不同工況的仿真需要。故針對實際情況和需求，該文的建模思路是將整個生產系統依照生產階段和參數關系劃分為多個子系統模塊，再采用機理建模和數據修正法建立各子系統模塊的集總參數模型，經反復調試滿足過程特性和仿真需求后再按照貫序法連接構成整個生產裝置的數學模型[4]，最后進行整體系統調試修正直到達到各仿真指標。該文建立了柴油加氫精制聯合裝置、常減壓裝置和硫黃回收聯合裝置的數學模型。

3 仿真培訓及管理功能

3.1 學員端仿真培訓功能

學員端系統功能由DCS仿真軟件和數學模型軟件配合完成。數學模型軟件采用機理建模法建立多套生產裝置的數學模型，另外還具有模型運行及進度管理功能，如裝置模型選擇、運行進度保存、進度恢復、工況選擇等。

該文借助通用工控軟件開發了DCS仿真軟件，巧妙地利用了工控軟件在監控畫面繪制、數據點創建等方面的優勢[4]，完成了DCS操作的各項功能，包括監控畫面創建、畫面索引、數據點實時顯示、控制面板、關聯動畫、實時數據趨勢曲線等。

3.2 操作考核評價功能

該系統對操作卡各項內容給予評分，并給予百分制總分，其中操作卡各項評分又細分為步驟分和質量分。評分點的選擇遵循全面性、無主觀性、可評測性等原則[5]。步驟分是對操作先后順序的評分，是對操作過程熟練度的考核。質量分是操作過程中各工藝參數控制情況的得分，取決于實際參數值與操作規定值之間的偏差程度。在允許范圍內，越接近規定值，得分越高。質量分是對操作過程精準度的考核。

3.3 教師端管理功能

教師端計算機與學員端計算機組成一個局域網，教師端管理軟件通過TCP通訊與各學員端仿真培訓軟件進行通訊，負責主要的管理功能。教師端管理功能主要包括實時監控和數據管理[6]。實時監控可以在學員進行練習和考試中進行實時監控，能夠實時獲取學員姓名、考試名稱、培訓裝置及項目、操作卡及得分、培訓進度等信息，能夠完成設置考試、設置項目及故障、設置學員權限等操作。數據管理實現了學員賬號管理、學員成績查詢管理、學員培訓記錄管理及分析、學員仿真進度存儲等功能。

4 結束語

該文介紹了一種操作員仿真培訓及管理系統的實現過程和功能，并成功開發了三套生產裝置的仿真培訓軟件及其管理軟件，包括常減壓聯合裝置、硫黃回收聯合裝置和柴油加氫精制裝置。整套仿真系統與實際生產裝置及其DCS監控系統保持了高度的一致性，提供了豐富的仿真培訓及管理功能，為操作員熟悉操作流程和提高操作能力提供了巨大的幫助。通過實際應用，證實了該套仿真培訓及管理系統的作用，為新裝置的成功開工提供了保障。

參考文獻

[1] 馬玉龍，林雪梅，王芝紅.仿真軟件培訓在石化企業中的應用[J].石油教育，2015，（4）：46-47.

[2] 程夢杰. 催化重整裝置仿真培訓系統開發[D].青島：青島科技大學，2016.

[3] 羅超.仿真系統在石油化工領域中的應用[J].化工管理，2015， （14）：56.

[4] 王宇紅，黃德先，高東杰，等.利用工控軟件開發DCS仿真系統的新思路[J].計算機工程與應用，2003，（24）：5-7.

[5] 毛新宇.面向化工仿真培訓的智能評分系統設計[D].杭州：杭州電子科技大學，2016.

[6] 劉曉亭，孫曉巖，夏力，等.原油常減壓蒸餾裝置仿真培訓系統設計[J].計算機仿真，2016，33（12）：244-248.

作者簡介

徐剛（1984-），男，河北保定人;畢業院校：河北科技大學，工程師，現就職單位：華北石化公司，研究方向：石油化工測量與控制儀表方向。