專利名稱：合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種集石油化工生產過程動態模擬、仿真系統開發于一體的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，該系統能夠針對化工、氮肥及石油化工生產過程，尤其是用于含冷凍回路的合成氨裝置和甲醇精餾裝置的開停車指導、操作技能培訓考核，也可用作新建或改造合成氨裝置和甲醇精餾裝置的測試模型，對裝置性能進行預測。
背景技術：
過程模擬(Process Simulation)是過程系統工程的重要內容和基礎，它以過程流程水平信息為輸入，用計算機輔助進行能量和物料衡算、設備尺寸計算、成本核算、經濟評價等對工藝流程開發、設計和操作有用的分析。過程模擬包括穩態模擬(Steady StateSimulation)和動態模擬(Dynamic Simulation)。穩態模擬經過近五十年的發展已趨成熟，二十世紀80年代已成為工藝設計及過程分析的常規手段。但是對于過程動態模擬而言，雖 然早對個別設備的動態特性有所研究，直到七十年代才發展起來，比穩態模擬晚3年左右。過程動態模擬主要由下列實際應用需求刺激而發展I. 了解過程裝置經受動態負荷變化的能力、可操作性分析和安全分析；分析開、停車及外部干擾作用下的動態行為，為控制系統的設計或改進提供依據。2.用過程動態模型代替實際裝置對操作做出動態響應，開發用于培訓目的的過程仿真培訓系統。3.精細化工、醫藥、生物化工等行業生產高附加值、小批量化學品和生物化學品間歇加工技術的發展，要求用動態模擬分析各種構型、各種操作模式進行昀優設計、昀優控制、昀優調度計劃、昀優操作。4.新型節能流程的開發，使其集成度越來越高，過程控制更加復雜，要求用動態模擬技術對種種設計方案進行篩選評價等。過程動態模擬已是過程設計和操作中各個階段的有用工具。經過近三十年的發展，過程動態模擬已取得了不少進展，并將已趨發展成熟。事實上，所有化工生產裝置的運行均處于一種動態的過程中。即，穩態是相對的，而動態是絕對的。因此，要客觀準確描述實際過程，立足于物料及能量平衡的穩態模擬不論從設計上、培訓上，還是生產運行上，許多方面均無法滿足要求，必須借助于動態模擬。過程的動態特性主要有以下因素引起I.計劃內的變更，如原料變化，負荷調整，設備定期切換等；2.事務本身的不穩定性，如同一批原料性質上的差異和波動，冷卻水溫度隨季節的變化，隨生產時間的增加而引起催化劑活性的降低，設備的結垢等；3.意外事故，設備故障、人為的誤操作等；4.裝置的開停車等。目前，比較成熟和用戶人群較多的且具有動態模擬功能軟件有AspenTech公司的Aspen dynamic和Aspen HYSYS兩款商業模擬軟件,它們均是基于嚴格的機理模型，因而它們可以較準確地作為通用模擬軟件去模擬各種化工過程、進行先進控制系統設計、模擬開停車過程，進行事故狀態分析研究等。但是這些軟件對使用者要求比較高，需要使用者必須會使用這些軟件按照這些軟件定義的規則進行使用。對于一般使用者來說很難達到這種要求，為此這也限制了動態技術的發展與推廣。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對現有動態模擬所存在的問題而提供一種仿DCS模型，可以將HYSYS動態模擬軟件按照一般操作者對化工裝置的操作習慣提供給化工操作用戶使用的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統。通過使用本發明化工操作人員可以像操作真實裝置一樣操作虛擬裝置使用動態模擬技術，為他們日常培訓，裝置故障排除和節能減排提供技術上的支持。本發明所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來實現合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，包含有用HYSYS建立動 態模型虛擬工廠模型并作為動態仿真系統的后臺計算平臺和具有仿DCS圖形用戶界面軟件的若干個模擬操作終端，所述后臺計算平臺具有一 HYSYS ActiveX接口與所述若干個模擬操作終端聯接實現數據互換；所述若干個模擬操作終端通過局域網與后臺計算平臺聯接。所述后臺計算平臺內具有一采用SQL建立HYSYS物流物性歷史數據庫。本發明所述的若干個模擬操作終端包括至少一個教員站和至少一個學院站，所述教員站和學員站通過局域網與后臺計算平臺聯接。在本發明的一個優選實施例中,所述后臺計算平臺的HYSYS ActiveX接口實時獲取來自HYSYS模擬軟件內各種物性數據，同時將獲取到的數據按照一定的時間間隔傳輸到模擬操作終端內的仿DCS界面，實時地將數據呈現給用戶。同時將用戶通過模擬操作終端輸入的數據通過仿DCS系統反饋給HYSYS模擬軟件系統完成人機交互功能。在本發明一個優選實施例中，所述采用SQL建立HYSYS物流物性歷史數據庫是指通過編寫物流屬性控件獲取溫度、壓力、流量、組成數據；編寫設備控件獲取設備參數 ’編寫控制器控件獲取和設置控制器的輸入與輸出；編寫邏輯控件獲取設置各種狀態和開關、按鈕工作狀態。在本發明一個優選實施例中，所述采用SQL建立HYSYS物流物性歷史數據庫能按照一定時間間隔從HYSYS模擬軟件中獲得數據，并按時間順序將仿DCS系統中所有的數據都存儲在數據庫中，以方便用戶回閱數據。在本發明一個優選實施例中，所述模擬操作終端能夠顯示實時變量變化趨勢圖，根據內存中的數據反映短時間內數據的變化情況和趨勢，方便用戶直觀分析操作變化后對整個裝置產生的影響及變化。在本發明一個優選實施例中，所述后臺計算平臺中設置有用戶數據庫，不同的用戶由管理員分配帳號；用戶操作數據將獨立地保存在相應的帳號對應的數據庫中，以方便用戶繼續操作、回看歷史操作情況和管理個人操作信息，并可供教員站用戶進行指導。在本發明一個優選實施例中，所述后臺計算平臺中設置有實時模型的運行和保存機制；用戶操作時可根據需要，暫?；蛑貑⒛Ｐ偷倪\行；用戶操作時可以在有保存需要的地方將模型保存為快門，同時系統在每15分鐘將自動保存快門；用戶通過快門可以在模型運行故障、死機、斷電等意外情況以及個人需要時，能夠及時的保存操作數據，方便之后繼續操作。在本發明的一個優選實施例中，所述模擬操作終端的仿DCS圖形用戶界面軟件基于VB. net技術建立的組態控件。所述模擬操作終端的仿DCS圖形用戶界面軟件還包括菜單和功能按鈕等，涵蓋了頁面跳轉、上下翻頁、運行、暫停、模型運行速度設定、報警設定、保存快門、刪除快門、加載快門、評分、時間顯示常用操作；其中組態控件布置在操作畫面上。在本發明的一個優選實施例中，所述后臺計算平臺還具有一與SQL數據庫接口，通過接口實現從SQL數據庫中讀取和保存操作數據。
在本發明的一個優選實施例中，所述組態控件為Windows窗體控件或用⑶I+技術繪制自定義控件，并通過編程實現自定義控件特有屬性的自定義軟件。在本發明的一個優選實施例中，所述后臺計算平臺利用HYSYS動態初始化技術，建立了模型冷態恢復機制，可以使用戶隨時進入原始開車狀態。在本發明的一個優選實施例中，所述動態仿真系統的初始化模型模擬裝置充氮保護的原始狀態，使所述動態仿真系統能夠用于開車測試；在所述動態仿真系統初始化后，各邊界物流的壓力、溫度、組成變量均可根據實際情況進行設置；動態仿真系統中的其它物流的壓力、溫度、組成為初始化狀態；動態仿真系統中的各手閥和控制閥門為關閉狀態；各開關為關狀態；動態仿真系統中的各控制儀表為手動狀態；默認聯鎖處于旁路狀態。在本發明的一個優選實施例中，所述動態仿真系統根據仿真培訓的需要，建立了故障工況和快門；所述故障工況包括停電、停水、上游工段緊急停車、泵跳車、變送器零點漂移、閥心卡不動作、變送器失靈、儀表風丟失、傳送帶耦合件失靈、連鎖報警故障、閥信號缺失、泵轉速控制失靈、閥的泄漏；所述快門基于題庫需要設定，系統中默認的快門為冷態工況和滿負荷工況，其它作為題庫考核的快門根據考核點設定。在本發明的一個優選實施例中，所述動態仿真系統建立了評分體系；所述評分體系由評分表組成；在進行考核后通過對操作狀態進行保存，教員站通過調用相應的評分表對保存狀態進行評分，實現對操作員操作技能的評價。在本發明的一個優選實施例中，所述后臺計算平臺還包括一模型服務器，所述模型服務器與所述教員站、學員站形成一體的分布式結構；所述模型服務器為教員站和學員站提供模型支持，并可直接操作后臺模型，接受教員站控制存儲快門。在本發明的一個優選實施例中，所述教員站主要作用是控制動態仿真模型，教員通過教員站保存快門、加載快門、停止和運行模型、設定并激發故障和教員變量、發送試卷、對學員操作、評分、隨時監測操作員實際操作和模型運行狀態。在本發明的一個優選實施例中，所述學員站通過接收教員站發放的操作內容，對指定的模型進行操作，并接受教員站對其操作的控制和評分。在本發明的一個優選實施例中，所述模型服務器基于Web技術建立了遠程登錄模式；為遠程登錄提供模型支持和界面服務；用戶通過教員管理員設定的登錄信息即可遠程訪問模型服務器，方便了用戶在不能到學員站操作情況下的隨時、隨地操作。由于采用了如上的技術方案，本發明通過利用后臺計算平臺的HYSYS ActiveX控件接口實時獲取來自HYSYS模擬軟件內各種物性數據，例如溫度、壓力、流量、組成等。同時將獲取到的數據按照一定的時間間隔傳輸到模擬操作終端內的仿DCS界面，實時地將數據呈現給用戶。同時將用戶通過模擬操作終端輸入的數據通過仿DCS系統反饋給HYSYS模擬軟件系統完成人機交互功能。本發明可以通過編寫物流屬性控件獲取溫度、壓力、流量、組成等數據；編寫設備控件獲取設備參數；編寫控制器控件獲取和設置控制器的輸入與輸出；編寫邏輯控件獲取設置各種狀態和開關、按鈕等。本發明的建立HYSYS物流物性歷史數據庫能按照一定時間間隔從HYSYS模擬軟件中獲得數據，并按時間順序將仿DCS系統中所有的數據都存儲在數據庫中，以方便用戶回閱數據。在數據庫開發的基礎上增加了虛擬裝置操作變量變化趨勢，可以方便用戶及時觀察到某個干擾變量將會給整個虛擬裝置帶來什么樣的影響。 本發明的模擬操作終端能夠顯示實時變量變化趨勢圖，根據內存中的數據反映短時間內數據的變化情況和趨勢，方便用戶直觀分析操作變化后對整個裝置產生的影響及變化。本發明的后臺計算平臺中設置有用戶數據庫，不同的用戶由管理員分配帳號。用戶操作數據將獨立地保存在相應的帳號對應的數據庫中，以方便用戶繼續操作、回看歷史操作情況和管理個人操作信息，并可供教員站用戶進行指導。本發明的后臺計算平臺中設置有實時模型的運行和保存機制。用戶操作時可根據需要，暫?；蛑貑⒛Ｐ偷倪\行。用戶操作時可以在有保存需要的地方將模型保存為快門，同時系統在每15分鐘將自動保存快門。用戶通過快門可以在模型運行故障、死機、斷電等意外情況以及個人需要時，能夠及時的保存操作數據，方便之后繼續操作。本發明模擬操作終端的仿DCS圖形用戶界面軟件基于VB. net技術獨立開發了組態軟件。開發內容主要為界面開發、控件開發和接口開發。組態界面的操作仿照真實DCS繪制，方便真實DCS用戶的操作和培訓，可以使有生產操作經驗的操作工能如臨其境迅速地進入操作狀態接受考核，同時可以使沒有生產經驗的操作工能夠經過培訓能夠無差別的走上生產崗位。界面開發除操作畫面外，還包括菜單和功能按鈕等，涵蓋了頁面跳轉、上下翻頁、運行、暫停、模型運行速度設定、報警設定、保存快門、刪除快門、加載快門、評分、時間顯示等常用操作。組態控件布置在操作畫面上。組態控件的開發基于VB. net技術，開發方式采用平臺中的常用控件組合開發為新的Windows窗體控件，或用GDI+技術繪制自定義控件，并通過編程實現自定義控件的特有屬性。開發的控件類型涵蓋了 Al (Analog Input)、AO (Analog Output)、DI (Digital Input)、DO (Digital Output)和 PID (ProportionIntegration Differentiation)等。組態接口有兩類與 HYSYSActiveX 接口，通過接口實現從HYSYS中讀取模型數據和反饋操作變化；與SQL數據庫接口，通過接口實現從SQL數據庫中讀取和保存操作數據。本發明的后臺計算平臺利用HYSYS動態初始化技術，建立了模型冷態恢復機制，可以使用戶隨時進入原始開車狀態。初始化模型模擬裝置充氮保護的原始狀態，使模型能夠用于開車測試。在模型初始化后，各邊界物流的壓力、溫度、組成等變量均可根據實際情況進行設置；模型中的其它物流的壓力、溫度、組成為初始化狀態；模型中的各手閥和控制閥門為關閉狀態；各開關為關狀態；模型中的各控制儀表為手動狀態；默認聯鎖處于旁路狀態。
本發明根據仿真培訓的需要，建立了故障和快門。故障工況包括停電、停水、上游工段緊急停車、泵跳車、變送器零點漂移、閥心卡不動作、變送器失靈、儀表風丟失、傳送帶耦合件失靈、連鎖報警故障、閥信號缺失、泵轉速控制失靈、閥的泄漏等?？扉T基于題庫需要設定，系統中默認的快門為冷態工況和滿負荷工況，其它作為題庫考核的快門根據考核點設定。本發明根據考核需要，建立了評分體系。評分體系由評分表組成。在進行考核后通過對操作狀態進行保存，教員站通過調用相應的評分表對保存狀態進行評分，實現對操作員操作技能的評價。本發明根據實際應用需要，建立了包括教員站、學員站和服務器一體的分布式結構。模型服務器主要為教員站和學員站提供模型支持，并可直接操作后臺模型，接受教員站控制存儲快門。教員站主要作用是控制動態仿真模型，教員通過教員站保存快門、加載快門、停止和運行模型、設定并激發故障和教員變量、發送試卷、對學員操作、評分、隨時監測操作員實際操作和模型運行狀態等。學員站通過接收教員站發放的操作內容，對指定的模型進行操作，并接受教員站對其操作的控制和評分。各計算機是通過局域網連接起來的，也 可以單獨作為模擬系統使用。本發明可根據實際應用需要，基于Web技術建立了遠程登錄模式。模型服務器為遠程登錄提供模型支持和界面服務。用戶通過教員管理員設定的登錄信息即可遠程訪問服務器，方便了用戶在不能到學員站操作情況下的隨時、隨地操作。本發明具有以下功能I.用HYSYS建立動態模型虛擬工廠模型，作為動態仿真系統的后臺計算平臺。通過HYSYS ActiveX接口與自主開發的仿DCS圖形用戶界面實現數據交互，前臺仿DCS圖形用戶界面完全按照真實裝置的DCS進行開發，使普通的用戶不用直接去了解和操作HYSYS模型。2.用SQL建立物流物性歷史數據庫將HYSYS計算出來的數據按照一定的時間間隔存入數據庫以利于用戶查詢和讀取。3.建立直觀的實時物流物性數據變化趨勢圖，方便用戶分析操作變化后對整個裝
置產生的影響。4.建立用戶操作運行數據庫，將不同用戶的運行數據存放管理，可供教員站對不同的用戶進行指導。5.設置實時模型運行保存機制。模型數據保存為快門文件，在用戶操作時根據需要加載快門文件。用戶可隨時保存快門文件，系統每15分鐘自動保存快門一次。6.開發前臺組態軟件，使界面、菜單和功能按鈕仿照真實DCS。組態控件的開發基于VB. net技術，實現了仿DCS需要的各種自定義控件。組態接口開發針對HYSYS動態模型和SQL數據庫，實現了數據交互。7.建立模型冷態恢復機制，可以使用戶隨時進入原始開車狀態。8.設定故障和快門，利用快門設定題庫?？扉T基于題庫需要設定，系統中默認的快門為冷態工況和滿負荷工況。9.設定評分體系，制作評分表，使教員可以對操作進行考核。10.通過局域網建立了仿真培訓系統的分布式結構，將教員站、學員站和服務器不僅能單獨使用，還能根據需要有機結合起來操作。11.通過廣域網建立了遠程登錄模式，方便了學員隨時、隨地進行操作。本發明對合成氨裝置和甲醇精餾裝置的設計、培訓和生產都具有如下輔助功能a.輔助設計驗證新的合成氨裝置或甲醇精餾裝置設計方案開、停車過程，輔助開停車手冊的編制。驗證新的合成氨裝置或甲醇精餾裝置工藝方案的在受到擾動和生產負荷改變后的變化情況，探討相應的操作，探索工藝中潛在的問題。驗證新的合成氨裝置或甲醇精餾裝置自控方案和工藝方案是否協調，自控方案能否實現對生產裝置的有效控制，PID參數設置是否合適，邏輯聯鎖設計是否達到預期要求， 控制響應是否正確。在決定對生產和自動控制方案進行技術改造時，可以預先將技術改造方案應用于合成氨裝置或甲醇精餾裝置的動態仿真系統，可觀測到技術改造方案的施行效果，驗證方案的可行性。b.輔助培訓正常生產的合成氨裝置或甲醇精餾裝置決不允許操作工人隨意開、停和制造事故，所以學員動手機會少。如采用合成氨裝置或甲醇精餾裝置的仿真培訓系統，則可以有效避免以上情況，既有效提高了操作工人的操作水平，又同時保障了安全生產和人身安全，減少事故損失和非正常停產的損失。應用仿真培訓系統可以使學員深入了解合成氨和甲醇生產的工藝原理和操作知識，提高學員實際生產過程中的開停車操作和故障處理能力；通過建模時設置的故障，使學員了解實際生產過程中的故障現象；使工藝技術人員掌握復雜控制系統的投用和調整；提高工藝人員對動態運行狀況的分析和決策能力。在組態軟件帶有評分功能的情況下，可以通過對評分點的設置實現對學員操作的評價，可以用于業務考核和技能比武等。c.輔助生產在合成氨和甲醇工業生產中，任何一種技術上的改造都必須經過嚴格論證，否則會造成嚴重的損失。目前仿真技術輔助生產可應用于生產優化可行性試驗、裝置開停車方案論證、復雜控制方案的論證等。采用仿真系統離線對合成氨和甲醇精餾的生產控制方案進行修改驗證并優化，避免了直接在生產裝置上試驗的危險性和經濟損失。大型合成氨裝置或甲醇精餾裝置開停車過程復雜，尤其對于新建的裝置。高度自動化的生產裝置具有聯鎖功能，操作稍有不當導致觸發聯鎖，就會引起緊急停車，對操作人員的要求很高。開車人員必須嚴格遵循開車方案并理解裝置的聯鎖邏輯，才有把握實施開車。全流程仿真培訓系統包含DCS和ESD系統，冷態開車時能夠完全提供開車環境，因此在仿真系統上進行培訓格外重要。此外，新的合成氨裝置或甲醇精餾裝置的開車方案必須在裝置尚未試車之前提交，所以這種方案沒有在真實裝置上試驗的可能性。即使有建成的裝置存在，一般也不允許反復進行開、停車試驗。運用仿真培訓系統的嚴格動態模型，可以凍結工況進行分析，因而特別適合于深入分析開車過程中各種非正?，F象，是一種理想的開車方案論證手段。在新建立的合成氨裝置或甲醇精餾裝置中，由于用戶對新裝置的動態特性了解不足，尚未積累豐富的經驗，所以不會立即投用復雜控制。仿真系統建模時嚴格依據設計資料，對復雜的控制系統進行全面細致的核對，用戶經仿真試驗有把握之后可逐步轉入現場實施。另外利用仿真系統可以對自動控制的參數進行核定。


圖I為本發明的結構示意圖。圖2為本發明實施例的氨合成動態模擬系統原始界面圖。圖3為本發明實施例的甲醇精餾動態模擬系統加載后臺模型圖。圖4為本發明實施例的氨合成操作界面示意圖。圖5為本發明實施例的甲醇精餾操作界面示意圖。圖6為本發明實施例的歷史趨勢圖。圖7為本發明實施例的聯鎖邏輯示意圖。圖8為本發明實施例的現場開關模擬示意圖。圖9為本發明實施例的實時操作點示意圖。圖10為本發明實施例的控件示意圖。圖11為本發明實施例的系統功能按鈕示意圖。圖12為本發明實施例的故障設置和故障狀態示意圖。圖13為本發明實施例的評分畫面示意圖。圖14為本發明實施例的軟件安裝向導示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
來進一步描述本發明。參見圖1，圖中給出的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，包含有用HYSYS建立動態模型虛擬工廠模型并作為動態仿真系統的后臺計算平臺500和具有仿DCS圖形用戶界面軟件的若干個模擬操作終端，后臺計算平臺500具有一HYSYS ActiveX接口與若干個模擬操作終端聯接實現數據互換。后臺計算平臺500內具有一采用SQL建立HYSYS物流物性歷史數據庫。若干個模擬操作終端包括兩個教員站300和三個學員站100，兩個教員站300和三個學員站100通過局域網400與后臺計算平臺500聯接。與局域網400連接的打印機200打印出結果。后臺計算平臺500在軟件正確安裝后，兩個教員站300和三個學員站100的桌面和菜單中將出現軟件圖標，雙擊桌面圖標或單擊菜單圖標，即可進入軟件界面。原始默認加載模型為冷態模型CONFI⑶REl?？晒┻x擇的其它模型有CONFI⑶RE2，是滿負荷運行至穩定的狀態。原始默認運算倍速為I倍，報警為開狀態。在圖2所示的操作界面中輸入帳號和密碼，點擊確定開始加載模型。通過進度條可以得到加載模型的進度，在加載完畢后，會出現對話框提示“模型已完成加載！ ”，確定后即自動跳轉頁面至操作頁面，如圖3所示精餾軟件的操作頁面“精餾I”畫面。
如帳號密碼輸入錯誤，將出現對話框提示錯誤。點擊取消即將帳號和密碼兩欄中的輸入內容清空。根據教員站300規定的操作計劃以及個人需要進行軟件的正常使用操作。參見圖4至圖13，本發明通過利用后臺計算平臺的HYSYS ActiveX控件接口實時獲取來自HYSYS模擬軟件內各種物性數據，例如溫度、壓力、流量、組成等。同時將獲取到的數據按照一定的時間間隔傳輸到模擬操作終端內的仿DCS界面，實時地將數據呈現給用戶。同時將用戶通過模擬操作終端輸入的數據通過仿DCS系統反饋給HYSYS模擬軟件系統完成人機交互功能。本發明可以通過編寫物流屬性控件獲取溫度、壓力、流量、組成等數據；編寫設備控件獲取設備參數；編寫控制器控件獲取和設置控制器的輸入與輸出；編寫邏輯控件獲取設置各種狀態和開關、按鈕等。本發明的建立HYSYS物流物性歷史數據庫能按照一定時間間隔從HYSYS模擬軟件中獲得數據，并按時間順序將仿DCS系統中所有的數據都存儲在數據庫中，以方便用戶回 閱數據。在數據庫開發的基礎上增加了虛擬裝置操作變量變化趨勢，可以方便用戶及時觀察到某個干擾變量將會給整個虛擬裝置帶來什么樣的影響。本發明的模擬操作終端能夠顯示實時變量變化趨勢圖，根據內存中的數據反映短時間內數據的變化情況和趨勢，方便用戶直觀分析操作變化后對整個裝置產生的影響及變化。本發明的后臺計算平臺中設置有用戶數據庫，不同的用戶由管理員分配帳號。用戶操作數據將獨立地保存在相應的帳號對應的數據庫中，以方便用戶繼續操作、回看歷史操作情況和管理個人操作信息，并可供教員站用戶進行指導。本發明的后臺計算平臺中設置有實時模型的運行和保存機制。用戶操作時可根據需要，暫?；蛑貑⒛Ｐ偷倪\行。用戶操作時可以在有保存需要的地方將模型保存為快門，同時系統在每15分鐘將自動保存快門。用戶通過快門可以在模型運行故障、死機、斷電等意外情況以及個人需要時，能夠及時的保存操作數據，方便之后繼續操作。本發明模擬操作終端的仿DCS圖形用戶界面軟件基于VB. net技術獨立開發了組態軟件。開發內容主要為界面開發、控件開發和接口開發。組態界面的操作仿照真實DCS繪制，方便真實DCS用戶的操作和培訓，可以使有生產操作經驗的操作工能如臨其境迅速地進入操作狀態接受考核，同時可以使沒有生產經驗的操作工能夠經過培訓能夠無差別的走上生產崗位。界面開發除操作畫面外，還包括菜單和功能按鈕等，涵蓋了頁面跳轉、上下翻頁、運行、暫停、模型運行速度設定、報警設定、保存快門、刪除快門、加載快門、評分、時間顯示等常用操作。組態控件布置在操作畫面上。組態控件的開發基于VB. net技術，開發方式采用平臺中的常用控件組合開發為新的Windows窗體控件，或用GDI+技術繪制自定義控件，并通過編程實現自定義控件的特有屬性。開發的控件類型涵蓋了 Al (Analog Input)、AO (Analog Output)、 DI (Digital Input)、 DO (Digital Output)和 PID (ProportionIntegration Differentiation)等。組態接口有兩類與 HYSYS ActiveX 接口，通過接口實現從HYSYS中讀取模型數據和反饋操作變化；與SQL數據庫接口，通過接口實現從SQL數據庫中讀取和保存操作數據。本發明的后臺計算平臺利用HYSYS動態初始化技術，建立了模型冷態恢復機制，可以使用戶隨時進入原始開車狀態。初始化模型模擬裝置充氮保護的原始狀態，使模型能夠用于開車測試。在模型初始化后，各邊界物流的壓力、溫度、組成等變量均可根據實際情況進行設置；模型中的其它物流的壓力、溫度、組成為初始化狀態；模型中的各手閥和控制閥門為關閉狀態；各開關為關狀態；模型中的各控制儀表為手動狀態；默認聯鎖處于旁路狀態。本發明根據仿真培訓的需要，建立了故障和快門。故障工況包括停電、停水、上游工段緊急停車、泵跳車、變送器零點漂移、閥心卡不動作、變送器失靈、儀表風丟失、傳送帶耦合件失靈、連鎖報警故障、閥信號缺失、泵轉速控制失靈、閥的泄漏等?？扉T基于題庫需要設定，系統中默認的快門為冷態工況和滿負荷工況，其它作為題庫考核的快門根據考核點設定。本發明根據考核需要，建立了評分體系。評分體系由評分表組成。在進行考核后通過對操作狀態進行保存，教員站通過調用相應的評分表對保存狀態進行評分，實現對操作員操作技能的評價。本發明根據實際應用需要，建立了包括教員站、學員站和服務器一體的分布式結 構。模型服務器主要為教員站和學員站提供模型支持，并可直接操作后臺模型，接受教員站控制存儲快門。教員站主要作用是控制動態仿真模型，教員通過教員站保存快門、加載快門、停止和運行模型、設定并激發故障和教員變量、發送試卷、對學員操作、評分、隨時監測操作員實際操作和模型運行狀態等。學員站通過接收教員站發放的操作內容，對指定的模型進行操作，并接受教員站對其操作的控制和評分。各計算機是通過局域網連接起來的，也可以單獨作為模擬系統使用。本發明可根據實際應用需要，基于Web技術建立了遠程登錄模式。模型服務器為遠程登錄提供模型支持和界面服務。用戶通過教員管理員設定的登錄信息即可遠程訪問服務器，方便了用戶在不能到學員站操作情況下的隨時、隨地操作。
權利要求
1.合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，包含有用HYSYS建立動態模型虛擬工廠模型并作為動態仿真系統的后臺計算平臺和具有仿DCS圖形用戶界面軟件的若干個模擬操作終端，所述后臺計算平臺具有一 HYSYS ActiveX接口與所述若干個模擬操作終端聯接實現數據互換；所述若干個模擬操作終端通過局域網與后臺計算平臺聯接。
2.如權利要求I所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述后臺計算平臺內具有一采用SQL建立HYSYS物流物性歷史數據庫。
3.如權利要求I或2所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述的若干個模擬操作終端包括至少一個教員站和至少一個學院站，所述教員站和學員站通過局域網與后臺計算平臺聯接。
4.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述后臺計算平臺的HYSYS ActiveX接口實時獲取來自HYSYS模擬軟件內各種物性數據，同時將獲取到的數據按照一定的時間間隔傳輸到模擬操作終端內的仿DCS界面，實時地將數據呈現給用戶。同時將用戶通過模擬操作終端輸入的數據通過仿DCS系統反饋給HYSYS模擬軟件系統完成人機交互功能。
5.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述采用SQL建立HYSYS物流物性歷史數據庫是指通過編寫物流屬性控件獲取溫度、壓力、流量、組成數據；編寫設備控件獲取設備參數；編寫控制器控件獲取和設置控制器的輸入與輸出；編寫邏輯控件獲取設置各種狀態和開關、按鈕工作狀態。
6.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述采用SQL建立HYSYS物流物性歷史數據庫能按照一定時間間隔從HYSYS模擬軟件中獲得數據，并按時間順序將仿DCS系統中所有的數據都存儲在數據庫中，以方便用戶回閱數據。
7.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述模擬操作終端能夠顯示實時變量變化趨勢圖，根據內存中的數據反映短時間內數據的變化情況和趨勢，方便用戶直觀分析操作變化后對整個裝置產生的影響及變化。
8.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述后臺計算平臺中設置有用戶數據庫，不同的用戶由管理員分配帳號；用戶操作數據將獨立地保存在相應的帳號對應的數據庫中，以方便用戶繼續操作、回看歷史操作情況和管理個人操作信息，并可供教員站用戶進行指導。
9.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述后臺計算平臺中設置有實時模型的運行和保存機制；用戶操作時可根據需要，暫停或重啟模型的運行；用戶操作時可以在有保存需要的地方將模型保存為快門，同時系統在每15分鐘將自動保存快門；用戶通過快門可以在模型運行故障、死機、斷電等意外情況以及個人需要時，能夠及時的保存操作數據，方便之后繼續操作。
10.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述模擬操作終端的仿DCS圖形用戶界面軟件基于VB. net技術建立的組態控件。
11.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述模擬操作終端的仿DCS圖形用戶界面軟件還包括菜單和功能按鈕等，涵蓋了頁面跳轉、上下翻頁、運行、暫停、模型運行速度設定、報警設定、保存快門、刪除快門、力口載快門、評分、時間顯示常用操作；其中組態控件布置在操作畫面上。
12.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述后臺計算平臺還具有一與SQL數據庫接口，通過接口實現從SQL數據庫中讀取和保存操作數據。
13.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述組態控件為Windows窗體控件或用GDI+技術繪制自定義控件，并通過編程實現自定義控件特有屬性的自定義軟件。
14.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述后臺計算平臺利用HYSYS動態初始化技術，建立了模型冷態恢復機制，可以使用戶隨時進入原始開車狀態。
15.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述動態仿真系統的初始化模型模擬裝置充氮保護的原始狀態，使所述動態仿真系統能夠用于開車測試；在所述動態仿真系統初始化后，各邊界物流的壓力、溫度、組成變量均可根據實際情況進行設置；動態仿真系統中的其它物流的壓力、溫度、組成為初始化狀態；動態仿真系統中的各手閥和控制閥門為關閉狀態；各開關為關狀態；動態仿真系統中的各控制儀表為手動狀態；默認聯鎖處于旁路狀態。
16.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述動態仿真系統根據仿真培訓的需要，建立了故障工況和快門；所述故障工況包括停電、停水、上游工段緊急停車、泵跳車、變送器零點漂移、閥心卡不動作、變送器失靈、儀表風丟失、傳送帶耦合件失靈、連鎖報警故障、閥信號缺失、泵轉速控制失靈、閥的泄漏；所述快門基于題庫需要設定，系統中默認的快門為冷態工況和滿負荷工況，其它作為題庫考核的快門根據考核點設定。
17.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述動態仿真系統建立了評分體系；所述評分體系由評分表組成；在進行考核后通過對操作狀態進行保存，教員站通過調用相應的評分表對保存狀態進行評分，實現對操作員操作技能的評價。
18.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述后臺計算平臺還包括一模型服務器，所述模型服務器與所述教員站、學員站形成一體的分布式結構；所述模型服務器為教員站和學員站提供模型支持，并可直接操作后臺模型，接受教員站控制存儲快門。
19.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述教員站主要作用是控制動態仿真模型，教員通過教員站保存快門、加載快門、停止和運行模型、設定并激發故障和教員變量、發送試卷、對學員操作、評分、隨時監測操作員實際操作和模型運行狀態。
20.如權利要求3所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述學員站通過接收教員站發放的操作內容，對指定的模型進行操作，并接受教員站對其操作的控制和評分。
21.如權利要求18所述的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，其特征在于，所述模型服務器基于Web技術建立了遠程登錄模式；為遠程登錄提供模型支持和界面服務 ；用戶通過教員管理員設定的登錄信息即可遠程訪問模型服務器，方便了用戶在不能到學員站操作情況下的隨時、隨地操作。
全文摘要
本發明公開的合成氣化工及石油化工生產過程動態模擬仿真培訓系統，包含有用HYSYS建立動態模型虛擬工廠模型并作為動態仿真系統的后臺計算平臺和具有仿DCS圖形用戶界面軟件的若干個模擬操作終端，所述后臺計算平臺具有一HYSYS ActiveX接口與所述若干個模擬操作終端聯接實現數據互換；所述若干個模擬操作終端通過局域網與后臺計算平臺聯接。本發明對合成氨裝置和甲醇精餾裝置的設計、培訓和生產都具有輔助作用。
文檔編號G09B5/08GK102903268SQ20121030297
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月23日 優先權日2012年8月23日
發明者齊俊嶺, 章華勇, 陳晏, 李丹 申請人:上海國際化建工程咨詢公司