化工实训仿真系统的开发与应用.doc

1、化工实训仿真系统的开发与应用摘 要化工生产装置的工艺流程较为复杂，操作繁琐，企业对技术工人的技能水平要求很高，用实际生产装置培训操作人员受到很多限制，新型化工实训仿真系统可以提高员工在本系统的生产装置区进行阀门、设备的实际操作，可以使仿真控制与实操有机的结合起来，大大提高了员工的职业技能，达到最佳的培训效果及目的。 关键词化工实训；仿真系统；应用 中图分类号：N945.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0384-01 现阶段仿真培训系统得到了很大的发展，仿真培训系统简而言之就是用计算机模拟 DCS 控制环境，用其中运行的实时动态数学模型取代真实的生产装置，在这

2、样的仿真环境下进行操作技能训练。但是这种仿真系统存在一定的缺陷，电脑上看到的模型和现场的实物存在较大的差异，实训过程缺少“实物感” ，并不能完全代替实物实训。而且很多现场的阀门、设备的实际操作训练得不到锻炼，特别是一些化工厂也不会让不懂技术人员随意的介入化工生产车间进行相应的训练。由于仿真操作不能完全代替实操，搭建仿真与实操有机结合的化工实训平台是目前的发展趋势。 1.化工实训仿真系统的组成 此系统分三个部分：生产装置区、过程监控操作室和过程仿真系统。在生产装置区，以大型现代化真实的化工厂生产流程为蓝本、进行合理的剪裁、尺寸按照一定的比例进行缩小的生产装置，该装置安装有检测仪表、现场显示仪表、

3、执行机构、辅助执行机构（为了演示真实流程中物料发生物理变化或是化学反应引起设备液位变化的辅助阀门） 、手动阀门等。过程仿真系统包括仿真系统服务器、仿真系统 IO 机柜，过程监控操作室包括-DCS 控制站、工程师站、操作员站和打印机等设备。过程仿真系统是一个以高性能计算机为基础、具有仿真化工过程设备性能、过程反应工程特性的系统。仿真控制系统有自己的输入信号，这些信号通常是代表进入某个设备的物料量，如蒸汽量、压缩空气量等。这些量进入仿真系统后，系统则根据实际工艺过程的设备能力和机械原理，确定工艺状态量和进入系统的物料流量方程；或是根据该设备内部的化学反应过程机理，确定其关于工艺状态量的反应动力学方

4、程；根据物料守恒和能量守恒原理，将引起该特征值变化的众多因素组合并构成数学模型；通过检测相关因数的状态值，经数学模型计算，得出当前特征值的数值和状态，如温度、压力数据等等。由于输入的量是个随时间变化的物理量，因而，仿真系统的输出量也是一个动态的变化量。现场操作阀门的开度变化和机泵的开停按钮是仿真系统系统输出变化的动因，设备的物理尺寸、化学反应的动力学规律（数学模型）是输出变化的基础。2.化工实训仿真系统的数据流 在整套仿真系统中，生产装置区的检测手动阀门开度的传感器将开度信号送入仿真系统，仿真系统通过计算输出虚拟的仪表变量值同时输出给过程监控操作室的 DCS 控制系统和现场的显示仪表， DCS

5、 控制系统通过对比设定仪表值将变化量输出给生产装置区的执行机构，完成变量控制；或接受人工操作输出指令给生产设备装置区的执行机构。并且，DCS 控制系统输出给执行机构的变量同时传输给仿真系统，使仿真系统通过计算输出新的虚拟仪表值给过程监控操作室的 DCS 控制系统。生产装置区的物料发生物理变化或是化学反应引起的设备液位的变化可以通过仿真系统的计算后，输出变化量给现场的辅助执行机构，辅助完成液位变化的仿真过程。 3.化工实训仿真系统的特点 （1）数字高真仿真：本系统以工厂真实装置为背景，采用开放性的工艺参数设计和先进的仿真软件平台。工艺参数达到高真仿真，实现工厂运行数据的真实再现，体现工厂现场的真

6、实状态。 （2）工厂化对象背景：以某个化工生产装置的主物料工艺流程为基础，可整体或分车间或分单元运行。对装置现场的不同类型的设备各设计一定量的可解剖设备，可以让培训人员认识、掌握设备内部结构。为了认知需求，设备、仪表等选用考虑多元化，装置中适量的采用真实的工厂用仪表、阀门，使员工认识各种显示仪表、检测仪表，并且学会使用调节器并感知其重要性。本系统可允许员工对仪表、阀门等进行仿真随意性调节。机泵类装置可以模型机的形式代替，员工可以在实训现场开启模型机，通过模型机的运转演示，可以学习到机泵类装置的工作原理。 （3）情景化真实操作：本系统是以 DCS 系统控制和现场操作相结合的形式，使得操作控制实现

7、工厂情景，并能满足进行正常运行操作、开停车、断电事故处理等工厂中的全部操作，还能自行设计，试验不同的开、停车方案，极限运行状态等。可对生产系统温度、压力、流量、液位进行检测、显示以及控制，根据各个测量点的变化，帮助思考、分析，更好地透过现象看本质。本系统还可实现自控系统、报警系统、趋势图、带控制点的工艺流程图、仪表界面等操作。 （4）开放性故障点设置：全部参数均可作为故障点，模拟工厂实际生产中出现的各种故障。通过教师站对学员站的操作设置事故，根据已有知识进行利判断，采用必要措施进行解决，以培养认识故障现象，分析故障原因，完成故障处理，提高判断意识、锻炼和提高排除故障的能力。 （5）安全性高、成

8、本低：本系统部分设备中可以走替代物料（水或是空气） ，增强现场实物感，避免一线生产过程中处处存在的安全隐患。由于此系统并不走真实物料，所以现场的设备不需要全部制造内部结构，远程测量仪表，如变送器可以采用外壳及内部接线端子模拟真实仪表。可根据制造成本或教学要求，采取部分机泵真实运转。不需要真实运转的机泵，可以通过在机泵的基座边缘安装模拟机泵开启的声音扬声器，或是在现场开关盒内安装机泵启停指示灯，模拟机泵的启停状态。 4.化工实训仿真系统的培训范围 （1）化工工艺技能培训：本系统可以让学生理解工艺流程，学习各个设备的工作原理、发生的化学反应，物料以及能量的变化。 （2）化工操作（系统操作员）技能培

9、训：学生可以在本系统上进行装置的开停车操作、单元装置的正常操作及异常现象的分析、整套装置的正常操作及异常现象的分析、典型事故的案例分析和生产控制的优化管理。 （3）化工机械技能培训：通过对本系统的学习，可以让学生认识传质设备的作用与主要结构形式、传热设备的作用与主要结构形式、机泵类装置的工作原理与主要结构形式。 5.结语 系统使仿真控制与实操有机的结合起来，不仅降低了教学成本，还能以其广泛的适用性、开放性等特点，丰富教学形式，优化教学效果，为企业培养了优秀的技术工人，作为一种新型的化工实训仿真系统，具有广泛的应用前景。 参考文献 1 郭剑花，郭琦.以能力为本位化工自动化仿真系统应用初探J.内蒙古石油化工.2007（11） 2 吴赛苏.化工仿真实训教学在应用技术人才培养中的开展与作用J.广东化工.2008（04）