石油化工过程操作员仿真培训及管理系统的设计与实现

徐刚

摘 要 本文介绍了一种石油化工生产过程操作员仿真培训系统及其管理系统的实现过程和功能。采用机理建模、工控软件组态、网络通信等技术创建系统。在满足仿真培训各项功能和指标的要求同时，缩减了开发周期，提高了通用性和灵活度。

关键词 石油化工;仿真培训;机理建模;工控软件

引言

石油化工行业作为传统高危行业，其生产现场的复杂性、危险性都对安全生产提出更高的要求。除了完善的安全监管体系和稳定优良的生产系统，操作员的一线操作则是整个安全生产的基石。目前，除了课堂理论教学和现场实习之外，仿真培训系统的应用愈发广泛。仿真培训系统功能丰富，使用灵活，为学员的多形式培训提供可能。当前，我国化工仿真技术从单元设备到工段级再到全流程，均有较多的应用和发展[1]。

1 系统整体框架

该文开发的系统由学员端和教师端组成，采用C/S模式。学员机和教师机通过以太网组成局域网进行通讯，完成学员端到教师端的数据通信和教师端到学员端的指令发送[2]。

学员端软件包含DCS仿真软件和数学模型软件。DCS仿真软件提供与实际DCS系统一致的监控画面和操作过程，另外还具有部分仿真进程管理功能。DCS仿真软件通过OPC协议与数学模型软件进行通讯，完成过程数据和操作指令的实时传输。

教师端软件由教师端管理软件和数据库组成，作为网络服务器与学员机进行通讯，实现各类管理操作和过程数据存储[3]。该系统结构如图1所示。

2 生产过程数学模型开发

生产过程数学模型是系统各项仿真功能实现的基础和核心。要求与实际生产工艺过程保持一致的操作流程和过程特性，并且拥有足够的过程参数，以保证仿真培训操作的逼真性和丰富性。

石油化工生产过程是极其复杂的过程，而建立的数学模型需满足生产过程开工、停工、正常操作和事故处理等不同工况的仿真需要。故针对实际情况和需求，该文的建模思路是将整个生产系统依照生产阶段和参数关系划分为多个子系统模块，再采用机理建模和数据修正法建立各子系统模块的集总参数模型，经反复调试满足过程特性和仿真需求后再按照贯序法连接构成整个生产装置的数学模型[4]，最后进行整体系统调试修正直到达到各仿真指标。该文建立了柴油加氢精制联合装置、常减压装置和硫黃回收联合装置的数学模型。

3 仿真培训及管理功能

3.1 学员端仿真培训功能

学员端系统功能由DCS仿真软件和数学模型软件配合完成。数学模型软件采用机理建模法建立多套生产装置的数学模型，另外还具有模型运行及进度管理功能，如装置模型选择、运行进度保存、进度恢复、工况选择等。

该文借助通用工控软件开发了DCS仿真软件，巧妙地利用了工控软件在监控画面绘制、数据点创建等方面的优势[4]，完成了DCS操作的各项功能，包括监控画面创建、画面索引、数据点实时显示、控制面板、关联动画、实时数据趋势曲线等。

3.2 操作考核评价功能

该系统对操作卡各项内容给予评分，并给予百分制总分，其中操作卡各项评分又细分为步骤分和质量分。评分点的选择遵循全面性、无主观性、可评测性等原则[5]。步骤分是对操作先后顺序的评分，是对操作过程熟练度的考核。质量分是操作过程中各工艺参数控制情况的得分，取决于实际参数值与操作规定值之间的偏差程度。在允许范围内，越接近规定值，得分越高。质量分是对操作过程精准度的考核。

3.3 教师端管理功能

教师端计算机与学员端计算机组成一个局域网，教师端管理软件通过TCP通讯与各学员端仿真培训软件进行通讯，负责主要的管理功能。教师端管理功能主要包括实时监控和数据管理[6]。实时监控可以在学员进行练习和考试中进行实时监控，能够实时获取学员姓名、考试名称、培训装置及项目、操作卡及得分、培训进度等信息，能够完成设置考试、设置项目及故障、设置学员权限等操作。数据管理实现了学员账号管理、学员成绩查询管理、学员培训记录管理及分析、学员仿真进度存储等功能。

4 结束语

该文介绍了一种操作员仿真培训及管理系统的实现过程和功能，并成功开发了三套生产装置的仿真培训软件及其管理软件，包括常减压联合装置、硫黄回收联合装置和柴油加氢精制装置。整套仿真系统与实际生产装置及其DCS监控系统保持了高度的一致性，提供了丰富的仿真培训及管理功能，为操作员熟悉操作流程和提高操作能力提供了巨大的帮助。通过实际应用，证实了该套仿真培训及管理系统的作用，为新装置的成功开工提供了保障。

参考文献

[1] 马玉龙，林雪梅，王芝红.仿真软件培训在石化企业中的应用[J].石油教育，2015，（4）：46-47.

[2] 程梦杰. 催化重整装置仿真培训系统开发[D].青岛：青岛科技大学，2016.

[3] 罗超.仿真系统在石油化工领域中的应用[J].化工管理，2015， （14）：56.

[4] 王宇红，黄德先，高东杰，等.利用工控软件开发DCS仿真系统的新思路[J].计算机工程与应用，2003，（24）：5-7.

[5] 毛新宇.面向化工仿真培训的智能评分系统设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2016.

[6] 刘晓亭，孙晓岩，夏力，等.原油常减压蒸馏装置仿真培训系统设计[J].计算机仿真，2016，33（12）：244-248.

作者简介

徐刚（1984-），男，河北保定人;毕业院校：河北科技大学，工程师，现就职单位：华北石化公司，研究方向：石油化工测量与控制仪表方向。