煉油化工與自動(dòng)化仿真基地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳解

中國石油大學(xué)（北京）

煉油化工與自動(dòng)化仿真基地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳解信息學(xué)院自動(dòng)化系2011年9月TOC\o"1-5"\h\z1系統(tǒng)簡介 -1-\o"CurrentDocument"2全仿真OTS -1-系統(tǒng)組成 - 1 -系統(tǒng)結(jié)構(gòu) - 2 -3催化裂化裝置半實(shí)物仿真OTS -3-系統(tǒng)組成 - 3 -系統(tǒng)結(jié)構(gòu) - 4 -4煉油化工與自動(dòng)化仿真基地整體構(gòu)建 - 5 -\o"CurrentDocument"房間及場地的布置 - 5 -硬件安裝 - 9 -\o"CurrentDocument"軟件安裝及網(wǎng)絡(luò)配置 - 9 -1系統(tǒng)簡介中國石油大學(xué)煉油化工與自動(dòng)化仿真實(shí)踐教學(xué)基地包括5組仿真系統(tǒng)和1組半實(shí)物仿真系統(tǒng)（霍尼韋爾公司OTS系統(tǒng)）。其中5組仿真OTS包括5個(gè)裝置，分別為：令500萬噸常減壓裝置（CDU）令50萬噸連續(xù)重整裝置（CCR）令200萬噸柴油加氫裝置（DHDS）令180萬噸加氫裂化裝置（HCU）令160萬噸催化裂化裝置（FCCU）半實(shí)物僅有個(gè)裝置，為：令160萬噸催化裂化裝置（FCCU）2全仿真OTS系統(tǒng)組成一套OTS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可以選擇五套裝置中的任意一個(gè)進(jìn)行操作仿真培訓(xùn)。一套OTS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：（1）模型服務(wù)器：模型服務(wù)器用來運(yùn)行OTS培訓(xùn)系統(tǒng)的模型，相當(dāng)于煉油廠的實(shí)際裝置，是OTS系統(tǒng)的核心組件，并可以兼做模型開發(fā)的工程師站。（2）現(xiàn)場站：現(xiàn)場站模擬工廠中的現(xiàn)場，對DCS操作室中不能或者不適合操作的現(xiàn)場儀表及手閥、泵、馬達(dá)、空冷器等進(jìn)行現(xiàn)場操作，并可以進(jìn)行SIS系統(tǒng)（安全儀表系統(tǒng)的模擬）的模擬，且可以對裝置的冷態(tài)開車、熱態(tài)開車、正常運(yùn)行、正常停車、緊急停車等進(jìn)行充分準(zhǔn)確的模擬和培訓(xùn)。（3）教員站：教員站的主要作用是控制仿真程序的運(yùn)行。教員可以在培訓(xùn)過程中調(diào)用顯示畫面，下載模型，監(jiān)視模型狀態(tài)，設(shè)置過程干擾，選定故障及執(zhí)行其它任務(wù)。教員站還能監(jiān)視與學(xué)員有關(guān)的所有過程信息，包括關(guān)鍵的內(nèi)部工藝變量，同時(shí)還可以修改標(biāo)準(zhǔn)顯示畫面、添加有助于提高培訓(xùn)效果的其它細(xì)節(jié)顯示。（4）虛擬DCS控制器：該控制器的作用就是提供虛擬DCS服務(wù)器側(cè)與模型運(yùn)行側(cè)進(jìn)行連接，相當(dāng)于真實(shí)的DCS，是控制策略組態(tài)、硬件組態(tài)與模擬的橋梁。（5）虛擬DCS服務(wù)器：虛擬DCS服務(wù)器進(jìn)行裝置的控制策略組態(tài)，流程圖界面組態(tài)，歷史/實(shí)時(shí)趨勢的組態(tài)，報(bào)警通信的組態(tài)，操作員站、打印機(jī)以及第三方控制器的組態(tài)。(6)DCS操作員站：本項(xiàng)目學(xué)員培訓(xùn)操作站選用真實(shí)的DCS操作站，因此可以實(shí)現(xiàn)DCS操作站的全部功能(主要DCS控制，報(bào)警，PID整定訓(xùn)練)，具體功能主要包括:令對操作人員和維護(hù)人員等進(jìn)行培訓(xùn)，使他們學(xué)會(huì)如何操作新的工藝單元或裝置。令對操作人員和維護(hù)人員等進(jìn)行異常狀態(tài)處理培訓(xùn)。令培訓(xùn)新操作員或替補(bǔ)人員。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2.1全仿真OTS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖其中：實(shí)線代表數(shù)據(jù)傳遞方向；虛線代表命令執(zhí)行傳遞方向；圖1.2.2全仿真OTS信號(hào)流圖3催化裂化裝置半實(shí)物仿真OTS系統(tǒng)組成催化裂化裝置半實(shí)物仿真OTS包括一套模擬半實(shí)物催化裂化裝置，一套DCS控制系統(tǒng)（霍尼韋爾公司PKS系統(tǒng)/C300控制器），一套針對半實(shí)物催化裂化裝置定制開發(fā)的催化裂化裝置OTS操作培訓(xùn)系統(tǒng)（與1.2節(jié)的全仿真OTS相同），一套提供催化裂化全仿真OTS與真實(shí)DCS控制系統(tǒng)相互通信的通信組件。具體如下：（1）模擬半實(shí)物催化裂化裝置：某真實(shí)煉油廠催化裂化裝置進(jìn)行8~10：1比例縮小建設(shè)。煉油廠該裝置的處理能力為160萬噸，裝置主要包括反應(yīng)再生，分餾系統(tǒng)，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)三個(gè)主要部分，并能對反應(yīng)再生機(jī)分餾系統(tǒng)的主要過程數(shù)據(jù)及控制回路進(jìn)行顯示。（2）DCS控制系統(tǒng)：選用定貨時(shí)世界上最先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)，即hollywell公司的EPKS過程知識(shí)系統(tǒng)，控制器為最新的C300控制器，軟件版本為EPKSR311.2，能進(jìn)行針對催化裂化半實(shí)物裝置的相關(guān)組態(tài)，包括控制策略組態(tài)、流程圖組態(tài)等，該控制系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)為FTE網(wǎng)（冗余以太網(wǎng)）。（2）針對半實(shí)物催化裂化裝置定制開發(fā)的OTS：與1.2節(jié)的全仿真OTS相同，不再重復(fù)介紹。（3）催化裂化全仿真OTS與真實(shí)DCS控制系統(tǒng)的通信組件：該通信組件能將催化裂化全仿真OTS中模型運(yùn)行及DCS操作所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)送給現(xiàn)場進(jìn)行顯示，并且同時(shí)也可以將現(xiàn)場手動(dòng)閥打到手動(dòng)位置時(shí)的閥位信號(hào)送到OTS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)和真實(shí)現(xiàn)場的通信。DCS控制器與仿真服務(wù)器（OTS-com1）通過OPC實(shí)現(xiàn)通訊?！艾F(xiàn)場手操閥位”和“PID回路控制模式”從DCS送入仿真服務(wù)器，各過程值和閥位值從仿真服務(wù)器送到DCS，并通過I/O接口送到現(xiàn)場顯示。當(dāng)現(xiàn)場手操切換開關(guān)為“現(xiàn)場手操”時(shí)（開關(guān)閉合），DCS將相應(yīng)PID回路控制模式置為“手動(dòng)”，并將“現(xiàn)場手操閥位”作為PID的輸出（OP）。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)催化裂化裝置半實(shí)物仿真OTS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與信號(hào)流程分別如圖1.3.1和1.3.2所示。圖1.3.1催化裂化裝置半實(shí)物仿真OTS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖1.3.2催化裂化裝置半實(shí)物仿真OTS信號(hào)流圖4煉油化工與自動(dòng)化仿真基地整體構(gòu)建房間及場地的布置根據(jù)煉油基地的建設(shè)要求并兼顧目前實(shí)驗(yàn)場地的實(shí)際情況，并考慮到工廠實(shí)際的前提下，石油大學(xué)項(xiàng)目組成員完成了煉油化工與自動(dòng)化仿真實(shí)踐教學(xué)基地各個(gè)房間的布置，具體為：研修大廈117房間：DCS控制器，I/O卡件，虛擬DCS控制器室研修大廈118房間：模型服務(wù)器，現(xiàn)場站，教員站，模型開發(fā)室研修大廈119房間：虛擬pks服務(wù)器，催化裂化裝置工藝操作室

研修大廈112房間：工藝操作室工藝操作室到研修大廈正南門空間：現(xiàn)場半實(shí)物催化裂化裝置(1)研修大廈117房間：仿真控制器柜中為DCS控制器，放置在研修117室共有7臺(tái)，其中最下方一臺(tái)為半實(shí)物系統(tǒng)中的真實(shí)PKS服務(wù)器，其他為仿真DCS。具體實(shí)現(xiàn)由PKS系統(tǒng)或EPKS系統(tǒng)下裝的控制算法，對由數(shù)據(jù)庫和模型服務(wù)器中傳出的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算控制。圖1.4.1仿真控制器柜真實(shí)DCS控制器C300和I/O卡件也放置在研修117室，為半實(shí)物仿真系統(tǒng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)的半實(shí)物部分對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和命令執(zhí)行功能。圖1.4.2真實(shí)DCS控制器C300/C系列I/O卡件(2)研修大廈118房間：Uinsim模型服務(wù)器和OTS教員站/現(xiàn)場操作站被安裝在一個(gè)

服務(wù)器內(nèi)，放置在研修118室共有6臺(tái)，其中第六套為半實(shí)物仿真系統(tǒng)服務(wù)，其他為仿真系統(tǒng)服務(wù)。其作用為通過Uinsim建立化工過程模型和OTS系統(tǒng)中的教員站/現(xiàn)場操作站對已建立的模型進(jìn)行數(shù)據(jù)修改和流程監(jiān)控以達(dá)到對操作員的培訓(xùn)等目的。圖1.4.3OTS教員站/現(xiàn)場操作站/模型服務(wù)器（3）研修大廈119房間：虛擬EPKS服務(wù)器被安裝在一個(gè)服務(wù)器內(nèi)，放置在研修119室共有6臺(tái)，其中第六臺(tái)為半實(shí)物仿真系統(tǒng)服務(wù)。EPKS開發(fā)環(huán)境為下裝DCS建立了平臺(tái)，虛擬DCS服務(wù)器則作為全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，提供數(shù)據(jù)交換和指令傳遞，并且在仿真和半實(shí)物數(shù)據(jù)庫之間的OPC通信。圖1.4.4虛擬EPKS服務(wù)器催化裂化裝置操作員站也放置在研修119室中，共有3臺(tái)操作員站。其功能與全仿真OTS的操作員站類似，不同的在于其連接的半實(shí)物部分的數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控和報(bào)警對象為現(xiàn)場設(shè)備。

圖4.1.5催化裂化裝置半實(shí)物仿真OTS操作員站（4）研修大廈112房間：操作員站被放置在研修112室共有15臺(tái)，分別對應(yīng)仿真系統(tǒng)中的5套化工過程，每3臺(tái)一組。其主要功能為為操作員提供操作平臺(tái)對仿真模型流程進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警等，以達(dá)到操作員培訓(xùn)目的。圖1.4.6操作員站（5）工藝操作室到研修大廈正南門空間：該組設(shè)備為大港煉油廠催化裂化裝置8比1的縮小真實(shí)模型。圖4.1.7催化裂化裝置半實(shí)物OTS現(xiàn)場裝置硬件安裝（1）41臺(tái)計(jì)算機(jī)：117房間7臺(tái)，1臺(tái)為真實(shí)DCS服務(wù)器，其他6臺(tái)為虛擬DCS服務(wù)器，型號(hào)都為Dell的R710服務(wù)器。118房間10臺(tái)：6臺(tái)T710服務(wù)器，4臺(tái)DELLT3500型號(hào)電腦。119房間9臺(tái)：6臺(tái)T710服務(wù)器，3臺(tái)DELLT3500型號(hào)雙屏電腦。112房間15臺(tái)：15臺(tái)DellT3500型號(hào)雙屏電腦。（2）DCS控制器及I/O卡件以及現(xiàn)場端子排安裝：包括機(jī)柜的安裝及上電測試。軟件安裝及網(wǎng)