CN102024348B - 均苯四甲酸二酐生产装置模拟实操培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工教学设备技术领域，涉及用于实训教学的均苯四甲酸二酐生产装置模拟实操培训系统。以均四甲苯催化氧化生产均苯四甲酸二酐生产工艺为原型，包括模拟冷态开车、正常停车和常见事故处理操作模块；系统还配备有评价系统和教师指令站管理系统模块；模块功能通过对计算机上表观的仿真流程图画面进行操作来实现的。本发明“纯软件版”是安装在计算机电脑上不与现场设备通讯的纯仿真系统，学员可在计算机上独立完成冷态开车、正常停车及事故处理的训练操作。而“硬件版”是通过OPC接口技术与DCS系统相连，实现中控室与现场进行数据通讯。本发明便于学员掌握单元操作技能，了解真实生产情况。同时可以方便的组织日常培训以及考核。

Description

均苯四甲酸二酐生产装置模拟实操培训系统

技术领域：本发明属于化工教学设备技术领域，具体涉及一种用于实训教学的均苯四甲酸二酐生产装置仿真操作培训系统。

背景技术：均苯四甲酸二酐(简称均酐)，英文缩写PMDA。

由于均酐具有特殊的结构，分子中具有四个羧基，并且都是对称的，可发生酯化、酰氯化、氢化、酰胺化、酰亚胺化、腈化等化学反应，用它能制成许多具有优越的耐热性、电绝缘性和耐化学药品性的产品。应用极广泛，是重要的化工原料。

工业生产方法为均四甲苯气固相催化氧化法，该法以均四甲苯和空气中的氧为原料在催化剂的作用下生成均苯四甲酸二酐，是利用空气中的氧作为有机氧化反应中原料之一的一个例子，而达到此目的则又必需借助催化剂为唯一手段。

均四甲苯气固相催化氧化是制取含氧化合物的典型实例，由于主副反应均为强放热反应，尤其完全氧化反应在热力学上有很强的竞争性，高温必然导致完全氧化反应的进行，其结果放出更多的热量，使催化剂床层温度难以控制，甚至产生“飞温”现象，烧坏催化剂。

均酐的生产控制有常规仪表(基本为早期的小装置)和计算机控制(DCS)二种，采用DCS控制的为方便员工培训基本都有与装置相对应仿真培训软件，早期北京东方与南京化工职业技术学院联合开发过均苯四甲酸二酐仿真培训操作软件，其他生产公司未见有对应的仿真培训软件。但老版软件只涉及到冷态开车工况，无正常听车及事故处理，且现场图画面未采用立体图三维画面，与真实现场设备差距太大；且只是在计算机上模拟操作，不与现场进行通讯。

发明内容：本发明的目的是提出一种针对均苯四甲酸二酐生产装置的应用于对学员的教学和培训仿真操作培训系统。

本发明仿真操作培训系统是以实际生产中的均苯四甲酸二酐生产工艺为原型，以均酐工艺生产的开车、停车及事故处理为主体内容，由氧化工段和水解工段两个组成，共分为均四、氧化及熔盐、空气、冷却捕集、水洗、水解六个操作岗位。

本发明的主要功能：

1.模拟、仿真均酐工艺流程中控室DCS界面及具体操作过程。

2.仿真、再现均酐工艺流程现场操作过程。

3.增加均酐生产工艺过程各种事故处理仿真。

4.均酐工艺仿真将全流程划分成两个工段，其中氧化工段又分为五个岗位，每个岗位既能独立操作，又能联合操作。

5.具有抽点、加速、减速、状态保存等功能，可以满足不同学员不同情况的要求。

6.仿真系统中具有相关知识点文件。丰富教学、培训内容。

7、仿真系统分为纯“纯软件版”和“硬件版”。“软件版”仅在计算机上模拟操作，不与现场设备通讯，学员在计算机上就可完成各工况的训练；而“硬件版”是应用DCS系统和软件实现软件与现场自动化设备通讯的仿真软件，学员分为内操、外操，在中控室和生产现场协同完成生产的各种工况的操作。

本发明的主要技术方案是：“纯软件版”：以均四甲苯催化氧化生产均苯四甲酸二酐生产工艺为原型，只安装在操作站的计算机上不与现场设备通讯的纯仿真软件，借助于操作站计算机的计算能力，用数学模型替代实际的化工生产装置，实时仿真实际化工生产工艺过程，在该平台上学员可在计算机上独立完成冷态开车、正常停车及事故处理的训练操作；包括模拟冷态开车、正常停车和常见事故处理操作模块；为了方便培训管理，仿真操作培训系统还配备有评价系统和教师指令站管理系统模块，有了这两个系统，用户可以很方便的组织日常培训以及考核；上述模块功能是通过对计算机电脑上表观的仿真流程图画面进行操作来实现的，流程图包括DCS图和现场图。

本系统在计算机电脑上表观的仿真流程图画面有DCS图和现场图两种。现场图是把在现场操作的设备虚拟在一张流程图上，在现场图中只可以操作手动阀门，而不能操作自控阀门；仿真DCS画面，需要到现场进行手动操作的阀门特别以标注，其DCS图画面和工厂DCS控制室中的实际操作画面一致，在DCS图中显示所有工艺参数，包括温度、压力、流量和液位，同时在DCS图中只能操作自控阀门，而不能操作手动阀门。

本发明的均苯四甲酸二酐生产装置仿真操作培训系统采用两种DCS风格，包括“通用DCS风格、DeltaV-NEW风格”。通用DCS风格是仿国内大多数DCS厂商界面，DeltaV-NEW风格是仿EMERSON的DeltaV过程控制系统界面，可根据用户需要选择所要运行DCS类型。

“硬件版”以均四甲苯催化氧化生产均苯四甲酸二酐生产装置为控制对象，系统除了完全具备上述“软件版”的技术内容外，即一方面是借助于操作站计算机的计算能力，用数学模型替代实际的化工生产装置，实时仿真实际化工生产工艺过程；另一方面，针对仿真工艺装置，现场采用仿真仪表和真实仪表相结合的方式，自动控制系统采用现代企业实际应用的真实的典型DCS产品-DELTAV系统，在该平台上通过OPC接口技术与DCS系统相连，实现数据的传输；第三方面，还借助于现场电子操作阀及仿真检测仪表，实现在无实际物料的模拟工艺装置上进行仿真阀门的操作与现场仿真检测仪表的参数检测，学员可在操作站的计算机上和生产现场进行无实际物料的仿真工艺装置的冷态开车、正常停车及事故处理的训练操作；可以帮助企业职工、大专院校的学生实现操作工培训，或者工艺研究和控制方案验证等工作的培训。该平台的培训过程中，学员分为内操、外操，在中控室操作站和生产现场协同完成生产的各种工况的操作。

一般地，本发明系统主要包括以下仿真操作培训模块：氧化工段和水解工段，分为均四、氧化及熔盐、空气、冷却捕集、水洗、水解六个操作岗位，内容主要涉及到各个工段及岗位的开车、停车、常见事故。

本发明仿真培训操作系统根据国家职业标准-化工总控工，对学员的单元操作能做出了具体的要求，便于学员掌握单元操作技能，了解真实生产情况。同时为了方便培训管理，仿真培训系统配备有评价系统和教师指令站管理系统，有了这两个系统，用户可以很方便的组织日常培训以及考核。

本发明的主要用途：

1.满足化工总控工初级、中级、高级等不同级别操作人员的培训。

2.满足化工工艺类、自动控制类相关专业的认识实习、生产实习、顶岗实习的教学环节实训。

3.六个典型单元的设置满足不同岗位的培训要求，可解决容纳培训学员容量问题。

4.教师站、学生站组成的局域网可进行化工专业的技能考核及鉴定。

5.事故处理培训项目，增强学员对事故的辨识能力并进行适当处理将危险降低到最低，也是仿真培训的更高要求。

具体实施方式：下面结合实施例对本发明加以详细描述。

实施例1

本实施例以“纯软件版”为例，是以整个均酐生产工艺来进行仿真操作培训的，分为氧化和水解两个工段，氧化工段是从原料均四熔化到尾气的吸收，氧化工段工分为五个岗位：均四岗位、空气岗位、氧化及熔盐岗位、冷却捕集岗位、水洗岗位；水解工段包括水解和结晶。

上述各个岗位的仿真操作培训，是通过对计算机电脑上表观的仿真流程图画面进行模拟操作来实现的，主要包括DCS图和现场图两种。现场图是把在现场操作的设备虚拟在一张流程图上，在现场图中只可以操作手动阀门，而不能操作自控阀门；其DCS图画面和工厂DCS控制室中的实际操作画面一致，在DCS图中显示所有工艺参数，包括温度、压力、流量和液位，同时在DCS图中只能操作自控阀门，而不能操作手动阀门。

本实施例均苯四甲酸二酐生产装置仿真操作培训系统采用通用的DCS风格。

本实施例仿真操作培训系统涉及相关软件的运行环境如下：

1.教师指令站硬件配置要求：

处理器：英特尔

酷睿^TM2四核处理器Q6600(CORE 2QUAD 2.2G 8M缓存)

内存：2GB

硬盘：250GB SATA

2.学员机硬件配置要求：

处理器：英特尔

酷睿^TM2双核处理器E8200(CORE 2DUO 2.2G 6M缓存)

内存：1GB

硬盘：160GB SATA

3.教师指令站软件配置要求

操作系统：正版WINDOWS XP专业版

应用软件：Excel97/2000/2003

Windows Media Player 9和Real play 8

FLASH 7播放插件

IE6.0浏览器以上

工艺仿真教师站软件

数据库：SQL Server

4.其他：

学员机硬件配置要求

操作系统：正版WINDOWS XP专业版

应用软件：Office 97/2000/2003

Windows Media Player 9和Real play 8

FLASH 7播放插件

IE6.0浏览器以上

工艺仿真学生站软件

本实施例均酐仿真操作培训系统的技术特点：

1.逼真的操作界面

2.采用三维模拟制作技术绘制设备、构筑物装置图，较强的界面流程逼真感。

3.各种生产工艺参数和工艺曲线的在线观测

4.可以清晰观测关键数据的变化曲线如：流量、压力、温度、某种产物百分含量。

5.在线、时实的技能鉴定和评分系统

6.根据用户不同的需求，能客观的对学员的操作进行打分。操作熟练的、事故处理得当的分数就高。

7.仿真系统嵌入多媒体课件，方便教师教学、演示，利于学员知识点掌握。

8.现场设备操作伴随有相关flash动画演示，增加现场操作感。

实施例2：

本实施例以“硬件版”为例，是以整个均酐生产工艺来进行模拟生产操作培训的，分为氧化和水解两个工段，氧化工段是从原料均四熔化到尾气的吸收，氧化工段工分为五个岗位：均四岗位、空气岗位、氧化及熔盐岗位、冷却捕集岗位、水洗岗位；水解工段包括水解和结晶。

上述各个岗位的模拟生产操作培训，通过OPC接口技术与DCS系统相连，实现中控室与现场进行数据通讯。在真实生产现场操作手动阀门和各种动设备的开启与停止，而不能操作自控阀门；在中控室操作自动控制阀门，在中控室计算机DCS控制界面上显示所有阀门的开启状态以及各参数的具体数值。

教师指令站及学员机配置要求同上。

本实施例均酐仿真操作培训系统的技术特点：

1.真实的DCS操作系统与OPC服务器相连实现数据通讯。

2.手动开关阀及可调阀以及各种动设备的开启与停止，只能在生产现场操作，并通过数据传输至中控室操作界面上。

3.中控室界面上可观测到现场仪表阀门的状态。

4.各种生产工艺参数和工艺曲线的在线观测。

5.可以清晰观测关键数据的变化曲线如：流量、压力、温度、某种产物百分含量。

6.部分参数(如温度、压力、液位)可在现场仪表上显示观测。

7.在线、时实的技能鉴定和评分系统。

8.根据用户不同的需求，能客观的对学员的操作进行打分。

9.教师可在现场调整各阀门的开、关以及开度等，开放性的设置各种事故，训练学员事故判断能力以及处理事故的能力。

Claims (1)

1.一种均苯四甲酸二酐生产装置模拟实操培训系统，其特征是以均四甲苯催化氧化生产均苯四甲酸二酐生产工艺为原型，包括模拟冷态开车、正常停车和常见事故处理操作模块；为了方便培训管理，模拟实操培训系统还配备有评价系统和教师指令站管理系统模块；上述模块功能是通过对计算机电脑上表观的仿真流程图画面进行操作来实现的，流程图包括DCS图和现场图；所述的模拟实操培训系统，是以整个均酐生产工艺来进行模拟生产操作培训的，分为氧化和水解两个工段，氧化工段是从原料均四熔化到尾气的吸收，氧化工段工分为五个岗位：均四岗位、空气岗位、氧化及熔盐岗位、冷却捕集岗位、水洗岗位；水解工段包括水解和结晶；上述各个岗位的模拟生产操作培训，通过OPC接口技术与DCS系统相连，实现中控室与现场进行数据通讯；在真实生产现场操作手动阀门和各种动设备的开启与停止，而不能操作自控阀门；在中控室操作自动控制阀门，在中控室计算机DCS控制界面上显示所有阀门的开启状态以及各参数的具体数值。