CN102903268A - 合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，包含有用HYSYS建立动态模型虚拟工厂模型并作为动态仿真系统的后台计算平台和具有仿DCS图形用户界面软件的若干个模拟操作终端，所述后台计算平台具有一HYSYS ActiveX接口与所述若干个模拟操作终端联接实现数据互换；所述若干个模拟操作终端通过局域网与后台计算平台联接。本发明对合成氨装置和甲醇精馏装置的设计、培训和生产都具有辅助作用。

Description

合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统

技术领域

本发明涉及一种集石油化工生产过程动态模拟、仿真系统开发于一体的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，该系统能够针对化工、氮肥及石油化工生产过程，尤其是用于含冷冻回路的合成氨装置和甲醇精馏装置的开停车指导、操作技能培训考核，也可用作新建或改造合成氨装置和甲醇精馏装置的测试模型，对装置性能进行预测。

背景技术

过程模拟(Process Simulation)是过程系统工程的重要内容和基础，它以过程流程水平信息为输入，用计算机辅助进行能量和物料衡算、设备尺寸计算、成本核算、经济评价等对工艺流程开发、设计和操作有用的分析。过程模拟包括稳态模拟(Steady State Simulation)和动态模拟(Dynamic Simulation)。稳态模拟经过近五十年的发展已趋成熟，二十世纪80年代已成为工艺设计及过程分析的常规手段。但是对于过程动态模拟而言，虽然早对个别设备的动态特性有所研究，直到七十年代才发展起来，比稳态模拟晚3年左右。过程动态模拟主要由下列实际应用需求刺激而发展：

1.了解过程装置经受动态负荷变化的能力、可操作性分析和安全分析；分析开、停车及外部干扰作用下的动态行为，为控制系统的设计或改进提供依据。

2.用过程动态模型代替实际装置对操作做出动态响应，开发用于培训目的的过程仿真培训系统。

3.精细化工、医药、生物化工等行业生产高附加值、小批量化学品和生物化学品间歇加工技术的发展，要求用动态模拟分析各种构型、各种操作模式进行昀优设计、昀优控制、昀优调度计划、昀优操作。

4.新型节能流程的开发，使其集成度越来越高，过程控制更加复杂，要求用动态模拟技术对种种设计方案进行筛选评价等。过程动态模拟已是过程设计和操作中各个阶段的有用工具。经过近三十年的发展，过程动态模拟已取得了不少进展，并将已趋发展成熟。

事实上，所有化工生产装置的运行均处于一种动态的过程中。即，稳态是相对的，而动态是绝对的。因此，要客观准确描述实际过程，立足于物料及能量平衡的稳态模拟不论从设计上、培训上，还是生产运行上，许多方面均无法满足要求，必须借助于动态模拟。

过程的动态特性主要有以下因素引起：

1.计划内的变更，如原料变化，负荷调整，设备定期切换等；

2.事务本身的不稳定性，如同一批原料性质上的差异和波动，冷却水温度随季节的变化，随生产时间的增加而引起催化剂活性的降低，设备的结垢等；

3.意外事故，设备故障、人为的误操作等；

4.装置的开停车等。

目前，比较成熟和用户人群较多的且具有动态模拟功能软件有AspenTech公司的Aspen dynamic和Aspen HYSYS两款商业模拟软件，它们均是基于严格的机理模型，因而它们可以较准确地作为通用模拟软件去模拟各种化工过程、进行先进控制系统设计、模拟开停车过程，进行事故状态分析研究等。但是这些软件对使用者要求比较高，需要使用者必须会使用这些软件按照这些软件定义的规则进行使用。对于一般使用者来说很难达到这种要求，为此这也限制了动态技术的发展与推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有动态模拟所存在的问题而提供一种仿DCS模型，可以将HYSYS动态模拟软件按照一般操作者对化工装置的操作习惯提供给化工操作用户使用的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统。通过使用本发明化工操作人员可以像操作真实装置一样操作虚拟装置使用动态模拟技术，为他们日常培训，装置故障排除和节能减排提供技术上的支持。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，包含有用HYSYS建立动态模型虚拟工厂模型并作为动态仿真系统的后台计算平台和具有仿DCS图形用户界面软件的若干个模拟操作终端，所述后台计算平台具有一HYSYS ActiveX接口与所述若干个模拟操作终端联接实现数据互换；所述若干个模拟操作终端通过局域网与后台计算平台联接。

所述后台计算平台内具有一采用SQL建立HYSYS物流物性历史数据库。

本发明所述的若干个模拟操作终端包括至少一个教员站和至少一个学院站，所述教员站和学员站通过局域网与后台计算平台联接。

在本发明的一个优选实施例中，所述后台计算平台的HYSYS ActiveX接口实时获取来自HYSYS模拟软件内各种物性数据，同时将获取到的数据按照一定的时间间隔传输到模拟操作终端内的仿DCS界面，实时地将数据呈现给用户。同时将用户通过模拟操作终端输入的数据通过仿DCS系统反馈给HYSYS模拟软件系统完成人机交互功能。

在本发明一个优选实施例中，所述采用SQL建立HYSYS物流物性历史数据库是指：通过编写物流属性控件获取温度、压力、流量、组成数据；编写设备控件获取设备参数；编写控制器控件获取和设置控制器的输入与输出；编写逻辑控件获取设置各种状态和开关、按钮工作状态。

在本发明一个优选实施例中，所述采用SQL建立HYSYS物流物性历史数据库能按照一定时间间隔从HYSYS模拟软件中获得数据，并按时间顺序将仿DCS系统中所有的数据都存储在数据库中，以方便用户回阅数据。

在本发明一个优选实施例中，所述模拟操作终端能够显示实时变量变化趋势图，根据内存中的数据反映短时间内数据的变化情况和趋势，方便用户直观分析操作变化后对整个装置产生的影响及变化。

在本发明一个优选实施例中，所述后台计算平台中设置有用户数据库，不同的用户由管理员分配帐号；用户操作数据将独立地保存在相应的帐号对应的数据库中，以方便用户继续操作、回看历史操作情况和管理个人操作信息，并可供教员站用户进行指导。

在本发明一个优选实施例中，所述后台计算平台中设置有实时模型的运行和保存机制；用户操作时可根据需要，暂停或重启模型的运行；用户操作时可以在有保存需要的地方将模型保存为快门，同时系统在每15分钟将自动保存快门；用户通过快门可以在模型运行故障、死机、断电等意外情况以及个人需要时，能够及时的保存操作数据，方便之后继续操作。

在本发明的一个优选实施例中，所述模拟操作终端的仿DCS图形用户界面软件基于VB.net技术建立的组态控件。

所述模拟操作终端的仿DCS图形用户界面软件还包括菜单和功能按钮等，涵盖了页面跳转、上下翻页、运行、暂停、模型运行速度设定、报警设定、保存快门、删除快门、加载快门、评分、时间显示常用操作；其中组态控件布置在操作画面上。

在本发明的一个优选实施例中，所述后台计算平台还具有一与SQL数据库接口，通过接口实现从SQL数据库中读取和保存操作数据。

在本发明的一个优选实施例中，所述组态控件为Windows窗体控件或用GDI+技术绘制自定义控件，并通过编程实现自定义控件特有属性的自定义软件。

在本发明的一个优选实施例中，所述后台计算平台利用HYSYS动态初始化技术，建立了模型冷态恢复机制，可以使用户随时进入原始开车状态。

在本发明的一个优选实施例中，所述动态仿真系统的初始化模型模拟装置充氮保护的原始状态，使所述动态仿真系统能够用于开车测试；在所述动态仿真系统初始化后，各边界物流的压力、温度、组成变量均可根据实际情况进行设置；动态仿真系统中的其它物流的压力、温度、组成为初始化状态；动态仿真系统中的各手阀和控制阀门为关闭状态；各开关为关状态；动态仿真系统中的各控制仪表为手动状态；默认联锁处于旁路状态。

在本发明的一个优选实施例中，所述动态仿真系统根据仿真培训的需要，建立了故障工况和快门；所述故障工况包括停电、停水、上游工段紧急停车、泵跳车、变送器零点漂移、阀心卡不动作、变送器失灵、仪表风丢失、传送带耦合件失灵、连锁报警故障、阀信号缺失、泵转速控制失灵、阀的泄漏；所述快门基于题库需要设定，系统中默认的快门为冷态工况和满负荷工况，其它作为题库考核的快门根据考核点设定。

在本发明的一个优选实施例中，所述动态仿真系统建立了评分体系；所述评分体系由评分表组成；在进行考核后通过对操作状态进行保存，教员站通过调用相应的评分表对保存状态进行评分，实现对操作员操作技能的评价。

在本发明的一个优选实施例中，所述后台计算平台还包括一模型服务器，所述模型服务器与所述教员站、学员站形成一体的分布式结构；所述模型服务器为教员站和学员站提供模型支持，并可直接操作后台模型，接受教员站控制存储快门。

在本发明的一个优选实施例中，所述教员站主要作用是控制动态仿真模型，教员通过教员站保存快门、加载快门、停止和运行模型、设定并激发故障和教员变量、发送试卷、对学员操作、评分、随时监测操作员实际操作和模型运行状态。

在本发明的一个优选实施例中，所述学员站通过接收教员站发放的操作内容，对指定的模型进行操作，并接受教员站对其操作的控制和评分。

在本发明的一个优选实施例中，所述模型服务器基于Web技术建立了远程登录模式；为远程登录提供模型支持和界面服务；用户通过教员管理员设定的登录信息即可远程访问模型服务器，方便了用户在不能到学员站操作情况下的随时、随地操作。

由于采用了如上的技术方案，本发明通过利用后台计算平台的HYSYSActiveX控件接口实时获取来自HYSYS模拟软件内各种物性数据，例如：温度、压力、流量、组成等。同时将获取到的数据按照一定的时间间隔传输到模拟操作终端内的仿DCS界面，实时地将数据呈现给用户。同时将用户通过模拟操作终端输入的数据通过仿DCS系统反馈给HYSYS模拟软件系统完成人机交互功能。本发明可以通过编写物流属性控件获取温度、压力、流量、组成等数据；编写设备控件获取设备参数；编写控制器控件获取和设置控制器的输入与输出；编写逻辑控件获取设置各种状态和开关、按钮等。

本发明的建立HYSYS物流物性历史数据库能按照一定时间间隔从HYSYS模拟软件中获得数据，并按时间顺序将仿DCS系统中所有的数据都存储在数据库中，以方便用户回阅数据。在数据库开发的基础上增加了虚拟装置操作变量变化趋势，可以方便用户及时观察到某个干扰变量将会给整个虚拟装置带来什么样的影响。

本发明的模拟操作终端能够显示实时变量变化趋势图，根据内存中的数据反映短时间内数据的变化情况和趋势，方便用户直观分析操作变化后对整个装置产生的影响及变化。

本发明的后台计算平台中设置有用户数据库，不同的用户由管理员分配帐号。用户操作数据将独立地保存在相应的帐号对应的数据库中，以方便用户继续操作、回看历史操作情况和管理个人操作信息，并可供教员站用户进行指导。

本发明的后台计算平台中设置有实时模型的运行和保存机制。用户操作时可根据需要，暂停或重启模型的运行。用户操作时可以在有保存需要的地方将模型保存为快门，同时系统在每15分钟将自动保存快门。用户通过快门可以在模型运行故障、死机、断电等意外情况以及个人需要时，能够及时的保存操作数据，方便之后继续操作。

本发明模拟操作终端的仿DCS图形用户界面软件基于VB.net技术独立开发了组态软件。开发内容主要为界面开发、控件开发和接口开发。组态界面的操作仿照真实DCS绘制，方便真实DCS用户的操作和培训，可以使有生产操作经验的操作工能如临其境迅速地进入操作状态接受考核，同时可以使没有生产经验的操作工能够经过培训能够无差别的走上生产岗位。界面开发除操作画面外，还包括菜单和功能按钮等，涵盖了页面跳转、上下翻页、运行、暂停、模型运行速度设定、报警设定、保存快门、删除快门、加载快门、评分、时间显示等常用操作。组态控件布置在操作画面上。组态控件的开发基于VB.net技术，开发方式采用平台中的常用控件组合开发为新的Windows窗体控件，或用GDI+技术绘制自定义控件，并通过编程实现自定义控件的特有属性。开发的控件类型涵盖了Al（AnalogInput）、AO（Analog Output）、DI（Digital Input）、DO（Digital Output）和PID（Proportion Integration Differentiation）等。组态接口有两类：与HYSYSActiveX接口，通过接口实现从HYSYS中读取模型数据和反馈操作变化；与SQL数据库接口，通过接口实现从SQL数据库中读取和保存操作数据。

本发明的后台计算平台利用HYSYS动态初始化技术，建立了模型冷态恢复机制，可以使用户随时进入原始开车状态。初始化模型模拟装置充氮保护的原始状态，使模型能够用于开车测试。在模型初始化后，各边界物流的压力、温度、组成等变量均可根据实际情况进行设置；模型中的其它物流的压力、温度、组成为初始化状态；模型中的各手阀和控制阀门为关闭状态；各开关为关状态；模型中的各控制仪表为手动状态；默认联锁处于旁路状态。

本发明根据仿真培训的需要，建立了故障和快门。故障工况包括停电、停水、上游工段紧急停车、泵跳车、变送器零点漂移、阀心卡不动作、变送器失灵、仪表风丢失、传送带耦合件失灵、连锁报警故障、阀信号缺失、泵转速控制失灵、阀的泄漏等。快门基于题库需要设定，系统中默认的快门为冷态工况和满负荷工况，其它作为题库考核的快门根据考核点设定。

本发明根据考核需要，建立了评分体系。评分体系由评分表组成。在进行考核后通过对操作状态进行保存，教员站通过调用相应的评分表对保存状态进行评分，实现对操作员操作技能的评价。

本发明根据实际应用需要，建立了包括教员站、学员站和服务器一体的分布式结构。模型服务器主要为教员站和学员站提供模型支持，并可直接操作后台模型，接受教员站控制存储快门。教员站主要作用是控制动态仿真模型，教员通过教员站保存快门、加载快门、停止和运行模型、设定并激发故障和教员变量、发送试卷、对学员操作、评分、随时监测操作员实际操作和模型运行状态等。学员站通过接收教员站发放的操作内容，对指定的模型进行操作，并接受教员站对其操作的控制和评分。各计算机是通过局域网连接起来的，也可以单独作为模拟系统使用。

本发明可根据实际应用需要，基于Web技术建立了远程登录模式。模型服务器为远程登录提供模型支持和界面服务。用户通过教员管理员设定的登录信息即可远程访问服务器，方便了用户在不能到学员站操作情况下的随时、随地操作。

本发明具有以下功能：

1.用HYSYS建立动态模型虚拟工厂模型，作为动态仿真系统的后台计算平台。通过HYSYS ActiveX接口与自主开发的仿DCS图形用户界面实现数据交互，前台仿DCS图形用户界面完全按照真实装置的DCS进行开发，使普通的用户不用直接去了解和操作HYSYS模型。

2.用SQL建立物流物性历史数据库将HYSYS计算出来的数据按照一定的时间间隔存入数据库以利于用户查询和读取。

3.建立直观的实时物流物性数据变化趋势图，方便用户分析操作变化后对整个装置产生的影响。

4.建立用户操作运行数据库，将不同用户的运行数据存放管理，可供教员站对不同的用户进行指导。

5.设置实时模型运行保存机制。模型数据保存为快门文件，在用户操作时根据需要加载快门文件。用户可随时保存快门文件，系统每15分钟自动保存快门一次。

6.开发前台组态软件，使界面、菜单和功能按钮仿照真实DCS。组态控件的开发基于VB.net技术，实现了仿DCS需要的各种自定义控件。组态接口开发针对HYSYS动态模型和SQL数据库，实现了数据交互。

7.建立模型冷态恢复机制，可以使用户随时进入原始开车状态。

8.设定故障和快门，利用快门设定题库。快门基于题库需要设定，系统中默认的快门为冷态工况和满负荷工况。

9.设定评分体系，制作评分表，使教员可以对操作进行考核。

10.通过局域网建立了仿真培训系统的分布式结构，将教员站、学员站和服务器不仅能单独使用，还能根据需要有机结合起来操作。

11.通过广域网建立了远程登录模式，方便了学员随时、随地进行操作。

本发明对合成氨装置和甲醇精馏装置的设计、培训和生产都具有如下辅助功能：

a.辅助设计

验证新的合成氨装置或甲醇精馏装置设计方案开、停车过程，辅助开停车手册的编制。

验证新的合成氨装置或甲醇精馏装置工艺方案的在受到扰动和生产负荷改变后的变化情况，探讨相应的操作，探索工艺中潜在的问题。

验证新的合成氨装置或甲醇精馏装置自控方案和工艺方案是否协调，自控方案能否实现对生产装置的有效控制，PID参数设置是否合适，逻辑联锁设计是否达到预期要求，控制响应是否正确。

在决定对生产和自动控制方案进行技术改造时，可以预先将技术改造方案应用于合成氨装置或甲醇精馏装置的动态仿真系统，可观测到技术改造方案的施行效果，验证方案的可行性。

b.辅助培训

正常生产的合成氨装置或甲醇精馏装置决不允许操作工人随意开、停和制造事故，所以学员动手机会少。如采用合成氨装置或甲醇精馏装置的仿真培训系统，则可以有效避免以上情况，既有效提高了操作工人的操作水平，又同时保障了安全生产和人身安全，减少事故损失和非正常停产的损失。

应用仿真培训系统可以使学员深入了解合成氨和甲醇生产的工艺原理和操作知识，提高学员实际生产过程中的开停车操作和故障处理能力；通过建模时设置的故障，使学员了解实际生产过程中的故障现象；使工艺技术人员掌握复杂控制系统的投用和调整；提高工艺人员对动态运行状况的分析和决策能力。

在组态软件带有评分功能的情况下，可以通过对评分点的设置实现对学员操作的评价，可以用于业务考核和技能比武等。

c．辅助生产

在合成氨和甲醇工业生产中，任何一种技术上的改造都必须经过严格论证，否则会造成严重的损失。目前仿真技术辅助生产可应用于生产优化可行性试验、装置开停车方案论证、复杂控制方案的论证等。

采用仿真系统离线对合成氨和甲醇精馏的生产控制方案进行修改验证并优化，避免了直接在生产装置上试验的危险性和经济损失。

大型合成氨装置或甲醇精馏装置开停车过程复杂，尤其对于新建的装置。高度自动化的生产装置具有联锁功能，操作稍有不当导致触发联锁，就会引起紧急停车，对操作人员的要求很高。开车人员必须严格遵循开车方案并理解装置的联锁逻辑，才有把握实施开车。全流程仿真培训系统包含DCS和ESD系统，冷态开车时能够完全提供开车环境，因此在仿真系统上进行培训格外重要。

此外，新的合成氨装置或甲醇精馏装置的开车方案必须在装置尚未试车之前提交，所以这种方案没有在真实装置上试验的可能性。即使有建成的装置存在，一般也不允许反复进行开、停车试验。运用仿真培训系统的严格动态模型，可以冻结工况进行分析，因而特别适合于深入分析开车过程中各种非正常现象，是一种理想的开车方案论证手段。

在新建立的合成氨装置或甲醇精馏装置中，由于用户对新装置的动态特性了解不足，尚未积累丰富的经验，所以不会立即投用复杂控制。仿真系统建模时严格依据设计资料，对复杂的控制系统进行全面细致的核对，用户经仿真试验有把握之后可逐步转入现场实施。另外利用仿真系统可以对自动控制的参数进行核定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明实施例的氨合成动态模拟系统原始界面图。

图3为本发明实施例的甲醇精馏动态模拟系统加载后台模型图。

图4为本发明实施例的氨合成操作界面示意图。

图5为本发明实施例的甲醇精馏操作界面示意图。

图6为本发明实施例的历史趋势图。

图7为本发明实施例的联锁逻辑示意图。

图8为本发明实施例的现场开关模拟示意图。

图9为本发明实施例的实时操作点示意图。

图10为本发明实施例的控件示意图。

图11为本发明实施例的系统功能按钮示意图。

图12为本发明实施例的故障设置和故障状态示意图。

图13为本发明实施例的评分画面示意图。

图14为本发明实施例的软件安装向导示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本发明。

参见图1，图中给出的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，包含有用HYSYS建立动态模型虚拟工厂模型并作为动态仿真系统的后台计算平台500和具有仿DCS图形用户界面软件的若干个模拟操作终端，后台计算平台500具有一HYSYS ActiveX接口与若干个模拟操作终端联接实现数据互换。后台计算平台500内具有一采用SQL建立HYSYS物流物性历史数据库。

若干个模拟操作终端包括两个教员站300和三个学员站100，两个教员站300和三个学员站100通过局域网400与后台计算平台500联接。与局域网400连接的打印机200打印出结果。

后台计算平台500在软件正确安装后，两个教员站300和三个学员站100的桌面和菜单中将出现软件图标，双击桌面图标或单击菜单图标，即可进入软件界面。

原始默认加载模型为冷态模型CONFIGURE1。可供选择的其它模型有CONFIGURE2，是满负荷运行至稳定的状态。原始默认运算倍速为1倍，报警为开状态。

在图2所示的操作界面中输入帐号和密码，点击确定开始加载模型。通过进度条可以得到加载模型的进度，在加载完毕后，会出现对话框提示“模型已完成加载！”，确定后即自动跳转页面至操作页面，如图3所示精馏软件的操作页面“精馏I”画面。

如帐号密码输入错误，将出现对话框提示错误。点击取消即将帐号和密码两栏中的输入内容清空。

根据教员站300规定的操作计划以及个人需要进行软件的正常使用操作。

参见图4至图13，本发明通过利用后台计算平台的HYSYS ActiveX控件接口实时获取来自HYSYS模拟软件内各种物性数据，例如：温度、压力、流量、组成等。同时将获取到的数据按照一定的时间间隔传输到模拟操作终端内的仿DCS界面，实时地将数据呈现给用户。同时将用户通过模拟操作终端输入的数据通过仿DCS系统反馈给HYSYS模拟软件系统完成人机交互功能。本发明可以通过编写物流属性控件获取温度、压力、流量、组成等数据；编写设备控件获取设备参数；编写控制器控件获取和设置控制器的输入与输出；编写逻辑控件获取设置各种状态和开关、按钮等。

本发明的建立HYSYS物流物性历史数据库能按照一定时间间隔从HYSYS模拟软件中获得数据，并按时间顺序将仿DCS系统中所有的数据都存储在数据库中，以方便用户回阅数据。在数据库开发的基础上增加了虚拟装置操作变量变化趋势，可以方便用户及时观察到某个干扰变量将会给整个虚拟装置带来什么样的影响。

本发明的模拟操作终端能够显示实时变量变化趋势图，根据内存中的数据反映短时间内数据的变化情况和趋势，方便用户直观分析操作变化后对整个装置产生的影响及变化。

本发明的后台计算平台中设置有用户数据库，不同的用户由管理员分配帐号。用户操作数据将独立地保存在相应的帐号对应的数据库中，以方便用户继续操作、回看历史操作情况和管理个人操作信息，并可供教员站用户进行指导。

本发明的后台计算平台中设置有实时模型的运行和保存机制。用户操作时可根据需要，暂停或重启模型的运行。用户操作时可以在有保存需要的地方将模型保存为快门，同时系统在每15分钟将自动保存快门。用户通过快门可以在模型运行故障、死机、断电等意外情况以及个人需要时，能够及时的保存操作数据，方便之后继续操作。

本发明模拟操作终端的仿DCS图形用户界面软件基于VB.net技术独立开发了组态软件。开发内容主要为界面开发、控件开发和接口开发。组态界面的操作仿照真实DCS绘制，方便真实DCS用户的操作和培训，可以使有生产操作经验的操作工能如临其境迅速地进入操作状态接受考核，同时可以使没有生产经验的操作工能够经过培训能够无差别的走上生产岗位。界面开发除操作画面外，还包括菜单和功能按钮等，涵盖了页面跳转、上下翻页、运行、暂停、模型运行速度设定、报警设定、保存快门、删除快门、加载快门、评分、时间显示等常用操作。组态控件布置在操作画面上。组态控件的开发基于VB.net技术，开发方式采用平台中的常用控件组合开发为新的Windows窗体控件，或用GDI+技术绘制自定义控件，并通过编程实现自定义控件的特有属性。开发的控件类型涵盖了Al（AnalogInput）、AO（Analog Output）、DI（Digital Input）、DO（Digital Output）和PID（Proportion Integration Differentiation）等。组态接口有两类：与HYSYSActiveX接口，通过接口实现从HYSYS中读取模型数据和反馈操作变化；与SQL数据库接口，通过接口实现从SQL数据库中读取和保存操作数据。

本发明的后台计算平台利用HYSYS动态初始化技术，建立了模型冷态恢复机制，可以使用户随时进入原始开车状态。初始化模型模拟装置充氮保护的原始状态，使模型能够用于开车测试。在模型初始化后，各边界物流的压力、温度、组成等变量均可根据实际情况进行设置；模型中的其它物流的压力、温度、组成为初始化状态；模型中的各手阀和控制阀门为关闭状态；各开关为关状态；模型中的各控制仪表为手动状态；默认联锁处于旁路状态。

本发明根据仿真培训的需要，建立了故障和快门。故障工况包括停电、停水、上游工段紧急停车、泵跳车、变送器零点漂移、阀心卡不动作、变送器失灵、仪表风丢失、传送带耦合件失灵、连锁报警故障、阀信号缺失、泵转速控制失灵、阀的泄漏等。快门基于题库需要设定，系统中默认的快门为冷态工况和满负荷工况，其它作为题库考核的快门根据考核点设定。

本发明根据考核需要，建立了评分体系。评分体系由评分表组成。在进行考核后通过对操作状态进行保存，教员站通过调用相应的评分表对保存状态进行评分，实现对操作员操作技能的评价。

本发明根据实际应用需要，建立了包括教员站、学员站和服务器一体的分布式结构。模型服务器主要为教员站和学员站提供模型支持，并可直接操作后台模型，接受教员站控制存储快门。教员站主要作用是控制动态仿真模型，教员通过教员站保存快门、加载快门、停止和运行模型、设定并激发故障和教员变量、发送试卷、对学员操作、评分、随时监测操作员实际操作和模型运行状态等。学员站通过接收教员站发放的操作内容，对指定的模型进行操作，并接受教员站对其操作的控制和评分。各计算机是通过局域网连接起来的，也可以单独作为模拟系统使用。

本发明可根据实际应用需要，基于Web技术建立了远程登录模式。模型服务器为远程登录提供模型支持和界面服务。用户通过教员管理员设定的登录信息即可远程访问服务器，方便了用户在不能到学员站操作情况下的随时、随地操作。

Claims (21)

1.合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，包含有用HYSYS建立动态模型虚拟工厂模型并作为动态仿真系统的后台计算平台和具有仿DCS图形用户界面软件的若干个模拟操作终端，所述后台计算平台具有一HYSYS ActiveX接口与所述若干个模拟操作终端联接实现数据互换；所述若干个模拟操作终端通过局域网与后台计算平台联接。

2.如权利要求1所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述后台计算平台内具有一采用SQL建立HYSYS物流物性历史数据库。

3.如权利要求1或2所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述的若干个模拟操作终端包括至少一个教员站和至少一个学院站，所述教员站和学员站通过局域网与后台计算平台联接。

4.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述后台计算平台的HYSYS ActiveX接口实时获取来自HYSYS模拟软件内各种物性数据，同时将获取到的数据按照一定的时间间隔传输到模拟操作终端内的仿DCS界面，实时地将数据呈现给用户。同时将用户通过模拟操作终端输入的数据通过仿DCS系统反馈给HYSYS模拟软件系统完成人机交互功能。

5.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述采用SQL建立HYSYS物流物性历史数据库是指：通过编写物流属性控件获取温度、压力、流量、组成数据；编写设备控件获取设备参数；编写控制器控件获取和设置控制器的输入与输出；编写逻辑控件获取设置各种状态和开关、按钮工作状态。

6.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述采用SQL建立HYSYS物流物性历史数据库能按照一定时间间隔从HYSYS模拟软件中获得数据，并按时间顺序将仿DCS系统中所有的数据都存储在数据库中，以方便用户回阅数据。

7.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述模拟操作终端能够显示实时变量变化趋势图，根据内存中的数据反映短时间内数据的变化情况和趋势，方便用户直观分析操作变化后对整个装置产生的影响及变化。

8.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述后台计算平台中设置有用户数据库，不同的用户由管理员分配帐号；用户操作数据将独立地保存在相应的帐号对应的数据库中，以方便用户继续操作、回看历史操作情况和管理个人操作信息，并可供教员站用户进行指导。

9.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述后台计算平台中设置有实时模型的运行和保存机制；用户操作时可根据需要，暂停或重启模型的运行；用户操作时可以在有保存需要的地方将模型保存为快门，同时系统在每15分钟将自动保存快门；用户通过快门可以在模型运行故障、死机、断电等意外情况以及个人需要时，能够及时的保存操作数据，方便之后继续操作。

10.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述模拟操作终端的仿DCS图形用户界面软件基于VB.net技术建立的组态控件。

11.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述模拟操作终端的仿DCS图形用户界面软件还包括菜单和功能按钮等，涵盖了页面跳转、上下翻页、运行、暂停、模型运行速度设定、报警设定、保存快门、删除快门、加载快门、评分、时间显示常用操作；其中组态控件布置在操作画面上。

12.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述后台计算平台还具有一与SQL数据库接口，通过接口实现从SQL数据库中读取和保存操作数据。

13.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述组态控件为Windows窗体控件或用GDI+技术绘制自定义控件，并通过编程实现自定义控件特有属性的自定义软件。

14.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述后台计算平台利用HYSYS动态初始化技术，建立了模型冷态恢复机制，可以使用户随时进入原始开车状态。

15.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述动态仿真系统的初始化模型模拟装置充氮保护的原始状态，使所述动态仿真系统能够用于开车测试；在所述动态仿真系统初始化后，各边界物流的压力、温度、组成变量均可根据实际情况进行设置；动态仿真系统中的其它物流的压力、温度、组成为初始化状态；动态仿真系统中的各手阀和控制阀门为关闭状态；各开关为关状态；动态仿真系统中的各控制仪表为手动状态；默认联锁处于旁路状态。

16.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述动态仿真系统根据仿真培训的需要，建立了故障工况和快门；所述故障工况包括停电、停水、上游工段紧急停车、泵跳车、变送器零点漂移、阀心卡不动作、变送器失灵、仪表风丢失、传送带耦合件失灵、连锁报警故障、阀信号缺失、泵转速控制失灵、阀的泄漏；所述快门基于题库需要设定，系统中默认的快门为冷态工况和满负荷工况，其它作为题库考核的快门根据考核点设定。

17.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述动态仿真系统建立了评分体系；所述评分体系由评分表组成；在进行考核后通过对操作状态进行保存，教员站通过调用相应的评分表对保存状态进行评分，实现对操作员操作技能的评价。

18.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述后台计算平台还包括一模型服务器，所述模型服务器与所述教员站、学员站形成一体的分布式结构；所述模型服务器为教员站和学员站提供模型支持，并可直接操作后台模型，接受教员站控制存储快门。

19.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述教员站主要作用是控制动态仿真模型，教员通过教员站保存快门、加载快门、停止和运行模型、设定并激发故障和教员变量、发送试卷、对学员操作、评分、随时监测操作员实际操作和模型运行状态。

20.如权利要求3所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述学员站通过接收教员站发放的操作内容，对指定的模型进行操作，并接受教员站对其操作的控制和评分。

21.如权利要求18所述的合成气化工及石油化工生产过程动态模拟仿真培训系统，其特征在于，所述模型服务器基于Web技术建立了远程登录模式；为远程登录提供模型支持和界面服务；用户通过教员管理员设定的登录信息即可远程访问模型服务器，方便了用户在不能到学员站操作情况下的随时、随地操作。

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