CN105679187A

CN105679187A - 一种工业生产的实物仿真培训考核系统

Info

Publication number: CN105679187A
Application number: CN201610173411.XA
Authority: CN
Inventors: 张增良; 王英; 胡国庆; 李林; 金洪鑫; 吴礼钢; 蔡亮斌; 戴剑迪; 谢立元; 丁志恒
Original assignee: ZHEJING SUPCON SCIENTIFIC INSTRUMENT CO Ltd
Current assignee: ZHEJING SUPCON SCIENTIFIC INSTRUMENT CO Ltd
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-06-15

Abstract

本发明提供了一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，包括：现场操作设备中设有可循环加工的安全替代物料，现场操作设备用于响应外部手动操作和/或控制子系统的控制指令对替代物料执行工业生产操作，并实时检测安全替代物料和设备的状态变化获得现场状态检测信息，和将手动操作数据和现场状态检测信息传输给仿真子系统和评分子系统，控制子系统的控制用于将已发送的控制指令同时传输给仿真子系统，和根据自仿真子系统接收的数据显示信息进行状态显示；仿真子系统用于生成在现场操作设备在不同操作阶段的数据显示信息，并将该数据显示信息发送给控制子系统；评分子系统用于计算不同操作阶段的阶段评分以及最终评分。

Description

一种工业生产的实物仿真培训考核系统

技术领域

本发明涉及培训系统，具体地，涉及一种工业生产的实物仿真培训考核系统。

背景技术

随着汽车使用量的增加，汽车尾气对人类的生存和发展构成了严重威胁，为了改善柴油油品质量，提高空气质量，减少汽车尾气排放的污染物，保护汽车发动机，降低燃油消耗，必须对不合格的柴油进行加氢改质处理。

随着加氢新装置和新技术更新速度不断加快，石油化工企业对技术工人的需求量越来越大，对技能水平的要求越来越高，拥有大量具有良好操作技能的一线生产工人是石油化工企业安全、稳定、长周期、满负荷、优化运行的必要保障，这在一定程度上促进了化工职业技术教育的发展，同时也对化工职业技术教育提出了更高的要求，若再沿用传统的“师傅带徒弟”式的下厂实习的方法，化工职业技术教育将跟不上时代的发展。

近几年化工仿真培训系统得到了很大的发展，有纯计算机模拟的，也有仿真与实操有机结合的。但这两类仿真系统都存在一定的缺陷，一是学生无法观察到操作以后的现场真实状态变化，二是现场动设备没有真实运转，现场情景不够形象，三是对操作的评分不够灵活，无法体现真实操作水平。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种工业生产的实物仿真培训考核系统。

根据本发明提供的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，包括：现场操作设备、控制子系统、仿真子系统、评分子系统；

所述现场操作设备中设有可循环加工的安全替代物料，所述现场操作设备用于：

响应外部手动操作和/或所述控制子系统的控制指令对所述替代物料执行工业生产操作，并感应所述手动操作获得一手动操作数据，和

实时检测所述安全替代物料和所述设备的状态变化获得现场状态检测信息，和

将所述手动操作数据和所述现场状态检测信息传输给所述仿真子系统和评分子系统，

所述控制子系统的控制用于：

响应外部操作向所述现场操作设备发送所述控制指令，和

将已发送的所述控制指令同时传输给所述仿真子系统，和

根据自所述仿真子系统接收的数据显示信息进行状态显示；

所述仿真子系统用于：

根据预设的培训模型、培训时序和所述现场状态检测信息、和/或所述控制指令、和/或所述手动操作数据实时地生成在所述现场操作设备在不同操作阶段的数据显示信息，并将该数据显示信息发送给所述控制子系统；

所述评分子系统用于：

根据预设的考核模型和所述现场状态检测信息、和/或所述控制指令、和/或所述手动操作数据获得不同操作阶段的阶段评分以及最终评分。

作为一种优化方案，所述现场操作设备包括：手动阀门；

所述手动阀门响应外部手动操作调节开度，并将所述手动操作数据传输给所述仿真子系统和评分子系统，所述手动操作数据包括手动阀门开度信息和手动阀门ID。

作为一种优化方案，所述现场操作设备包括：执行机构；

所述执行机构包括气动调节阀、变频泵、电加热管；

所述气动调节阀响应所述控制子系统的控制指令调节气动调节开度，

所述变频泵响应所述控制子系统的控制指令调节泵的流量，

所述电加热管响应所述控制子系统的控制指令调节对所述安全替代物料的加热功率。

作为一种优化方案，所述现场操作设备包括：现场动设备；所述现场动设备包括：工艺气体压缩机和多种泵；

所述工艺气体压缩机和泵都设有手自动切换开关，所述工艺气体压缩机和所述泵根据所述手自动切换开关配置为由手动操作或所述控制子系统控制启停。

作为一种优化方案，所述现场操作设备还包括：检测子系统；

所述检测子系统包括流量检测装置、液位检测装置、压力检测装置、温度检测装置，所述现场状态检测信息包括流量信息、液位信息、压力信息、温度信息。

作为一种优化方案，所述检测子系统包括远传显示的检测仪和/或现场显示的检测仪；

其中，所述远传显示的检测仪包括：压力变送器、和/或温度变送器、和/或液位变送器、和/或流量变送器，

所述现场显示的检测仪包括：现场指针压力表、和/或现场液位计。

作为一种优化方案，所述现场指针压力表设于所述安全替代物料的物料入口，且所述现场指针压力表的表盘数值放大设为实际生产中所对应的数值。

作为一种优化方案，所述操作阶段包括故障处理阶段；在所述故障处理阶段，所述仿真子系统还用于：

主动地向所述控制子系统发送至少一种系统故障显示信息，和/或

被动地根据预设的培训时序、和/或现场状态检测信息、和/或控制指令、和/或手动操作数据的触发而向所述控制子系统发送至少一种故障显示信息。

作为一种优化方案，所述操作阶段依次包括：开车操作阶段、正常操作阶段、故障处理阶段、停车操作阶段；所述评分子系统进一步用于：

在开车操作阶段，根据所述现场状态检测信息、和/或所述控制指令、和/或所述手动操作数据获得包括开车过程中的步骤、顺序在内的第一阶段数据，并根据预设的考核模型对该第一阶段数据进行所述开车操作阶段的评分。

在正常操作阶段，根据所述现场状态检测信息、和/或所述控制指令、和/或所述手动操作数据获得包括操作稳定性数据在内的第二阶段数据，并根据预设的考核模型对该第二阶段数据进行所述正常操作阶段的评分。

在故障处理阶段，根据所述现场状态检测信息、和/或所述控制指令、和/或所述手动操作数据获得包括是否发现故障以及故障处理操作中的步骤、顺序在内的第三阶段数据，并根据预设的考核模型对该第三阶段数据进行所述故障处理阶段的评分。

在停车操作阶段，根据所述现场状态检测信息、和/或所述控制指令、和/或所述手动操作数据获得包括停车步骤、顺序在内的第四阶段数据，并根据预设的考核模型对该第四阶段数据进行所述停车操作阶段的评分。

作为一种优化方案，所述评分子系统还用于在根据所述现场状态检测信息、和/或所述控制指令、和/或所述手动操作数据判断发生系统安全事故时生成一额外计分；

所述最终评分为所述阶段评分之和减去所述额外计分。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明结合现场装置、替代物料、DCS控制系统、数字仿真实现仿真与实操，相结合达到最佳的培训与展示目的。现场设备可真实运转，现场操作和控制系统的远程操作都可以在现场观察到具体的现象变化，如压力的变化，液位的变化、油水界位的变化、精馏塔鼓泡现象的变化以及发生不正常操作时候的储罐满液、泵的气缚、塔板漏液、液泛等现象，使新员工避免了在纯软件仿真系统中操作和现场操作存在较大的差异、无法产生真实的临场感受、实操与理论脱节的问题。使用控制系统后台软件接口与仿真系统进行直接对接，保证数据的实时同步不丢失，比以往的仪表转接的方式提高了效率和数据稳定性。使用控制系统后台软件接口与评分系统进行直接对接，保证考核与操作同步进行，真正实现自动评分，避免了人工打分中的主观失误。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是可选实施例中一种工业生产的实物仿真培训考核系统结构框图。

具体实施方式

下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

本发明所有设备以工厂主装置为背景，现场操作设备由工厂设备按照一定比例缩小而制成。整体仿真培训流程实现替代物料真实操作，现场操作设备内部结构根据培训要求设置，增强现场互动。现场动设备在满足测量要求的情况下，结合工厂实际选用相同或相近类型设备。执行机构，特别是调节阀，是定制工厂类型的真实气动调节阀，为替代物料操作控制奠定基础。检测仪表采用工业用真实现场仪表及远传仪表，使学生认识各种检测仪表，结合执行机构并感知其重要性。

在本发明提供的一种工业生产的实物仿真培训考核系统的实施例中，如图1所示，包括：现场操作设备、控制子系统、仿真子系统、评分子系统；

所述控制子系统的控制用于：

响应外部操作向所述现场操作设备发送所述控制指令，和

将已发送的所述控制指令同时传输给所述仿真子系统，和

根据自所述仿真子系统接收的数据显示信息进行状态显示；

所述仿真子系统用于：

所述评分子系统用于：

作为一种可选实施例，所述现场操作设备包括：手动阀门；

所述手动阀门响应外部手动操作调节开度，并将所述手动操作数据传输给所述仿真子系统和评分子系统，所述手动操作数据包括手动阀门开度信息和手动阀门ID。手动阀门可以设置于物料入口，参加培训学生通过手动操作所述手动阀门来熟悉发明的使用，该手动阀门能够将自身的状态以手动阀门开度信息的方式发送至所述仿真子系统和评分子系统，评分子系统能够及时获知打开阀门的步骤和阀门的开度，以便进行相应的计分。

作为一种可选实施例，所述现场操作设备包括：执行机构；

所述执行机构包括气动调节阀、变频泵、电加热管；

所述变频泵响应所述控制子系统的控制指令调节泵的流量，

本实施例中的执行机构是能够受控进行调节的装置，培训学生以在控制子系统输入控制指令来对这些执行机构进行调节，仿真子系统通过获知培训学生当时输入的控制指令以及安全替代物料的温度、压力变化来计算实际生产中应当产生的现象，并对应生成所述数据显示信息，所述控制子系统根据所述数据显示信息进行显示，为培训学生呈现同样操作在实际生产中应当出现的生产情景，如压力表数值变化、温度表数值变化、反应进度数据变化等等。

作为一种可选实施例，所述现场操作设备包括：现场动设备；所述现场动设备包括：工艺气体压缩机和多种泵；

本实施例中所述现场动设备是没有调控功能，仅需要操作者实行开启或停机操作的设备，若手自动切换开关将工艺气体压缩机和泵都切换为手动档，则由培训学生进行手动操作，若切换为电路控制档，则由控制子系统的电信号控制，培训学生需要在控制子系统中进行相关控制指令的输入操作。而仿真子系统根据培训学生的输入操作和安全替代物料产生的相应变化计算数据显示信息。评分子系统根据培训学生的操作和工艺气体压缩机和泵的输出流量进行对应的计分。本实施例所述多种泵可以是有离心泵、计量泵、螺杆泵、往复泵、水轮泵、潜水泵、油泵、清水泵、试压泵、旋涡泵、低温泵、真空泵、罗茨泵等。

所述培训模型是：

以一个工业生产系统在实际生产过程中的控制状态值为特征值并根据实际的设备能力尺寸和机械原理，获得的一个关于工艺状态量和进入系统的物料流量之间的数理方程，和/或

以一个工业生产系统在实际生产过程中的控制状态值为特征值并根据该设备内部的化学反应过程机理，获得的关于工艺状态量的反应动力学的数理方程。

作为一种可选实施例，所述现场操作设备还包括：检测子系统；

检测子系统通过检测上述气动调节阀、变频泵、电加热管、工艺气体压缩机和多种泵等的状态变化以及管道中物料的流量、温度等信息并传输给所述仿真子系统和评分子系统，仿真子系统和评分子系统再根据这些输入的检测信息计算对应实际生产中的现象以及培训学生的评分。

作为一种可选实施例，所述检测子系统包括远传显示的检测仪和/或现场显示的检测仪；

其中，所述远传显示的检测仪包括：压力变送器、和/或温度变送器、和/或液位变送器、和/或流量变送器。远传显示的检测仪将检测到的信息传输至仿真子系统和评分子系统。

所述现场显示的检测仪包括：现场指针压力表、和/或现场液位计。现场显示的检测仪通过自身显示量程的改变直接将检测的结构显示出来。

作为一种可选实施例，所述现场指针压力表设于所述安全替代物料的物料入口，且所述现场指针压力表的表盘数值放大设为实际生产中所对应的数值。由于物料入口处的压力值与实际生产中的压力值基本上是等比例的缩小，因此，仅需要对压力表盘进行设置即可实现压力值的即时显示，显示的情况与实际生产中的压力值一致。

作为一种可选实施例，所述操作阶段包括故障处理阶段；在所述故障处理阶段，所述仿真子系统还用于：

当培训学生发现出现故障，进行相应的故障应对操作，仿真子系统通过检测子系统获得系统的状态变化和培训学生的动作信息，由此生成相应的数据显示信息。评分子系统根据该培训学生的故障应对操作进行故障处理阶段的评分。

作为一种可选实施例，所述操作阶段依次包括：开车操作阶段、正常操作阶段、故障处理阶段、停车操作阶段；所述评分子系统进一步用于：

作为一种可选实施例，所述评分子系统还用于在根据所述现场状态检测信息、和/或所述控制指令、和/或所述手动操作数据判断发生系统安全事故时生成一额外计分；

所述最终评分为所述阶段评分之和减去所述额外计分。

现场操作设备的执行机构包括气动调节阀、变频泵及电加热管。执行机构受控制子系统控制，其控制信号由控制子系统发出分别进入仿真子系统、评分子系统、执行机构。

现场动设备包括工艺气体压缩机及各种类型的泵，通过现场切换开关可选择由控制子系统或现场启停开关控制其启动、停止，其启动或停止的状态信号反馈给控制子系统，并通过控制子系统传输给评分子系统。

检测子系统包括现场显示检测仪表与远传显示检测仪表。现场显示检测仪表包括：现场指针压力表、现场液位计。远传显示检测仪表包括：压力变送器、温度变送器、液位变送器、流量变送器。远传显示检测仪表的信号通过控制子系统传输给仿真子系统，仿真子系统计算后传输给控制子系统，并通过控制子系统传输给评分子系统。

鉴于加氢装置真实操作压力较高，在可直接通过放大处理的特定位置，如入料口，可通过将现场指针压力表更改表盘量程的形式进行放大，流程中其他位置的压力值根据不同操作阶段的压力要求结合压力变送器采集的信号进行仿真计算。

对于加氢装置中的高温情况，本发明通过采集安全替代物料反应现场真实温度并结合各手动阀门及气动调节阀的状态进行仿真计算。手动阀门信号经由控制子系统转发给仿真子系统和评分子系统用于仿真计算和操作考核。

控制子系统是一个适用于工业生产的集散控制子系统，可以采用浙江中控技术股份有限公司生产的DCS控制子系统。控制子系统的输入信号为现场操作设备检测仪表(液位)、仿真子系统输出的状态信号(温度、压力)以及手动阀门的信号。控制子系统的输出信号，直接送到现场的执行机构上。另外控制子系统会将所有的输入、输出信号输送给评分子系统。

仿真子系统是一个由计算机软件系统和控制子系统传输过来的检测仪表信号、执行机构信号、现场操作设备的手动阀门信号构成的，用于表达现场设备、阀门、管道特有性能的过程仿真子系统。它将一个系统的特征值(或称为控制状态值)根据实际过程的设备能力尺寸和机械原理，写出关于工艺状态量和进入系统的物料流量之间的数理方程，或是根据该设备内部的化学反应过程机理，写出其关于工艺状态量的反应动力学的数理方程。利用数学的方法，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。

仿真子系统接收控制子系统传输过来的状态信号(检测仪表信号)，根据过程信号(控制子系统传输过来的执行器信号、现场操作设备的手动阀门信号)，结合设备及管路的物理化学性能和化学反应的动力学方程，计算得出该设备各状态变化、物理化学状态变化的状态特征量(化工过程参数)，如温度、压力、成分等等。由于输入的量是个随时间变化的物理量，因而，仿真子系统的输出量也是一个动态的变化量。

评分子系统是一个适用于工厂操作考核的评分子系统。评分子系统的信号来源于现场操作设备的手动阀门信号与控制子系统的所有输入输出信号。评分子系统依据工厂的实际操作，对开车操作、正常操作、故障处理、停车操作等各阶段进行了分段评分，并对安全生产项进行了额外的扣分设置。开车操作阶段，主要对系统开车过程中的步骤、顺序及关键指标进行评分。正常操作阶段，主要对各设备的操作稳定性及指标的合格程度进行评分。故障处理阶段，主要对故障判断、汇报、紧急处理等进行评分，系统设置有多个故障，可根据指令触发，亦可自动触发。停车操作阶段，主要对停车步骤、顺序及关键指标进行评分。在上述四个阶段中若出现系统超压等危及安全生产的事故，系统将会进行额外计分，并累加进总分中。

作为一种实施例，具有以下改进点：

1、包括现场操作设备、控制系统、仿真系统、评分系统。

2、所述的现场操作设备所有设备以工厂主装置为背景，按一定比例缩小而制成。所有设备贯通替代物料，部分设备额外设置加热、视窗等特殊结构便于培训的形象化。

3、所述的现场操作设备内贯通的替代物料为安全物料，在保证操作者安全的前提下实现操作现象的展示。替代物料循环使用，真正实现零排放。

4、所述的现场操作设备的检测仪表均为真实检测仪表，使学生认识各种检测仪表，并学会其调校，量程设定等。

5、所述的现场操作设备的执行机构包括气动调节阀、变频泵及电加热管。气动调节阀上设置有手自动切换开关，可以通过切换开关确定由控制系统控制或者现场手动控制。当气动调节阀切换为由控制系统控制时，气动调节阀信号来源于控制系统，动力来源于仪表压缩空气总管。当气动调节阀切换为现场手动控制，操作者可以根据现场阀位指示值来操作阀门的手轮来调节阀门开度。变频泵由变频器与离心泵组成，变频器接收控制系统标准信号，改变泵的转速实现流量或压力的控制。电加热管的电压控制是由可控硅调压模块接收控制系统的标准信号后转换过来的。

6、所述的现场操作设备的检测仪表包括现场检测仪表与远传检测仪表。现场检测仪表包括：现场指针压力表、现场液位计。远传检测仪表包括：压力变送器、温度变送器、液位变送器、流量变送器。现场检测仪表检测的数据直接在现场显示，作为现场操控的依据。远传检测仪表检测的数据通过仿真系统计算后显示在控制系统界面上，作为远程控制的依据。

7、所述的现场操作设备的手动阀门，其信号通过DCS卡件传输给控制系统，并通过控制系统传输给仿真系统及评分系统。

8、所述的控制系统采用的是真实的DCS控制系统，可以通过培训使学员学习并掌握工业控制系统的大部分功能。所述的仿真系统，是一个计算机实时计算软件，与控制系统之间通过后台软件接口直接对接，保证与控制系统进行实时数据传输，使得基础数据的实时更新及计算结果的实时反馈。

9、所述的仿真系统通过计算后的输出值是石油化工系统运行状态的特征量，相当于仪表对实际系统的测量值。

10、所述的评分系统是一个计算机实时考核软件，与控制系统之间通过后台软件接口直接对接，保证考核与操作同步进行。评分系统所使用的评分规则可以是根据炼油企业加氢车间多名技术负责人讨论后得出的操作规程所制定，能广泛适用于炼油企业不同加氢车间的实际操作考核。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，包括：现场操作设备、控制子系统、仿真子系统、评分子系统；

所述控制子系统的控制用于：

响应外部操作向所述现场操作设备发送所述控制指令，和

将已发送的所述控制指令同时传输给所述仿真子系统，和

根据自所述仿真子系统接收的数据显示信息进行状态显示；

所述仿真子系统用于：

所述评分子系统用于：

2.根据权利要求1所述的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，所述现场操作设备包括：手动阀门；

3.根据权利要求1所述的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，所述现场操作设备包括：执行机构；

所述执行机构包括气动调节阀、变频泵、电加热管；

所述变频泵响应所述控制子系统的控制指令调节泵的流量，

4.根据权利要求1所述的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，所述现场操作设备包括：现场动设备；所述现场动设备包括：工艺气体压缩机和多种泵；

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，所述现场操作设备还包括：检测子系统；

6.根据权利要求5所述的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，所述检测子系统包括远传显示的检测仪和/或现场显示的检测仪；

7.根据权利要求6所述的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，所述现场指针压力表设于所述安全替代物料的物料入口，且所述现场指针压力表的表盘数值放大设为实际生产中所对应的数值。

8.根据权利要求1所述的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，所述操作阶段包括故障处理阶段；在所述故障处理阶段，所述仿真子系统还用于：

9.根据权利要求1或8所述的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，所述操作阶段依次包括：开车操作阶段、正常操作阶段、故障处理阶段、停车操作阶段；所述评分子系统进一步用于：

10.根据权利要求1所述的一种工业生产的实物仿真培训考核系统，其特征在于，

所述评分子系统还用于在根据所述现场状态检测信息、和/或所述控制指令、和/或所述手动操作数据判断发生系统安全事故时生成一额外计分；

所述最终评分为所述阶段评分之和减去所述额外计分。