CN113343484A - 一种化工生产过程仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化工生产过程仿真系统及方法，其中系统分为三层结构，第一层为生产模型层，通过化工生产模型模拟化工生产过程，真实的展示工艺过程的物理变化；第二层为现场设备控制层，本发明采用并联结构的分散控制系统模块和安全仪表系统模块对化工生产模型的现场设备的工作参数进行采集和诊断；第三层为系统监控管理层，通过对工作参数和诊断信息进行校验并进行存储，能够实现网络攻击后真实场景的数据采集、分析和记录，提高化工生产过程仿真检验的真实性，从而为实际的化工生产过程在遭受网络攻击时的影响与防护提供了实验环境和数据支持。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，特别是涉及一种化工生产过程仿真系统及方法。
背景技术
工业控制系统安全作为网络安全的重要组成部分，事关工业生产安全、经济发展、社会稳定和国家安全。随着信息化和工业化融合不断深入，在促进工业转型升级、加快实体经济发展的同时，工业控制系统信息安全保障需求日益提高。随着一系列工业控制系统信息安全事件的发生，工控安全的严峻形势越来越受关注。过去几年，工控安全事件在全球范围内仍然频频发生，新型攻击技术手段层出不穷。能源、关键制造、电力、石油石化等重要基础设施的传统工业控制系统依然是黑客的攻击重点。尤其是近年来，以WannaCry为代表的恶意勒索软件对部分行业工控系统造成了严重影响。
研究工业控制系统的信息安全研究，需要有针对性的研究对象和场景。作为国民生产最重要的石油石化领域，其各个生产环节不安全因素较多，一旦发生安全事故，具有事故后果严重、危险性比传统制造行业更大。同时由于针对化工领域的工业信息安全研究不仅无法直接在实际工业现场展开。
目前，工控安全仿真测试环境的构建技术主要分为：
1)使用全实物构建与现实系统1:1比例的仿真测试环境。但存在建设过程投资巨大，运营成本高等问题。
2)采用真实的工控设备构建工业控制系统的监控层和控制层，利用仿真软件或物理模具搭建生产过程模型。但存在物理量模拟且过于单一，无法真实的展示工艺过程的物理变化和攻击效果等问题。
3)使用软件仿真控制网络到物理系统。但缺乏组件设备实际交互的真实性和可靠性及行业针对性，更无法真实的展示工艺过程的物理变化和攻击后果影响。
且现有的以软件仿真控制设备和控制网络的仿真测试环境无法实现网络攻击后真实场景的数据采集及分析。因此，研发出一款针对工控网络与信息网络数据传输的化工生产过程仿真系统迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种化工生产过程仿真系统及方法，能够实现网络攻击后真实场景的数据采集、分析和记录，提高化工生产过程仿真检验的真实性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种化工生产过程仿真系统，包括：
化工生产模型，包括至少一种化工塔设备和设置在所述化工塔设备上的仪器仪表、开关元件和热力元件；
分散控制系统模块，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于采集所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的工作参数，还用于控制所述开关元件和所述热力元件的开闭；
安全仪表系统模块，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于对所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件进行故障诊断，并生成诊断信息；
系统监控管理模块，分别与所述分散控制系统模块和所述安全仪表系统模块连接，用于根据所述工作参数和所述诊断信息进行校验，并存储校验结果。
优选地，所述化工塔设备为初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型或减压塔工艺模型。
优选地，所述分散控制系统模块包括：
第一I/O卡件，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件检测到的现场模拟量转换为第一数字量；
控制器，与所述第一I/O卡件连接，用于对所述第一数字量进行数字信号处理，得到所述工作参数，还用于通过所述第一I/O卡件向所述开关元件和所述热力元件发送控制信号；
防火墙，分别与所述控制器和所述系统监控管理模块连接，用于对所述控制器和所述系统监控管理模块的传输通路进行网络防护。
优选地，所述安全仪表系统模块包括：
第二I/O卡件，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的器件状态模拟量转换为第二数字量；
中央处理器，包括硬件表决电路，与所述第二I/O卡件连接，用于对所述第二数字量进行数字信号处理，并将处理后的信号输入所述硬件表决电路中，得到诊断信息。
优选地，所述系统监控管理模块包括：
交换机，分别与工业互联网和所述安全仪表系统模块连接，用于将所述诊断信息通过以太网进行传输；
工程师站，分别与所述分散控制系统模块和所述交换机连接，用于根据所述诊断信息和所述工作参数对化工生产过程进行分析校验，得到校验结果，并对所述校验结果进行存储；
操作员站，分别与所述分散控制系统模块和所述交换机连接，用于将所述诊断信息和所述工作参数进行监控和显示。
一种化工生产过程仿真方法，包括：
构建化工生产模型；所述化工生产模型包括至少一种化工塔设备和设置在所述化工塔设备上的仪器仪表、开关元件和热力元件；
采集所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的工作参数；
对所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件进行故障诊断，并生成诊断信息；
根据所述工作参数和所述诊断信息进行校验，并存储校验结果。
优选地，所述化工塔设备为初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型或减压塔工艺模型。
优选地，所述采集所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的工作参数，包括：
将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件检测到的现场模拟量转换为第一数字量；
对所述第一数字量进行数字信号处理，得到所述工作参数；
通过所述第一I/O卡件向所述开关元件和所述热力元件发送控制信号；
对所述控制器和所述系统监控管理模块的传输通路进行网络防护。
优选地，所述对所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件进行故障诊断，并生成诊断信息，包括：
将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的器件状态模拟量转换为第二数字量；
对所述第二数字量进行数字信号处理，并将处理过的信号通过硬件表决电路进行表决，得到诊断信息。
优选地，所述根据所述工作参数和所述诊断信息进行校验，并存储校验结果，包括：
将所述诊断信息通过以太网进行传输；
根据所述诊断信息和所述工作参数对化工生产过程进行分析校验，得到校验结果，并对所述校验结果进行存储；
将所述诊断信息和所述工作参数进行监控和显示。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种化工生产过程仿真系统及方法，其中系统分为三层结构，第一层为生产模型层，通过化工生产模型模拟化工生产过程，真实的展示工艺过程的物理变化；第二层为现场设备控制层，本发明采用并联结构的分散控制系统模块和安全仪表系统模块对化工生产模型的现场设备的工作参数进行采集和诊断；第三层为系统监控管理层，通过对工作参数和诊断信息进行校验并进行存储，能够实现网络攻击后真实场景的数据采集、分析和记录，提高化工生产过程仿真检验的真实性，从而为实际的化工生产过程在遭受网络攻击时的影响与防护提供了实验环境和数据支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例中化工生产过程仿真系统的模块连接图；
图2为本发明提供的实施例中DCS系统拓扑架构图；
图3为本发明提供的实施例中SIS系统拓扑架构图；
图4为本发明提供的实施例中测试环境工艺模型示意图；
图5为本发明提供的实施例中初馏塔工艺模型结构图；
图6为本发明提供的实施例中常压塔工艺模型结构图；
图7为本发明提供的实施例中减压塔工艺模型结构图；
图8为本发明提供的实施例中化工生产过程仿真方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种化工生产过程仿真系统及方法，能够实现网络攻击后真实场景的数据采集、分析和记录，提高化工生产过程仿真检验的真实性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的实施例中化工生产过程仿真系统的模块连接图，如图1所示，本发明一种化工生产过程仿真系统，包括：
化工生产模型，包括至少一种化工塔设备和设置在所述化工塔设备上的仪器仪表、开关元件和热力元件。
分散控制系统模块，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于采集所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的工作参数，还用于控制所述开关元件和所述热力元件的开闭。
安全仪表系统模块，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于对所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件进行故障诊断，并生成诊断信息。
系统监控管理模块，分别与所述分散控制系统模块和所述安全仪表系统模块连接，用于根据所述工作参数和所述诊断信息进行校验，并存储校验结果。
优选地，所述分散控制系统模块包括：
第一I/O卡件，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件检测到的现场模拟量转换为第一数字量；
控制器，与所述第一I/O卡件连接，用于对所述第一数字量进行数字信号处理，得到所述工作参数，还用于通过所述第一I/O卡件向所述开关元件和所述热力元件发送控制信号；
防火墙，分别与所述控制器和所述系统监控管理模块连接，用于对所述控制器和所述系统监控管理模块的传输通路进行网络防护。
图2为本发明提供的实施例中DCS系统拓扑架构图，所述分散控制系统模块为一套完整的DCS系统，如图2所示，DCS系统由一套完整的DCS系统软硬件设备组成。硬件由若干CPU模块(控制器)、DI、DO模块、AI模块、AO模块、防火墙模块等组成，主要用于整个仿真测试环境的输入量(如：阀门开关状态、温度、液位等)的采集，和控制量输出(如启停阀门、启停加热装置等)。软件部分主要用于生成管理DCS系统文件、DCS控制系统应用程序、监控画面与工艺流程图界面。
图3为本发明提供的实施例中SIS系统拓扑架构图，所述安全仪表系统模块为一套完整的SIS系统软硬件设备组成，如图3所示，硬件由3路CPU模块(控制器)、DI、DO模块、AI模块、AO模块等组成，主要用于整个仿真测试环境进行容错和故障诊断，提升仿真测试环境的安全性和可用性。该SIS系统采用TMR安全架构，除电源模块为双重冗余架构外，输入输出针对初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型和减压塔工艺模型等三组工艺采用独立并用三系安全控制，SIS系统的DO从三系接收输出数据后通过硬件表决电路得到表决后的输出信号；SIS系统AO三冗余现场侧通道合路后对外输出，采用切换式输出方式，即任一时刻仅有一系通道电路输出电流，另外两系不输出；OSP-PI通道电路共3路，每路对应一个现场探头，三路OSP-PI信号分别送入三系系统侧电路，组成三冗余信号处理电路。
优选地，所述化工塔设备为初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型或减压塔工艺模型。
本实施例中，所述化工塔设备由初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型和减压塔工艺模型等三组工艺模型组成。通过三组工艺的处理，将原料中的不同成分析出。
图4为本发明提供的实施例中测试环境工艺模型示意图，如图4所示，工艺模型部分由初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型和减压塔工艺模型等三组工艺模型组成。初馏塔、常压塔和减压塔三组工艺模型均由多个静音泵、阀门、水冷器、罐体、温度仪表、压力仪表、流量仪表和一台3个工艺模型共用的蒸汽发生器构成。其中工艺流程中由混合不同成分的液体原料来代替原油。
具体的，图5为本发明提供的实施例中初馏塔工艺模型结构图，如图5所示，初馏塔工艺模型是由1个初馏塔塔体、2个原料储备罐6个初馏塔罐体、1个初馏原料储备罐、初顶回流罐、初侧油罐、初底油罐、2台静音泵、5个压力检测仪表、4个流量检测仪表、5个液位检测仪表、6个温度检测仪表、管道等组成，其工艺模型结构组成如附图4所示。该系统目的为在较低温度下，去除把原油中含有的酸性物质与少量水分，并蒸出汽化的轻质成分，降低炉内热负荷与系统操作压力，减少损耗。
可选地，本发明中的工艺处理采用混合不同成分的液体原料来代替原油，不会产生废品废气废水等污染环境的物质，且所损耗的资源少，不会浪费资源，在环保方面意义重大。
图6为本发明提供的实施例中常压塔工艺模型结构图，如图6所示，常压塔工艺模型是由1个常压塔塔体、7个常压塔罐体、1个常顶一级油罐、1个常顶一级回流罐、1个常一线油罐、1个常二线油罐、1个常三线油罐、1个常四线油罐、1个常底油罐、9台静音泵、18个压力检测仪表、4个流量检测仪表、8个液位检测仪表、26个温度检测仪表、管道等构成，其工艺模型结构组成如附图5所示。该流程目的为促使原料中的重质成分在较低的温度下沸腾、汽化，进而分离初馏后得到成品。
图7为本发明提供的实施例中减压塔工艺模型结构图，如图7所示，减压塔工艺模型是由1个减压塔塔体、5个减压塔、减顶油罐、1个减一线产品罐、1个减二线产品罐、1个减三线产品罐、1个减底渣油罐、6台静音泵、8个压力检测仪表、4个流量检测仪表、5个液位检测仪表、9个温度检测仪表、管道等构成，其工艺模型结构组成如附图6所示。该工艺流程目的为防止高温下蒸馏出的产品变质，同时回收重组分中溶解的少量轻组分。
优选地，所述安全仪表系统模块包括：
第二I/O卡件，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的器件状态模拟量转换为第二数字量；
中央处理器，包括硬件表决电路，与所述第二I/O卡件连接，用于对所述第二数字量进行数字信号处理，并将处理后的信号输入所述硬件表决电路中，得到诊断信息。
优选地，所述系统监控管理模块包括：
交换机，分别与工业互联网和所述安全仪表系统模块连接，用于将所述诊断信息通过以太网进行传输；
工程师站，分别与所述分散控制系统模块和所述交换机连接，用于根据所述诊断信息和所述工作参数对化工生产过程进行分析校验，得到校验结果，并对所述校验结果进行存储；
操作员站，分别与所述分散控制系统模块和所述交换机连接，用于将所述诊断信息和所述工作参数进行监控和显示。
具体的，本发明将初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型和减压塔工艺模型中使用到的泵、阀、水冷器、蒸汽加热器温度上限、油罐上限、温度仪表、压力仪表等关键参数采集到SIS系统的DI、DO、AI和AO模块，并在SIS系统组态中进行设置，以保证整个系统运行的安全稳定，防止事故出现。
可选地，DCS控制器硬件和SIS控制器硬件的电气接线部分采用直接可拆卸的模块化设计，采用接线端子和继电器将DCS控制器硬件和SIS控制器硬件进行隔离。当需要测试新DCS和SIS设备时，可以直接将原设备拆卸后安装即可，不用改变其他部分。
本发明的控制工艺如下：
步骤1：上电启动DCS系统和SIS系统，并由DCS系统控制泵PM将混合原料液体泵入油气储备桶中。
步骤2：由DCS系统控制进料泵PA1从原料储备通中抽取原料液体并储存在原料罐D201中，控制初馏进料泵P101提升，并通过电动调节阀FV101动态调节进入初馏塔中的原料流量。在此同时，DCS控制系统启动泵PA2从原料储备桶中抽取原料进入蒸汽发生器中的补水池，开启蒸汽发生器进行加热，设置初馏塔塔顶的温度阈值，将蒸汽发生器产生的蒸汽输入到初馏塔底部进行塔底加热，并保持初馏塔的塔顶温度不超过阈值。原料中的易挥发组分气体从塔顶引出后经EP101冷却，不凝气体排入到排气系统进行处理，冷凝下来的液体进入初顶回流罐D202，在罐内完成原料中水、料分离，污水从回流罐底的分水包排入排污公用工程；原料中一部分用于初顶回流，经过初顶回流泵P102加压后作为冷回流返回初馏塔顶部，以稳定塔顶的温度和压力；另一部分输送到常顶一级油罐。
步骤3：初馏塔中部引出的一部分成分(例如主要产品一成分)，进入初侧油罐D203或直接进入常压塔处理工序。原料总某些成分能够在较低的温度下析出，这样就不用经过加热炉的加热，节约了燃料油，减少常压炉的负荷，增加装置的处理量。同时，DCS系统启动初底油泵P104将剩余的原料泵入初底油罐D204或输送到常压塔工序。
步骤4：控制系统启动泵P201、P202和换热器E301、E302，经过初馏后的原料或者原料罐D206原料通过泵P202进行提升并进行水冷换热后进入常压塔系统。常侧油罐D203中的初测油，由常侧油泵P201提升，经E301水冷换热后进入常压塔系统。调节阀FV206的开度控制蒸汽发生器的进气量，蒸汽加热到指定温度后从塔底进入常压塔系统。
步骤5：常压塔顶馏出的轻组分油气，经常顶换热器EP201换热，进入常顶一级回流罐D301中进行油、水分离，污水从回流罐底的分水包排入排污公用工程；油一部分用于初顶回流，经过初顶回流泵P206加压后作为冷回流返回初馏塔顶部，以稳定塔顶的温度和压力；常顶一级回流罐中的油除部分做塔顶回流外剩下的可以做常顶产品，经P211输送到常顶一级油罐。
常压塔设有48层塔盘，有四个抽出侧线和四个循环线，分别是常一线、常二线、常三线、常四线和常顶循环、常一中、常二中、常三中。
常一线从常压塔T301第36层塔盘馏出，进入汽提塔T302上段，经过蒸汽汽提后进入常一线泵P207升压后经常一线风冷器EP202换热降温，送至常一线油罐D303。汽提蒸汽和被汽提出的油气返回常压塔第39层塔盘上。
常二线从常压塔T301第23塔盘馏出，进入汽提塔T302中段，经过蒸汽汽提后进入常二线泵P208升压后经常二线风冷器EP203换热降温，送至常二线油罐D304。汽提蒸汽和被汽提出的油气返回常压塔第26层塔盘上。
常三线从常压塔T301第10层塔盘馏出，进入汽提塔T302下段，经过蒸汽汽提后进入常三线油泵P209升压后经常三线空冷器EP204换热降温，送至常三线油罐D305。汽提蒸汽和被汽提出的油气返回常压塔第13层塔盘上。
顶循环回流从常压塔T301馏出，进入P206升压后经常顶循环换热器EP201换热，返回常压塔T301。
常一中自常压塔T301馏出，进入侧一中油P203升压后经侧一中换热器E303换热，返回常压塔；常二中自常压塔T301馏出，进入侧二中油P204升压后经侧二中换热器E304换热，返回常压塔；常三中自常压塔T301馏出，进入侧二中油P205升压后经侧二中换热器E305换热，返回常压塔。常压塔底油，用常低油泵P211抽出后经风冷器EP205降温输送至常低油罐或进入减压工段操作。
步骤6：DCS系统启动泵P301和P311，通过调节阀FV301将常四线的重油原料提升至减压塔。调节阀FV302的开度控制蒸汽发生器的进气量进行蒸汽加热，指导加热到指定温度后从塔底进入减压塔系统。减压塔T401设有减一、减二、减三三条线和减顶循环、减一中、减二中三段回流。减压塔T401顶部分出来的油气，进入减顶水冷器E301,冷却后进行油气分离，液相进入减顶油罐D402中进行油、水分离。汽相不凝气排入排气公用工程，液相一部分做塔冷循环，一部分经油泵P311提升进入减顶产品罐D401可消真空至常压。减顶油抽出后可作为轻柴油并入常二线出装置。
步骤7：DCS系统启动泵P302、P303和水冷器EP303、EP304。其中，减一线油馏出是由从减压塔T401顶部的集油箱中抽出，经减一线油泵P302升压后进入减一线水冷器EP302降温后，分成两路：一路作为减一线重柴油输送到减一线产品罐D403；另一路冷却降温到设定温度返回减压塔顶做塔顶回流。减二线油馏出是从减压塔T401上部的集油箱中抽出，经减二线油泵P303升压后进入减二线水冷器EP303降温后，分成两路：一路返塔作为减二线回流油既减一中；另一路作为蜡油输送到减二线产品罐D404。减三线油馏出，从减压塔T401中部的集油箱中抽出，经减三线油泵P304升压后进入减三线水冷器EP304降温后，分成两路：一路返塔作为减三线回流油既减二中；另一路作为润滑油输送到减三线产品罐D405。
步骤8：DCS系统启动泵P309和水冷器EP305。减压塔底渣油经油泵P309抽出，升压后经减低渣油水冷器EP305降温输送至减压渣油罐D406中。
作为一种可选的实施方式，本发明能够进行常减压流程故障模拟演示，本发明采用人为误操作、设备故障、网络攻击DCS系统等方式，模拟展示控制系统遭受恶意攻击所产生的后果。
图8为本发明提供的实施例中化工生产过程仿真方法的流程图，如图8所示，本发明还提供了一种化工生产过程仿真方法，包括：
步骤100：构建化工生产模型；所述化工生产模型包括至少一种化工塔设备和设置在所述化工塔设备上的仪器仪表、开关元件和热力元件；
步骤200：采集所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的工作参数；
步骤300：对所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件进行故障诊断，并生成诊断信息；
步骤400：根据所述工作参数和所述诊断信息进行校验，并存储校验结果。
优选地，所述化工塔设备为初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型或减压塔工艺模型。
优选地，所述采集所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的工作参数，包括：
将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件检测到的现场模拟量转换为第一数字量；
对所述第一数字量进行数字信号处理，得到所述工作参数；
通过所述第一I/O卡件向所述开关元件和所述热力元件发送控制信号；
对所述控制器和所述系统监控管理模块的传输通路进行网络防护。
优选地，所述对所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件进行故障诊断，并生成诊断信息，包括：
将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的器件状态模拟量转换为第二数字量；
对所述第二数字量进行数字信号处理，并将处理过的信号通过硬件表决电路进行表决，得到诊断信息。
优选地，所述根据所述工作参数和所述诊断信息进行校验，并存储校验结果，包括：
将所述诊断信息通过以太网进行传输；
根据所述诊断信息和所述工作参数对化工生产过程进行分析校验，得到校验结果，并对所述校验结果进行存储；
将所述诊断信息和所述工作参数进行监控和显示。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明不仅可以实现网络攻击后场景的数据采集及分析，控制系统遭受攻击后传感器误报和执行机构误动作能够充分展示并存档记录，从而利于检验系统安全的脆弱性、工业控制系统安全漏洞挖掘和防护进行研究，以及技术人员进行系统测试和病毒攻击复现。避免了无法直接在实际化工厂生产系统进行安全研究的难题，最大限度还原攻击场景，同时避免了造成重大安全事故。
(2)本发明采用混合不同成分的液体原料来代替原油，不会产生废品废气废水等污染环境的物质，且所损耗的资源少，不会浪费资源，在环保方面意义重大。
(3)本发明呈现了化工生产领域的典型工艺流程，高度模拟了并复现了常减压流程工艺的工作过程，为测试和验证提供了较好的操作环境。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种化工生产过程仿真系统，其特征在于，包括：
化工生产模型，包括至少一种化工塔设备和设置在所述化工塔设备上的仪器仪表、开关元件和热力元件；
分散控制系统模块，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于采集所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的工作参数，还用于控制所述开关元件和所述热力元件的开闭；
安全仪表系统模块，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于对所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件进行故障诊断，并生成诊断信息；
系统监控管理模块，分别与所述分散控制系统模块和所述安全仪表系统模块连接，用于根据所述工作参数和所述诊断信息进行校验，并存储校验结果。
2.根据权利要求1所述的化工生产过程仿真系统，其特征在于，所述化工塔设备为初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型或减压塔工艺模型。
3.根据权利要求1所述的化工生产过程仿真系统，其特征在于，所述分散控制系统模块包括：
第一I/O卡件，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件检测到的现场模拟量转换为第一数字量；
控制器，与所述第一I/O卡件连接，用于对所述第一数字量进行数字信号处理，得到所述工作参数，还用于通过所述第一I/O卡件向所述开关元件和所述热力元件发送控制信号；
防火墙，分别与所述控制器和所述系统监控管理模块连接，用于对所述控制器和所述系统监控管理模块的传输通路进行网络防护。
4.根据权利要求1所述的化工生产过程仿真系统，其特征在于，所述安全仪表系统模块包括：
第二I/O卡件，分别与所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件连接，用于将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的器件状态模拟量转换为第二数字量；
中央处理器，包括硬件表决电路，与所述第二I/O卡件连接，用于对所述第二数字量进行数字信号处理，并将处理后的信号输入所述硬件表决电路中，得到诊断信息。
5.根据权利要求1所述的化工生产过程仿真系统，其特征在于，所述系统监控管理模块包括：
交换机，分别与工业互联网和所述安全仪表系统模块连接，用于将所述诊断信息通过以太网进行传输；
工程师站，分别与所述分散控制系统模块和所述交换机连接，用于根据所述诊断信息和所述工作参数对化工生产过程进行分析校验，得到校验结果，并对所述校验结果进行存储；
操作员站，分别与所述分散控制系统模块和所述交换机连接，用于将所述诊断信息和所述工作参数进行监控和显示。
6.一种化工生产过程仿真方法，其特征在于，包括：
构建化工生产模型；所述化工生产模型包括至少一种化工塔设备和设置在所述化工塔设备上的仪器仪表、开关元件和热力元件；
采集所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的工作参数；
对所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件进行故障诊断，并生成诊断信息；
根据所述工作参数和所述诊断信息进行校验，并存储校验结果。
7.根据权利要求6所述的化工生产过程仿真方法，其特征在于，所述化工塔设备为初馏塔工艺模型、常压塔工艺模型或减压塔工艺模型。
8.根据权利要求6所述的化工生产过程仿真方法，其特征在于，所述采集所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的工作参数，包括：
将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件检测到的现场模拟量转换为第一数字量；
对所述第一数字量进行数字信号处理，得到所述工作参数；
通过所述第一I/O卡件向所述开关元件和所述热力元件发送控制信号；
对所述控制器和所述系统监控管理模块的传输通路进行网络防护。
9.根据权利要求6所述的化工生产过程仿真方法，其特征在于，所述对所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件进行故障诊断，并生成诊断信息，包括：
将所述仪器仪表、所述开关元件和所述热力元件的器件状态模拟量转换为第二数字量；
对所述第二数字量进行数字信号处理，并将处理过的信号通过硬件表决电路进行表决，得到诊断信息。
10.根据权利要求6所述的化工生产过程仿真方法，其特征在于，所述根据所述工作参数和所述诊断信息进行校验，并存储校验结果，包括：
将所述诊断信息通过以太网进行传输；
根据所述诊断信息和所述工作参数对化工生产过程进行分析校验，得到校验结果，并对所述校验结果进行存储；
将所述诊断信息和所述工作参数进行监控和显示。
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- 2021-06-28 CN CN202110719992.3A patent/CN113343484A/zh active Pending
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