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1、中国石油大学（北京） 炼油化工与自动化仿真基地 系统结构详解 信息学院自动化系 2011年 9月目 录 1 系统简介.- 1 - 2 全仿真 OTS.- 1 - 2.1 系统组成.- 1 - 2.2 系统结构.- 2 - 3 催化裂化装置半实物仿真 OTS.- 3 - 3.1 系统组成.- 3 - 3.2 系统结构.- 4 - 4 炼油化工与自动化仿真基地整体构建.- 5 - 4.1 房间及场地的布置.- 5 - 4.2 硬件安装.- 9 - 4.3 软件安装及网络配置.- 9 - 1 - 1 系统简介 中国石油大学炼油化工与自动化仿真实践教学基地包括 5组仿真系统和1组半实物仿真 系统（霍尼
2、韦尔公司 OTS 系统）。其中 5组仿真 OTS 包括 5个装置，分别为： 500万吨常减压装置（CDU） 50万吨连续重整装置(CCR) 200万吨柴油加氢装置(DHDS) 180万吨加氢裂化装置（HCU） 160万吨催化裂化装置（FCCU） 半实物OTS仅有1个装置，为： 160万吨催化裂化装置（FCCU） 2 全仿真 OTS 2.1 系统组成 一套 OTS 仿真培训系统可以选择五套装置中的任意一个进行操作仿真培训。一套 OTS 仿真培训系统包括以下几个部分： （1）模型服务器：模型服务器用来运行 OTS 培训系统的模型，相当于炼油厂的实际装 置，是 OTS 系统的核心组件，并可以兼做模型
3、开发的工程师站。 （2）现场站：现场站模拟工厂中的现场，对 DCS 操作室中不能或者不适合操作的现场 仪表及手阀、泵、马达、空冷器等进行现场操作，并可以进行 SIS 系统（安全仪表系统的模 拟）的模拟，且可以对装置的冷态开车、热态开车、正常运行、正常停车、紧急停车等进行 充分准确的模拟和培训。 （3）教员站：教员站的主要作用是控制仿真程序的运行。教员可以在培训过程中调用 显示画面，下载模型，监视模型状态，设置过程干扰，选定故障及执行其它任务。 教员站还能监视与学员有关的所有过程信息，包括关键的内部工艺变量，同时还可以修 改标准显示画面、添加有助于提高培训效果的其它细节显示。 （4）虚拟 DCS
4、 控制器：该控制器的作用就是提供虚拟 DCS 服务器侧与模型运行侧进 行连接，相当于真实的 DCS，是控制策略组态、硬件组态与模拟的桥梁。 （5）虚拟 DCS 服务器：虚拟 DCS 服务器进行装置的控制策略组态，流程图界面组态，- 2 - 历史/实时趋势的组态，报警通信的组态，操作员站、打印机以及第三方控制器的组态。 （6）DCS 操作员站：本项目学员培训操作站选用真实的 DCS 操作站，因此可以实现 DCS 操作站的全部功能（主要 DCS 控制，报警，PID 整定训练），具体功能主要包括： 对操作人员和维护人员等进行培训，使他们学会如何操作新的工艺单元或装置。 对操作人员和维护人员等进行异常
5、状态处理培训。 培训新操作员或替补人员。 2.2 系统结构 全仿真 OTS 的网络结构与信号流程分别如图 1.2.1和 1.2.2所示。 模型服务器 (OTS- model1) 现场操作站 (OTS- model1) 教员站 (OTS- model1) 虚拟控制器 (OTS-ctrl1) 虚拟DCS服务器 (OTS-com1) 操作员站1 (OTS-opr1) 操作员站2 (OTS-opr2) 操作员站3 (OTS-opr3) 图 1.2.1 全仿真 OTS 网络结构图- 3 - 其中：实线代表数据传递方向；虚线代表命令执行传递方向； 图 1.2.2 全仿真 OTS 信号流图 3 催化裂化装置
6、半实物仿真 OTS 3.1 系统组成 催化裂化装置半实物仿真 OTS 包括一套模拟半实物催化裂化装置，一套 DCS 控制系统 （霍尼韦尔公司 PKS 系统/C300 控制器），一套针对半实物催化裂化装置定制开发的催化裂 化装置 OTS 操作培训系统（与 1.2节的全仿真 OTS 相同），一套提供催化裂化全仿真 OTS 与真实 DCS 控制系统相互通信的通信组件。具体如下： （1）模拟半实物催化裂化装置：某真实炼油厂催化裂化装置进行 810：1比例缩小建 设。炼油厂该装置的处理能力为 160万吨，装置主要包括反应再生，分馏系统，吸收稳定系 统三个主要部分，并能对反应再生机分馏系统的主要过程数据及
7、控制回路进行显示。 （2）DCS 控制系统：选用定货时世界上最先进的 DCS 控制系统，即 hollywell 公司的 EPKS 过程知识系统，控制器为最新的 C300 控制器，软件版本为 EPKS R311.2，能进行针 对催化裂化半实物装置的相关组态，包括控制策略组态、流程图组态等，该控制系统的控制 网络为 FTE 网（冗余以太网）。 （2）针对半实物催化裂化装置定制开发的 OTS：与 1.2节的全仿真 OTS 相同，不再重 复介绍。- 4 - （3）催化裂化全仿真 OTS 与真实 DCS 控制系统的通信组件：该通信组件能将催化裂 化全仿真 OTS 中模型运行及 DCS 操作所产生的数据送
8、给现场进行显示，并且同时也可以将 现场手动阀打到手动位置时的阀位信号送到 OTS 仿真培训系统，实现和真实现场的通信。 DCS 控制器与仿真服务器（OTS-com1）通过 OPC 实现通讯。“现场手操阀位”和“PID 回 路控制模式”从 DCS 送入仿真服务器，各过程值和阀位值从仿真服务器送到 DCS，并通过 I/O 接口送到现场显示。当现场手操切换开关为“现场手操”时（开关闭合），DCS 将相应 PID 回路控制模式置为“手动”，并将“现场手操阀位”作为 PID 的输出（OP）。 3.2 系统结构 催化裂化装置半实物仿真 OTS 的网络结构与信号流程分别如图 1.3.1和 1.3.2所示。
9、模型服务器 (OTS-model1) 现场操作站 (OTS-model1) 教员站 (OTS- model1) 虚拟控制器 (OTS-ctrl1) 虚拟DCS服务 器 (OTS-com1) 操作员站1 (OTS-opr1) 操作员站2 (OTS-opr2) 操作员站3 (OTS-opr3) 真实DCS控制 器C300 真实DCS服务 器 (CPUPKSSVR) 交换机1 交换机2 C系列I/O卡件 现场催化裂化 装置 操作员站21 (OTS-opr21) 扩展操作员站 图 1.3.1 催化裂化装置半实物仿真 OTS 网络结构图- 5 - 图 1.3.2 催化裂化装置半实物仿真 OTS 信号流图
10、 4 炼油化工与自动化仿真基地整体构建 4.1 房间及场地的布置 根据炼油基地的建设要求并兼顾目前实验场地的实际情况，并考虑到工厂实际的前提下， 石油大学项目组成员完成了炼油化工与自动化仿真实践教学基地各个房间的布置，具体为： 研修大厦 117房间：DCS 控制器，I/O 卡件，虚拟 DCS 控制器室 研修大厦 118房间：模型服务器，现场站，教员站，模型开发室 研修大厦 119房间：虚拟 pks 服务器，催化裂化装置工艺操作室 研修大厦 112房间：工艺操作室- 6 - 工艺操作室到研修大厦正南门空间：现场半实物催化裂化装置 （1）研修大厦 117房间：仿真控制器柜中为 DCS 控制器，放置
11、在研修 117室共有 7台， 其中最下方一台为半实物系统中的真实 PKS 服务器，其他为仿真 DCS。具体实现由 PKS 系 统或 EPKS 系统下装的控制算法，对由数据库和模型服务器中传出的信号进行运算控制。 图 1.4.1 仿真控制器柜 真实 DCS 控制器 C300 和 I/O 卡件也放置在研修 117室，为半实物仿真系统服务，实现 其系统的半实物部分对现场设备的数据传输和命令执行功能。 图 1.4.2 真实 DCS 控制器 C300/C 系列 I/O 卡件 （2）研修大厦 118房间：Uinsim 模型服务器和 OTS 教员站/现场操作站被安装在一个 服务器内，放置在研修 118室共有
12、 6台，其中第六套为半实物仿真系统服务，其他为仿真系 统服务。其作用为通过 Uinsim 建立化工过程模型和 OTS 系统中的教员站/现场操作站对已建- 7 - 立的模型进行数据修改和流程监控以达到对操作员的培训等目的。 图 1.4.3 OTS 教员站/现场操作站/模型服务器 （3）研修大厦 119房间：虚拟 EPKS 服务器被安装在一个服务器内，放置在研修 119 室共有 6台，其中第六台为半实物仿真系统服务。EPKS 开发环境为下装 DCS 建立了平台， 虚拟 DCS 服务器则作为全局数据库，提供数据交换和指令传递，并且在仿真和半实物数据 库之间的 OPC 通信。 图 1.4.4 虚拟 E
13、PKS 服务器 催化裂化装置操作员站也放置在研修 119室中，共有 3台操作员站。其功能与全仿真 OTS 的操作员站类似，不同的在于其连接的半实物部分的数据库，监控和报警对象为现场设 备。- 8 - 图 4.1.5 催化裂化装置半实物仿真 OTS 操作员站 （4）研修大厦 112房间：操作员站被放置在研修 112室共有 15台，分别对应仿真系统 中的 5套化工过程，每 3台一组。其主要功能为为操作员提供操作平台对仿真模型流程进行 监控和报警等，以达到操作员培训目的。 图 1.4.6 操作员站 （5）工艺操作室到研修大厦正南门空间：该组设备为大港炼油厂催化裂化装置 8比 1 的缩小真实模型。- 9 - 图 4.1.7催化裂化装置半实物 OTS 现场装置 4.2 硬件安装 （1）41台计算机： 117房间 7台，1台为真实 DCS 服务器，其他 6台为虚拟 DCS 服务器，型号都为 Dell 的 R710 服务器。 118房间 10台：6台 T710 服务器，4台 DELL T3500 型号电脑
