炼油化工与自动化仿真基地系统结构详解.doc

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 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OTS2.1 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，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。图1.2.1 全仿真OTS网络结构图其中：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 催化裂化装置半实物仿真OTS3.1 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。（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。图1.3.1 催化裂化装置半实物仿真OTS网络结构图图1.3.2 催化裂化装置半实物仿真OTS信号流图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EPKS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。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。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。119房间9台：6台T710服务器，3台 DELL T3500型号双屏电脑。112房间15台：15台Dell T3500型号双屏电脑。（2）DCS控制器及I/O卡件以及现场端子排安装：包括机柜的安装及上电测试。4.3 软件安装及网络配置一套全仿真OTS包括6台机器，6台机器的配置情况见下表：机器名称用途IP分配安装系统安装软件OTS-com1EPKS仿真服务器192.168.0.11Windows Server 2003EPKS R311.2OTS-ctrl1虚拟控制器192.168.0.111Windows Server 2003SCEOTS-model1模型服务器（兼教员站、现场站）192.168.0.2Windows Server 2003EPKS Flex StationUSO OTS-opr1DCS操作员站192.168.0.21Windows XP SP2EPKS Flex StationOTS-opr2DCS操作员站192.168.0.22Windows XP SP2EPKS Flex StationOTS-opr3DCS操作员站192.168.0.23Windows XP SP2EPKS Flex Station催化裂化装置半实物OTS的安装软件及网络配置如下表：机器名称用途IP分配安装系统安装软件OTS-com1EPKS仿真服务器192.168.0.11Windows Server 2003EPKS R311.2OTS-ctrl1虚拟控制器192.168.0.111Windows Server 2003SCEOTS-model1模型服务器（兼教员站、现场站）192.168.0.2Windows Server 2003EPKS Flex StationUSO OTS-opr1DCS操作员站192.168.0.21192.168.0.24Windows XP SP2EPKS Flex StationOTS-opr2DCS操作员站192.168.0.22192.