煤化工仿真实训实操系统doc.docx

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煤化工仿真实训实操系统doc

煤化工仿真实训/实操系统

煤化工行业在我国国民经济中的地位是非常重要的，其工艺设备逐渐大型化，自动控制水平也越来越高，因而对生产运行人员的操作能力与水平有了更高的要求。

相反的是，由于生产运行必须保证安全、稳定、长周期、优化地运行，因而在生产实际过程中不方便依靠实际生产装置来提高和培训运行人员的操作技能。

因此本项目从培养高职院校的实践能力及职业培训需求出发，本着实用性与前瞻性相结合、职业技能培训与鉴定相结合、实训装备的硬件与技能训练仿真软件相结合的思想，对现代煤化工工艺过程、动态操作、煤化工正在使用的自动化检测传感执行装置及国内先进的DCS控制系统进行仿真模拟，以培养能够适应当前及未来煤化工企业所需要的各类技术人员，满足煤化工工业建设与生产的需要。

1、设计原则

（1）系统性原则：

煤制甲醇---二甲醚冷态模拟实训系统应在真实完整体现实际工业流程的基础上，强化重要工序、重要设备，并利用OTS仿真培训软件进行煤制甲醇-二甲醚的全流程模拟培训。

（2）真实性原则：

煤制甲醇---二甲醚冷态模拟实训系统的设备和装置应按照现场设备进行模拟仿真，同时对重点设备的内部结构、工作原理做深入的剖析，采用实物与软件模拟相结合的方式进行制作，便于学员对设备实操和原理的掌握。

同时，OTS仿真培训软件的动态模型应能真实再现实际工业流程状态和数据，实现实时准确的模拟工艺现场，故障模拟真实化。

（3）实操性原则：

煤制甲醇---二甲醚冷态模拟实训系统的配套设备具有高度的实际操作能力，体现工厂情景化，尽量贴近工厂实际，突出重点。

学员可对设备进行实际操作，满足学生实践实习要求。

（4）全面性原则：

既能使学员了解和掌握正常工况下各类设备的操作和维护，能进行装置开车准备、开车、正常操作、停车、设备维护等方面的技能操作训练、工艺指标控制操作技能训练；又能通过安全手段设置各类故障，使学员能够处理各类紧急状况，动手进行生产过程操作、分析、排除工业生产过程故障。

（5）安全性原则：

煤制甲醇---二甲醚冷态模拟实训系统内设备高度重视操作的安全性，保证学员在操作设备时的安全性。

2、系统结构

煤制甲醇---二甲醚冷态模拟实训系统主要包含：

煤制甲醇---二甲醚流程工艺实训实操系统、OTS仿真培训软件系统和DCS控制系统三大部分。

2.1装置体系结构的要求：

a.系统体系：

煤化工---60万吨新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训系统分为：

煤化工---新型煤气化制甲醇流程工艺实训实操系统；煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统两大部分。

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统：

1）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统工艺对象；

2）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统工艺对象检测传感、执行装置；

3）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统工艺对象现场电器仪表控制柜；

4）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统工艺对象及DCS控制室（12工位嵌入式计算机控制盘台）；

5）、煤化工---60万吨新型煤气化制甲醇--二甲醚企业平面布置模型；

6）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统动态模拟仿真展板

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统：

（1）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统（多用户服务器安装版离线仿真）

（2）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件模型机系统

（3）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统（单机版在线操作仿真）

（4）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚装置设备结构仿真软件（三维及两维动画仿真）

b.工程体系：

1）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统工艺对象框架安装系统的施工；

2）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统电器工程及布线施工；

3）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统安装及调试；

4）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统DCS控制室工程施工、安装及调试；

c.培训体系

1）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统工艺对象培训；

2）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统培训

2.2、系统单元组成：

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统主框架系统

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统工艺对象

（1）、煤化工多元气化灰水系统

（2）、煤化工多元耐硫变换系统

（3）、煤化工多元低温甲醇洗系统

（4）、煤化工多元甲醇合成及多元精馏系统

（5）、煤化工DCS控制多功能双釜反应及双塔串联实训/实操系统

（6）、煤化工多元主塔器系统

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统标准件及管/板材系统

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统检测执行系统

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统动力系统

煤化工---新型煤气化制甲--二甲醚醇流程工艺实训实操系统动态模拟仿真展板

（1）、煤化工多元料浆原料输送系统动态模拟展板

（2）、煤化工多元料浆制备系统动态模拟展板

（3）、煤化工多元真空闪蒸系统动态模拟展板

（4）、煤化工多元黑水处理系统动态模拟展板

（5）、煤化工硫回收处理系统动态模拟展板

60万吨煤化工工厂全局布置动态模型

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统DCS中控室系统

（1）DCS中控室系统现场控制站系统

（2）DCS中控室系12工位嵌入式计算机控制盘台

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统就地电气仪表控制柜系统

（1）煤化工多元气化灰水系统电气仪表控制柜

（2）煤化工多元耐硫变换系统电气仪表控制柜

（3）煤化工多元低温甲醇洗系统电气仪表控制柜

（4）煤化工多元甲醇合成及精馏系统电气仪表控制柜

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统动态模拟仿真展板电器控制柜

（1）、煤化工多元料浆原料输送系统动态模拟展板电器控制柜

（2）、煤化工多元料浆制备系统动态模拟展板电器控制柜

（3）、煤化工多元真空闪蒸系统动态模拟展板电器控制柜

（4）、煤化工多元黑水处理系统动态模拟展板电器控制柜

（5）、煤化工硫回收处理系统动态模拟展板电器控制柜

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统电气仪表安装施工材料

（1）电气仪表安装施工材料—线缆

（2）电气仪表安装施工材料---桥架、穿线管及接头

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统

（1）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统（多用户服务器安装版离线仿真）

（2）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件模型机系统

（3）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统（单机版在线操作仿真）

（4）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚装置设备结构仿真软件（三维及两维动画仿真）

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统（多用户服务器安装版离线仿真）

（2）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件模型机系统

（3）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚仿真培训软件系统（单机版在线操作仿真）

（4）、煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚装置设备结构仿真软件（三维及两维动画仿真）

3、系统功能

本项目所提出的煤制甲醇---二甲醚冷态模拟培训系统既具备离线仿真培训功能也具备在线仿真培训功能。

学员可以脱离工艺流程实训实操系统进行离线仿真培训，也可基于工艺流程实训实操系统进行在线仿真实训。

当学员进行离线仿真培训时，系统数据仅在学员站和OTS仿真培训系统间传递。

OTS仿真服务器基于OPC通讯协议接收学员站操作指令并进行动态模型计算，同时将运算结果传递给学员站的监控画面加以显示。

当学员进行在线仿真培训时，系统数据在学员站、OTS仿真培训系统、DCS控制系统、工艺流程实训实操系统间传递。

来自学员站的控制指令，通过DCS工程师站由DCS系统网传递给DCS控制站并转换成标准电信号引导相应执行机构动作；同时执行机构的反馈信号通过DCS控制系统传递给OTS仿真培训系统以便进行动态模型运算。

来自就地电气仪表控制柜的控制操作，经转换成标准电信号后引导相应执行机构动作；同时执行机构的反馈信号通过DCS控制系统传递给OTS仿真培训系统以便进行动态模型运算。

来自就地手动的控制操作，经执行机构的反馈信号通过DCS控制系统传递给OTS仿真培训系统以便进行动态模型运算。

OTS仿真培训系统的运算结果，一方面通过OPC协议在学员站加以显示，另一方面又通过DCS控制系统转变成标准电信号在就地数字或模拟仪表中加以显示。

3.1煤制甲醇---二甲醚工艺流程实训实操系统

煤制甲醇---二甲醚工艺流程实训实操系统包括煤制甲醇---二甲醚工艺流程实训对象；煤制甲醇---二甲醚工艺流程检测传感、执行装置；和煤制甲醇---二甲醚工艺流程就地电气仪表控制柜。

煤制甲醇---二甲醚工艺流程实训实操系统在真实体现工业流程的基础上，省略了工业流程中一些辅助工序、辅助设备，同时对重要工序、重要设备进行了强化，以加深学生对煤制甲醇---二甲醚工业化装置的了解。

将工业装置中大型设备如塔器、反应器、贮槽、换热器、输送设备等在保持原设备的结构特点下按一定比例缩小，通过连接真实管路、手动阀门、控制阀门及压力（P）、流量（F）、温度（T）、物位（L）、功率（N）、组成（A）和阀位（V）测控传感器等，组成煤制甲醇---二甲醚全流程装置。

本装置是学生直接操作和运行系统的基础，能模拟工业生产的真实环境，并且所有阀门可真实操作。

同时通过仪表检测生产装置的压力、流量、温度、物位、功率、组成，并且本系统和真实工业装置的观测界面完全一致。

能在本装置上训练学生的开车、停车、正常操作、事故处理等过程的操作技能。

3.2煤制甲醇---二甲醚工艺流程检测传感、执行装置

煤制甲醇---二甲醚工艺流程检测传感、执行装置一方面将操作设备，例如阀门的转动变换为模拟电信号，采用计算机控制技术将现场操作点的模拟信号实时采集传输至DCS控制系统，并经由DCS控制系统通过OPC协议提供给OTS仿真服务器中的数学模型；另一方面也将OTS仿真服务器的运算结果通过DCS控制站转变成模拟电信号，并传送到现场的各种仪表进行模拟与数字多种方式的实时显示。

3.3煤制甲醇---二甲醚工艺流程就地电气仪表控制柜

煤制甲醇---二甲醚工艺流程就地电气仪表控制柜主要实现对检测、执行装置的电源管理、信号采集、显示和控制。

3.4煤制甲醇---二甲醚OTS仿真培训软件系统

煤制甲醇---二甲醚OTS仿真培训软件系统包括离线煤化工软件仿真培训系统和在线操作仿真培训系统两大部分。

通过使用仿真培训系统，能提高生产岗位操作人员技术素质，为生产安全、稳定、长周期、优化操作服务。

用仿真培训系统能让操作人员更深入地了解生产装置的工艺机理，提高技术水平，可以给带来十分可观的经济效益。

通过使用仿真培训系统，让操作人员熟练掌握遇到一些常见事故情况如何进行操作处理，可以减少突发性事故和误操作，减少非正常停工，可为企业保持预计的经济效益，减少能耗和设备维护费用。

通过使用仿真培训系统，可以方便地让操作人员掌握不同岗位的生产运行操作技能，达到一人适合多个岗位的生产操作要求，提升操作人员的全面生产操作技能。

使用仿真培训系统可以给企业新的员工提供动手操作的机会，提高入厂学员的质量，使他们更深入地了解生产与理论的结合，缩短培训环节，降低培训费用，减少对实际生产的干扰，为兄弟企业培养高水平的人才。

在仿真培训系统之上，可以逐步发展出为生产装置的优化操作和技术改进提供指导，做到节能降耗，优化生产的在线实时模拟优化系统。

从而对工艺运行过程进行各种试验性研究，为装置生产运行提供指导和技术改造提供参考。

总之，仿真培训系统是操作人员技能提升和考核鉴定的现代化工具，同时在保障安全生产、降低操作成本和能耗、提高生产率、延长设备使用寿命、减少或避免生产事故所造成的损失、减少或避免工厂装置破坏所造成的经济损失等方面发挥有效作用。

为了高逼真的进行过程的开、停车、正常运行、故障状态操作及控制，OTS仿真培训软件系统通过建立高保真的动态模型，以反应工业装置的实际尺寸、管道尺寸、阀门尺寸等，并反映系统物料和能量的变化与传递的定量关系；动态模型能反应工业系统的物理化学变化的规律，如反应动力学特征、气液平衡特征、流体力学特性等，这些特性常常是非线性的。

动态模型能反映工业系统的时间常数、惯性、时间滞后、多容高阶段性；动态模型的求解速度达到实时要求、求解精度满足实验要求。

OTS仿真培训软件能进行培训项目及事故设置以及运行操作评价。

主要满足培训的组织和管理问题。

其中操作评价软件可以通过组态方式修改和编辑。

当实训装置运行时，软件会自动记录、分析和评价操作员的操作水平。

3.5煤制甲醇---二甲醚DCS控制系统

煤制甲醇---二甲醚DCS控制系统包括DCS控制站、DCS工程师站和DCS操作员站三大部分。

其中DCS控制站主要完成与现场检测传感装置和就地仪表的数据通讯，同时也与DCS工程师站和DCS操作员站进行信息传递，它是整个DCS控制系统的核心。

DCS工程师站在煤制甲醇---二甲醚冷态模拟仿真培训系统中一方面与DCS控制站通过DCS系统网进行数据通讯，另一方也通过运行于DCS工程师站的监控软件与OTS仿真培训软件系统以OPC协议进行通信。

DCS操作员站运行有DCS监控软件，运行有总貌画面、控制画面、流程图画面、趋势画面、报警画面、报表画面、参数画面等。

同时在本方案中DCS操作员站还兼具有部分DCS工程师站的功能，可以进行画面组态、实时数据库组态和控制算法组态等功能，学员在DCS操作员站中既可进行煤制甲醇---二甲醚冷态模拟操作控制的培训，也可进行DCS组态、调试等方面的培训。

4、设备系统清单

煤化工---新型煤气化制甲醇二甲醚流程工艺实训实操系统

序号

系统

数量/单位

备注

1.

煤化工实训实操系统主框架系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

2.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统工艺对象

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

1.

煤化工多元气化系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

3.

煤化工多元耐硫变换系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

5.

煤化工多元低温甲醇洗系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

7.

煤化工多元合成精馏系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

9.

煤化工甲醇制二甲醚工段系统

11.

煤化工多元主塔系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

4.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统标准件及管/板材系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

12.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统检测执行系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

13.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统动力系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

14.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统动态模拟仿真展板

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

1.

煤化工多元料浆原料输送系统动态模拟展板

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

3.

煤化工多元料浆制备系统动态模拟展板

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

5.

煤化工多元真空闪蒸系统动态模拟展板

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

7.

煤化工多元黑水处理系统动态模拟展板

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

9.

煤化工硫回收处理系统动态模拟展板

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统动态模拟仿真展板电器控制柜

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

1.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统动态模拟仿真展板配套PLC系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

3.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统动态模拟仿真展板配套电器控制柜系统

5套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

16.

60万吨煤化工工厂全局布置动态模型

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

17.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统DCS中控室系统

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

1.

DCS中控室系统现场控制站

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

2.

DCS中控室系16工位嵌入式计算机控制盘台

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

20.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统就地电气仪表控制柜系统

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

1.

煤化工多元气化灰水系统电气仪表控制柜

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

2.

煤化工多元耐硫变换系统电气仪表控制柜

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

3.

煤化工多元低温甲醇洗系统电气仪表控制柜

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

4.

煤化工多元甲醇合成及精馏系统电气仪表控制柜电气仪表控制柜

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

5.

煤化工甲醇制二甲醚工段系统电气仪表控制柜

1套

26.

煤化工---新型煤气化制甲醇--二甲醚流程工艺实训实操系统电气仪表安装施工材料

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求

27.

煤化工---新型煤气化制甲醇仿真--二甲醚培训软件系统

1套

详见各系统单元基本配置及技术功能要求