生产仿真培训系统方案

仿真培训系统建设方案

1

目录

1.仿真?平台 (3)

1.1平台概述 (3)

1.2平台优势 (4)

1.3仿真?系统 (4)

1.3.1仿真模型设计器 (5)

1.3.2场景创建模块 (12)

1.3.3故障创建模块 (13)

1.3.4教师站模块 (14)

1.3.5操作员站模块 (15)

1.3.6练习与考评模块 (18)

1.3.7现场操作站 (18)

1.3.8仿真DCS软件 (19)

1.4仿真系统的主要功能 (21)

2云仿真平台 (24)

2.1系统设计方案 (24)

2.1.1综述 (24)

2.1.2系统目标 (25)

2.1.3系统体系架构 (25)

2.1.4系统部署方式 (26)

? 概述 (26)

? 网络部署方式 (27)

? 网络部署优势 (28)

? 硬件配置参考 (28)

2.1.5软件授权 (30)

2.2云仿真平台功能说明 (30)

3沉浸式3D仿真培训系统（ITS） (36)

3.1功能概述 (36)

3.2 3D系统优势 (37)

3.3 3D系统功能 (38)

3.4沉浸式3D仿真虚拟场景运行平台 (39)

4项目管理与实施 (52)

4.1项目管理 (52)

4.2工程实施 (52)

5项目培训 (54)

5.1技术培训 (54)

5.2系统操作培训 (55)

5.3系统维护培训 (55)

2

1.仿真?平台

1.1平台概述

仿真?软件用于动态模拟工艺装置特性。系统框架主要包括：仿真模型设计器（搭建工序参数控制模型）、场景创建模块、工程师站模块、操作员站模块、仿真DCS系统（搭建工序逻辑控制模型）。

仿真?软件核心是基于B/S架构的EzSim模拟架构和全流程建模仿真平台软件。提供直观、友好且功能强大的图形用户界面，它以开放的模型数据作为主要理念，提供灵活、稳定、开放和可升级的结构。强大的组份数据库、热力学模块、设备模型库，为操作员培训系统提供精确而可靠的动态模拟。

模拟器是基于严格机理的组件模型，并对其动态精度进行了实时优化。充分利用经过验证的单元模型对整体流程进行建模和仿真。

EZSim平台架构，提供直观、友好且功能强大的图形用户界面（GUI），它以开放的模型数据作为主要理念，提供灵活、稳定、开放和可升级的结构。高精度工业仿真软件是动态过程的模拟软件，强大的组份数据库、热力学模块、设备模型库，为操作员培训系统提供精确而可靠的动态模拟。

模拟器是基于严格机理的组件模型，并对其动态精度进行了实时优化。仿真?系统充分利用经过验证的单元模型对整体流程进行建模和仿真。此外，利用EzSim平台架构，可将高精度工业仿真模型与DCS/SIS软控制器模块相接合。

仿真?软件采用了微软新一代的.NET技术，整个系统具有较高的稳定性、可扩展性和开放性。系统架构的灵活性与最新的动态模拟技术的结合，显著降低模拟器的长期拥有成本，与此同时还结合了更加简化的维护工作，因而拓展了该工具在工厂全生命周期中的使用寿命。我公司动态模拟软件，提供针对流程单元装置的高保真的过程模拟模型，以进行微分的物质、能量和角动量平衡。

仿真?系统包括开发人员工具和使用程序用于系统开发、生成、客户化和维护过程模型。系统提供分组功能，并为各个分组提供特定能够保证系统操作安全的权限。分组由下面几个角色组成：

3

●工程师

●教员

●学员

系统采用标准软件产品，不因PMB项目需求而进行源代码编码定制。仿真?系统高效的利用计算机系统的CPU和内存：

●系统显示反馈时间小于2秒

●仿真?系统可同时运行多个模型，教员可决定任何模型的启停和状态

●安装完毕后，系统还有50%的硬盘空间和50%的内存空间

1.2平台优势

仿真?软件的优势：

?内嵌强大物性库；

?高保真机理建模；

?对控制及连锁策略进行工业化建模；

?精确描述装置的动态特性；

?平台化设计适用于各类流程行业装置；

?对真实生产过程进行高精度全过程仿真模拟；

?仿真软件模拟结果与实际工厂运行基本一致；

?对流程设备可进行参数调整，以满足技改需要；

?仿真操作规程无限接近现场规范；

?采用真实DCS系统、开展主控制室仿真和操作界面仿真，做到让使用人员“身临其境”；

?提供完善的OPC接口，具备与第三方软件交互功能等。

1.3仿真?系统

仿真?系统由以下八个部分组成，分别是：仿真模型设计器，场景创建模块，故障创建，教师站，学员站，练习与考评，现场操作站，仿真DCS软件。

4

5 1.3.1仿真模型设计器

仿真模型设计器采用全图形化方式对现场过程进行建模，并提供支持化工过程各种单元操作库和热力学库。支持对各种基础模块通过图形自由拖曳，并通过鼠标点击配置参数的方式进行工艺模型的参数设置和修改。它不是一般意义上的稳态过程模拟而是全面的动态过程模拟。基于精确的热动力学方程和传质动力学模型，成为了一套可以帮助工程师研究探索工艺过程、进行工况研究、发现工艺瓶颈、寻找最佳操作程序、进行故障分析和控制策略研究的工具，也成为了帮助工厂操作人员积累操作经验、熟悉工艺、提高操作技能的培训工具。

该软件模块基于数学方程，并由联立方程和序贯模块解算器进行独立或者联合求解。乙方对其用于仿真系统的模型技术经行描述，并对所有边界情况进行说明，使用人员可基于乙方边界的描述，对仿真系统的压力、温度、组分和流股等的状态进行更改。系统模型可提供第三方系统所需的输入、输出和脉冲输入、输出，并可为DCS ，ESD ，MCM 等系统提供必要的输入和输出。

运行引擎采用针对流程行业的特点：1）流股的组分众多，物性及变化过程复杂，增加了仿真难度；2）系统复杂，具有非线性、时变、时滞、强耦合等特性，物质流和能量流高度耦合，不确定因素非常多而且复杂，很难对各个化工单元进行准确建模； 3）操作复杂、控制回路众多；4）系统规模庞大、

构造复杂、

循环嵌套和设备众多，很难在短时间内对其进行求解。引擎采用先进的联立方程法和序贯模块法混合求解的方式对仿真对象进行求解。从计算速度上看，计算过程大体上可以分为三个过程，即快速、中速和慢速仿真。分别对应于压力、流量关系的计算、能量平衡计算和组分平衡计算。

仿真系统软件系统建立了热力学模型，并对物质流的物理性质进行模拟。对于流程模拟来说，通过热力学物性计算来准确预测物系的物性和相行为是十分关键的，这需要有足够的组分数据库、选择适用的热力学模型、建立相平衡计算方法，这样才能仿真出接近真实的流股物性及变化过程，这部分包含了对物性数据的收集、热力学模型的建立和闪蒸计算方法的开发。

准确可靠的物性数据是流程模拟必不可少的最基本的条件。仿真系统仿真采用的物性数据库除了收集和编撰工业上重要的化合物的各类物性数据而开发数据库外，还收集了各类出版物上物性的推算手册，以提供化学及相关工业中过程设计所需的物性、热力学性质和传递性质数据推算的标准来源，采用的是当今世界上最权威的物性数据源。对热力学模型仿真模型设计器提供一系列工业标准的方法来计算物系的热力学性质，如K值、焓值、熵值、密度、气相和固相在液相中的溶解度，以及气体逸度等。这些方法包括：

?一般关联式：如CSK值算法、API液相密度算法

?状态方程：如SRK、PR计算K值、焓值、熵值和密度

?液相活度系数模型：如NRTL计算K值

?气相逸度方法：如Hayden-O'Connell法计算二元缔合

?特殊组分系统的计算方法：如醇类、甘醇类、酸水系统、气体脱硫系统等等?固－液平衡方法：如Van't Hoff法计算固相在液相中的溶解度通过对物质组成和其相对的热力学模型的配置，仿真系统仿真系统便可形成对物质流股的成分和热力学特性的配置,我们称其为流体包（Fluid Package）。配置方法如下图所示。

6

通过对流体包的引用，物质流便完成对混合物和其相配套的热力学模型的配置。

仿真系统软件应根据用户的要求计算下列传递性质：液相粘度、液相热传导率、液相扩散率、气相粘度，以及气相热传导率等。另外，还可以计算物流的气液相界面张力。最后开发的模拟系统中将包含很多关联式，用于预测混合物的上述传递性质。

对于过程模拟来说，准确预测物系的物性和相行为是十分关键的。本仿真系统带有数据回归功能，可以将测量的组分或混合物的性质数据回归为模拟系统可以使用的形式。回归选项如下：

性质关联：用户可以输入一系列温度下某个与温度相关性质的数据，将其回归为任意一种方程的形式，以用于性质的关联。回归过程中将计算方程的系数。

相平衡：将多组分平衡数据用于回归，产生液相活度系数模型或状态方程的二元交互作用参数。使用这些二元参数可以确保相应的热力学方法能再现这些测量的平衡数据。

混合性质：用户还可以回归多组分混合热或混合体积数据，用于生成Redlich-Kister二元交互作用参数。

该软件模块能对模型故障（流程设备故障、流程不平衡）做出反应。乙方针对这些故障以及故障场景进行详细描述。该软件模块应具有在线修改和调试模型参数，可修改和调试的模型参数应包括：

●设备特性参数

●反应动力学参数

●边界情况

该软件模块可连续、精确的在所有操作范围内，表现装置的动态特性，应包括：

●开车（热起或者冷起）

●稳态操作

●ESD，MCM

●故障和其它场景

模块的能量和物质平衡相对于项目提供的数据精度范围应保持在3%内，流

7

程模型应能在所有的操作（开车、停车、紧急预案，特殊步骤和非正常状态）保持精度。

该软件模块应提供热力学模型库，用来覆盖装置体系的所有模拟需求，模块应具备可复用的单元操作模型库，该软件模块应采用图形化模块化设计，以使流程模型的设计和调试更加友好和方便，避免对特殊设备建模时的系统源代码的改变。

任何妨碍项目对模型进行配置、修改的黑箱模型和灰箱模型都不应用在乙方最终交付的仿真系统中。

仿真系统应能根据操作条件对工厂流程参数进行计算，并能将这些参数显示在操作终端上。针对用户要求，仿真系统还能执行下列功能：

●仿真系统应能提供与工厂相似的全局的动态特性，这些特性包括流股的

改变、压力、温度和组分

●仿真系统应能提供在本协议中的所有稳态和动态的操作结果

●仿真系统能够对操作员操作、非操作员操作、不恰当的动作、控制系统

动作做出精确的响应，响应将在特定的表现边界，操作员不应该看到任

何明显的有别于实际控制室系统或者现场系统的响应

●模型精度：在模型测试（MAT）环节前，乙方应提供参数表，对所有动

态和静态精度做出必要的分析和报告

?静态精度：对所有控制点和关键流程参数应控制在+/-3%，对于所有

非关键点控制在+/-5%

?动态精度应和现场流程接近

仿真系统可从冷态、稳态和任何用户定义状态启动，流程模型根据实际的工艺流程图和P&ID图、物质能量平衡表等创建。

（1）组分库

仿真模型设计器具有强大的组分库，包含目前所知的绝大多数物质。每种物质内容都包括基本属性和方程，基本属性包含组分信息、基本性质、临界性质；方程包含理想气体热容、理想气体焓值、标态下理想气体熵值、液体密度、汽化热、液体饱和蒸汽压等。

8

9

针对组分库中极少数没有的物质，可以选择组分自定义功能。

（2）热力学物性方程

仿真模型设计器包含目前工业上标准的热力学物性方程以适应装置物系需求。包括状态方程和活度系数模型等。

（A ）利用热力学状态方程，在全压力全温度范围内，对纯流体\流体混合物热力学状态函数：焓、熵、摩尔体积、摩尔密度、质量密度等，进行精确计算，并显示计算结果和趋势线。可演示出生产设备内流体混合物的上述所有热力学函数，包括：设备内部压力上升或下降过程中，热力学状态函数的变化曲线；温度上升或下降过程中，热力学状态函数的变化曲线；

设备内流体混合物中任一组分

的浓度变化过程中，热力学状态函数的变化曲线。

（B）利用热力学活度系数模型，在全温度范围内，对液相混合物热力学状态函数：焓、熵等进行精确计算，并显示计算结果和趋势线。可演示主要设备内液体混合物的上述所有热力学函数，包括：设备内液相某一组分的浓度变化过程中，液相所有热力学状态函数的变化曲线。

（3）单元操作模型

仿真模型设计器对实际生产过程的单元操作设备（比如泵、阀、反应器、精制塔等）机理建模，并生成逐个完整封装、以图标独立显示的单元操作模型。用户能通过鼠标拖曳的方式来选择单元操作模型，并以鼠标点击的方式配置和修改单元操作模型的参数。

为保证完整应用，仿真模型设计器的单元操作模型库内包含反应器、精馏塔、吸收塔、换热器等30多种单元操作模型，部分内容如下：

10

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bxcq.html