化工脱硫过程仿真培训系统的开发

摘要

随着科学技术的发展和计算机的广泛应用，计算机仿真培训越来越受到过程生产操作企业的青睐。通过计算机仿真系统可以实现对开停车操作、正常运行操作和事故处理操作的离线模拟，并且能够对监控对象的各种特性和参数变化进行实时监控，提供操作评价。操作界面与正常生产运行画面一致兼顾现场实际位置定位，不受正常生产操作投料问题影响，模拟操作错误也不会带来实际的危险;使生产操作、技术人员在熟悉工艺流程、工艺参数控制的情况下，对现场实际设备状态位置也有了很大程度上的掌握，可谓一举两得。操作评价系统能够对学员的操作进行准确的评价，对学员事故处理应急操作的能力进行检验;通过评价系统实现对学员操作的指导，规范学员操作，避免在实际操作中出现危险错误操作。 鉴于计算机仿真系统的优点，结合公司四化建设的目标，全面地提高操作人员的综合操作技能水平、过程知识和经验，使他们掌握新的、先进的控制系统，熟悉调节控制的方法，全面掌握和了解工艺过程本身的原理以及其动态特性，确保工厂安全、顺利开工、平稳生产和安全生产，提出了对化工脱硫过程系统进行仿真培训系统(Operator Training System简称OTS)开发的课题。 本文在对化工脱硫过程系统工艺、设备了解掌握的基础上，提出建立仿真培训系统的任务目标。利用东方仿真PISP(Process Industry Simulation Platform)仿真开发平台，以脱硫过程系统仿真为例，完成了仿真培训系统的信息流图、点库、建模、组态、评分等开发过程，具体研究内容如下: (1)介绍分析了化工脱硫过程系统的工艺及设备特点，同时对整个脱硫系统中物料间的化学反应及温度、压力控制要点及其对生产的影响进行了研究。 (2)设计了仿真培训系统的总体功能;结合设计的总体功能目标，搭建了仿真培训系统的硬件结构平台，包括仿真计算机系统、DCS(Distributed Control System)学员操作站、现场操作站、教师站、工程师站、仿真软件和过程模型服务器。根据化工脱硫过程系统的工艺及设备特点，对仿真培训系统的软件建模方法进行了设计，采用模块化建模方法序贯模块法，模块模型采用操作型计算方法，数值运算采用欧拉算法。对仿真培训系统软件的总体结构进行了设计，横向由两部分构成即上层的模拟软件平台（应用层）和底层的模拟引擎（功能层和数据层）;纵向由模型区域（仿真子系统）、仿DCS区域和操作评价区域三层结构组成。 (3)利用序贯模块法对脱硫过程系统进行模块划分，建立模块信息流图，利用仿真开发平台建立了仿真培训系统的点库系统。在确定了系统的主要化学反应过程及进行完系统的物料衡算后，根据划分的信息流图建立单元模块模型，单元模块分为通用模块和专用模块。分别对专用模块和通用模块进行了数学模型建模及部分算法的编制。在完成模块划分、点库建立、数学建模及算法编制和画面组态后，对评分系统进行了详细的设计;根据确定的评分维度确定评分策略，编制了仿真培训系统的评分文件。 (4)通过对仿真培训系统的测试，证明了该仿真系统在软件结构合理性、可靠性、稳定性和实时性等方面均达到了应用的需求，具有较好的应用价值。通过该仿真系统，可以在较短时间内提高操作人员的操作技能水平，降低新进员工误操作风险。并对仿真培训系统后续改进方向进行了规划。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1课题背景及意义

1．2仿真技术发展

1．3化工仿真系统进展

1．4国内化工仿真近30年主要发展成就

1．5本文主要工作与研究内容

第2章脱硫过程系统分析

2．1工艺流程简介

2．2主要工艺设备描述

2．2．1捕雾器

2．2．2脱硫塔

2．2．3解析塔

2．2．4碳酸钾溶液循环

2．2．5真空泵系统

2．2．6 Blanketing系统

2．3本章小结

第3章脱硫过程仿真培训系统功能结构设计

3．1仿真项目概况

3．2仿真培训系统总体功能设计

3．3仿真培训系统硬件结构设计

3．4仿真培训系统软件建模方法设计

3．5仿真培训系统软件总体结构设计

3．6本章小结

第4章脱硫过程仿真培训系统软件开发

4．1开发平台选择

4．2开发工具选择

4．3．1确定仿真范围

4．3．2确定仿真精度

4．4仿真系统软件开发步骤

4．5工艺子模型的开发

4．5．1模块划分及信息流图

4．5．2点库建立

4．5．3数学建模

4．5．4画面组态

4．6评分系统

4．7本章小结

第5章实际应用与系统评估

5．1实际应用

5．2系统评估

第6章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢

附录