專利名稱：一種生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及教學(xué)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，特別涉及一種生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]近幾年來，我國化工工業(yè)的不斷發(fā)展，新裝置和新技術(shù)更新速度不斷加快，企業(yè)對(duì)技術(shù)工人的需求量越來越大，對(duì)技能水平的要求越來越高，擁有大量具有良好操作技能的一線生產(chǎn)工人是裝置安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)化運(yùn)行的必要保障，這在一定程度上促進(jìn)了職業(yè)技術(shù)教育的發(fā)展，同時(shí)也對(duì)職業(yè)技術(shù)教育提出了更高的要求，若再沿用傳統(tǒng)的“師傅帶徒弟”式的下廠實(shí)習(xí)的方法，職業(yè)技術(shù)教育將跟不上時(shí)代的發(fā)展。近幾年仿真培訓(xùn)系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，仿真培訓(xùn)系統(tǒng)簡而言之就是用計(jì)算機(jī)模擬DCS控制環(huán)境，用其中運(yùn)行的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型取代真實(shí)的生產(chǎn)裝置，在這樣的仿真環(huán)境下對(duì)學(xué)生進(jìn)行操作技能訓(xùn)練。但是這種仿真系統(tǒng)存在一定的缺陷，學(xué)生們?cè)陔娔X上看到的模型和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)物存在較大的差異，無法產(chǎn)生真實(shí)的臨境感覺。而且很多現(xiàn)場(chǎng)的閥門、設(shè)備的實(shí)際操作訓(xùn)練得不到鍛煉，特別是一些化工廠也不會(huì)讓學(xué)生隨意的介入化工生產(chǎn)車間進(jìn)行相應(yīng)的訓(xùn)練。由于仿真操作不能完全代替實(shí)操，搭建仿真與實(shí)操有機(jī)結(jié)合的化工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是目前的發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)用新型內(nèi)容[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)，基于生產(chǎn)實(shí)景，使得仿真與實(shí)際操作結(jié)合起來，達(dá)到最佳的教學(xué)效果及培訓(xùn)目的。[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下[0005]一種生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，它包括生產(chǎn)設(shè)備區(qū)，過程監(jiān)控操作室與仿真系統(tǒng)，所述生產(chǎn)設(shè)備區(qū)包括現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)、各種手動(dòng)閥門、機(jī)泵、塔和管，所述過程監(jiān)控操作室是一個(gè)真實(shí)的裝置中央控制室，所述仿真系統(tǒng)是一個(gè)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成生產(chǎn)過程設(shè)備性能、過程反應(yīng)工程特性的仿真系統(tǒng)；[0006]所述現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表輸入信號(hào)來自于仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)輸出給顯示儀表的儀表值是由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作后對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，仿真系統(tǒng)就重新計(jì)算儀表值；[0007]所述仿真系統(tǒng)包括輸入值接入單元，輸入值接入單元分別接收仿真機(jī)計(jì)算的數(shù)據(jù)、手動(dòng)閥門狀態(tài)信息；[0008]所述中央控制室分別通過線路連接仿真系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)，中央控制室內(nèi)控制系統(tǒng)接收輸入信號(hào)經(jīng)處理后輸出，其輸出信號(hào)直接送到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)。[0009]較佳地，所述閥門包括調(diào)節(jié)閥、截止閥，所述手動(dòng)閥的閥位信號(hào)作為控制過程的動(dòng)力源，直接進(jìn)入仿真系統(tǒng)。[0010]較佳地，所述生產(chǎn)設(shè)備區(qū)的就地顯示儀表采用數(shù)顯表，其測(cè)量值的顯示來源是仿3真系統(tǒng)的計(jì)算值。[0011]本實(shí)用新型的有益效果是，使仿真與實(shí)際操作相結(jié)合，達(dá)到最佳教學(xué)的目的，使用計(jì)算機(jī)模擬DCS控制環(huán)境，用其中運(yùn)行的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型取代真實(shí)的生產(chǎn)裝置，使學(xué)生避免了實(shí)操過程中危險(xiǎn)的化工環(huán)境，獲得了大量的突發(fā)狀況應(yīng)急處理經(jīng)驗(yàn)。[0012]以工廠真實(shí)裝置為背景，采用開放性的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和先進(jìn)的軟件平臺(tái)，體現(xiàn)工廠現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)狀態(tài)，適用于化工、自動(dòng)化等專業(yè)的教學(xué)、培訓(xùn)領(lǐng)域。


[0013]圖1為本實(shí)用新型虛擬仿真與現(xiàn)場(chǎng)操作相結(jié)合的教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)的示意圖；[0014]圖2為本實(shí)用新型閥門信號(hào)及仿真輸出儀表信號(hào)與系統(tǒng)關(guān)系的示意圖；[0015]圖3為本實(shí)用新型機(jī)泵啟停與系統(tǒng)關(guān)系的示意圖；[0016]圖4為本實(shí)用新型液位仿真實(shí)施的示意圖；[0017]圖5為本實(shí)用新型半水煤氣氣柜高度參數(shù)的數(shù)學(xué)模型的建立與完成的流程圖。
具體實(shí)施方式
[0018]為了使本實(shí)用新型的創(chuàng)作特征、技術(shù)手段與達(dá)成目的易于明白理解，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。[0019]實(shí)施例[0020]參看圖1，一種化工生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)，包括生產(chǎn)設(shè)備區(qū)1、過程監(jiān)控操作室2與仿真系統(tǒng)3，生產(chǎn)設(shè)備區(qū)1包括現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表11、執(zhí)行機(jī)構(gòu)12、輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)13和手動(dòng)閥門14，所述手動(dòng)閥門14的閥位信號(hào)作為制過程的動(dòng)力源，直接進(jìn)入仿真系統(tǒng) 3。[0021]現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表11的數(shù)值來源于仿真系統(tǒng)3的輸出。[0022]生產(chǎn)設(shè)備區(qū)1的手動(dòng)閥門14輸出閥位信號(hào)給仿真系統(tǒng)3，仿真系統(tǒng)3通過計(jì)算輸出虛擬的儀表變量值給過程監(jiān)控操作室2中的DCS顯示系統(tǒng)，通過對(duì)比設(shè)定儀表值將變化量輸出給生產(chǎn)設(shè)備區(qū)的自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)12，完成變量控制。而且輸出給自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)12的變量同時(shí)傳輸給仿真系統(tǒng)3，使仿真系統(tǒng)3通過計(jì)算輸出新的儀表值給程監(jiān)控操作室2中的 DCS顯示系統(tǒng)。手動(dòng)閥門14輸出閥位信號(hào)送給仿真系統(tǒng)3后，通過計(jì)算輸出虛擬的儀表值給現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表11。生產(chǎn)設(shè)備區(qū)1的一些現(xiàn)場(chǎng)儀表11檢測(cè)到真實(shí)的儀表值以后傳輸給過程監(jiān)控操作室2中的DCS系統(tǒng)，顯示儀表值。生產(chǎn)設(shè)備區(qū)1中物料的生成或是反應(yīng)掉可以通過仿真系統(tǒng)3的計(jì)算后輸出變化量給過程監(jiān)控操作室2中的DCS系統(tǒng)，DCS輸出信號(hào)給輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)13，完成仿真過程。[0023]過程監(jiān)控操作室2內(nèi)的控制系統(tǒng)完全按真實(shí)裝置設(shè)計(jì)，與真實(shí)控制系統(tǒng)的差別主要在于其信號(hào)來源不同，控制系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)是由仿真系統(tǒng)3通過數(shù)學(xué)模型的演算得來。[0024]生產(chǎn)設(shè)備區(qū)1設(shè)計(jì)一定量的可解剖設(shè)備，以便解剖、認(rèn)識(shí)掌握設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，部分替代物料，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物感，避免一線生產(chǎn)過程中處處存在的安全隱患。[0025]仿真系統(tǒng)3是一個(gè)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成化工過程設(shè)備性能、過程反應(yīng)工程特性的仿真系統(tǒng)；它將由一個(gè)系統(tǒng)的特征值根據(jù)實(shí)際過程的設(shè)備能力尺寸和機(jī)械原理，寫出關(guān)于工藝狀態(tài)量和進(jìn)入系統(tǒng)的物料流量之間的數(shù)理方程，或是根據(jù)該設(shè)備內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)過程機(jī)理，寫出其關(guān)于工藝狀態(tài)量的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的數(shù)理方程，利用數(shù)學(xué)的方法，將引起該特征值變化的眾多因素組合并構(gòu)成數(shù)學(xué)模型。通過檢測(cè)相關(guān)因數(shù)的狀態(tài)值，經(jīng)數(shù)學(xué)模型計(jì)算，得出當(dāng)前特征值的數(shù)值和狀態(tài)。[0026]所述仿真系統(tǒng)，至少包括輸入值接入單元、數(shù)學(xué)模型建立單元、特征值輸出單元， 其中，[0027]輸入值接入單元，分別接收現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表測(cè)控的數(shù)據(jù)、手動(dòng)閥門狀態(tài)信息；[0028]數(shù)學(xué)模型建立單元，用于工藝狀態(tài)量和進(jìn)入系統(tǒng)的物料流工藝狀態(tài)量的之間的數(shù)理方程，或是根據(jù)設(shè)備內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)過程機(jī)理，預(yù)先存儲(chǔ)工藝狀態(tài)量的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的數(shù)量方程，再將該些特征值構(gòu)成數(shù)據(jù)模型，并將進(jìn)行保存；[0029]特征值輸出單元，用于將輸入值接入單元接入的數(shù)據(jù)按照數(shù)學(xué)模型建立單元建立的模型進(jìn)行計(jì)算，得到特征值后，傳送至中央操作室.[0030]以半水煤氣氣柜高度參數(shù)的計(jì)算為例，數(shù)學(xué)模型的建立與完成如圖5，其中具體計(jì)算方案為[0031]流量計(jì)算[0032]①單位采樣周期氣體增量-.Mi = (F1-F2) -3600 Xk[0033]②氣柜剩余氣體體積計(jì)算=V1= Σ AVi[0034]③壓力校正=V2 = V1XP0^P1[0035]高度計(jì)算=H = V2/D[0036]式中= AVi——單位采樣周期氣體增量(m3)[0037]F1一入氣柜半水煤氣量(Nm3/h)[0038]F2一為出氣柜半水煤氣量(Nm3/h))[0039]K—-系統(tǒng)采樣周期(S)[0040]V1一氣柜內(nèi)氣體體積(Nm3)[0041]V2一氣柜內(nèi)工況條件下氣體體積(m3)[0042]P。一大氣壓(Ua)[0043]P1一工況狀態(tài)壓力(kPa)[0044]H——?dú)夤衤劧?m)[0045]D——-氣柜直徑(m)[0046]參看圖2，過程監(jiān)控操作室2采用浙江中控公司的DCS系統(tǒng)21進(jìn)行操作組織，仿真系統(tǒng)3通過計(jì)算輸出虛擬的儀表變量值給DCS系統(tǒng)21，通過對(duì)比設(shè)定儀表值將變化量輸出給生產(chǎn)設(shè)備區(qū)1的調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后完成變量控制；采用真實(shí)的調(diào)節(jié)閥15及手動(dòng)閥 16，使學(xué)生認(rèn)識(shí)各種顯示儀表，學(xué)會(huì)使用調(diào)節(jié)器并感知其重要性，并允許學(xué)生對(duì)儀表、閥門等進(jìn)行仿真隨意性調(diào)節(jié)。其中調(diào)節(jié)閥15是自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，受控制室控制，手動(dòng)閥16由人工控制，但其閥位的信號(hào)作為控制過程的動(dòng)力源，直接進(jìn)入仿真系統(tǒng)3。[0047]參看圖3，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵17的啟?？梢袁F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，也可以在DCS系統(tǒng)21上操作，不論是手動(dòng)操作還是控制站操作機(jī)泵的啟停信號(hào)都要輸入給仿真系統(tǒng)3。[0048]參看圖4，生產(chǎn)設(shè)備區(qū)1中物料的生成或是反應(yīng)掉可以通過仿真系統(tǒng)3的計(jì)算后輸出變化量給過程監(jiān)控操作室2中的DCS系統(tǒng)21，DCS系統(tǒng)21輸出信號(hào)給輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)13，輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)13動(dòng)作后顯示儀表值11發(fā)生變化，將新的儀表數(shù)值傳輸給DCS系統(tǒng)21，完成仿真過程。[0049]對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備區(qū)1中的一些產(chǎn)生液體產(chǎn)品的設(shè)備因?yàn)榉抡嫦到y(tǒng)3不走真實(shí)物料， 液體的產(chǎn)生沒有可能，這時(shí)我們根據(jù)仿真系統(tǒng)3計(jì)算出來的產(chǎn)品體積量，利用輔助閥門進(jìn)水使設(shè)備產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的真實(shí)的液位，來模擬產(chǎn)品的生成。如一些鍋爐系統(tǒng)，由于換熱使得液位降低變成水蒸汽，這種液位變化我們也可以通過仿真系統(tǒng)3計(jì)算出換熱量，根據(jù)換熱量利用輔助閥門放水調(diào)節(jié)鍋爐液位，達(dá)到真實(shí)的效果。該方案主要采用如圖4所示的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。[0050]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.一種生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，它包括生產(chǎn)設(shè)備區(qū)，過程監(jiān)控操作室與仿真系統(tǒng)，所述生產(chǎn)設(shè)備區(qū)包括現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)、各種手動(dòng)閥門、機(jī)泵、塔和管，所述過程監(jiān)控操作室是一個(gè)真實(shí)的裝置中央控制室，所述仿真系統(tǒng)是一個(gè)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成生產(chǎn)過程設(shè)備性能、過程反應(yīng)工程特性的仿真系統(tǒng)；所述現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表輸入信號(hào)來自于仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)輸出給顯示儀表的儀表值是由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作后對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，仿真系統(tǒng)就重新計(jì)算儀表值；所述仿真系統(tǒng)包括輸入值接入單元，輸入值接入單元分別接收仿真機(jī)計(jì)算的數(shù)據(jù)、手動(dòng)閥門狀態(tài)信息；所述中央控制室分別通過線路連接仿真系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)，中央控制室內(nèi)控制系統(tǒng)接收輸入信號(hào)經(jīng)處理后輸出，其輸出信號(hào)直接送到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門包括調(diào)節(jié)閥、截止閥，所述手動(dòng)閥的閥位信號(hào)作為控制過程的動(dòng)力源，直接進(jìn)入仿真系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述生產(chǎn)設(shè)備區(qū)的就地顯示儀表采用數(shù)顯表，其測(cè)量值的顯示來源是仿真系統(tǒng)的計(jì)算值。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種生產(chǎn)裝置的仿真教學(xué)與培訓(xùn)系統(tǒng)，它包括生產(chǎn)設(shè)備區(qū)、過程監(jiān)控操作室與仿真系統(tǒng)。所述生產(chǎn)設(shè)備區(qū)內(nèi)的所有設(shè)備按一定比例縮小制成，適量采用真實(shí)的工廠用儀表與閥門；所述過程監(jiān)控操作室是一個(gè)真實(shí)的中央控制室，可以由DCS系統(tǒng)進(jìn)行操作組織；所述仿真系統(tǒng)是一個(gè)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成化工過程設(shè)備性能、過程反應(yīng)與工程特性的仿真系統(tǒng)。所述過程監(jiān)控操作室內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)模擬計(jì)算產(chǎn)生的輸出信號(hào)經(jīng)就地顯示儀表或變送器(可以是空殼)的接線端子送到控制系統(tǒng)，輸出信號(hào)直接送到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器上，仿真系統(tǒng)轉(zhuǎn)接控制系統(tǒng)給執(zhí)行器操作信號(hào)。
文檔編號(hào)G09B25/02GK202257988SQ201120026558
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者丁志恒, 劉慧 , 吳昕, 張發(fā)明, 張?jiān)隽? 戴明亮, 李林, 菅小偉, 袁繼軍, 謝立元 申請(qǐng)人:浙江中控科教儀器設(shè)備有限公司