1、和利時(shí)OTS系統(tǒng)特點(diǎn)
①和利時(shí)OTS系統(tǒng)采用先進(jìn)的仿真支撐軟件、教練員臺(tái)軟件、自動(dòng)化建模工具軟件和模型技術(shù)?？梢灾畏抡鏅C(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行、在線修改、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、控制方案設(shè)計(jì)、控制策略驗(yàn)證等。
②專門開(kāi)發(fā)的教練員站軟件，具有靈活的培訓(xùn)、監(jiān)視、控制等多種功能。它支撐個(gè)性化、趣味化的培訓(xùn)方案，能對(duì)受訓(xùn)人員進(jìn)行全面、科學(xué)培訓(xùn)，對(duì)學(xué)員的實(shí)際操作情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視與考核，可用于工廠運(yùn)行培訓(xùn)、控制人員維護(hù)培訓(xùn)、運(yùn)行方式研究、控制策略研究、控制邏輯驗(yàn)證等。
③全面采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)建立仿真模型的工具軟件。它具有界面友好、統(tǒng)一、直觀，不僅大幅提高了仿真模型軟件的開(kāi)發(fā)效率，而且還使仿真機(jī)的開(kāi)發(fā)具有一致性和連續(xù)性，便于后期的開(kāi)發(fā)、維護(hù)、升級(jí)，同時(shí)還非常容易被用戶方技術(shù)人員所掌握。
④硬件系統(tǒng)具有極高的可靠性與穩(wěn)定性，在性能上不僅可以完全滿足用戶方目前的要求，同時(shí)具有一定的擴(kuò)展能力。
⑤采用全物理范圍、全過(guò)程、高精度、高響應(yīng)速度的數(shù)學(xué)模型，嚴(yán)格保證仿真的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度。
⑥控制系統(tǒng)的仿真采用虛擬DCS技術(shù)，以真正的DCS軟件及虛擬DPU軟件為基礎(chǔ)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制圖形組態(tài)、邏輯組態(tài)完全與現(xiàn)場(chǎng)一致，組態(tài)文件可被直接導(dǎo)入到仿真機(jī)。
具有仿真精度高、開(kāi)發(fā)周期短、仿真效果好的特點(diǎn)。虛擬DPU技術(shù)是指將真實(shí)DCS的DPU虛擬軟件化，開(kāi)發(fā)的虛擬DPU軟件能夠完全代替真實(shí)DPU的計(jì)算、通信功能，從而降低用戶的使用與維護(hù)成本。傳統(tǒng)仿真機(jī)與虛擬DCS仿真機(jī)比較如下圖所示。
⑦仿真模型軟件為模塊化結(jié)構(gòu)，可便于根據(jù)不同的培訓(xùn)對(duì)象，由不同的主機(jī)、輔機(jī)、控制系統(tǒng)模塊等構(gòu)成新的仿真模型。模型開(kāi)發(fā)過(guò)程采用先進(jìn)的圖形化自動(dòng)建模技術(shù)，開(kāi)發(fā)、維護(hù)人員只需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行簡(jiǎn)單的繪圖式建模即可自動(dòng)完成模型的生成，同傳統(tǒng)的手工編程式、填表式、模塊式建模相比，圖形化自動(dòng)建模具有建模周期短、工作效率高、通用性強(qiáng)、易于維護(hù)與管理的優(yōu)點(diǎn)。
2、和利時(shí)OTS系統(tǒng)仿真能力
①工況仿真能力
OTS系統(tǒng)具備正常工況、特殊工況和事故工況的仿真能力，在各個(gè)工況下，仿真系統(tǒng)的反應(yīng)現(xiàn)象均與現(xiàn)場(chǎng)一致，精度滿足國(guó)內(nèi)國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。具體仿真工況如下：正常工況仿真、自動(dòng)故障處理工況仿真、啟停工況仿真、 事故工況仿真。
②圖形顯示能力
OTS系統(tǒng)的圖形界面包括DCS操作員站界面、現(xiàn)場(chǎng)站界面、工程師站界面和教練員站界面，除教練員站界面及現(xiàn)場(chǎng)站界面外，其他界面與現(xiàn)場(chǎng)使用的圖形界面完全一致。教練員界面采用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)獨(dú)有的界面開(kāi)發(fā)技術(shù)，使用圖形化界面，使用鼠標(biāo)即可完成需要的全部操作。圖形界面具有如下特點(diǎn)：
能動(dòng)態(tài)調(diào)用或更新顯示器上的顯示，供操作員監(jiān)視仿真對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)。所有DCS/DEH站上的顯示畫 面均直接采用現(xiàn)場(chǎng)畫面組態(tài)文件，顯示畫面效果與功能與現(xiàn)場(chǎng)完全一致。
現(xiàn)場(chǎng)站界面也采用DCS的圖形組態(tài)工具軟件繪制，圖形樣式、顏色和動(dòng)態(tài)均參考現(xiàn)場(chǎng)習(xí)慣完成，除了可以顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行操作外，還可以顯示主控室操作設(shè)備的狀態(tài)。
畫面上任何實(shí)時(shí)變量的刷新周期均不大于1s，與現(xiàn)場(chǎng)DCS完全一致。
任何對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作均可在1s內(nèi)完成，同時(shí)反饋信號(hào)在操作完成后1s內(nèi)即可正確顯示，與現(xiàn)場(chǎng)DCS完全一致。
可以在2s內(nèi)調(diào)出任何一副畫面，同時(shí)調(diào)出任何一副畫面的操作不會(huì)超過(guò)3次，與現(xiàn)場(chǎng)DCS完全一致。
③修改能力
OTS系統(tǒng)采用的是真實(shí)的DCS軟件，所以只要具備一般的DCS維護(hù)能力就可以對(duì)該系統(tǒng)的控制部分進(jìn)行修改和調(diào)試，不需要配備專業(yè)人員，大大減少客戶的開(kāi)發(fā)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)可根據(jù)客戶需求，進(jìn)行軟件升級(jí)服務(wù)。
④仿真機(jī)操作限制
當(dāng)OTS系統(tǒng)的某些參數(shù)接近或接近超出現(xiàn)用模型的限制和裝置設(shè)備條件限制時(shí)，仿真系統(tǒng)可以在教練員臺(tái)上發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒教練員已經(jīng)超出仿真模型的使用范圍，仿真結(jié)果可能不可信，以免對(duì)培訓(xùn)造成不利的影響。
3、和利時(shí)OTS系統(tǒng)應(yīng)用案例
以下以煤粉爐火電機(jī)組、流化床機(jī)組、電廠脫硫等工藝為例介紹和比時(shí)OTS系統(tǒng)的應(yīng)用。
①控制系統(tǒng)的仿真范圍與仿真程度
在DCS控制系統(tǒng)的仿真方面，依照客戶所采用的DCS系統(tǒng)為仿真范本，可以達(dá)到畫面一致，操作面板一致，趨勢(shì)一致，歷史數(shù)據(jù)一致，各種反饋特性一致，目標(biāo)是使客戶可以達(dá)到使用原廠家DCS的感受。
在控制邏輯方面將依照客戶提供的控制邏輯圖進(jìn)行一比一的仿制，達(dá)到滿足客戶培訓(xùn)需求，同時(shí)可以對(duì)客戶邏輯進(jìn)行一般性的測(cè)試和檢驗(yàn)。
②集控室操作臺(tái)及盤臺(tái)仿真
所有盤臺(tái)上的操作顯示設(shè)備，如開(kāi)關(guān)、按鈕、燈光、指示儀、報(bào)警窗等均采用軟仿真的形式實(shí)現(xiàn)，顯示在操作界面上，同時(shí)可以通過(guò)投影儀投放到投影屏幕上。
③現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備仿真
OTS系統(tǒng)范圍除DCS和盤臺(tái)操作以外，還需要操作和監(jiān)視全部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
在正常運(yùn)行和啟停過(guò)程當(dāng)中，對(duì)規(guī)定需要操作和監(jiān)視的設(shè)備均進(jìn)行仿真，由現(xiàn)場(chǎng)站軟件實(shí)現(xiàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，進(jìn)行仿真簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的效果不影響現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)操作。
4、OTS系統(tǒng)硬件
OTS系統(tǒng)的具體硬件配置依據(jù)用戶提出的要求進(jìn)行選型、設(shè)計(jì)。利用仿真支撐系統(tǒng)先進(jìn)的多流程仿真功能，可以在一套仿真硬件上同時(shí)進(jìn)行多個(gè)流程的運(yùn)行，形成一機(jī)多模。仿真系統(tǒng)由仿真主機(jī)(模型站兼教練員站)、DCS&DEH操作站、現(xiàn)場(chǎng)操作站、DCS站(DCS服務(wù)器兼工程師站)、虛擬DPU站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。DCS操作員站的數(shù)量根據(jù)用戶需要配置，并且可以隨時(shí)擴(kuò)充。仿真主機(jī)使用服務(wù)器。DCS操作站、現(xiàn)場(chǎng)操作站、DCS站、虛擬DPU站、使用普通計(jì)算機(jī)即可。硬件構(gòu)成如下圖所示。
5、仿真系統(tǒng)軟件
仿真系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)軟件、仿真支撐平臺(tái)軟件、數(shù)學(xué)模型軟件、教練員功能軟件、DCS操作員站軟件、多媒體仿真軟件、DCS工程師站軟件、現(xiàn)場(chǎng)操作員站軟件等幾部分組成。
①系統(tǒng)軟件
主機(jī)和各操作站均采用Windows操作系統(tǒng)，其具有界面友好、開(kāi)放性高、可適用于不同機(jī)型的特點(diǎn)。
②仿真支撐平臺(tái)軟件
模擬器是基于嚴(yán)格機(jī)理的組件模型，并對(duì)其動(dòng)態(tài)精度進(jìn)行了實(shí)時(shí)優(yōu)化。充分利用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的單元模型對(duì)整體流程進(jìn)行建模和仿真，利用和利時(shí)開(kāi)放的系統(tǒng)架構(gòu)可以仿真各種控制系統(tǒng)。
建模仿真軟件系統(tǒng)。基于機(jī)理和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕旌辖７抡嫦到y(tǒng)，幫助用戶全面地熟悉自己的生產(chǎn)裝置和工藝，掌握動(dòng)態(tài)工藝特性，積累操作經(jīng)驗(yàn)，提高處理異常事故的能力，保證生產(chǎn)裝置的順利投產(chǎn)，維護(hù)正常的生產(chǎn)操作。平臺(tái)不是一般意義上的穩(wěn)態(tài)過(guò)程模擬而是全面的動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬?；?于精確的熱動(dòng)力學(xué)方程和傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型，成為一套可以幫助工程師研究探索工藝過(guò)程、進(jìn)行工況研究、發(fā)現(xiàn)工藝瓶頸、尋找最佳操作程序、進(jìn)行故障分析和控制策略研究的工具。
解算方法。仿真系統(tǒng)解算引擎采用針對(duì)化工行業(yè)的特點(diǎn)：物料組分多，物性及變化過(guò)程復(fù)雜；控制系統(tǒng)復(fù)雜，具有非線性、時(shí)變、時(shí)滯、強(qiáng)耦合等特性，物質(zhì)流和能量流高度耦合，不確定因素非常多而且復(fù)雜，化工系統(tǒng)規(guī)模龐大、構(gòu)造復(fù)雜、循環(huán)嵌套和設(shè)備眾多，很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行求解。引擎采用先進(jìn)的聯(lián)立方程法和序貫?zāi)K法混合求解的方式對(duì)仿真對(duì)象進(jìn)行求解。從計(jì)算速度上看，計(jì)算過(guò)程大體上可以分為三個(gè)過(guò)程，即快速、中速和慢速仿真。分別對(duì)應(yīng)于壓力、流量關(guān)系的計(jì)算、能量平衡計(jì)算和組分平衡計(jì)算。
熱力學(xué)方法。化工流程模擬中首要任務(wù)是建立熱力學(xué)模型，模擬物質(zhì)流的物理性質(zhì)。
對(duì)于過(guò)程模擬來(lái)說(shuō)，通過(guò)熱力學(xué)物性計(jì)算來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)物料的物性和相行為是十分關(guān)鍵的，這需要有足夠的組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、選擇適用的熱力學(xué)模型、建立相平衡計(jì)算方法，這樣才能仿真出接近真實(shí)的流股物性及變化過(guò)程，這部分包含了對(duì)物性數(shù)據(jù)的收集、熱力學(xué)模型的建立和閃蒸計(jì)算方法的開(kāi)發(fā)。
流程模擬軟件中，準(zhǔn)確可靠的物性數(shù)據(jù)是必不可少的最基本的條件。軟件平臺(tái)采用專業(yè)的物性數(shù)據(jù)庫(kù)，熱力學(xué)模型系統(tǒng)提供一系列工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的方法來(lái)計(jì)算物系的熱力學(xué)性質(zhì)，如K值、焓值、熵值、密度、氣相和固相在液相中的溶解度，以及氣體逸度等。
通過(guò)對(duì)物質(zhì)組成和其相對(duì)的熱力學(xué)模型的配置，OTS系統(tǒng)便可形成對(duì)物質(zhì)流股的成分和熱力學(xué)特性的配置，稱之為流體包(FluidPackage)。通過(guò)對(duì)流體包的引用便完成對(duì)混合物和其相配套的熱力學(xué)模型的配置。根據(jù)用戶的要求計(jì)算下列傳遞性質(zhì)：液相黏度、液相熱傳導(dǎo)率、液相擴(kuò)散率、氣相黏度，以及氣相熱傳導(dǎo)率等。另外，還可以計(jì)算物流的氣液相界面張力。最 后開(kāi)發(fā)的模擬系統(tǒng)中將包含很多關(guān)聯(lián)式，用于預(yù)測(cè)混合物的上述傳遞性質(zhì)。
對(duì)于過(guò)程模擬來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)物系的物性和相行為是十分關(guān)鍵的。該流程模擬系統(tǒng)帶有數(shù)據(jù)回歸功能，可以將測(cè)量的組分或混合物的性質(zhì)數(shù)據(jù)回歸為模擬系統(tǒng)可以使用的形式?；貧w選項(xiàng)如下：
性質(zhì)關(guān)聯(lián)：用戶可以輸入一系列溫度下某個(gè)與溫度相關(guān)性質(zhì)的數(shù)據(jù)，將 其回歸為任意一種方程的形式，以用于性質(zhì)的關(guān)聯(lián)?；貧w過(guò)程中將計(jì)算方程的系數(shù)。
相平衡：將多組分平衡數(shù)據(jù)用于回歸，產(chǎn)生液相活度系數(shù)模型或狀態(tài)方程的二元交互作用參數(shù)。使用這些二元參數(shù)可以確保相應(yīng)的熱力學(xué)方法能再現(xiàn)這些測(cè)量的平衡數(shù)據(jù)。
混合性質(zhì)：用戶還可以回歸多組分混合熱或混合體積數(shù)據(jù)，用于生成二元交互作用參數(shù)。
③DCS服務(wù)器軟件
虛擬DCS仿真機(jī)采用了真正的DCS服務(wù)器軟件，其功能與真實(shí)DCS完全一樣，因此DCS的數(shù)據(jù)服務(wù)、報(bào)警服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、歷史趨勢(shì)服務(wù)都能輕松實(shí)現(xiàn)。
④虛擬DCS仿真機(jī)采用了真正的DCS工程師站軟件，其功能與真實(shí)DCS完全一樣，因此DCS的邏輯組態(tài)、圖形組態(tài)、設(shè)備組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、報(bào)表組態(tài)、服務(wù)器算法組態(tài)、維護(hù)功能等都能輕松實(shí)現(xiàn)。
⑤虛擬DPU軟件
虛擬DPU軟件完全實(shí)現(xiàn)真實(shí)DPU的計(jì)算與通信功能，且只需運(yùn)行在普通計(jì)算機(jī)上即可，不僅提高了仿真系統(tǒng)真實(shí)度和拓展了仿真系統(tǒng)功能，同時(shí)不需采用真實(shí)的DPU硬件，從而大大地降低了仿真機(jī)的使用與維護(hù)成本。正是由于采用了虛擬DPU技術(shù)，仿真系統(tǒng)才能夠使用真正的DCS軟件，才是真正意義上的虛擬DCS仿真機(jī)。
⑥D(zhuǎn)CS操作員站
虛擬DCS仿真機(jī)采用了真正的DCS操作員站軟件，其功能與真實(shí)DCS完全一樣，各種DCS常用功能都可輕松實(shí)現(xiàn)，在穩(wěn)定性與安全性上是常規(guī)仿真不可比擬的。
⑦現(xiàn)場(chǎng)操作站
現(xiàn)場(chǎng)操作站軟件采用了與DCS操作員站相同的軟件，其畫面顯示、操作界面以及用戶感受等都與DCS操作員站完全一致，使用戶更容易接受，同時(shí)也具備了DCS操作員站與現(xiàn)場(chǎng)操作員站之間任意切換的功能?，F(xiàn)場(chǎng)操作站功能軟件用于模擬實(shí)際裝置的現(xiàn)場(chǎng)操作。
教師站負(fù)責(zé)管理和監(jiān)控學(xué)員的學(xué)習(xí)情況，給學(xué)員布置任務(wù)，為其設(shè)置各種故障點(diǎn)，對(duì)學(xué)員進(jìn)行考評(píng)等。教師站能夠方便地回溯到任何一個(gè)模擬環(huán)節(jié)上，以供學(xué)生對(duì)某個(gè)學(xué)習(xí)點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)操作和練習(xí)。教師可設(shè)置整合的“學(xué)員成績(jī)?cè)u(píng)定”，該工具記錄學(xué)員的成績(jī)，成績(jī)基于許多不同的“計(jì)分”機(jī)理和加權(quán)的“考核標(biāo)準(zhǔn)”, 這些標(biāo)準(zhǔn)為教員評(píng)價(jià)學(xué)員成績(jī)提供參考。這些“分?jǐn)?shù)”可以保存和打印分析。主要的方式有：偏移評(píng)估法、結(jié)果評(píng)估法和軌跡評(píng)估法。評(píng)估示意如圖所示。
6、性能指標(biāo)
①仿真精度
仿真機(jī)的精度包括穩(wěn)態(tài)精度和暫態(tài)精度。
穩(wěn)態(tài)仿真精度：關(guān)鍵性參數(shù)的穩(wěn)態(tài)仿真精度應(yīng)為1%，非關(guān)鍵性參數(shù)的仿真精度應(yīng)為3%。
暫態(tài)仿真精度：關(guān)鍵性參數(shù)的暫態(tài)仿真精度應(yīng)為5%，非關(guān)鍵性參數(shù)的暫態(tài)精度應(yīng)為7%。
②系統(tǒng)可用性試驗(yàn)與指標(biāo)
計(jì)算機(jī)主機(jī)兩次故障平均時(shí)間(MTBT)大于4320h。
仿真機(jī)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行200h可利用率≥98%?？捎寐?[(200-出故障時(shí)間)/200]≥98%。
I/O接口系統(tǒng)兩次故障平均時(shí)間(MTBT)大于2160h。
③系統(tǒng)抗干擾能力
a、共模電壓：250V。
b、共模抑制比：90dB。
c、差模電壓：60V。
d、差模抑制比：60dB。
7、系統(tǒng)擴(kuò)展
仿真系統(tǒng)軟硬件應(yīng)具有很強(qiáng)的系統(tǒng)可擴(kuò)展性，硬件系統(tǒng)無(wú)論是在硬盤、CPU容量還是在網(wǎng)絡(luò)接口上都應(yīng)留有充分的余地；同時(shí)軟件系統(tǒng)需采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于擴(kuò)展。
