图1  中国石油庆阳石化公司300万t炼油项目中央控制室配置图

庆阳石化公司仿真培训项目由相关技术商ABB公司和霍尼韦尔联合开发，两家公司鼎力协作保证了该项目能按公司要求实施，对庆阳石化公司开展培训工作起到了积极的作用。

中国石油庆阳石化公司300万t炼油是一个以炼油为主并集化工为一体的新建的燃料性炼厂，全厂只设1个中央控制室（CCR），集中实现所有装置的控制和操作，包括重油催化裂化、催化重整、柴油加氢改质等装置。主要装置采用ABB先进、实用、成熟、可靠、功能优越的Industrial IT Freelance2000 DCS分散控制系统。该控制系统已经应用于众多实际工程中，是相当成熟的系统，具有技术先进、性能可靠、功能强大、开放性和扩展性良好等特点，可以较好地实现各项控制和功能。

项目配置及技术要求

由于是全新的炼厂，大部分操作人员都是第一次接触部分装置，对装置的控制、运行不熟悉。为了稳步实现装置的运行和操作，需要培训一批懂工艺、会操作的操作服务人员，实现装置一次开工成功的目标。根据装置规模和运行控制、操作的复杂程度，对以下装置设置仿真操作培训系统（即OTS）：

重油催化裂化装置

催化重整装置

柴油加氢改质装置

聚丙烯装置

操作员仿真培训系统是基于计算机系统的模拟工厂，其中可分为工艺模型和控制模型两部分。其关键在于保持模拟装置与工厂真实装置的一致性。如实反应装置在开车、停车、事故处理以及正常操作过程中的真实工况。

工艺模型是操作员仿真培训系统的核心所在，工艺模型的质量，精确程度和动态相应的准确性直接关系到是否可以真实反应实际装置的工艺条件变换，相应操作响应。

控制模型包括DCS，SIS，MCS以及第三方的控制方案。DCS是给操作人员最直观感受的系统，通常对DCS的模拟和集成有两种方式。一种是把按照实际工厂的控制策略在仿真平台上进行模拟，另一种是利用仿真平台和DCS的仿真控制器进行集成，实现数据在工艺模型和DCS控制系统的相互传输。SIS、MCS和第三方的控制，实现通过将实际装置控制源程序翻译或模拟到仿真操作系统中，可以保证实现其方案的真实体现。

中国石油庆阳石化公司本次仿真系统选用Honeywell UniSim流程设计与模拟仿真平台，该平台主要用于流程设计、流程优化、软测量、控制（DCS/ SIS/顺控）校验；APC先进控制策略的研究、评估和测试，UNISIM具备和多家APC产品的接口，可在后期应用上发挥作用；工艺过程的动态研究、评估；正常生产操作研究；装置开车和停车研究；工艺设备故障处理和紧急停车处理应急预案研究；操作法（开停车，正常）研究等。在本项目中UniSim被用于各种工厂操作程序的操作实践，并培训操作人员使之可以掌握DCS系统的各项功能，并使用DCS熟练的操作生产装置平稳高效的运行。

图2  OTS系统系统结构

由于ABB Freelance控制系统与Honeywell UniSim流程设计与模拟仿真平台在国内及国际上目前还没有一套完全融合在一起的案例，为此经协商并根据庆阳石化公司的应用要求，Honeywell为保证该项目的实施，对控制系统提出如下要求：

硬件要求：（针对一整套OTS系统）

装有与真实现场控制系统一样的Control Builder F的工程师站2台；

装有与真实现场一样的操作站软件的操作员站5台；

用于与OTS模型通信的接口站2台；

与现场控制器作用完全相同的控制模拟站2台 （每台控制模拟站内装3个仿真控制器授权）；

网络打印机2台。

以上硬件具体配置的前提是保证控制模拟器以实时速度运行正常并保证通信顺畅。

仿真控制软件要求（针对整套OTS系统）：

启动/停止OTS系统；

运行/中止OTS系统；

储/调用/删除OTS SNAPSHOT快照文件；

存储/调用/删除OTS初始条件文件；

另外一些额外的功能包括加减速和动作回放功能等不作为此次要求。

为了实现以上功能，对ABB Freelance软件提出以下基本需求：

DCS仿真模拟环境具备完整性，能够对DCS组态数据库进行模拟，可以直接下装实际现场对应的4套装置（重油催化裂化、聚丙烯、汽油催化重整、柴油加氢）DCS组态数据库，并能模拟实际工厂的操作界面和图形界面；

数据传输:主要包括AI、AO、DI、DO（无PI），通过OPC进行双向读写传输；

命令传输：通过API或其他协议传输控制命令，包括启动/停止、运行/中止、存储/调用/删除初始条件和快照；

用于DCS操作站的软件，确保DCS操作站画面和操作与实际工厂一致；

ABB模拟控制软件至少支持控制器的实时速度运转，不支持改变执行速度的功能。

最低要求（此要求是实现Honeywell OTS与ABB OTS连接的最低要求）：

工艺数据的传递：ABB通过实现OPC SERVER的途径，使Honeywell的CLIENT端程序能够实现数据流的传输。首先实现模型与DCS工艺测数据的连通。

控制命令的传递： 通过OPC或者其他API函数来实现AC800F对于控制命令的接受与正确响应。包括、启动、停止、暂停、加速、减速等。

存盘和调用 SNAPSHOT 的实现：Snapshot 为存盘文件范畴的统称。基本的功能要求Honeywell软件发出存盘指令后在AC800F中能有一个存盘信息文件。把所有的中间控制模块和I/O接口模块的实时数值记录下来。当Honeywell软件发出调用指令的时候，AC800F能找到指定的存盘文件，并且调用这个文件把这些数值反写到所有的I/O和内部模块中。在调用命令结束后，如果接收到了START命令，所有控制器内部的数值都应该和存盘时的数值一致。

其他要求：这些需要为完善OTS接口的扩展需求，比如加速减速功能， 即当OTS以超过实时或者低于实时的速度运转时DCS 能提供相应正确的响应。

过程控制单元

本项目的系统结构如图2所示，每部分OTS系统主要配置为仿真模型服务器/模型工程师站1台、教员站1台、现场操作员站1台、学员站10台（内装 Freelance 800F Digivis C）、DCS控制模拟站1台（内装3个仿真控制器授权）、DCS接口站1台（内装Freelance 800F OPC server）、DCS工程师站（内装 CBF）1台，以及1台网络打印机。

OTS系统

DCS控制系统供应商ABB公司针对Freelance 需要扩展标准软控制器的功能，增加特殊的功能和相应的接口，为此ABB公司研发人员及工程技术人员在OTS项目执行中积极参与，同时，OTS供应商也针对ABB 800F的DCS，开发出了对应接口软件。

在OTS系统中，DCS控制及功能是通过“OPC直接连接”的方式实现的，通过使用运行在计算机内的仿真DCS控制器以及组态操作监控软件实现DCS的功能。所有的OTS模型和模拟与一套专用于OTS的独立的DCS硬件和软件紧密地集成在一起。OTS使用与实际工厂生产用DCS完全相同的数据库和图形，学员站使用的是与DCS完全一致的图形和画面。

OTS数据流的通信过程：OTS系统只与AC800F的仿真环境通信，仿真环境模拟控制器接收OTS模型传出的PV和教员变量，计算 OP（MV）值传回OTS模型侧。这个过程不涉及到实际控制器和现场装置的介入和任何信号的交换。

项目意义

通过ABB与霍尼韦尔两家公司大量而细致的工作，该项目最终顺利建成并投入装置开工前的培训工作。由于该项目仿真控制器均是基于现场真实的控制器环境开发的，仿真度极高，操作人员在该机上操作类同于在真实装置上操作。仿真控制器可以提高操作人员素质，减少和避免可人为因素导致的事故、损失；让操作人员熟练装置的开/停车操作，避免开工时的慌张和过失，缩短开车时间；使操作员深入理解工艺过程的生产原理，积累工艺经验和故障诊断能力，提高操作员处理紧急状况或异常工况的能力，从而提高工厂的生产安全，对增加装置的实际生产运转周期均起到了显著的作用。同时该项目的实施也可以在装置正常运行之后，定期组织人员培训，积累事故处理和应急措施的经验，对以后的生产操作提供了指导，使装置在最优状态下运行，利于安全生产，减少三废，加强环保。

该公司操作员仿真培训系统使公司可以定期组织操作人员进行操作培训，提高了操作人员素质和企业的生产力，实现了科学管理，技术储备，并使公司在仿真模拟优化方面达到世界先进水平。