在炼油厂和石油平台上早已使用了操作员训练系统，该系统现在也越来越多地应用于化学工业中。

越来越多的企业采用了操作员培训系统，在此系统上可以对设备上的所有运行状态虚拟地进行全面的培训。这样，操作人员可以随时掌握设备状态，使其在接近最佳的状态下运行，并对可能出现的故障做好一切准备。该系统可以提高生产效率和产品质量，并且缩短停机时间。

飞行员在驾驶飞机实际飞行之前，要在飞行模拟器上训练许多小时。现在，流程工业中也有类似的培训机会，操作员培训系统（Operator Training System = OTS）是一种用于化工设备的状态模拟器。炼油厂和石油平台上早已使用了这种系统，现在这种系统也越来越多地用在化学工业中。随着科学技术的迅猛发展，即便是复杂的模型也可以进行实时计算。

培训模拟器既可培训设备操作人员，也可以培训企业工程师和产品开发人员。根据需要培训的各种任务，如启动、关机、产品换型或改变负荷，也可以对提出的各种问题进行调查。这样，员工可以在投产之前学会设备的操作，建立对设备的认识和理解。这样可使设备运行在最佳状态。在设备运行期间，员工可以虚拟练习处理故障和严重的设备状况，模拟各种可能遇到的紧急情况，直到每一个动作都非常到位为止。一旦出现了实际故障，则每个人都知道应当做什么（比如在某个机组停机时，可做出的应对操控）。对新设备而言，培训系统最适合于用来编制和测试工作指南。此外，OTS还可以帮助对规定方案进行检查，而这一切对当前的生产都没有任何影响。因此，通过虚拟培训可以提高生产能力，避免发生意外停机，并有助于产品质量的提高。

量身定制的解决方案

多年来，Siemens Engineering & Consulting公司根据其用户的愿望和要求设计（成套的或部件的）跨制造企业的培训系统。其服务包括用于过程模拟的模型制造，培训站以及客户专用的培训方案。此外，该公司还提供必要的软件和硬件，承担系统的安装和调试。每一台模拟机都专门按照用户的要求进行协调。在与用户的合作中，过程技术专家确定范围，并由此研发出个性化的方案。

图1  实际设备和操作员培训系统的自动化系统构成图。

操作培训系统的核心是尽可能精确描绘实际过程的动态过程模型。原则上共有三种不同类型的操作员培训系统：仿真型、混合型和激励型（见图1）。在仿真型OTS中，所有参与的层面都是虚拟的，如自动化层面设有现场仪器、控制系统以及HMI。控制系统并非基于某个制造厂商的基础之上（见下文中的HOTS应用举例），并配有普通的操作界面。大多数使用者采用的是混合系统，是以某种控制系统的一部分为基础的。在这种情况下，所属的人机对话界面是真实的，测控情况可以一一对应复制，激励型OTS除了过程模型外，所有层面都是真实的。采用西门子Simatic PCS7型过程控制系统时，用户可以在混合型或激励型系统上装入原装的配置文件，这样即可用原装控制系统进行工作了。西门子控制系统的另一个优点在于用户得到的解决方案来自同一供应商，因而可以从西门子公司的操作、过程理解以及从在控制技术配置时的技术知识上受益。在西门子，研制一台OTS的基础可以是在控制系统工厂验收测试范围（Factory-Acceptance-Tests（FAT））内使用的简单的模拟。这时用开放的平台Simit和模拟系统Simbapro对Simatic PCS7执行机构（如阀门）的反应进行模拟。这样，在工程实施期间就可以对控制技术的功能原理进行检查，并在FAT当中进行验收。

在实践中检验

Hostalen操作员培训系统（Hostalen-Operator-Trainingssystem ，以下简称HOTS）被应用在按照Hostalen法制造聚乙烯的实际生产过程中。在同LyondellBasell（HDPE高密度聚乙烯连续聚合的Hostalen许可证签发人）的多年合作中，西门子对其所依据的过程模型进行了研发和优化。这是在一个反应梯级中要求极高的三相过程。产品是由单基乙烯在大约70℃和10bar压力下的溶剂里通过催化反应生成的。

对虚拟设备的操作干预是经过普通的操作界面进行的，控制技术被模拟或仿真，向培训人员展示的界面相当于实际控制技术的操作画面、最重要的过程参数以及面板。

图2  换型时调节参数过程（调节变量MV）的变化优化了过渡过程并缩短了过渡时间。

模拟器的目的是建立对过程的理解，培训设备操作人员对过程/工艺中的故障做出正确的反应（如催化剂老化的影响、水痕毒化了催化剂的后果等）。利用HOTS可以对聚合物制造时的许多过程参数，如温度、催化剂的活性，对重要的质量参数（如熔化指数和密度的影响）进行培训（见图2）。实际上，过程在变化之后，比如在单基物的进料量变化之后，经过10~12h才能达到一种新的固定状态。按实时培训这一项目，必须花费很多的时间。而用OTS则可把模拟过程加快300倍，几分钟内即可看清与理论反应过程的偏差。

投资价值

HDPE企业可以在一套设备上制造20~30种不同类型的产品，而不必改变设备型号，这是模拟器的另一个优势所在，达到了从一种产品到下一种产品的过渡尽可能迅速而干净利落。这不仅提高了生产能力，而且大大减少了不合格物料的数量。因此，当每小时的产量达50t时，假如产品的过渡不够理想，那么使用OTS是能够很快做出调整的。

该系统不仅适用于在首次启动前对设备操作人员的培训，而且也适用于提高整个运营团队（操作员、产品开发人员、工程师……）对工艺过程的理解。LyondellBasell的许可证让用户可以通过西门子购买Hostalen操作员培训系统。