1、和利時OTS系統(tǒng)特點
①和利時OTS系統(tǒng)采用先進的仿真支撐軟件、教練員臺軟件、自動化建模工具軟件和模型技術。可以支撐仿真機系統(tǒng)的實時運行、在線修改、遠程培訓、控制方案設計、控制策略驗證等。
②專門開發(fā)的教練員站軟件，具有靈活的培訓、監(jiān)視、控制等多種功能。它支撐個性化、趣味化的培訓方案，能對受訓人員進行全面、科學培訓，對學員的實際操作情況進行遠程監(jiān)視與考核，可用于工廠運行培訓、控制人員維護培訓、運行方式研究、控制策略研究、控制邏輯驗證等。
③全面采用具有自主知識產(chǎn)權的自動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發(fā)效率，而且還使仿真機的開發(fā)具有一致性和連續(xù)性，便于后期的開發(fā)、維護、升級，同時還非常容易被用戶方技術人員所掌握。
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，同時具有一定的擴展能力。
⑤采用全物理范圍、全過程、高精度、高響應速度的數(shù)學模型，嚴格保證仿真的靜態(tài)和動態(tài)精度。
⑥控制系統(tǒng)的仿真采用虛擬DCS技術，以真正的DCS軟件及虛擬DPU軟件為基礎，系統(tǒng)結構、控制圖形組態(tài)、邏輯組態(tài)完全與現(xiàn)場一致，組態(tài)文件可被直接導入到仿真機。
具有仿真精度高、開發(fā)周期短、仿真效果好的特點。虛擬DPU技術是指將真實DCS的DPU虛擬軟件化，開發(fā)的虛擬DPU軟件能夠完全代替真實DPU的計算、通信功能，從而降低用戶的使用與維護成本。傳統(tǒng)仿真機與虛擬DCS仿真機比較如下圖所示。
⑦仿真模型軟件為模塊化結構，可便于根據(jù)不同的培訓對象，由不同的主機、輔機、控制系統(tǒng)模塊等構成新的仿真模型。模型開發(fā)過程采用先進的圖形化自動建模技術，開發(fā)、維護人員只需根據(jù)設計圖紙進行簡單的繪圖式建模即可自動完成模型的生成，同傳統(tǒng)的手工編程式、填表式、模塊式建模相比，圖形化自動建模具有建模周期短、工作效率高、通用性強、易于維護與管理的優(yōu)點。
2、和利時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，在各個工況下，仿真系統(tǒng)的反應現(xiàn)象均與現(xiàn)場一致，精度滿足國內(nèi)國際行業(yè)標準的要求。具體仿真工況如下：正常工況仿真、自動故障處理工況仿真、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)場站界面外，其他界面與現(xiàn)場使用的圖形界面完全一致。教練員界面采用仿真培訓系統(tǒng)獨有的界面開發(fā)技術，使用圖形化界面，使用鼠標即可完成需要的全部操作。圖形界面具有如下特點：
能動態(tài)調(diào)用或更新顯示器上的顯示，供操作員監(jiān)視仿真對象的運行狀態(tài)。所有DCS/DEH站上的顯示畫 面均直接采用現(xiàn)場畫面組態(tài)文件，顯示畫面效果與功能與現(xiàn)場完全一致。
現(xiàn)場站界面也采用DCS的圖形組態(tài)工具軟件繪制，圖形樣式、顏色和動態(tài)均參考現(xiàn)場習慣完成，除了可以顯示現(xiàn)場設備的狀態(tài)和對現(xiàn)場設備進行操作外，還可以顯示主控室操作設備的狀態(tài)。
畫面上任何實時變量的刷新周期均不大于1s，與現(xiàn)場DCS完全一致。
任何對現(xiàn)場設備的操作均可在1s內(nèi)完成，同時反饋信號在操作完成后1s內(nèi)即可正確顯示，與現(xiàn)場DCS完全一致。
可以在2s內(nèi)調(diào)出任何一副畫面，同時調(diào)出任何一副畫面的操作不會超過3次，與現(xiàn)場DCS完全一致。
③修改能力
OTS系統(tǒng)采用的是真實的DCS軟件，所以只要具備一般的DCS維護能力就可以對該系統(tǒng)的控制部分進行修改和調(diào)試，不需要配備專業(yè)人員，大大減少客戶的開發(fā)費用和維護費用。同時可根據(jù)客戶需求，進行軟件升級服務。
④仿真機操作限制
當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備條件限制時，仿真系統(tǒng)可以在教練員臺上發(fā)出報警信號，提醒教練員已經(jīng)超出仿真模型的使用范圍，仿真結果可能不可信，以免對培訓造成不利的影響。
3、和利時OTS系統(tǒng)應用案例
以下以煤粉爐火電機組、流化床機組、電廠脫硫等工藝為例介紹和比時OTS系統(tǒng)的應用。
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，可以達到畫面一致，操作面板一致，趨勢一致，歷史數(shù)據(jù)一致，各種反饋特性一致，目標是使客戶可以達到使用原廠家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行一比一的仿制，達到滿足客戶培訓需求，同時可以對客戶邏輯進行一般性的測試和檢驗。
②集控室操作臺及盤臺仿真
所有盤臺上的操作顯示設備，如開關、按鈕、燈光、指示儀、報警窗等均采用軟仿真的形式實現(xiàn)，顯示在操作界面上，同時可以通過投影儀投放到投影屏幕上。
③現(xiàn)場設備仿真
OTS系統(tǒng)范圍除DCS和盤臺操作以外，還需要操作和監(jiān)視全部現(xiàn)場設備。
在正常運行和啟停過程當中，對規(guī)定需要操作和監(jiān)視的設備均進行仿真，由現(xiàn)場站軟件實現(xiàn)，根據(jù)現(xiàn)場實際需要，進行仿真簡化，簡化后的效果不影響現(xiàn)場培訓操作。
4、OTS系統(tǒng)硬件
OTS系統(tǒng)的具體硬件配置依據(jù)用戶提出的要求進行選型、設計。利用仿真支撐系統(tǒng)先進的多流程仿真功能，可以在一套仿真硬件上同時進行多個流程的運行，形成一機多模。仿真系統(tǒng)由仿真主機(模型站兼教練員站)、DCS&DEH操作站、現(xiàn)場操作站、DCS站(DCS服務器兼工程師站)、虛擬DPU站、網(wǎng)絡設備等組成。DCS操作員站的數(shù)量根據(jù)用戶需要配置，并且可以隨時擴充。仿真主機使用服務器。DCS操作站、現(xiàn)場操作站、DCS站、虛擬DPU站、使用普通計算機即可。硬件構成如下圖所示。
5、仿真系統(tǒng)軟件
仿真系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)軟件、仿真支撐平臺軟件、數(shù)學模型軟件、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)場操作員站軟件等幾部分組成。
①系統(tǒng)軟件
主機和各操作站均采用Windows操作系統(tǒng)，其具有界面友好、開放性高、可適用于不同機型的特點。
②仿真支撐平臺軟件
模擬器是基于嚴格機理的組件模型，并對其動態(tài)精度進行了實時優(yōu)化。充分利用經(jīng)過驗證的單元模型對整體流程進行建模和仿真，利用和利時開放的系統(tǒng)架構可以仿真各種控制系統(tǒng)。
建模仿真軟件系統(tǒng)。基于機理和經(jīng)驗模型的混合建模仿真系統(tǒng)，幫助用戶全面地熟悉自己的生產(chǎn)裝置和工藝，掌握動態(tài)工藝特性，積累操作經(jīng)驗，提高處理異常事故的能力，保證生產(chǎn)裝置的順利投產(chǎn)，維護正常的生產(chǎn)操作。平臺不是一般意義上的穩(wěn)態(tài)過程模擬而是全面的動態(tài)過程模擬。基 于精確的熱動力學方程和傳質(zhì)動力學模型，成為一套可以幫助工程師研究探索工藝過程、進行工況研究、發(fā)現(xiàn)工藝瓶頸、尋找最佳操作程序、進行故障分析和控制策略研究的工具。
解算方法。仿真系統(tǒng)解算引擎采用針對化工行業(yè)的特點：物料組分多，物性及變化過程復雜；控制系統(tǒng)復雜，具有非線性、時變、時滯、強耦合等特性，物質(zhì)流和能量流高度耦合，不確定因素非常多而且復雜，化工系統(tǒng)規(guī)模龐大、構造復雜、循環(huán)嵌套和設備眾多，很難在短時間內(nèi)對其進行求解。引擎采用先進的聯(lián)立方程法和序貫模塊法混合求解的方式對仿真對象進行求解。從計算速度上看，計算過程大體上可以分為三個過程，即快速、中速和慢速仿真。分別對應于壓力、流量關系的計算、能量平衡計算和組分平衡計算。
熱力學方法。化工流程模擬中首要任務是建立熱力學模型，模擬物質(zhì)流的物理性質(zhì)。
對于過程模擬來說，通過熱力學物性計算來準確預測物料的物性和相行為是十分關鍵的，這需要有足夠的組分數(shù)據(jù)庫、選擇適用的熱力學模型、建立相平衡計算方法，這樣才能仿真出接近真實的流股物性及變化過程，這部分包含了對物性數(shù)據(jù)的收集、熱力學模型的建立和閃蒸計算方法的開發(fā)。
流程模擬軟件中，準確可靠的物性數(shù)據(jù)是必不可少的最基本的條件。軟件平臺采用專業(yè)的物性數(shù)據(jù)庫，熱力學模型系統(tǒng)提供一系列工業(yè)標準的方法來計算物系的熱力學性質(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。
通過對物質(zhì)組成和其相對的熱力學模型的配置，OTS系統(tǒng)便可形成對物質(zhì)流股的成分和熱力學特性的配置，稱之為流體包(FluidPackage)。通過對流體包的引用便完成對混合物和其相配套的熱力學模型的配置。根據(jù)用戶的要求計算下列傳遞性質(zhì)：液相黏度、液相熱傳導率、液相擴散率、氣相黏度，以及氣相熱傳導率等。另外，還可以計算物流的氣液相界面張力。最 后開發(fā)的模擬系統(tǒng)中將包含很多關聯(lián)式，用于預測混合物的上述傳遞性質(zhì)。
對于過程模擬來說，準確預測物系的物性和相行為是十分關鍵的。該流程模擬系統(tǒng)帶有數(shù)據(jù)回歸功能，可以將測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。回歸選項如下：
性質(zhì)關聯(lián)：用戶可以輸入一系列溫度下某個與溫度相關性質(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)的關聯(lián)。回歸過程中將計算方程的系數(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)可以確保相應的熱力學方法能再現(xiàn)這些測量的平衡數(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服務器軟件
虛擬DCS仿真機采用了真正的DCS服務器軟件，其功能與真實DCS完全一樣，因此DCS的數(shù)據(jù)服務、報警服務、報表服務、歷史趨勢服務都能輕松實現(xiàn)。
④虛擬DCS仿真機采用了真正的DCS工程師站軟件，其功能與真實DCS完全一樣，因此DCS的邏輯組態(tài)、圖形組態(tài)、設備組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、報表組態(tài)、服務器算法組態(tài)、維護功能等都能輕松實現(xiàn)。
⑤虛擬DPU軟件
虛擬DPU軟件完全實現(xiàn)真實DPU的計算與通信功能，且只需運行在普通計算機上即可，不僅提高了仿真系統(tǒng)真實度和拓展了仿真系統(tǒng)功能，同時不需采用真實的DPU硬件，從而大大地降低了仿真機的使用與維護成本。正是由于采用了虛擬DPU技術，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。
⑥D(zhuǎn)CS操作員站
虛擬DCS仿真機采用了真正的DCS操作員站軟件，其功能與真實DCS完全一樣，各種DCS常用功能都可輕松實現(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)場操作站
現(xiàn)場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，同時也具備了DCS操作員站與現(xiàn)場操作員站之間任意切換的功能。現(xiàn)場操作站功能軟件用于模擬實際裝置的現(xiàn)場操作。
教師站負責管理和監(jiān)控學員的學習情況，給學員布置任務，為其設置各種故障點，對學員進行考評等。教師站能夠方便地回溯到任何一個模擬環(huán)節(jié)上，以供學生對某個學習點進行反復操作和練習。教師可設置整合的“學員成績評定”，該工具記錄學員的成績，成績基于許多不同的“計分”機理和加權的“考核標準”, 這些標準為教員評價學員成績提供參考。這些“分數(shù)”可以保存和打印分析。主要的方式有：偏移評估法、結果評估法和軌跡評估法。評估示意如圖所示。
6、性能指標
①仿真精度
仿真機的精度包括穩(wěn)態(tài)精度和暫態(tài)精度。
穩(wěn)態(tài)仿真精度：關鍵性參數(shù)的穩(wěn)態(tài)仿真精度應為1%，非關鍵性參數(shù)的仿真精度應為3%。
暫態(tài)仿真精度：關鍵性參數(shù)的暫態(tài)仿真精度應為5%，非關鍵性參數(shù)的暫態(tài)精度應為7%。
②系統(tǒng)可用性試驗與指標
計算機主機兩次故障平均時間(MTBT)大于4320h。
仿真機系統(tǒng)連續(xù)運行200h可利用率≥98%。可用率=[(200-出故障時間)/200]≥98%。
I/O接口系統(tǒng)兩次故障平均時間(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)擴展
仿真系統(tǒng)軟硬件應具有很強的系統(tǒng)可擴展性，硬件系統(tǒng)無論是在硬盤、CPU容量還是在網(wǎng)絡接口上都應留有充分的余地；同時軟件系統(tǒng)需采用模塊化結構，便于擴展。
