公共系统仿真模型系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种公共系统仿真模型系统，包括：仿真模拟系统、现场控制系统、中控系统；该仿真模拟系统包括设备模型和信号模拟装置；设备模型包括柴油罐模型、过滤器模型等；每个设备模型对应一个信号模拟控制箱；现场控制系统包括可编程控制器、及触摸屏上位机；可编程控制器的I/O端子通过profibus总线与每个仿真模拟控制箱电连接；中控系统包括基站、以及与基站进行数据交互的DCS控制器，DCS控制器通过数据线与现场可编程控制器相连接，DCS控制器与仿真模拟系统通过硬接线连接。该专利不仅可以通过中控系统控制，还可以通过现场触摸屏直接控制。即可以满足中控系统对控制优化、FAT测试、操作培训等多方面需要。
【专利说明】
公共系统仿真模型系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及海上平台模拟测试技术领域，特别是涉及一种公共系统仿真模型系统。
【背景技术】
[0002]公用系统主要是指与工厂的各个车间、工段、以及各部门有着密切关系，且为这些部门所共有的一类动力辅助设施的总称。一般包括给水排水、供电、供汽、采暖与空调、制冷等五项工程。
[0003]分散控制系统网络是海上油气田开发工程中的重要组成部分，它就像人的神经中枢，通过它把其他各部分有机地连接在一起，构成一个稳定的系统，实现其重要的功能。其一方面连续检测和控制海上油气田各种生产、公用设备的正常运行，另一方面又对各种意外事故进行实时监测，一旦出现意外问题，第一时间进行报警并经过系统逻辑自动的处理控制，以便将不安全的因素控制在最小的范围内，从而保障海上油气田的生产安全，确保人员、设施的安全。
[0004]如果公共系统存在问题，海上平台生产作业将存在很大风险，而DCS网络中的公共系统又存在一定的特殊性，因为公共系统很少有停机检修的机会，长时间运行会产生一定的隐患，给机组安全运行带来不稳定因素。因此，有必要降低其可能存在的堵塞隐患，提高公用系统的稳定性。而建立公共系统仿真模型系统，可在不影响公共系统的条件下对公共系统进行研究、人员培训等多方面的需求。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种公共系统仿真模型系统。该公共系统仿真模型系统不仅可以通过中控系统控制，还可以通过现场触摸屏直接控制。即可以满足中控系统对控制优化、FAT测试、操作培训等多方面需要。
[0006]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
[0007]—种公共系统仿真模型系统，至少包括:
[0008]用于模拟海上平台公共系统的仿真模拟系统，该仿真模拟系统包括设备模型和信号模拟装置两部分;其中:所述设备模型包括柴油罐模型、过滤器模型、增压栗模型、透平发电机模型、C02灭火装置模型、应急发电机模型、空压机模型、冷却装置模型、公用风储罐模型、干燥器模型、仪表用风储罐模型、热介质锅炉模型、余热回收装置模型、热介质循环栗模型、鼓风机模型、热介质膨胀罐模型;所述信号模拟装置包括N个信号模拟控制箱;每个设备模型至少对应一个信号模拟控制箱;N为自然数；
[0009]现场控制系统，所述现场控制系统包括可编程控制器、及与可编程控制器连接的触摸屏上位机;所述可编程控制器的I/o端子通过prof ibus总线与每个仿真模拟控制箱电连接；
[0010]中控系统，所述中控系统包括基站、以及与基站进行数据交互的DCS控制器，所述DCS控制器通过数据线与现场可编程控制器相连接，所述DCS控制器与仿真模拟系统通过硬接线连接。
[0011]进一步:所述信号模拟控制箱包括电压模块、按钮开关、指示灯;所述电压模块的输出信号为0-5V的模拟信号，上述电压模块的输出端子通过模数转换器转换为4-20mA的电流信号输出。
[0012]进一步:所述可编程控制器的型号为西门子PLC300。
[0013]更进一步:所述N=7。
[0014]本实用新型具有的优点和积极效果是:
[0015]1.通过采用上述技术方案，设计开发了一套公共系统仿真模型系统，可用于培训操作人员，解决了传统培训工作难度大，费时费力等缺点；
[0016]2.降低了公共系统和DCS系统培训成本；
[0017]3.取消航空插头，更安全稳定；
[0018]4可以通过公共系统仿真模型系统模拟各种工况及故障，提高了培训人员对报警故障的解决能力。
[0019]5.实时了解现场设备运行状态，便于工程师或操作员进行现场管理、控制与操作等不同作业，还可用于先进算法研究、故障诊断、性能评价等科研方面。
【附图说明】
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[0020]图1是本实用新型的整体结构框图；
[0021]图2是本实用新型的局部结构框图；主要用于显示现场控制系统的结构关系；
[0022]图3是本实用新型的局部结构框图；主要用于显示中控系统的结构关系；
[0023]图4是油气分离罐体设备的具体连接关系图。
[0024]其中:1、主机A;2、主机B; 3、应急机;4、空压机;5、锅炉;6、消防设备;7、惰气系统。
【具体实施方式】
[0025]为能进一步了解本实用新型的【实用新型内容】、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0026]请参阅图1、图2、图3和图4，一种公共系统仿真模型系统，包括:仿真模拟系统、现场控制系统、中控系统三大部分;其中:
[0027]仿真模拟系统用于模拟海上平台公共系统的工作过程，该仿真模拟系统包括设备模型和信号模拟装置两部分;其中:所述设备模型包括柴油罐模型、过滤器模型、增压栗模型、透平发电机模型、C02灭火装置模型、应急发电机模型、空压机模型、冷却装置模型、公用风储罐模型、干燥器模型、仪表用风储罐模型、热介质锅炉模型、余热回收装置模型、热介质循环栗模型、鼓风机模型、热介质膨胀罐模型;所述信号模拟装置包括N个信号模拟控制箱；每个设备模型至少对应一个信号模拟控制箱;N为自然数;在本优选实施例中4为7，请参阅图4，所述设备模型包括:主机Al、主机B2，应急机3、空压机4、锅炉5、消防设备6、惰气系统7。
[0028]公共系统主要包括如下工艺过程:
[0029]触摸屏控制:用户点击功能按钮---PLC---触摸屏显示。
[0030]消防工况:火灾触发信号-一安全栅-一中控系统/PLC-一消防栗启动、SDV阀打开。
[0031]热介质锅炉:起动热媒循环栗一选择燃料一启动柴油栗一手动停止燃烧器一停止柴油栗。
[0032]由于仿真模拟系统主要用于模拟现场公共系统设备，其本身为现场公共系统的比例小模型，具体链接结构与现场公共系统设备相同，因此此处不对其具体的连接结构进行过多的赘述。
[0033]现场控制系统，所述现场控制系统包括可编程控制器、及与可编程控制器连接的触摸屏上位机;所述可编程控制器的I/o端子通过prof ibus总线与每个仿真模拟控制箱电连接;作为优选实施例，所述可编程控制器的型号为西门子PLC300。公共系统仿真模型系统功能可实现对平台设备参数实时监控、故障报警管理、全工况点状态显示等多方面功能。其上位机监控系统通过工业以太网与控制网络使工程师或操作员可以轻松获得平台中相关工艺运行信息，实时了解现场设备运行状态，便于工程师或操作员进行现场管理、控制与操作等不同作业。
[0034]中控系统，所述中控系统包括基站、以及与基站进行数据交互的DCS控制器，所述DCS控制器通过数据线与现场可编程控制器相连接，所述DCS控制器与仿真模拟系统通过硬接线连接。由于生产工艺系统的中控系统、PLC控制柜与生产工艺系统的链接需要转换装置(航空插头)，而航空插头的选择在一定程度上决定了系统的安全性是否可靠。所以在公共系统的设计中，取消了航空插头链接，改用数据总线，硬接线，profibus总线实现模块之间的链接，使系统更加安全稳定；
[0035]上述优选实施例中:所述信号模拟控制箱包括电压模块、按钮开关、指示灯;所述电压模块的输出信号为0-5V的模拟信号，上述电压模块的输出端子通过模数转换器转换为4-20mA的电流信号输出。
[0036]上述优选实施例中的仿真模型系统采用总线技术实现控制通信，其中包括Prof ibus总线、RS485总线、TCP/IP总线;采用成熟的工业控制技术标准设计软硬件，其中包括IEC61131-3标准;系统可扩展性好，无论是信号模拟装置、PLC后台运行软件，还是上位触摸屏控制都预留了可扩展接口，方便后续系统的升级改造。
[0037]本地控制系统(即采用触摸屏上位机和可编程控制器进行控制)设计参考原有系统的控制工艺要求，主要对系统中的水栗、阀、温度、液位、压力、流量等进行控制，控制点大约为400个。控制系统通过触摸屏进行控制，主要功能包括监控画面显示、趋势图显示、历史数据查询、故障报警等。
[0038]本地控制系统在原有系统控制功能的基础上增加实验演示功能。在实验演示状态下，可以在线修改实验参数，系统自动记录参数变化的趋势。实验人员可以通过系统实验了解生产公共控制参数之间的关系，了解控制工艺，对控制工艺优化。
[0039]在本优选实施例中，公共系统仿真测试模型设备包括13个罐，7个仿真模拟控制箱，I个PLC柜，4个栗，3个触摸屏，若连接线。所有罐体及管道均采用不锈钢，钢号304;设备及管道不刷漆，钢板及管材厚度根据系统承压能力确定。生产公共系统管道采用DN80。
[0040]现场信号模拟场控制信号的操作和反馈都会进入PLC控制柜，通过S7-300PLC来完成各部分逻辑和功能。并实现系统的报警，以及关断等功能。此外，S7-300PLC通过RS485与中控系统连接，将信号反馈到中控系统。
[0041 ]将电动开关切换到中控系统，给公共系统仿真模拟系统上电，可以实现中控系统对海上平台生产公共模拟系统的控制，通过工程师站，可以监控现场情况。在此模式下，可以培训操作人员对DCS的学习，通过仿真控制模拟箱，模拟生产的状态，在中控上位机中通过画面对现场情况进行监控，是培训人员对DCS有了更好的学习和理解，同时可以通过现场仿真模拟控制箱模拟各种工况以及故障状态，在中控上位画面可以监控到现场情况，并且中控会产生报警，并且会触发ESD，使得培训人员对DCS的各种功能有了更直观的认识。
[0042]本实用新型公共系统仿真模型系统可用于公共系统及DCS系统的人员培训、控制优化、FAT测试等多方面作业，还可进行先进算法研究、故障诊断、性能评价等科研方面的作业，应用前景十分光明。用户通过点击界面上不同的功能按钮，信号到达模拟信号箱后，会有反馈信号回到PLC并在触摸屏显示出来，用户可即时看到系统处于对应的功能状态。由信号模拟装置模拟生产装置发送“生产信号”至安全栅将0-5V标准电压转换成4-20mA标准现场仪表信号后传输至PLC或中控系统，触摸屏通过S7-300PLC控制柜与中控系统实现信息传递与具体的监控、操作与控制。
[0043]以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1.一种公共系统仿真模型系统，其特征在于:至少包括: 用于模拟海上平台公共系统的仿真模拟系统，该仿真模拟系统包括设备模型和信号模拟装置两部分;其中:所述设备模型包括柴油罐模型、过滤器模型、增压栗模型、透平发电机模型、C02灭火装置模型、应急发电机模型、空压机模型、冷却装置模型、公用风储罐模型、干燥器模型、仪表用风储罐模型、热介质锅炉模型、余热回收装置模型、热介质循环栗模型、鼓风机模型、热介质膨胀罐模型;所述信号模拟装置包括N个信号模拟控制箱;每个设备模型至少对应一个信号模拟控制箱;N为自然数； 现场控制系统，所述现场控制系统包括可编程控制器、及与可编程控制器连接的触摸屏上位机;所述可编程控制器的I/O端子通过prof ibus总线与每个仿真模拟控制箱电连接； 中控系统，所述中控系统包括基站、以及与基站进行数据交互的DCS控制器，所述DCS控制器通过数据线与现场可编程控制器相连接，所述DCS控制器与仿真模拟系统通过硬接线连接。2.根据权利要求1所述公共系统仿真模型系统，其特征在于:所述信号模拟控制箱包括电压模块、按钮开关、指示灯;所述电压模块的输出信号为0-5V的模拟信号，上述电压模块的输出端子通过模数转换器转换为4_20mA的电流信号输出。3.根据权利要求1或2所述公共系统仿真模型系统，其特征在于:所述可编程控制器的型号为西门子PLC300。4.根据权利要求3所述公共系统仿真模型系统，其特征在于:所述N=7。
【文档编号】G05B17/02GK205450609SQ201521118045
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月28日
【发明人】顾留文, 杨炳发, 王伟, 宋健辉, 高强, 李大华, 刘明远, 林永章, 李墨林, 杨灵飞
【申请人】海洋石油工程股份有限公司, 天津理工大学