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化工虚拟仿真实训中心 建设方案-虚拟仿真实验教学平台

发布时间:2023-05-24

编辑人:灵图互动

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虚拟仿真实训中心建设以“商业产品生产”为主线,全面模拟工业装置的完整运行过程,对参加实习的学生提出“岗位人员”的职业规范要求。实习中心的运行完全模拟实际工业装置生产运行秩序和状态,实习者的行为也须完全遵守正式企业员工的岗位操作规范。

1. 虚拟仿真实训中心介绍

虚拟仿真实训中心通过充分挖掘和利用虚拟仿真技术,开发虚拟仿真实验教学运行系统及框架结构。通过设置教师站、学员站、智能操作、智能评分、专家诊断系统等,实现信息发布、实验实习数据收集、师生实时互动、成绩评定等功能。

功能齐全的教师站具有工况选择、事故选择、控制参数的整定、工艺变量趋势的显示、仿真时标的设定、学员操作评分的监控、程序冻结与解冻、状态保存与恢复等功能。

学员站能够供学生进行实践操作练习。目前虚拟仿真实训中心的教学设置有专业单机训练,即在本专业范围内一人多角色的训练;有专业联机训练,即在本专业范围内由多人、多角色实现“顶岗实习”协同;也有多专业综合训练,即多专业、多人、多角色的训练。

此外,虚拟仿真实训中心的实时智能评分系统可以对学员的虚拟仿真操作进行实时监控和评分;现场专家诊断系统可以对学员的虚拟仿真操作和事故处理进行实时指导与诊断。

虚拟仿真实训中心

2. 虚拟仿真实训中心建设内容

化工虚拟仿真实训中心的资源按化工生产过程进行规划建设,主要由油气储存与运输、化工工艺流程、单元操作、过程自动控制、水处理、化工安全等板块的实验教学模块组成。

2.1 油气储存与运输虚拟仿真实验教学平台

原料的存储与运输是化工生产的第一道工序,油气储运管道输送实验平台由罐区、泵房、工艺管线、阀组、测控仪表、DCS系统、工程师站所组成,可利用DCS系统自带的组态软件在工程师站上选择管道输送工艺的任一流程进行组态。该实验教学平台可承担管道输送工艺综合实验、油库工艺综合实验、长输管道实验、储运仪表设备及仪表认识实验、管道及泵特性调节与自动控制实验,还可进行泄漏监测、水击、流体动力学和管道输送系统自动控制等方面的仿真模拟与实验研究。

该虚拟仿真实训教学可增强学生对石油站库知识和常规作业以及油品储运和管道输送技术的认识,学习油库工艺、长输工艺、油气集输工艺以及基本站库操作技能,培养设计实验、自主实验、分析实验数据、整理实验成果以及编写实验报告的能力,提高学生对油气储运工程的实际操作、初步设计和管理能力。

2.2 化工工艺流程虚拟仿真实验教学平台

化工产品种类繁多,生产工艺各不相同,选择典型的、有代表性的、有较强适应性的化工产品生产工艺作为流程级、规模化实训装置是至关重要的。化工虚拟仿真综合实训中心建设基于原油炼制、煤化工、生物化工、化工医药、精细化工、新能源化工等方面典型的生产工艺进行系统的开发与建设,建成了化工工艺仿真软件群。

虚拟仿真实训中心建设内容

(1)原油常减压3D虚拟仿真

该软件以大庆石化270万吨/年常减压装置为原型,结合计算机图形学、虚拟仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等先进技术,采用国际广泛使用的具有丰富后台数据支撑和强大仿真计算能力的化工流程模拟软件ASPENPIUS。该装置的

模拟3D现场严格依据真实工厂设计施工资料建立,后台仿真操作界面采用现代化工厂常用的DCS控制界面仿真,3D现场的阀门、仪表等操作与后台二维仿真实时通信,使操作者有很强的沉浸感。该套实验教学平台既可进行3D仿真实习项目的教学,也可以为“化工设计概论”、“石油炼制工程”、“化工原理”等课程提供逼真的虚拟现实工厂场景,将虚拟现实的工厂环境引入校园,实现“将工厂搬进课堂”的课堂教学改革。

(2)甲醇合成与精制工艺3D虚拟仿真

该软件以煤化工产业为背景,以真实化工厂甲醇项目为基础,选取煤制甲醇工艺中“合成气制甲醇”及“甲醇精制”部分进行开发,可进行4种初态、6个事故工况以及2个安全事故仿真操作。该套虚拟仿真实验教学平台建设实现了远程登录、在线虚拟仿真3D实验与实习、在线评分与成绩记载,并利用Flash实现了在场景中设备内部细节的描述。

该虚拟仿真软件还具有“巡线”、“摸流程”等与实际现场实习相一致的虚拟实习模式,完成生产成本数据的采集,为与产品成本核算、物流管理、过程企业管理等管理专业的融合奠定了基础。

(3)地沟油制生物柴油生产工艺

虚拟仿真软件以地沟油为原料,分别开发生物酶催化技术、管道反应技术及常规间隙反应技术等3种仿真工艺,模拟生物柴油的生产过程、系统控制及公用工程,并可进一步拓展以甘油为原料的发酵法制1,3一丙二醇的3D虚拟仿真系统。

2.3 网上3D虚拟实验室仿真实验教学平台

化工虚拟仿真实训中心以化工单元操作装置、啤酒生产车间工艺装置及阿司匹林中试生产装置为原形,开发了数字化3D虚拟化工工程实验室,通过交互式虚拟实验场景及配套的网络预习系统,有效地拓展了实验室的物理空间,强化了实验教学的预习环节,提高了实验教学的效率和效果。

网上3D虚拟实验室采用3dsMax和三维互动虚拟平台,经过现场勘察、媒体设计、3D建模、视频摄制、虚拟场景制作合成,成功地开发出集3D高仿真展示、多媒体授课、预习、复习、数据处理为一体的石油化工虚拟实验中心。网上3D虚拟实验室将书本中描述的生产流程立体化,将单元操作的流程、实验操作视频和实验原理动画等信息生动、逼真地呈现在学生面前,学生在高逼真的虚拟场景中可漫游和自由穿行、可实现人机互动,大大丰富了实验教学内容,有效扩展和延伸了现场实验教学。

网上3D虚拟实验室仿真实验教学平台

2.4 过程自动控制虚拟仿真实验教学平台

过程自动控制虚拟仿真平台根据特定的小规模过程控制环节(例如锅炉、蒸发器、反应器)的控制要求,设计相关的模型和控制算法,并将模型和控制算法载入虚拟仿真教学平台中进行仿真测试,测试通过后再添加相关的工艺动态画面,从而实现化工工艺的自控模拟系统设计。此实验项目可让学生充分理解各控制环节的特性和控制方法,了解控制回路在化工生产过程的作用。

该虚拟仿真平台可提供的实验项目有:锅炉、换热器、反应器的对象特性测试实验,温度、液位(单参数、串级)控制实验,PID参数整定实验等13个实验。

2.5 水处理虚拟仿真实验教学平台

水处理虚拟仿真实验教学平台构造出水处理设备以及能够进行控制、读数的操作台和仪表盘图像。该虚拟仿真实验教学平台的运行,是基于水处理反应动力学和水力计算的相应理论,直接再现真实实验的进程。虚拟仿真实验教学平台能够模拟真实设备和仪器仪表的工作方式,只要按照需要调整旋钮、操作控制阀和仪器面板上的指针,便能够调整设备的一系列参数,同时获得动态的仿真结果。

虚拟仿真实验不需要实际生产设备,不受实际生产运行周期的影响,仿真实验的结果来源于基础理论和真实实验,在可行性研究时能充分利用已有的实验成果,设计时又简化了计算过程,能够进行更广泛的选择而获得优化结果。通过故障树分析软件仿真,学生能较熟练地分析大型复杂的故障树和事件树,计算它们的最小割集等参数,加深对安全系统工程的认识。

化工虚拟仿真实训中心 建设方案通过全流程仿真生产工艺和生产场景,让学生在一个完全“真实”的环境中进行实训操作练习,解决了实验教学实物或半实物装置占地面积大、维护费用高、利用率偏低、“三废”处理困难等一系列问题 ,在满足专业工程训练要求的同时,还可以为企业提供员工培训的服务 。

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