油庫仿真模擬操作軟件的開發(fā)及應(yīng)用研究

閻鳳元 于達(dá) 秦建敏

【摘要】依據(jù)成品油庫主要操作流程及現(xiàn)場場景，應(yīng)用組態(tài)軟件和VC++語言開發(fā)了油庫仿真模擬操作系統(tǒng)，對成品油庫主要工藝流程及相關(guān)設(shè)備知識進(jìn)行了講解和演示，實(shí)現(xiàn)了對油庫7種常見流程的工作過程和6種事故過程的操作工藝模擬及對鐵路裝卸區(qū)、泵房、公路裝卸區(qū)、罐區(qū)等區(qū)域的場景仿真。為適應(yīng)不同水平的學(xué)員需要，系統(tǒng)設(shè)計了自動和手動兩種操作方式，并可記錄全部操作過程。同時，軟件可通過PLC控制實(shí)體模型進(jìn)行相關(guān)流程展示。該軟件應(yīng)用在大學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐及培訓(xùn)中取得了良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】成品油庫 仿真模擬 應(yīng)用 培訓(xùn)

一、引言

油庫中儲存的大量油品，其特殊的化學(xué)組成及理化特性，使其具有易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒、易流失等危險性，給油庫內(nèi)各項設(shè)施及生產(chǎn)運(yùn)行管理帶來諸多危險因素。油庫內(nèi)管線、閥門及其他設(shè)備較多，初學(xué)者很難在短時間內(nèi)掌握各流程以及各設(shè)備的操作，而且油庫為了安全和效益，不允許初學(xué)者動手操作。仿真培訓(xùn)教學(xué)是目前國際上流行的解決這一問題的先進(jìn)教學(xué)形式，把仿真培訓(xùn)技術(shù)應(yīng)用到油庫操作模擬上，突破傳統(tǒng)實(shí)驗場地、設(shè)備、時間、安全等實(shí)際條件的限制，計算機(jī)模擬油庫現(xiàn)場的生產(chǎn)運(yùn)行，建立日常標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范培訓(xùn)系統(tǒng)，能大大縮短培訓(xùn)時間，對節(jié)省培訓(xùn)費(fèi)用、提高培訓(xùn)質(zhì)量具有重要的意義。

本軟件利用工控軟件“三維力控”和VC++編程語言開發(fā)了油庫模擬操作系統(tǒng)，對具有鐵路收發(fā)油、水路收發(fā)油、公路發(fā)油、桶裝及倒罐功能的典型成品油油庫的運(yùn)行全過程進(jìn)行了模擬。系統(tǒng)符合油庫現(xiàn)場實(shí)際，解決了傳統(tǒng)培訓(xùn)的弊端，使學(xué)員通過該系統(tǒng)真實(shí)“看到”油庫運(yùn)行時的各區(qū)域情況及動手操作過程，有效地解決人員的操作技能培訓(xùn)問題。

二、系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

作為油庫，最基本的功能就是實(shí)現(xiàn)油品的出、入庫操作和油品的儲存管理。本模擬操作系統(tǒng)的目的就是要將油庫的操作過程真實(shí)地展現(xiàn)出來，并能讓初學(xué)者在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對油庫作業(yè)過程的操作。

系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)思想是力求人機(jī)界面友好和適應(yīng)本科生和油庫操作人員的技術(shù)水平。為了適應(yīng)不同程度用戶的需要，在軟件的設(shè)計過程中，分別設(shè)計自動模式和手動模式。自動模式不需要用戶手動操作，能自動導(dǎo)通所需流程，適用于初級學(xué)習(xí)者使用;手動模式需要用戶手動打開所需流程上的閥門和泵，可以幫助用戶了解和掌握油庫的各種工藝流程，這種模式也更貼近實(shí)際。

油庫模擬操作系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分構(gòu)成，軟件部分主要包括以“Visual C++”和組態(tài)軟件“三維力控”為平臺開發(fā)的油庫各種作業(yè)的操作過程、油罐液位報警、事故模擬、手動導(dǎo)通流程模式和各種作業(yè)報表等;硬件部分包括作為調(diào)度操作平臺的計算機(jī)及觸摸屏，可編程控制器及其控制的實(shí)物模型的可操作平臺，可以通過計算機(jī)向PLC下達(dá)流程作業(yè)操作指令，PLC控制站場模型中的輸出控制，可以順序顯示操作作業(yè)，由此產(chǎn)生的參數(shù)變化過程將由編制好的程序計算并實(shí)時反饋到操作界面中，如圖1所示。

計算機(jī)操作系統(tǒng)中的各個場景主要由“三維力控”開發(fā)，采集站場內(nèi)場景信息，站內(nèi)設(shè)備及流程最大限度的貼近現(xiàn)場實(shí)際，對主要的閥門、泵、罐區(qū)、管道等應(yīng)用不同的顏色和圖形展現(xiàn)，實(shí)體可操作模型根據(jù)現(xiàn)場采集的圖像及站場平面布置信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計的，并對站內(nèi)眾多設(shè)施及流程進(jìn)行了優(yōu)化，突出主體設(shè)備及操作過程。操作界面中的可變圖素與數(shù)據(jù)庫中的變量相連接，仿真程序根據(jù)操作員的指令，讀、寫和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫中的虛擬數(shù)據(jù)，圖形顯示程序根據(jù)數(shù)據(jù)的變化改變相應(yīng)的圖素，從而實(shí)現(xiàn)對操作過程的動態(tài)模擬。

三、系統(tǒng)主要功能

軟件理論與實(shí)際結(jié)合緊密，針對每一個操作過程，都將其中的理論知識融入其中，同步考察，操作結(jié)果將逐步記錄在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，操作結(jié)束后系統(tǒng)判斷操作是否正確并給出評分結(jié)果。本系統(tǒng)主要包括四個部分，如圖2所示，前兩個部分主要是油庫相關(guān)知識學(xué)習(xí)，用戶可以先通過流程演示學(xué)習(xí)工藝流程部分，然后再進(jìn)入作業(yè)及操作系統(tǒng)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和練習(xí)整個作業(yè)操作。事故工況給出了油庫常見事故的處理流程，幫助用戶進(jìn)一步掌握及靈活應(yīng)用相關(guān)設(shè)備。

1.認(rèn)識油庫。一般按油庫業(yè)務(wù)要求可分為儲油區(qū)、裝卸區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、行政管理區(qū)等四個區(qū)域，其中裝卸區(qū)又可分為鐵路裝卸區(qū)、水運(yùn)裝卸區(qū)和公路裝卸區(qū)。系統(tǒng)首先針對每個區(qū)域的平面布置及主要設(shè)備都進(jìn)行了詳盡的介紹，如鐵路收油的鶴管和水路碼頭的鶴管、罐區(qū)、泵房等，配合實(shí)物圖片，使學(xué)員對油庫有一個整體認(rèn)識。

2.各種作業(yè)的操作過程。本系統(tǒng)設(shè)計了7種21個油庫正常操作工藝流程和6種事故工況，操作者可進(jìn)行詳盡的模擬操作。如鐵路收油作業(yè)的操作，包括當(dāng)前庫存、來油信息、來油化驗、來油計量、確定卸油方案、卸油作業(yè)6個步驟;公路發(fā)油作業(yè)的操作，包括當(dāng)前庫存、從辦理手續(xù)、灌裝準(zhǔn)備、灌裝作業(yè)等步驟;倒罐作業(yè)的操作，包括當(dāng)前庫存、確定倒罐方案、倒罐作業(yè)等步驟;其他作業(yè)，如鐵路發(fā)油、水路碼頭收油和發(fā)油、事故工況等不再一一贅述。

3.事故模擬。模擬了卸油泵和閥出現(xiàn)事故時的操作。例如，卸油時，每一種油品都有自己的專用泵，當(dāng)卸油過程中泵發(fā)生意外事故時，為了不影響作業(yè)的繼續(xù)進(jìn)行，需要啟動備用泵，更換相關(guān)流程。

4.自動/手動倒流程模式?？紤]到操作的安全性和培訓(xùn)功能，設(shè)置了自動/手動兩種倒通流程的模式。在手動這種模式中，用戶在開啟閥門和泵時，都有相應(yīng)的動作提示。全部操作正確時，才能進(jìn)行生產(chǎn)流程運(yùn)行。

5.報表。油庫所進(jìn)行作業(yè)的詳細(xì)信息被寫入Access數(shù)據(jù)庫，通過各種SQL函數(shù)實(shí)現(xiàn)力控與Access數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換，自動生成報表，用戶可以查看所進(jìn)行作業(yè)的詳細(xì)信息，并且能對報表進(jìn)行按時間查詢、全部顯示、刪除、打印等操作。

四、系統(tǒng)應(yīng)用示例

現(xiàn)以鐵路收油作業(yè)模擬過程為例說明系統(tǒng)的應(yīng)用情況。這一作業(yè)過程考察了油罐管理、油品化驗、油品計量、鐵路裝卸作業(yè)流程等相關(guān)知識及工程操作經(jīng)驗。本系統(tǒng)中，在進(jìn)行作業(yè)時，操作步驟是有先后順序的，所以用戶只有在執(zhí)行完了前面的操作后，才能進(jìn)行下一步的操作，如圖3。在模擬操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)監(jiān)控畫面上顯示了該作業(yè)當(dāng)前可以進(jìn)行操作的步驟。

（1）檢查當(dāng)前庫存。打開“當(dāng)前庫存”界面，可手工設(shè)定一個液位值，系統(tǒng)根據(jù)液位值實(shí)時查詢Access數(shù)據(jù)庫中的罐容表，得到相應(yīng)的容積，根據(jù)油溫和標(biāo)準(zhǔn)密度計算重量和空容量，如果油罐的液位過高或者過低，系統(tǒng)會及時提示報警信息。

（2）來油信息。當(dāng)用戶選擇來油品種后，車數(shù)、容積、油溫、密度、重量和發(fā)站相對應(yīng)的信息即可顯示出來，輸入所要接卸的車數(shù)，系統(tǒng)自動計算出其對應(yīng)的容積和重量。點(diǎn)擊圖中的“查看詳情”按鈕可以查看該批來油的詳細(xì)信息。

（3）來油化驗。鐵路槽車到達(dá)后，油庫質(zhì)檢人員要查看油品發(fā)貨時發(fā)貨方提供的產(chǎn)品合格單，然后進(jìn)行取樣化驗。為了體現(xiàn)培訓(xùn)的作用，用戶需要根據(jù)來油品種選擇相應(yīng)的化驗項目，系統(tǒng)會提示用戶在相應(yīng)的地方輸入化驗結(jié)果并可查看結(jié)論是否合格。

（4）來油計量。系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的實(shí)測油高，自動查詢Access數(shù)據(jù)庫中的容積表，自動計算該列槽車來油的實(shí)收量及損耗量。根據(jù)國標(biāo)中判斷油品是否超耗，如果損耗在規(guī)定范圍內(nèi)，則給出“該油品在損耗范圍內(nèi)，可以卸車”的提示。否則，系統(tǒng)提示“該油品超耗，不能入庫”。

（5）確定作業(yè)方案。系統(tǒng)根據(jù)來油品種和數(shù)量，計算出所需要的卸油時間。根據(jù)當(dāng)前庫存情況和來油品種確定來油卸入哪個油罐，以及使用哪個油泵進(jìn)行卸油。

（6）作業(yè)流程。選擇自動導(dǎo)通流程模式時，閥門、泵自動開啟，相應(yīng)的管線中有油品流動。在油罐液位圖上可以直觀地看到液位的上升，在泵房圖中顯示泵房的作業(yè)流程、作業(yè)泵的轉(zhuǎn)速、泵出口的壓力和流量的實(shí)時值，鐵路棧橋圖中顯示了卸油時棧橋區(qū)的流程。選擇手動倒流程時，用戶需要把此流程所需打開的閥門全部打開，系統(tǒng)會提示用戶可以開啟泵。在作業(yè)過程中，利用觸動按鈕的方式模擬汽油泵故障，即用戶點(diǎn)擊“事故模擬”按鈕時，系統(tǒng)就會彈出故障提示。

五、結(jié)語

該系統(tǒng)針對油庫作業(yè)培訓(xùn)缺乏實(shí)練、費(fèi)用高、風(fēng)險大的問題，真實(shí)再現(xiàn)油庫的生產(chǎn)運(yùn)行工藝流程，為學(xué)生了解油庫基本情況、掌握油庫基本工藝流程及實(shí)際操作的實(shí)踐能力提供了有效的工具，通過在系統(tǒng)中操作學(xué)習(xí)，將相關(guān)理論知識與生產(chǎn)實(shí)際有機(jī)結(jié)合起來，寓教于直觀生動的畫面場景中，虛實(shí)結(jié)合，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又使學(xué)生系統(tǒng)掌握了相關(guān)知識。同時，該系統(tǒng)的開放性開發(fā)環(huán)境為學(xué)生提供了一個良好的創(chuàng)新平臺，已有多個學(xué)生進(jìn)一步開發(fā)完善了系統(tǒng)的功能及操作，培養(yǎng)了學(xué)生自主性、探究性學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新思維。目前該套系統(tǒng)已成為中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運(yùn)專業(yè)仿真實(shí)踐教學(xué)基地的重要培訓(xùn)平臺，在學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐及企業(yè)培訓(xùn)中獲得了良好效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]許行.油庫設(shè)計與管理[M].北京：中國石化出版社，2009.

[2]張虹，謝翔.油庫火災(zāi)爆炸事故原因分析及控制[J].石油化工安全技術(shù)，2006，（04） ：21-24.

[3]王東，杜楊，李康寧.軍用油庫油罐火災(zāi)消防虛擬現(xiàn)實(shí)仿真模型研究[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報，2006，（02）：9-23.

[4]吳巖，于達(dá).油庫仿真教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)的研發(fā)[J].實(shí)驗室研究與探索，2006，（03） ：303-305

[5]王志華，龍安厚，王利生.仿真系統(tǒng)在油氣儲運(yùn)工程實(shí)驗教學(xué)中的開發(fā)與應(yīng)用[J].實(shí)驗技術(shù)與管理.2010，（10） ：116-118.

[6]張磊.油庫、加油站和管道運(yùn)營培訓(xùn)及虛擬演練三維系統(tǒng)的研究[J].石油庫與加油站，2012，（04）：23-26.

[7]熊輝，李建廷，李官政.秦京輸油管道仿真培訓(xùn)系統(tǒng)[J].油氣儲運(yùn)，2005，（08） ：1-4.

[8]朱冬銀，吳海浩，李楷.油田集輸系統(tǒng)仿真模型教學(xué)軟件開發(fā)及應(yīng)用[J].實(shí)驗室研究與探索，2015，（01） ：92-96.

[9]郭光臣，董文蘭，張志廉.油庫設(shè)計與管理[M].東營：中國石油大學(xué)出版社，1991.