油庫仿真模擬操作軟件的開發及應用研究

閻鳳元 于達 秦建敏

【摘要】依據成品油庫主要操作流程及現場場景，應用組態軟件和VC++語言開發了油庫仿真模擬操作系統，對成品油庫主要工藝流程及相關設備知識進行了講解和演示，實現了對油庫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、泵房、公路裝卸區、罐區等區域的場景仿真。為適應不同水平的學員需要，系統設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控制實體模型進行相關流程展示。該軟件應用在大學生實習實踐及培訓中取得了良好的教學效果。

【關鍵詞】成品油庫 仿真模擬 應用 培訓

一、引言

油庫中儲存的大量油品，其特殊的化學組成及理化特性，使其具有易燃、易爆、易揮發、有毒、易流失等危險性，給油庫內各項設施及生產運行管理帶來諸多危險因素。油庫內管線、閥門及其他設備較多，初學者很難在短時間內掌握各流程以及各設備的操作，而且油庫為了安全和效益，不允許初學者動手操作。仿真培訓教學是目前國際上流行的解決這一問題的先進教學形式，把仿真培訓技術應用到油庫操作模擬上，突破傳統實驗場地、設備、時間、安全等實際條件的限制，計算機模擬油庫現場的生產運行，建立日常標準操作規范培訓系統，能大大縮短培訓時間，對節省培訓費用、提高培訓質量具有重要的意義。

本軟件利用工控軟件“三維力控”和VC++編程語言開發了油庫模擬操作系統，對具有鐵路收發油、水路收發油、公路發油、桶裝及倒罐功能的典型成品油油庫的運行全過程進行了模擬。系統符合油庫現場實際，解決了傳統培訓的弊端，使學員通過該系統真實“看到”油庫運行時的各區域情況及動手操作過程，有效地解決人員的操作技能培訓問題。

二、系統設計與開發

作為油庫，最基本的功能就是實現油品的出、入庫操作和油品的儲存管理。本模擬操作系統的目的就是要將油庫的操作過程真實地展現出來，并能讓初學者在計算機上實現對油庫作業過程的操作。

系統設計的指導思想是力求人機界面友好和適應本科生和油庫操作人員的技術水平。為了適應不同程度用戶的需要，在軟件的設計過程中，分別設計自動模式和手動模式。自動模式不需要用戶手動操作，能自動導通所需流程，適用于初級學習者使用;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際。

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

計算機操作系統中的各個場景主要由“三維力控”開發，采集站場內場景信息，站內設備及流程最大限度的貼近現場實際，對主要的閥門、泵、罐區、管道等應用不同的顏色和圖形展現，實體可操作模型根據現場采集的圖像及站場平面布置信息的基礎上進行設計的，并對站內眾多設施及流程進行了優化，突出主體設備及操作過程。操作界面中的可變圖素與數據庫中的變量相連接，仿真程序根據操作員的指令，讀、寫和轉換數據庫中的虛擬數據，圖形顯示程序根據數據的變化改變相應的圖素，從而實現對操作過程的動態模擬。

三、系統主要功能

軟件理論與實際結合緊密，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，操作結果將逐步記錄在系統數據庫中，操作結束后系統判斷操作是否正確并給出評分結果。本系統主要包括四個部分，如圖2所示，前兩個部分主要是油庫相關知識學習，用戶可以先通過流程演示學習工藝流程部分，然后再進入作業及操作系統進一步學習和練習整個作業操作。事故工況給出了油庫常見事故的處理流程，幫助用戶進一步掌握及靈活應用相關設備。

1.認識油庫。一般按油庫業務要求可分為儲油區、裝卸區、輔助生產區、行政管理區等四個區域，其中裝卸區又可分為鐵路裝卸區、水運裝卸區和公路裝卸區。系統首先針對每個區域的平面布置及主要設備都進行了詳盡的介紹，如鐵路收油的鶴管和水路碼頭的鶴管、罐區、泵房等，配合實物圖片，使學員對油庫有一個整體認識。

2.各種作業的操作過程。本系統設計了7種21個油庫正常操作工藝流程和6種事故工況，操作者可進行詳盡的模擬操作。如鐵路收油作業的操作，包括當前庫存、來油信息、來油化驗、來油計量、確定卸油方案、卸油作業6個步驟;公路發油作業的操作，包括當前庫存、從辦理手續、灌裝準備、灌裝作業等步驟;倒罐作業的操作，包括當前庫存、確定倒罐方案、倒罐作業等步驟;其他作業，如鐵路發油、水路碼頭收油和發油、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，當卸油過程中泵發生意外事故時，為了不影響作業的繼續進行，需要啟動備用泵，更換相關流程。

4.自動/手動倒流程模式?？紤]到操作的安全性和培訓功能，設置了自動/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，都有相應的動作提示。全部操作正確時，才能進行生產流程運行。

5.報表。油庫所進行作業的詳細信息被寫入Access數據庫，通過各種SQL函數實現力控與Access數據庫之間的數據交換，自動生成報表，用戶可以查看所進行作業的詳細信息，并且能對報表進行按時間查詢、全部顯示、刪除、打印等操作。

四、系統應用示例

現以鐵路收油作業模擬過程為例說明系統的應用情況。這一作業過程考察了油罐管理、油品化驗、油品計量、鐵路裝卸作業流程等相關知識及工程操作經驗。本系統中，在進行作業時，操作步驟是有先后順序的，所以用戶只有在執行完了前面的操作后，才能進行下一步的操作，如圖3。在模擬操作系統中，系統監控畫面上顯示了該作業當前可以進行操作的步驟。

（1）檢查當前庫存。打開“當前庫存”界面，可手工設定一個液位值，系統根據液位值實時查詢Access數據庫中的罐容表，得到相應的容積，根據油溫和標準密度計算重量和空容量，如果油罐的液位過高或者過低，系統會及時提示報警信息。

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

（3）來油化驗。鐵路槽車到達后，油庫質檢人員要查看油品發貨時發貨方提供的產品合格單，然后進行取樣化驗。為了體現培訓的作用，用戶需要根據來油品種選擇相應的化驗項目，系統會提示用戶在相應的地方輸入化驗結果并可查看結論是否合格。

（4）來油計量。系統根據用戶輸入的實測油高，自動查詢Access數據庫中的容積表，自動計算該列槽車來油的實收量及損耗量。根據國標中判斷油品是否超耗，如果損耗在規定范圍內，則給出“該油品在損耗范圍內，可以卸車”的提示。否則，系統提示“該油品超耗，不能入庫”。

（5）確定作業方案。系統根據來油品種和數量，計算出所需要的卸油時間。根據當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行卸油。

（6）作業流程。選擇自動導通流程模式時，閥門、泵自動開啟，相應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流程、作業泵的轉速、泵出口的壓力和流量的實時值，鐵路棧橋圖中顯示了卸油時棧橋區的流程。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，系統會提示用戶可以開啟泵。在作業過程中，利用觸動按鈕的方式模擬汽油泵故障，即用戶點擊“事故模擬”按鈕時，系統就會彈出故障提示。

五、結語

該系統針對油庫作業培訓缺乏實練、費用高、風險大的問題，真實再現油庫的生產運行工藝流程，為學生了解油庫基本情況、掌握油庫基本工藝流程及實際操作的實踐能力提供了有效的工具，通過在系統中操作學習，將相關理論知識與生產實際有機結合起來，寓教于直觀生動的畫面場景中，虛實結合，既提高了學生的學習興趣，又使學生系統掌握了相關知識。同時，該系統的開放性開發環境為學生提供了一個良好的創新平臺，已有多個學生進一步開發完善了系統的功能及操作，培養了學生自主性、探究性學習能力及創新思維。目前該套系統已成為中國石油大學（北京）油氣儲運專業仿真實踐教學基地的重要培訓平臺，在學生實習實踐及企業培訓中獲得了良好效果。

參考文獻：

[1]許行.油庫設計與管理[M].北京：中國石化出版社，2009.

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

[3]王東，杜楊，李康寧.軍用油庫油罐火災消防虛擬現實仿真模型研究[J].后勤工程學院學報，2006，（02）：9-23.

[4]吳巖，于達.油庫仿真教學培訓系統的研發[J].實驗室研究與探索，2006，（03） ：303-305

[5]王志華，龍安厚，王利生.仿真系統在油氣儲運工程實驗教學中的開發與應用[J].實驗技術與管理.2010，（10） ：116-118.

[6]張磊.油庫、加油站和管道運營培訓及虛擬演練三維系統的研究[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系統[J].油氣儲運，2005，（08） ：1-4.

[8]朱冬銀，吳海浩，李楷.油田集輸系統仿真模型教學軟件開發及應用[J].實驗室研究與探索，2015，（01） ：92-96.

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