电厂仿真介绍..

仿真机目前技术情况介绍
一、仿真机的基本构成
仿真机主要由两大部分构成,即仿真机的硬件部分和软件部分。

（1）仿真机硬件
仿真机硬件系统主要包括:
●主计算机；
●I/O接口；
●复制的发电机组主控室控制盘台及设备仪表，其中DCS操作台采用与现
场接近的材质加工制造，BTG盘及控制操作屏采用虚拟盘台技术实现；
●工程师/教练员台；
●过程控制计算机仿真微机；
●就地操作站设备；
●主控室环境仿真装置；
●计算机网络等。

（2）仿真机软件
仿真机软件系统主要有:
●计算机操作系统软件；
●仿真支撑系统软件；
●过程数学模型软件；
●工程师/教练员台功能软件；
●过程控制计算机仿真软件（DCS、DEH操作员站仿真软件）；
●就地操作站软件，采用三维动画虚拟现场环境；
●虚拟盘台软件；
●I/O软件；
●主控室环境仿真软件。

仿真机系统是由计算机、网络设备和其它设备系统相互连接构成，STAR-9 0系统常见的仿真机硬件配置如图所示:
带实际盘台的仿真机配置
虚拟盘台实际效果
机
二、仿真对象规模及技术水平
●火电机组
火电机组仿真对象从50MW、100MW、125MW、200MW、300MW、500M W、600MW、660MW至1000MW不同容量的发电机组和供热式机组。

仿真对象主机厂家覆盖面广，除国内哈尔滨、东方、上海等主要三大动力厂家外，还有北京巴威、北京重型机械厂、武汉锅炉厂、俄罗斯，美国GE公司等生产的产品。

●电网及变电站
电网及变电站仿真对象从10kV、35kV、110kV、220kV至500kV等不同电压等级的变电站与多种组合以及虚拟网的仿真。

仿真对象有国内技术生产的、引进技术生产的机组和国外进口机组；无论火电机组、还是变电站的规模及技术水平都是目前较先进的。

例如火电机组仿真对象的锅炉有超临界、亚临界锅炉；汽包炉、直流炉、液态排渣炉；制粉燃烧系统有直吹式中速磨煤机、风扇磨煤机、中间贮仓式的钢球磨煤机；燃烧器布置方式有前后墙布置、四角布置、六角布置等方式。

过程计算机仿真的监控系统种类多
过程计算机仿真的监控系统种类包括微机监视系统；
●FOXBORO公司I/A集散控制系统
●西屋的WDPF、OVATION集散控制系统
●西门子Teleperm-ME、XP集散控制系统
●INFI-90(N-90)集散控制系统
●ABB的SYMPHONY、ＰＧＰ、Procontrol P控制系统
●日本日立公司HIACS-5000集散控制系统
●新华电站XDPS-400+集散控制系统
●和利时公司HS2000集散控制系统
●索拉机监控系统
●CETUNM集散控制系统
●俄罗斯计算机信息管理系统
●MAX-1000/plus集散控制系统
●国电智深EDPF集散控制系统
●HoneyWell TPS集散控制系统
●日本东芝集散控制系统
●鲁能2000集散控制系统
●国电南自TCS-3000集散控制系统以及变电站系统的监控站等的仿真。

DCS系统实现的多种途径
●虚拟DPU方式1：通过对用户DCS控制逻辑组态及界面组态电子文本的
识别，开发出相对应的翻译转换软件。

通过该方式实现的DCS系统仿真
程度高（1：1），工期短，易于升级更新。

对于目前国内绝大多数控
制系统，我方基本采用该方式。

●虚拟DPU方式2：该方式是对DCS控制逻辑部分进行转换，而界面部分
则是通过购买DCS厂家的实际操作界面软/硬件，再由我方开发相应的
通讯软件而实现。

如兰溪项目、乐清项目、北仑项目等。

●激励式仿真方式：过程模型采用开发方式，DCS部分通过采购DCS厂家
的实际DPU设备，并与过程模型通讯的方式。

目前采用该方式的项目
有上海吴泾电厂600MW全范围火电机组仿真系统、杭州电力培训中心
DCS仿真系统以及嘉兴电厂二期仿真系统等项目。

采用该种方式除可对
运行人员进行培训外，还可对热工人员进行热工组态培训。

●传统开发方式：即利用用户提供的DCS资料，利用我方的STAR-90开发
平台，采用模块化建模的方式进行开发，其效果与实际一致。

三、主要功能
（1）教练员台功能软件
教员台功能软件是为增强培训效率，供教员使用的功能软件，STAR--90仿真机系统中拥有众多丰富灵活的教员台功能供教员使用。

●装入模型；
●装入初始条件；
●存取初始条件（共可存200个，数量可扩）；
●冻结模型、解冻模型；
●加入电厂模拟故障；
●加入电厂就地操作和改变边界参数。

亦可作为故障加入；
●模型加减速，
ａ、局部加减速0～10倍，ｂ、全部加减速0～10倍。

●重演：时间长短任选；
●回退：时间长短任选；
●参数曲线显示（分多窗口显示和单一窗口显示二种）；
●事件记录；
●快照（抽点转贮），
ａ、手动，ｂ、自动，ｃ、时间间隔可变；
●模型清单显示；
●模型参数监视；
●仪表故障；
●学员成绩评定；
●表盘状态检查；
●盘台设备诊断；
盘台设备诊断可实现对仿真机主控制室内的全部硬件设备的试验和诊断。

在每日开始培训之前,硬件工程师或教练员要对控制室内表盘设备进行检查。

每个表盘可进行独立的测试。

测试内容主要包括：
-测试全部指示灯,包括光字牌；
-测试全部模拟量指示仪表；
-测试全部模拟量输入设备；
-测试全部盘台开关和按钮；
-测试全部数字显示设备；
●盘装记录仪记录参数分配；
●棒图显示；
●成组电厂模拟故障加入。

（2）过程控制计算机仿真软件（DCS、DEH操作员站仿真软件）DCS操作员站界面仿真软件在用户提供可识别电子文本的前提下首选翻译转换模式，其次是传统组态方式。

该软件是运行在仿真操作员站上的应用软件。

每台DCS仿真操作员站运行相同的仿真软件，与热控数学模型软件相结合完全实现实际机组DCS操作员站的所有功能。

DCS操作员站界面仿真软件能完成实现以下功能：组态监控系统过程画面；组态监控系统弹出窗口画面；组态监控系统棒图画面；操作员站画面显示、鼠标或键盘操作方式、子窗口弹出方式、数据刷新模式、曲线、棒图显示等功能与实际机组实际DCS操作员站一致；I/O点数、名称、标识方法等与实际机组实际DCS操作员站一致；控制回路名称、控制逻辑与机组实际DCS操作员站一致。

采用翻译转换（虚拟HMI）技术进行DCS操作员站界面仿真的效果如下图所示：
图1. FOXBORO I/A系统操作界面-给水系统
（3） DCS系统仿真实现方式
DCS系统的仿真首选转换方式来实现，即招标方提供可识别的控制逻辑组态和画面组态文件，利用投标方自行开发的转换软件来实现对DCS系统的仿真。

DCS控制系统最流行的设计思想是功能块组态，这与STAR-90模块化建模思想完全一致。

比如FOXBORO
I/A系统拥有功能码库，ABB、西门子TXP系统也拥有图形算法库和文本算法库，XDPS系统拥有预定义标准功能块库，每一个功能码、块或算法完成一种特定的计算或功能，现场实际控制策略均由这些功能码、块或算法组态连接而成。

而STAR-90支撑系统拥有自己的电站算法库、通用算法库和控制算法库，每一个电站的数学模型和控制系统的数学模型均由这些算法组态完成，无需建模人员编程，这是STAR-90一体化仿真环境下模块化建模的优点所在，并且也为控制模型的自动转换提供了手段。

说到转换，本身就要求有一定的原型的东西，也就是说必须有充分的、可
读取认知的实际DCS组态策略的电子文档，如文本文档、数据库文档等等，这是需要与DCS供货商协商或合作的，DCS供货商只有提供包含这些信息的文档，才能进行转换。

在这些文档中必须可以读取以下内容：每个模块的标识、使用的算法、执行周期、执行顺序、模块之间的引用关系等等，利用这些信息就可以将实际DCS组态策略自动转换成STAR-90控制系统的模型。

另外，如果要做到与实际DCS组态图纸完全相同的页面显示方式，必须还需要具有下列内容：每个模块所处的页号、在图页中的坐标位置、使用的图元实例、连线的坐标信息以及图页边框的信息等等。

有了这些信息，就可以将实际DCS组态策略自动转换为STAR-90图形建模环境下的控制模型，它拥有与实际DCS组态图纸完全相同的视觉效果，效果如下图所示：
图2. FOXBORO I/A系统控制逻辑仿真
对于DCS操作员站LCD画面的转换，也要求有可供读取认知的实际DCS画面组态的文本或数据库文档，在这些文档中必须包括以下内容：画面的静态内容，包括图形、文本等；画面的动态内容，包括控制模式、动态显示内容和控
制变量或标签等等。

这也是需要与DCS供货商或用户协商才能做到的。

综上所述，如采用转换方式实现DCS系统的仿真，招标方应提供开发模型和界面转换软件所必需的电子文档资料和数据信息。

已实现的计算机监控系统的仿真
●FOXBORO公司I/A集散控制系统
●西屋的WDPF、OVATION集散控制系统
●西门子Teleperm-ME、XP集散控制系统
●INFI-90(N-90)集散控制系统
●ABB的SYMPHONY、ＰＧＰ、Procontrol P控制系统
●日本日立公司HIACS-5000集散控制系统
●新华电站XDPS-400+集散控制系统
●和利时公司HS2000集散控制系统
●索拉机监控系统
●CETUNM集散控制系统
●俄罗斯计算机信息管理系统
●MAX-1000/plus集散控制系统
●国电智深EDPF集散控制系统
●HoneyWell TPS集散控制系统
●日本东芝集散控制系统
●鲁能2000集散控制系统
●国电南自TCS-3000集散控制系统
4、就地操作站软件
为了保证培训过程的连续性和完整性，采用就地操作员站将实际机组主控制室以外的、与机组启、停过程密切相关的操作项目有选择地放在就地操作站上进行。

就地操作员站软件的组态方式与3.6节所述相同，其显示、操作画面以生产过程流程图的方式体现，包括主要系统设备和就地操作设备。

用以实现运行过程中必须的就地显示和操作。

其仿真软件采用三级软件过程控制模式：
a.系统菜单级：显示就地操作系统菜单，菜单框内包括系统图的名称。

操作人员只需用鼠标点中所需的菜单框，即可调出相应的系统流程图。

b.系统流程图级：在系统流程图画面上用特有标记说明某些设备为就地操作设备，通过数据刷新、颜色变化、图形变换来实现就地操作的监视控制功能。

操作人员可在有效区域内，用鼠标或键盘击中有效区域，进行就地操作，此时系统图被选中区域便出现一个对话窗口，以使操作员实现对阀门、电机等设备的操作控制。

c.窗口对话控制级：当出现一个对话窗口后，窗口中便显示出相应的操作设备(开关、按钮、操作器等)及其状态信息。

操作员便可进行相应的操作或取消本操作，当确认操作后，恢复流程图，取消窗口同时实现就地操作点相关数据、画面的刷新。

系统菜单级、系统流程图级、窗口对话级的操作模式，可使操作员方便地实现就地操作的监视和控制功能。

d.三维虚拟现实技术
通过我公司的最新升级产品-三维虚拟场景技术，通过移动鼠标不但可浏览整个厂区的实际场景，还可对场景内的设备进行操作，操作结果直接影响仿真机的运行。

5、主控室环境仿真软件
主控室音响仿真
音响仿真设备驱动软件是运行在音响仿真设备上的应用软件，该软件采用
多媒体技术，将从实际电厂录制的环境噪音，按着仿真模型运行的实际工况进行实时播放。

主控室音响仿真负责音响仿真设备的管理，当仿真模型中的过程量数值发
生变化，该仿真软件按照通讯协议形成数据包，并发送到音响仿真计算机。

当音响仿真计算机接收到数据包后，进行分析处理，并进行背景声音文件的播放。

●水位监视器仿真
水位监视设备驱动软件是运行在水位监视设备上的应用软件，该软件采用多媒体技术，将电厂水位监视设备的显示画面，按着仿真模型运行的实际工况进行画面的实时显示和更新。

水位监视仿真软件负责水位监视仿真设备的管理，当仿真模型中的水位过程量数值发生变化，该软件按着通讯协议形成数据包，并发送到水位仿真计算机。

当水位仿真计算机接收到数据包后，进行分析处理，并进行水位显示画面的调度。

●火焰监视器仿真
火焰监视设备驱动软件是运行在火焰监视设备上的应用软件，该软件采用
多媒体技术，将电厂火焰监视设备的显示画面，按着模型运行的实际工况进行画面的实时显示和更新。

火焰监视仿真软件负责火焰监视仿真设备的管理，当仿真模型中的火焰过
程量数值发生变化，该仿真软件按着通讯协议形成数据包，并发送到火焰仿真计算机。

当火焰仿真计算机接收到数据包后，进行分析处理，并进行火焰仿真文件的调度。

四、价格
一套600MW、360MW全范围、高精度一机双模火电机组仿真机的造价估算约为258万元（仿真机软件费用）。

上一套600MW、360MW全范围、高精度一机双模火电机组仿真机的工期（本仿真机从开发到交付使用约6-8个月）。

另外，要建成仿真培训基地，适合不同机组，不同控制系统培训需要，可
再上两到三套典型仿真系统：典型600MW超临界机组仿真机，典型600MW超
超临界机组仿真机，典型1000MW超超临界机组仿真机。

单独购买典型仿真机
的价格为每套30-32万，如果和600MW、360MW一机双模仿真机同时购买，则典型仿真机的价格为每套30-32万的6-8折。