仿真机系统简介

仿真机网络结构
VDPU
DCS工程师站
DCS操作员站 …… DCS操作员站
交
换
机
模型站
同一网段的局域网
返回
三、仿真机基本功能
1、模拟实际现场
对现场运行设备的模拟：用数学模型模拟火电厂的生产设备以及 它们之间的连接关系，能够输出DCS系统需要的各种信号。在接 到虚拟DCS系统下发的控制指令后能输出与实际设备相像的特性， 实时仿真。 对DCS系统的模拟：模拟实际DCS系统的上位和下位，实现实际 DCS系统的功能—画面监视、控制操作、系统组态等。 通信的模拟：实现仿真机系统的数据通信。 主控室布局的模拟：硬件和网络结构的模拟。
3、火电机组仿真机
以火电厂发电机组为仿真对象的仿真 类型：数字仿真、全范围仿真（自燃料制备至主变出口）、实 时仿真、培训及分析研究型仿真 仿真内容： 机组主控室环境 机组主控室运行人员监控涉及的电厂设备和系统 机组主控室运行人员在启停、故障处理中涉及的操作和显示 仿真机组的正常、异常和故障工况（仿真机特有功能） 用途： 火电机组运行人员技术培训 机组运行方式研究 控制系统分析和研究
２、熟悉仿真支撑系统上的建模方法
建立算法库 算法库包含若干算法，算法由FORTRAN／C++ BUILDER等 程序编制，运行模型要调用算法库中的算法。算法库中应包含 机／炉／电各种设备的专业算法，一些基本的算术、逻辑算法， 还应有阀门，电机，压力节点，流量，换热等公用算法。另外 还可以自己根据需要建立算法和算法库。 在算法库中选择适当的算法建立模块 每个模块有若干个输入、输出、中间参数（定值），调用某 一算法进行计算。输入连接其他模块的输出，中间参数可以自 己设定，输出由选定的算法根据输入值和中间参数值计算得出， 实现动态计算，每个模块都这样建立后就连接成为模型。 建模应该根据现场的实际情况考虑使用的具体算法和模块间的 连接关系。
返回
二、仿真机基本结构
1、仿真对象
研究仿真机应该首先对仿真对象有所了解，因为火电机组 仿真机是以火电厂发电机组为仿真对象，所以下面简要介绍火 电厂的发电机组。 火电厂发电的具体原理不再详细说明，主要介绍电厂的控 制系统。电厂主控室运行人员的任务就是使用分散控制系统 （DCS）对发电生产过程进行控制，具体过程如下图：
现场
DCS下位
DCS上位
发电机组 DO/AO 现场设备 (机/炉/电) DI/AI
卡件
DI/AI DO/AO
广播
DPU
发指令 广播
DCS操作员站
DCS操作员站 发指令 . . . 广播 DCS工程师站
发指令、组态
由上图可知，控制系统由现场设备(被控对象)和DCS系统组 成，两者之间通过卡件连接， DCS系统又可分为上位和下位两 部分。要实现火电机组仿真机的仿真内容（前述），对现场设备 和DCS系统都要进行仿真，下面分别进行介绍。 现场设备 现场设备即系统的被控对象，在现场设有各种测点（温度、 压力、差压、电流、电压…）测出信号值，再经过放大、变送等 环节后送入控制系统中。 卡件 实现现场和DCS系统之间的通信，将现场测量信号送入DCS 系统，将DCS系统的控制指令传回现场。每个卡件有不同的通道， 可传送很多信号。 DCS系统简介 下位—DPU。 内部装有控制算法的程序，DCS上位进行控制时要调用 DPU内的算法进行运算。所谓“分散控制系统”的分散是指 现
动态参数监视、曲线显示 启动仿真机系统后，可以在模型里选择想要监视的模块参数， 监视其变化趋势，另外还可以显示参数的实时曲线。
返回
四、仿真机建模Hale Waihona Puke Baidu
1、熟悉火电厂生产设备的原理及连接关系
锅炉 制粉系统：磨煤机，给煤机 燃烧系统：点火装置，炉膛传热 风烟系统：一次风机，二次风机，引风机，空气预热器，氧 量调节，炉膛负压调节 汽水系统：（汽包），水冷壁，下降管，省煤器，过热器， 再热器 汽机 除氧给水系统 抽汽系统、辅汽系统 凝结水系统、凝汽器真空等 电气 厂用电系统 同期、并网 励磁系统等
场信号分站送入DCS系统，每个站一个DPU，只处理一部分信号。 每个DPU传送DI、DO、AI、AO四类数据，使用四个卡件，每个 卡件和该DPU间传送一类数据。DPU的功能是运算和传递数据。 DPU将接收到的现场信号（DI、AI）传递给DCS上位进行控制， DCS上位进行控制需要调用DPU内的算法进行运算，DPU运算完 后又将控制指令（DO、AO）通过卡件传递回现场实现控制，这 样实现了闭环控制。 上位—安装运行DCS上位程序。 功能是接收DPU传送的数据并进行控制。操作员模式和工程 师模式是两种工作模式，它们对DCS系统功能的使用权限不同。 操作员站只能对监控画面进行操作，即接收DPU传送的数据 后使用工程师站的控制逻辑进行控制，对DPU发控制指令。 工程师站除了可对监控画面进行操作外，还可以进行系统组 态—画面组态、控制逻辑组态和系统数据库组态，改变控制逻辑 组态后要进行编译然后下装到DPU中才能起作用。另外，工程师 上还能实现趋势显示、事故追忆等DCS系统的功能。
上位—安装运行虚拟DCS上位程序。 与实际DCS上位系统功能相同。根据VDPU与实际DPU的 区别将实际DCS上位程序修改即可。 通信 将模型和通信程序放在同一台计算机上作为模型站，这样模型 和通信程序之间通过共享内存传送数据。 保证模型站和VDPU在同一网段内，模型站和VDPU之间可通 过UDP广播通信。 保证VDPU和虚拟DCS工程师站、操作员站在同一网段内。 DCS向DPU下发指令是通过TCP协议，工程师站和每个操作员 站都可以向DPU下发指令。DPU向DCS传送数据是通过UDP广 播通信，DPU可将数据广播给DCS工程师站及所有的操作员站。 通信程序到VDPU之间的广播数据是模型输出值，即DCS系统 的输入（DI、AI），VDPU到通信程序之间的广播数据是DCS 系统输出的控制指令（DO、AO），广播数据的类型不同。
２、仿真机结构
针对上述仿真对象，火电机组仿真机的具体结构如下图：
虚拟现场
虚拟DCS下位
虚拟DCS上位
共享内存
广播
广播
模型
共享内存
通信程序
广播
VDPU
发指令
虚拟DCS操作员站
虚拟DCS操作员站 发指令 . . . 广播 模型站 虚拟DCS工程师站
发指令、组态
广播
上图的仿真机系统对仿真对象中的每一部分都进行了仿真。 包括现场设备、DCS系统、卡件以及系统的通信，下面分别介绍 对每一部分的仿真。 虚拟现场 对现场设备的模拟是通过在仿真支撑系统上搭建火电厂的模 型（机／炉／电）来实现的，现场测点经检测变送后的信号相当 于模型中相应模块的输出。建模工作就是如何在仿真支撑系统上 搭建火电厂模型。 通信程序 通信程序实现的是卡件的功能，即现场和DCS系统之间的通 信。通信程序将模型的输出信号送入虚拟DCS系统，将虚拟DCS 系统的控制指令传回模型。 虚拟DCS系统 下位—VDPU。 与实际DPU功能相同，实际系统每个站有一个DPU，有一 个IP地址，而VDPU是用一个程序实现了所有站的功能，只要 在一台计算机上运行VDPU 程序即可，只有一个IP地址。
３、仿真机系统启动过程
运行VDPU程序—运行DCS系统上位程序—启动仿真支撑系统— 装入算法—装入模型—启动通行程序—装入初始条件—启动仿 真，进行操作
结 束
２、仿真机特有功能
上述功能使仿真机能够模拟现场，实现现场设备和操作系统 的功能。除此之外，仿真机还有一些特有的教练员功能，教练员 站就是模型站，下面介绍模型站上的教练员功能。
存取工况 启动仿真机系统后，可以根据情况随时存工况，此时模型中 各个模块的实时数值和DCS系统中的实时数值就被保存下来作 为初始条件，需要时可以再调出该工况进行操作。 一次练习结束存工况，下次来可以调出该工况继续操作；存 入工况后，可以重复调出该工况，练习操作步骤，现场不可能 实现；做故障需要在一定的工况上进行。 抽点，回退 不用存工况，选择手动／自动抽点，系统便会存储临时工况， 需要时可将临时工况调出使用，临时工况在本次关闭仿真机系 统后自动消失。 添加故障 为训练运行人员应对机组发生故障的能力，可以在仿真机上 模拟发生故障的情况，现场不可能实现。模型中的模块输入有 专门的故障输入口，用来实现故障，可将各种故障排成列表供 以后使用。
通信 现场信号到卡件，卡件到DPU之间是通过光缆、光纤等传输 工具进行通信。 DCS向DPU下发指令是通过TCP协议，工程师站和每个操作 员站都可以向DPU下发指令。 DPU向DCS站传送数据是通过UDP广播通信，DPU可将数据 广播给DCS工程师站及所有的操作员站。 DCS系统的具体网络结构略。 DCS
2、仿真技术应用领域、用途及分类
应用领域： 工业领域 科技领域 航空、航天领域 用途： 用于研究、设计、分析 用于教育、培训、训练 分类： 按实现方式分：数字仿真/模拟仿真 按仿真范围分：全范围仿真/部分过程仿真 按实时性分：实时仿真/非实时仿真 按用途分：分析、研究型仿真/培训、训练、教学型仿真
仿真机系统简介
主要内容
仿真机基本概念 仿真机系统基本结构 仿真机基本功能 仿真机建模
一、仿真机基本概念
1、主要技术术语
模型：对真实世界过程、概念或系统的结构、行为等某些方面 的特征的理想近似表述。 物理模型：用物理相似的方法建立的模型。 数学模型：用数学符号和关系式表达的模型。 仿真：建立物理和/或数学模型，使其与真实世界过程、概念或 系统（仿真对象）在相同受控输入下的特定的特性是相像的。 物理仿真：使用物理模型进行仿真对象的仿真。例如：飞机 模型风洞实验仿真。 数学仿真：使用数学运算工具（计算机）和数学模型进行仿 真对象的仿真。 实时仿真：仿真过程中，在任一实际时间段内表达了仿真对 象相同时间段的特性。