CN104809932B - 一种核电厂数字化安全级控制***模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂数字化安全级控制***模拟装置，与模型服务器通过网络连接，包括：用于模拟所述装置的安全级DCS部分的安全级DCS仿真服务器，n个用于模拟真实的显示和操作的模拟终端，n≥1，其中，所述安全级DCS仿真服务器包括：调度器(1)；MCS执行进程单元(3)；SCID执行进程单元(4)；应用逻辑单元(6)；显示DB单元(7)；共享内存单元(8)；数据管理器(2)。本发明通过一台服务器模拟现场多台DCS的正常运行和故障工况，能够解析实际DCS的组态文件，并使用实际的工程师站进行***监控，最大限度的接近真实***。

Description

一种核电厂数字化安全级控制***模拟装置

技术领域

本发明涉及一种用于核电站仪控***培训的仿真模拟装置，具体涉及一种核电厂数字化安全级控制***模拟装置。

背景技术

模拟机是核电站工程建设主路径上的关键设备，融合了反应堆工程、热能动力、电气、仪控、等诸多领域的高新技术，有‘虚拟核电站’之称，对模拟核电站运行进程和事故原因的分析评价具有重要作用。它通过仿真数学模型模拟核电站物理、工艺和控制过程，并以计算机图形界面作为人机界面的模拟***，既可用于核电站物理、热工、控制和电气方面的原理培训，又可以通过图形操作界面，实现电站***的运行操作培训。

目前市场上投入应用的安全级DCS模拟机全部为国外产品，主要有美国，法国和日本。随着我国核电产业的加速发展，从国外采购核电站模拟机配件价格昂贵，一旦出现问题长时间难以解决，直接影响核电站的安全运行。并且，模拟机与机组的差异以及国外售后服务困难，影响模拟机的正常使用和操纵人员培训进程。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种核电厂数字化安全级控制***模拟装置，与模型服务器通过网络连接，包括：用于模拟所述装置的安全级DCS部分的安全级DCS仿真服务器，n个用于模拟真实的显示和操作的模拟终端，n≥1，其中，所述安全级DCS仿真服务器包括：

通过所述网络与所述模型服务器进行通信的调度器：用于从共享内存中调取数据，处理接收到的信息并在执行相应的功能后做出反馈，并输出给模型服务器；

MCS执行进程单元：用于执行实际DCS的算法；

SCID执行进程单元：用于处理所述模拟终端的输入信号和输出至显示设备的图像信号；

应用逻辑单元：用于提供执行算法；

显示DB单元：用于提供显示的内容；

共享内存单元：用于存储所述进程单元的数据，所述进程单元通过所述共享内存单元进行数据交换；

数据管理器：用于存储，恢复，复制和删除所述共享内存单元(8)中的数据；

调度器接受模型服务器的模拟指令，从共享内存单元中选取需要的数据，根据应用逻辑单元提供的算法对MCS执行进程单元和SCID执行进程单元进行调度，被调用到的MCS执行进程单元和SCID执行进程单元将调度器选取的数据进行处理后发回共享内存单元；

模拟终端给SCID执行进程单元发送显示请求或操作信息，SCID执行进程单元调用显示DB需要显示的内容并进行数据处理，再将处理后的信息数据发回模拟终端；

调度器对数据管理器进行调度，对共享内存单元中的数据进行存储、恢复、拷贝或删除。

进一步，所述装置还包括工程师站，用于设计应用逻辑单元的算法，工程师站具备组态、配置、维护、模拟机Downloader、IC Editor功能。

进一步，所述安全级DCS仿真服务器还包括EAST通信进程单元，用于与工程师站进行通信，并执行组态下装，变量监视。

进一步，在所述安全级DCS仿真服务器中，所有所述的进程单元都是由调度器统一调度执行的。

进一步，所述MCS执行进程单元的数量与实际电厂DCS的数量一致。

进一步，所述共享内存单元包括：操作历史模块：用来存储模拟终端的操作记录；虚拟网络模块：用来仿真各个DCS之间的网络总线；虚拟IO模块：用来模拟各个DCS中的数字信号与模拟信号的输入输出处理设备。

本发明的有益效果为：

1.本发明通过一台服务器模拟现场多台DCS的正常运行和故障工况。通过网络与模型服务器进行连接，可以接受模型服务器的多种模拟机命令。通过SCID模拟器模拟主控室人机界面，给受培训的操纵员带来与实际***一致的真实体验。能够解析实际DCS的组态文件，并使用实际的工程师站进行***监控，最大限度的接近真实***。

2.使用调度器进程统一调度各个模拟进程，在一个模拟机命令周期内并行调度周期各不相同的模拟进程，使所有模拟进程在100ms内完成输入，运算，输出的全部处理，最大限度的接近实际DCS***。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的安全级DCS仿真服务器内部共5种进程示意图；

图3为本发明的调度器在一个调度周期内各个模拟进程调度示意图。

具体实施方式

本发明针对核电站全范围模拟机提供安全级DCS仿真***，可以与模型服务器和非安全级DCS仿真***连接，模拟安全级DCS***的采集，运算和输出功能，除了正常功能之外，也可以模拟各种故障工况，主要用于核电厂操纵员的培训教学。

如图1所示，一种核电厂数字化安全级控制***模拟装置，通过网络与模型服务器连接，包括1个安全级DCS仿真服务器，3个模拟终端和1个工程师站。其中，安全级DCS仿真服务器用于模拟所述装置的安全级DCS部分；模拟终端包括模拟器和触摸屏，用于模拟真实的显示和操作，供操作员或教练员操作。模型服务器与教控台和非安全级***相连。

如图2所示，安全级DCS仿真服务器包括五种进程：调度器1，数据管理器2，MCS执行进程单元3，SCID执行进程单元4和EAST通信进程单元5。安全级DCS仿真服务器还包括应用逻辑单元6，显示DB单元7，共享内存单元8和硬盘9。进程单元和数据管理器2由调度器1，统一进行调度。调度器1通过网络与模型服务器进行通信。

应用逻辑单元6根据模型服务器提供需要的算法；显示DB单元7用于提供需要显示的内容；共享内存单元8用于存储所述进程单元的数据，所述进程单元通过所述共享内存单元8进行数据交换；硬盘9用于存储数据。

模型服务器发出模拟机指令，指令包含在AI,DI和故障数据中。调度器1与模型服务器和非安全级服务器进行通信，接收模型服务器发出的指令信号，从共享内存单元8中根据应用逻辑单元6提供的算法调取数据，对MCS执行进程单元3和SCID执行进程单元4进行调度。MCS执行进程单元3和SCID执行进程单元4处理从共享内存单元8中接收到的信息，并执行相应的功能后做出反馈。相应的功能包含两大类：一种是DCS平台的输入，运算和自诊断功能，另一类就是在应用逻辑单元6中由工程师设计的组态逻辑算法。反馈信息为MCS执行进程单元3和SCID执行进程单元4根据算法处理得到的运算结果，其中有一部分结果数据输出给模型服务器。共享内存8将处理后的数据存入硬盘9中。

调度器1从共享内存单元8中选取需要的数据，根据应用逻辑单元6提供的算法对MCS执行进程单元3和SCID执行进程单元4进行调度，被调用到的MCS执行进程单元3和SCID执行进程单元4将调度器1选取的数据进行处理后发回共享内存单元8；调度器1对数据管理器2进行调度，数据管理器2对共享内存单元8中的数据进行存储、恢复、拷贝或删除；

MCS执行进程单元3用于执行实际DCS的算法，数量与实际电厂DCS的数量一致。MCS执行进程单元3接收到调度器1的数据指令后，执行实际的DCS算法进行DCS模拟，将运算后的数据发回给共享内存单元8。

SCID执行进程单元4用于处理模拟终端触摸屏的输入信号和输出至显示器的图像信号。模拟终端通过触摸屏给SCID执行进程单元4发送显示请求或操作信息，SCID执行进程单元4调用显示DB7需要显示的内容并对接收到的显示请求或操作信息进行数据处理，再将处理后的信息数据发回模拟终端由触摸屏显示给用户。

工程师站可以进行软件的组态、配置、维护，还有模拟机Downloader、IC Editor功能。

EAST通信进程单元5与工程师站工具进行通信，工程师站执行组态下装，变量监视等功能。工程师站监视所有工程师组态的变量，这个是灵活的，不是固定的。

所有上述五个进程都是通过共享内存单元8进行数据交换的，共享内存单元8分为三个部分：

1.操作历史：用来存储SCID的操作记录。

2.虚拟网络：用来仿真各个DCS之间的网络总线，即：模拟的网络总线设备。

3.虚拟IO：用来模拟各个DCS中的数字信号与模拟信号的输入输出处理设备。

虚拟网络和虚拟IO部分是完成了共享内存单元8的共享功能，即数据交换功能。

在安全级DCS仿真服务器中，所有模拟进程单元都是由调度器1统一调度执行的。如图3所示，在一个调度周期内各个MCS执行进程单元被调度器调度的过程。首先模型服务器发出模拟机指令，指令包含在AI,DI和故障数据中。调度器收到指令后会分别调度不同周期的MCS执行进程单元3。在一个调度周期内(100ms)，周期为25ms的MCS执行进程单元被调度了4次，以此类推，周期为50ms的MCS执行进程单元被调度了2次，周期为100ms的MCS执行进程单元被调度了1次。且调度并不是完全无序的，在周期25ms的MCS执行进程单元调度第三次才会同时调度周期50ms的MCS执行进程单元。这样处理是为了最大限度的接近实际***的运行情况。

英文缩写注释：

DCS：分散控制***(DistributedControlSystem)的简称，国内一般习惯称为集散控制***。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机***，综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。

MCS：主控站(Main Control Station)

EAST：工程师站软件(Engineer Application Software Toolkit)

AI/AO：模拟输入/输出(Analog Input/Output)

DI/DO：数字输入/输出(Digital Input/Output)

Mal：故障数据(Malfunction)

SCID：触摸屏(Safety Control and Information Device)

虚拟IO：虚拟输入/输出(Input/Output)

DB：数据库(Database)

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种核电厂数字化安全级控制***模拟装置，与模型服务器通过网络连接，其特征在于，包括：用于模拟所述核电厂数字化安全级控制***模拟装置的安全级DCS部分的安全级DCS仿真服务器，n个用于模拟真实的显示和操作的模拟终端，n≥1，其中，

所述安全级DCS仿真服务器包括：

通过所述网络与所述模型服务器进行通信的调度器(1)：用于从共享内存中调取数据，处理接收到的信息并在执行相应的功能后做出反馈，并输出给模型服务器；

MCS执行进程单元(3)：用于执行实际DCS的算法；

SCID执行进程单元(4)：用于处理所述模拟终端的输入信号和输出至显示设备的图像信号；

应用逻辑单元(6)：用于提供执行算法；

显示DB单元(7)：用于提供显示的内容；

共享内存单元(8)：用于存储MCS执行进程单元(3)和SCID执行进程单元(4)的数据，MCS执行进程单元(3)和SCID执行进程单元(4)通过所述共享内存单元进行数据交换；

数据管理器(2)：用于存储，恢复，复制和删除所述共享内存单元(8)中的数据；

调度器(1)接受模型服务器的模拟指令，从共享内存单元(8)中选取需要的数据，根据应用逻辑单元(6)提供的算法对MCS执行 进程单元(3)和SCID执行进程单元(4)进行调度，被调用到的MCS执行进程单元(3)和SCID执行进程单元(4)将调度器(1)选取的数据进行处理后发回共享内存单元(8)；

模拟终端给SCID执行进程单元(4)发送显示请求或操作信息，SCID执行进程单元(4)调用显示DB单元(7)需要显示的内容并进行数据处理，再将处理后的信息数据发回模拟终端；

调度器(1)对数据管理器(2)进行调度，对共享内存单元(8)中的数据进行存储、恢复、拷贝或删除。

2.根据权利要求1所述的核电厂数字化安全级控制***模拟装置，其特征在于，所述核电厂数字化安全级控制***模拟装置还包括工程师站，用于设计应用逻辑单元(6)的算法，工程师站具备组态、配置、维护、模拟机Downloader、IC Editor功能。

3.根据权利要求2所述的核电厂数字化安全级控制***模拟装置，其特征在于，所述安全级DCS仿真服务器还包括EAST通信进程单元(5)，用于与工程师站进行通信，并执行组态下装，变量监视。

4.根据权利要求1所述的核电厂数字化安全级控制***模拟装置，其特征在于，在所述安全级DCS仿真服务器中，所有MCS执行进程单元(3)和SCID执行进程单元(4)都是由调度器(1)统一调度执行的。

5.根据权利要求1所述的核电厂数字化安全级控制***模拟装置，其特征在于，所述MCS执行进程单元的数量与实际电厂DCS的数量一致。

6.根据权利要求1所述的核电厂数字化安全级控制***模拟装置，其特征在于，所述共享内存单元包括：操作历史模块：用来存储模拟终端的操作记录；

虚拟网络模块：用来仿真各个DCS之间的网络总线；

虚拟IO模块：用来模拟各个DCS中的数字信号与模拟信号的输入输出处理设备。