CN109765802A - 一种大型调相机虚拟dcs仿真*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型调相机虚拟DCS仿真***,包括:若干学员站和一个值长站,值长站具备更高的控制权限,可控制学员站的运行;学员站和值长站都部署相同的仿真软件,仿真软件包含:教练员模块、图形建模仿真模块、虚拟DPU模块及HMI上位机模块,四个模块之间通过API通讯连接。本发明提供的一种大型调相机虚拟DCS仿真***,为调相机运维提供实验及培训平台,给学员提供真实的培训环境,使学员能熟练地掌握调相机在各种工况下故障处理,提高机组运行的安全可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型调相机虚拟DCS仿真***,属于发电领域热工自动控制仿真技术领域。
背景技术
目前,虚拟DCS仿真***是相对于过程控制***中运行的真实的DCS***而言的,虚拟DCS仿真***可以脱离DCS硬件***,将实际DCS的逻辑及画面组态再现于普通的计算机环境下,在保证与实际组态逻辑一致的前提下,大大提高了仿真机的实施及使用效率,由于采用了与实际DCS完全一致的逻辑组态,仿真***除了用于机组操作人员培训外,还可以对电厂优化运行、机组改造、控制策略优化等起到指导作用。
国内对于火电机组的仿真已有成熟的应用,300MW、600MW和1000MW级别的火电DCS仿真兼有成熟应用。但是由于大型调相机(300MVar)在国内首次应用,调相机DCS的运维培训还未普及,因此调相机虚拟DCS仿真***对于提升学员的运维水平很有意义。
发明内容
目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种大型调相机虚拟DCS仿真***。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种大型调相机虚拟DCS仿真***,仿真对象为调相机本体及其辅助***,仿真范围至少包括调相机本体、润滑油***、内冷水***、外冷水***、除盐水***、SFC***、励磁***及同期装置;模拟工况包括调相机的正常运行工况及故障工况;调相机虚拟DCS仿真***采用软件模拟实际现场一次设备及硬件DCS***;仿真***包括若干学员站和一个值长站,值长站具备更高的控制权限,可控制学员站的运行;学员站和值长站都部署相同的仿真软件,仿真软件包含:教练员模块、图形建模仿真模块、虚拟DPU模块及HMI上位机模块,四个模块之间通过API通讯连接。
作为优选方案,所述教练员模块为主程序,统一调度管理图形建模仿真模块、虚拟DPU模块及HMI上位机模块,对仿真***进行工况冻结、恢复和工况保存。
作为优选方案,所述教练员模块包括:调相机故障仿真、学员操作记录与评价、同步教学、竞赛评价;
所述调相机故障仿真,用于仿真***对调相机主机及相关***或设备均设有5个以上故障的仿真,每个故障的仿真按故障工况运行。
所述学员操作记录与评价,用于仿真***按学员编号或按HMI站编号保存其所有运行操作指令,并对操作过程进行量化评价,评价结果为百分制;考核评价时,值长站、学员站联网运行,值长可随意选择选择调相机启动、运行、退出过程中的某工况,由学员站仿真运行,学员分别独立操作;值长站可随时停止所有学员站操作,操作结束,各学员评价分数集中显示到值长站窗口。
所述同步教学,用于值长站、学员站全部联网运行,值长、学员同时选择某工况,值长在讲解的过程中可对任意参数进行修改、仿真,或设置事故条件,学员可分别操作,值长可在本站窗口中监督各学员操作结果。
所述竞赛评价,用于通过全体学员对同一个特定工况或事故工况的竞赛性操作,评价其处理能力;竞赛评价时,值长站、学员站全部联网运行,值长站与学员站同时选择调相机启动、运行、退出过程,或其中的某工况仿真运行,也可任意设置事故条件,值长同时监视所有学员的操作,并自动对学员的操作结果和时间进行记录;操作结束后,各学员评价分数集中显示到值长站窗口。
作为优选方案,所述图形建模仿真模块,用于模拟调相机的物理设备模型及过程,包括调相机本体、润滑油***、内冷水***、外冷水***、除盐水***、SFC***、励磁***及同期装置及设备本身的压力、温度、流量、电流、电压、功率参数,依据质量守恒、能量守恒、动量守恒定律及热力学、传热学、流体力学、电机学的基本方程建立机组高精度数学模型,实时仿真调相机正常工况及事故工况下的运行状态,建模软件采用图形化、模块化建模,缩短建模周期,提高建模质量。
图形建模仿真模块是面向电站工程师设计的,缺乏仿真经验和编程经验的工程师能很方便的使用。设备模块的参数输入包括物理参数和运行参数,可从设计数据中可得到,并自动判断输入参数的合理性。
各热力***的数学模型应严格遵守工质不同相域的能量、质量和动量守恒定律,能如实反映工质的热力学特性。
在传热过程仿真模型中,均考虑金属热容的影响,能真实反映传热的热惯性现象,同时传热面金属温度的计算可满足金属温度检测的需要。
换热系数的计算全面考虑换热方式(对流、凝结)对工质特性等的影响,同时考虑到换热面污染(如积灰、结垢)的影响,使换热过程模型能满足全工况仿真需要。
各调节阀门或挡板的仿真以能真实再现执行机构的调节特性。
作为优选方案,虚拟DPU模块运行的逻辑组态复制现场实际DPU的逻辑组态,仿真***采用与现场DCS***相同的组态逻辑,对虚拟DPU模块的上装、下载、修改组态操作与实际DPU一样,同时虚拟DCS仿真***也可对DCS工程师培训;虚拟DPU模块通过VDPUMng仿真管理模块完成虚拟控制器工程配置的编辑功能,负责启停VDPU运行内核子***及本机上所有VDPU运行内核子***对外通讯的存储转发;包括启动配置模块、VDPU程序管理模块、通讯存储转发模块及报文信息监测模块。
作为优选方案:HMI上位机模块复制现场HMI上位机软件,画面、报警、趋势及报表功能与现场一致,提升学员1:1逼真的培训效果。
有益效果:本发明提供的一种大型调相机虚拟DCS仿真***,为调相机运维提供实验及培训平台,给学员提供真实的培训环境,使学员能熟练地掌握调相机在各种工况下故障处理,提高机组运行的安全可靠性。
附图说明
图1是调相机虚拟DCS仿真***硬件拓扑图;
图2是调相机虚线DCS学员站仿真软件结构图;
图3是教练员模块操作界面;
图4是图形化建模仿真模块界面;
图5是HMI上位机模块界面;
图6是VDPUMng仿真管理模块界面;
图7是虚拟DPU模块运行内核子***主界面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示,一种大型调相机虚拟DCS仿真***,包括:若干学员站、值长站、打印机和交换机。学员站、值长站采用星型网络组网。学员站、值长站都部署相同的仿真软件,值长站具备更高的控制权限,可控制学员站的运行。每个学员站和值长站都运行各自的调相机模型,模型之间互不影响。
如图2所示,在学员站和值长站部署的仿真软件包括:教练员模块、图形建模仿真模块、虚拟DPU模块及HMI上位机模块。
如图3所示,教练员模块为主程序,可统一调度管理图形建模仿真模块、虚拟DPU模块及HMI上位机模块,仿真软件运行时,首先启动教练员模块,通过教练员模块启动图形建模仿真模块、虚拟DPU模块及HMI上位机模块,而后选择工况,直接进入设定工况为初开始态开始运行;教练员模块设置调相机故障仿真、学员操作记录与评价、同步教学和竞赛评价。
如图4所示,图形建模仿真模块用于模拟调相机的物理设备模型及过程模型,主要是对一次设备及仪表的模拟,依据质量守恒、能量守恒、动量守恒定律及热力学、传热学、流体力学、电机学的基本方程建立机组高精度数学模型,实时仿真调相机正常工况及事故工况下的运行状态。
如图5所示,HMI上位机模块的画面与调相机的图形化建模的画面一一对应。
仿真***的仿真效果,主要取决于建模质量,图形化的建模仿真软件是面向电站工程师设计的,让缺乏仿真经验和编程经验的工程师能很方便的使用,图形化建模仿真软件支持在线参数调试、单步运行及倍数运算等便于调试的功能,可大幅缩短建模周期,提高建模质量。
如图6所示,VDPUMng仿真管理模块,用于完成虚拟控制器工程配置的编辑功能,负责启停VDPU运行内核子***及本机上所有VDPU运行内核子***对外通讯的存储转发。
如图7所示,虚拟DPU模块用于监视VDPU的运行状态。
虚拟DPU模块是虚拟DCS的核心,将实际分散控制单元中的DPU功能移植到虚拟DPU模块上,使DPU逻辑功能脱离实际硬件而实现,将真实DPU的控制逻辑在虚拟DPU模块中实现,以再现控制过程所有的状态信息。仿真软件的虚拟DPU模块具有以软件模拟全部真实DPU运行的功能,模拟真实DPU的数据输入输出和控制功能。由于虚拟DPU模块运算的逻辑组态与现场真实DPU运算的逻辑组态完全一致,调相机在运维检修过程中,修改的真实DPU组态,可以下载至虚拟DPU模块中,保证仿真***的实时更新,仿真培训更具实操性。
由于虚拟DPU模块中逻辑组态和HMI上位机模块与实际DCS完全一致,本发明的虚拟DCS仿真***可以实现全厂1:1仿真,学员可以在仿真机上进行学***,保障调相机运行的安全可靠性。
HMI上位机模块复制现场HMI上位机软件,画面、报警、趋势及报表功能与现场一致,提升学员1:1逼真的培训效果。调相机在运维检修过程中,修改的画面、报警、趋势及报表,移植至仿真***的HMI上位机模块中,仿真***的实时更新,使仿真培训更具实操性。
结合实施例,300Mvar调相机的虚拟DCS仿真效果如下:
整个仿真***的精度主要取决于一次设备模拟的精度,仿真软件在稳定状态下,仿真机运行参数与参照机组实际参数相比,满足关键参数误差≤±1%,主要参数误差≤±1%,一般参数误差≤±2%。仿真机暂态运行,关键参数误差≤±2%,主要参数误差≤±5%,一般参数误差≤±10%。
本发明的大型调相机虚拟DCS仿真***,由于虚拟DPU模块中的组态逻辑和HMI上位机模块中软件,画面、报警、趋势及报表功能都是来自实际现场移植,可大幅减小仿真***的开发过程,同时操作方式与现场完全一致,学员在仿真***上培训,可以提高学员的应急处理水平,保障调相机运行的安全可靠性。
以上所述仅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,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种大型调相机虚拟DCS仿真***,其特征在于:包括:若干学员站和一个值长站,值长站具备更高的控制权限,可控制学员站的运行;学员站和值长站都部署相同的仿真软件,仿真软件包含:教练员模块、图形建模仿真模块、虚拟DPU模块及HMI上位机模块,四个模块之间通过API通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种大型调相机虚拟DCS仿真***,其特征在于:所述教练员模块为主程序,统一调度管理图形建模仿真模块、虚拟DPU模块及HMI上位机模块,对仿真***进行工况冻结、恢复和工况保存。
3.根据权利要求1所述的一种大型调相机虚拟DCS仿真***,其特征在于:所述教练员模块包括:调相机故障仿真、学员操作记录与评价、同步教学、竞赛评价;
所述调相机故障仿真,用于仿真***对调相机主机及相关***或设备均设有5个以上故障的仿真,每个故障的仿真按故障工况运行;
所述学员操作记录与评价,用于仿真***按学员编号或按HMI站编号保存其所有运行操作指令,并对操作过程进行量化评价,评价结果为百分制;考核评价时,值长站、学员站联网运行,值长可随意选择选择调相机启动、运行、退出过程中的某工况,由学员站仿真运行,学员分别独立操作;值长站可随时停止所有学员站操作,操作结束,各学员评价分数集中显示到值长站窗口;
所述同步教学,用于值长站、学员站全部联网运行,值长、学员同时选择某工况,值长在讲解的过程中可对任意参数进行修改、仿真,或设置事故条件,学员可分别操作,值长可在本站窗口中监督各学员操作结果;
所述竞赛评价,用于通过全体学员对同一个特定工况或事故工况的竞赛性操作,评价其处理能力;竞赛评价时,值长站、学员站全部联网运行,值长站与学员站同时选择调相机启动、运行、退出过程,或其中的某工况仿真运行,也可任意设置事故条件,值长同时监视所有学员的操作,并自动对学员的操作结果和时间进行记录;操作结束后,各学员评价分数集中显示到值长站窗口。
4.根据权利要求1所述的一种大型调相机虚拟DCS仿真***,其特征在于:所述图形建模仿真模块,用于模拟调相机的物理设备模型及过程,包括调相机本体、润滑油***、内冷水***、外冷水***、除盐水***、SFC***、励磁***及同期装置及设备本身的压力、温度、流量、电流、电压、功率参数,依据质量守恒、能量守恒、动量守恒定律及热力学、传热学、流体力学、电机学的基本方程建立机组高精度数学模型,实时仿真调相机正常工况及事故工况下的运行状态,建模软件采用图形化、模块化建模。
5.根据权利要求1所述的一种大型调相机虚拟DCS仿真***,其特征在于:所述虚拟DPU模块运行的逻辑组态复制现场实际DPU的逻辑组态,仿真***采用与现场DCS***相同的组态逻辑,对虚拟DPU模块的上装、下载、修改组态操作与实际DPU一样;虚拟DPU模块通过VDPUMng仿真管理模块完成虚拟控制器工程配置的编辑功能,负责启停VDPU运行内核子***及本机上所有VDPU运行内核子***对外通讯的存储转发;包括启动配置模块、VDPU程序管理模块、通讯存储转发模块及报文信息监测模块。
6.根据权利要求1所述的一种大型调相机虚拟DCS仿真***,其特征在于:所述HMI上位机模块复制现场HMI上位机软件,画面、报警、趋势及报表功能与现场一致。
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