CN113917901A - 一种核电厂全范围dcs模拟测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于核电厂仪控技术领域，具体涉及一种核电厂全范围DCS模拟测试***；该***利用最小化实物人机界面、虚拟仿真***、验证控制站和工艺***仿真模型构建了核电机组DCS***全范围仿真测试模型，实现机组DCS***的所有逻辑组态和功能的仿真测试。
Description
技术领域
本申请属于核电厂仪控技术领域，具体涉及一种核电厂全范围DCS模拟测试***。
背景技术
分布式控制(Distributed Control System，DCS)***，是指以微处理芯片构成的，以数字处理技术为特点的智能化电子设备和计算机***，***除了具有常规测量仪表的测量和控制功能外，还具有极强的数据处理和通讯能力，并且DCS***采用统一的人机界面，为电厂的运行和维护提供了便利。
某核电站机组是国内首次引进全数字化仪控***的核电机组。此后，国内各新建核电机组均选择了DCS***。DCS***控制着核电机组所有的***和设备，被喻为核电厂的“中枢神经”。DCS***还常被比喻为核电厂操作员的“眼睛”和“耳朵”，可以提供精确的信息，供操作员进行判断。可以说，核电厂机组的安全、可靠、经济运行，很大程度上取决于数字化仪控***的性能水平。
但是，DCS***强大的功能集成也导致***在工厂测试以及机组现场调试过程中仍存在着不少测试盲区，无法完全检测出DCS***所有的软硬件缺陷。核电机组调试完成投入商运后，随着运行时间的增长，DCS***本身的缺陷、设备老化以及运维人员对其的误操作等，均可能导致***发生故障，从而影响核电机组的安全运行。
发明内容
本申请针的目的是提供一种核电厂全范围DCS模拟测试***，对机组实际DCS全范围的功能测试、验证和培训，解决DCS***本身的缺陷、设备老化以及运维人员对其的误操作，导致***发生故障，从而影响核电机组的安全运行的问题。
实现本申请目的的技术方案：
本申请第一方面提供了一种核电厂全范围DCS模拟测试***，包括：最小化实物人机界面、虚拟仿真***、验证控制站和工艺***仿真模型；
所述最小化实物人机界面连接所述虚拟仿真***，用于实现操作与参数监视；
所述虚拟仿真***还通过虚拟仿真***IO通讯程序连接所述工艺***仿真模型，用于装载核电机组DCS***所有过程控制机柜虚拟仿真模型，实现模拟相关控制逻辑组态故障；
所述验证控制站，装载有验证控制通讯程序，负责所述虚拟仿真***、所述验证控制站、所述工艺***仿真模型之间的通讯；
所述工艺***仿真模型，用于仿真核电机组工艺设备的运行工况。
可选的，所述***，还包括：实物控制机柜；
所述最小化实物人机界面还连接所述实物控制机柜；
所述实物控制机柜通过实物IO接口装置连接所述工艺***仿真模型，用于装载核电机组DCS***工程组态，运行核电机组DCS过程控制组态逻辑。
可选的，
所述虚拟仿真***运行在仿真模型服务器中；
所述虚拟仿真***IO通讯程序装载于所述仿真模型服务器；
所述工艺***仿真模型安装在所述仿真模型服务器中。
可选的，
所述仿真模型服务器的仿真对象是核电厂全范围工艺***。
可选的，
所述核电厂全范围工艺***，包括：主冷却剂***、主给水***、汽轮机旁路排放***、主蒸汽***和核岛设备冷却水***。
可选的，
所述实物IO接口装置与所述实物控制机柜使用硬接线连接。
可选的，
所述最小化实物人机界面，包括：一套操纵员站、一套管理员站、一个接口单元、一个数据存档单元、一个处理单元、一个工程师站和一个诊断***。
可选的，所述***，还包括：DCS0层交换机、DCS1层交换机和DCS2层交换机；
所述DCS0层交换机，用于所述仿真模型服务器、所述DCS1层交换机、所述IO接口装置、所述验证控制站之间的互连通讯；
所述DCS1层交换机，用于所述最小化实物人机界面、所述实物控制机柜、所述DCS0层交换机之间的互连通讯；
所述DCS2层交换机，用于所述最小化实物人机界面内服务器的互连通讯。
可选的，
所述DCS0层交换机、所述DCS1层交换机和所述DCS2层交换机为网络交换机。
可选的，
所述验证控制站运行验证控制软件，所述验证控制软件具有控制虚拟仿真模型运行、暂停、载入工况、选择对点清单、***模拟故障功能。
可选的，
所述实物IO接口装置集成了AI数据接口模块、AO数据接口模块、DI数据接口模块、DO数据接口模块、模拟RTD数据接口模块，用来进行DCS过程控制所述实物控制机柜与所述工艺***仿真模型的数据通讯。
本申请的有益技术效果在于：
(1)本申请提供的一种核电厂全范围DCS模拟测试***，利用最小化实物人机界面、虚拟仿真***、验证控制站和工艺***仿真模型构建了核电机组DCS***全范围仿真测试模型，实现机组DCS***的所有逻辑组态和功能的仿真测试。
(2)本申请提供的一种核电厂全范围DCS模拟测试***，实现在与机组高度逼真的情况下进行DCS***离线的运维分析与验证工作，降低了运维分析工作对机组正常运行的影响，提升了运维分析工作的效率和安全性。
(3)本申请提供的一种核电厂全范围DCS模拟测试***，完成了最小化DCS硬件***的设计和实现，满足经济性原则的同时，具备与现场实际***相同的设备和功能。
(4)本申请提供的一种核电厂全范围DCS模拟测试***，实现了集人员培训考核、故障诊断、功能验证以及备件保养测试等多功能于一体的目标。
(5)本申请提供的一种核电厂全范围DCS模拟测试***，可用于现场故障设备的故障重现和测试，从而便于分析故障原因和故障点，具备了硬件功能验证和控制逻辑功能验证的能力。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种核电厂全范围DCS模拟测试***的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种具体的核电厂全范围DCS模拟测试***的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种具体的核电厂全范围DCS模拟测试***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚-完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本申请实施例中的一部分，而不是全部。基于本申请记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本申请保护的范围内。
目前出于测试和培训的需要，核电厂通常会建立DCS***的测试和培训平台，其方法一般是以核电机组实际设置为原型，搭建一个实现部分特定功能的DCS简化***。这种简化的DCS***可以用于人员培训以及特定模件的测试，但是由于其仅实现了少数特定的逻辑功能，无法实现对机组实际DCS全范围的功能测试、验证和培训。
为此，本申请发明人开发了一套基于最小化硬件架构结合虚拟仿真模型的核电厂全范围DCS模拟测试***，基于经济性和实用性原则，该***使用最小化的硬件结构，在实物部分搭建了完整的闭环***，满足硬件缺陷甄别和测试需求。此外，通过仿真模型实现机组DCS***的所有逻辑组态和功能，从而可以全范围进行DCS***的运维分析与验证工作，提升了运维分析工作的效率和安全性。
基于上述内容，为了清楚、详细的说明本申请的上述优点，下面将结合附图对本申请的具体实施方式进行说明。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种核电厂全范围DCS模拟测试***的结构示意图。
本申请实施例提供的一种核电厂全范围DCS模拟测试***，包括：最小化实物人机界面100、虚拟仿真***200、验证控制站300和工艺***仿真模型400；
最小化实物人机界面100连接虚拟仿真***200，用于实现操作与参数监视；
虚拟仿真***200还通过虚拟仿真***IO通讯程序500连接工艺***仿真模型400，用于装载核电机组DCS***所有过程控制机柜虚拟仿真模型，实现模拟相关控制逻辑组态故障；
验证控制站300，装载有验证控制通讯程序，负责虚拟仿真***200、验证控制站300、工艺***仿真模型400之间的通讯；
工艺***仿真模型400，用于仿真核电机组工艺设备的运行工况。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，虚拟仿真***200可以运行在仿真模型服务器中；虚拟仿真***IO通讯程序500可以装载于仿真模型服务器；工艺***仿真模型400安装在仿真模型服务器中。
在一个例子中，仿真模型服务器运行工艺***仿真模型400，工艺***仿真模型400建模数据来自核电机组，通过图形化建模软件建立高逼真度的工艺***仿真模型400，能够仿真核电机组的运行工况，模拟核电机组实际控制设备层中各个厂房中的变送器、执行器的与DCS***的接口信息和动态响应等。
在实际应用中，仿真模型服务器的仿真对象可以是核电厂全范围工艺***。作为一个示例，核电厂全范围工艺***，具体可以包括：主冷却剂***、主给水***、汽轮机旁路排放***、主蒸汽***和核岛设备冷却水***等，这里不再一一列举。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，验证控制站300运行验证控制软件，验证控制软件具有控制虚拟仿真模型运行、暂停、载入工况、选择对点清单、***模拟故障功能，借助该验证控制站，可以实现核电机组DCS***在多种工况和多种故障下的测试验证。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，最小化实物人机界面100，具体包括：一套操纵员站、一套管理员站、一个接口单元、一个数据存档单元、一个处理单元、一个工程师站和一个诊断***。
需要说明的是，操纵员站用于运维人员进行核电机组工艺仿真模型运行监视和操作；管理员站用于人机界面组态修改下装和操作监视层的维护；接口单元用于与第三方***进行数据通讯；数据存档单元用于存储DCS***历史运行数据；处理单元用于与DCS实物控制机柜和虚拟DCS过程控制层进行数据通讯，并将数据处理后分发到操作监视层的其他设备单元；工程师站用于DCS实物控制机柜和虚拟DCS过程控制层组态数据的修改、下装；诊断***用于DCS过程控制层和操作监视层的自检和诊断，提示***故障信息。通过最小化硬件架构结合虚拟仿真模型实现核电厂全范围的DCS模拟测试***。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，为了进行DCS***过程控制实物机柜硬件缺陷的分析与检测，继续参见图1所示，该核电厂全范围DCS模拟测试***，还可以包括：实物控制机柜600；
最小化实物人机界面100还连接实物控制机柜600；
实物控制机柜600通过实物IO接口装置700连接工艺***仿真模型400，用于装载核电机组DCS***工程组态，运行核电机组DCS过程控制组态逻辑。
在实际应用中，实物IO接口装置700与实物控制机柜600可以使用硬接线连接。
在本申请实施例中，实物控制机柜600可以采用与核电机组DCS过程控制实物机柜型号和配置一致的实物样例，用于下装并运行核电机组DCS过程控制组态逻辑，其接受操纵员站下发的控制指令，经过逻辑运算后，通过IO接口装置700下发给工艺***仿真模型400，同时接收工艺***仿真模型400的状态反馈数据，经过逻辑运算后，反馈给操纵员站。
在实物控制机柜600上可进行控制器、输入输出模件、电源模件、通讯模件的离线、断电等故障验证与分析，也可将特定的DCS仪控组态逻辑下装到该实物控制机柜600，进行仪控组态逻辑的验证与分析。同时，若核电机组DCS机柜有相应实物模件需要更换，可将实物模件在实物控制机柜600予以测试验证，验证合格后用于核电机组相应DCS机柜。
在一个例子中，实物IO接口装置700集成了模拟输入(AI)数据接口模块、模拟输出(AO)数据接口模块、数字输入(DI)数据接口模块、数字输出(DO)数据接口模块、模拟电阻温度检测器(Resistance Temperature Detector，RTD)数据接口模块，用来进行DCS过程控制实物控制机柜与工艺***仿真模型的数据通讯。
在本申请实施例中，虚拟仿真***200通过DCS虚拟控制器软件模拟实现DCS过程控制的功能。DCS虚拟控制器软件加载运行核电机组DCS逻辑控制组态，并通过接口通讯程序以网络通讯的方式实现与工艺***仿真模型400的数据交互。在DCS虚拟控制器软件中，模拟相关控制逻辑组态故障，可进行DCS仪控逻辑组态故障分析与验证。虚拟仿真***200结合实物控制机柜600从而实现完整DCS过程控制层的控制功能。
在实际应用中，核电厂DCS***架构一般分为三层：控制设备层(level0层)、过程控制层(level1层)和操作监视层(level2层)。其中level0层指的是各个厂房中的变送器、执行器等，这些设备与DCS过程控制机柜中的输入/输出(I/O)卡件通过硬接线连接，是DCS***的输入/输出端；level1层指的是各DCS过程控制机柜，这些机柜中的配置主要包括主控制器、I/O卡件以及组网通讯部件，用于变送器信号的采集、信号与逻辑的处理以及控制命令的输出，单台核电机组一般有60-80个DCS过程控制机柜；level2层指的是操作员终端、数据存储单元、工程师站、诊断***、打印机等终端设备。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，为了实现各个设备之间的通信，该核电厂全范围DCS模拟测试***，还包括：DCS0层交换机、DCS1层交换机和DCS2层交换机；
DCS0层交换机，用于仿真模型服务器、DCS1层交换机、IO接口装置700、验证控制站300之间的互连通讯；
DCS1层交换机，用于最小化实物人机界面100、实物控制机柜600、DCS0层交换机之间的互连通讯；
DCS2层交换机，用于最小化实物人机界面100内服务器的互连通讯。
在一个具体的例子中，DCS0层交换机、DCS1层交换机和DCS2层交换机为网络交换机。
在本申请实施例中，在最小化硬件架构的基础上，结合虚拟仿真模型实现了核电厂全范围DCS模拟测试***，该方式形成一套与现场实际情况相符的完整的核电厂DCS测试培训平台，通过该平台实现了集人员培训考核、故障诊断、功能验证以及备件保养测试等多功能于一体的目标。
在具体实施时，可以参见图2，该图为本申请实施例提供的一种具体的核电厂全范围DCS模拟测试***的结构示意图。该核电厂全范围DCS模拟测试***，包括：实物DCS***操作监视层(包括最小化实物人机界面100)、虚拟DCS***过程控制层(包括虚拟仿真***200)、核电机组工艺设备仿真模型(包括工艺***仿真模型400)和验证控制站(即验证控制站300)。
DCS***过程控制层全部用虚拟仿真实现，对于DCS***纯软件的测试分析工作使用更便捷高效，在最小化硬件架构的基础上，结合虚拟仿真模型实现了核电厂全范围DCS模拟测试***，该方式形成一套与现场实际情况相符的完整的核电厂DCS测试培训平台，通过该平台实现了集人员培训考核、故障诊断、功能验证以及备件保养测试等多功能于一体的目标。
DCS***过程控制层全部用虚拟仿真实现(不包含DCS过程控制实物机柜和IO接口装置)，虽然无法进行DCS***过程控制实物机柜硬件缺陷的分析与检测，但是对于DCS***纯软件的测试分析工作使用更便捷高效。
参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种具体的核电厂全范围DCS模拟测试***的结构示意图。该核电厂全范围DCS模拟测试***，包括：实物DCS***操作监视层(包括最小化实物人机界面100)、虚拟DCS***过程控制层(包括虚拟仿真***200)、DCS***过程控制实物机柜(包括实物控制机柜600)、IO接口装置(即实物IO接口装置700)、核电机组工艺设备仿真模型(包括工艺***仿真模型400)和(即验证控制站300)。虚拟DCS***过程控制层结合DCS过程控制实物机柜从而实现完整DCS过程控制层的控制功能。在这个具体的例子中，可以通过装载于验证控制站的验证控制通讯程序进行切换实现图2所示例子的实现方案，使得本申请实施例提供的核电厂全范围DCS模拟测试***的使用方式具有多样性，满足核电厂DCS***各类测试分析及培训的需求。
上面结合附图和实施例对本申请作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。本申请中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (11)
1.一种核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：所述***，包括：最小化实物人机界面、虚拟仿真***、验证控制站和工艺***仿真模型；
所述最小化实物人机界面连接所述虚拟仿真***，用于实现操作与参数监视；
所述虚拟仿真***还通过虚拟仿真***IO通讯程序连接所述工艺***仿真模型，用于装载核电机组DCS***所有过程控制机柜虚拟仿真模型，实现模拟相关控制逻辑组态故障；
所述验证控制站，装载有验证控制通讯程序，负责所述虚拟仿真***、所述验证控制站、所述工艺***仿真模型之间的通讯；
所述工艺***仿真模型，用于仿真核电机组工艺设备的运行工况。
2.根据权利要求1所述的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：所述***，还包括：实物控制机柜；
所述最小化实物人机界面还连接所述实物控制机柜；
所述实物控制机柜通过实物IO接口装置连接所述工艺***仿真模型，用于装载核电机组DCS***工程组态，运行核电机组DCS过程控制组态逻辑。
3.根据权利要求2所述的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：
所述虚拟仿真***运行在仿真模型服务器中；
所述虚拟仿真***IO通讯程序装载于所述仿真模型服务器；
所述工艺***仿真模型安装在所述仿真模型服务器中。
4.根据权利要求3所述的虚实结合的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：
所述仿真模型服务器的仿真对象是核电厂全范围工艺***。
5.根据权利要求4所述的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：
所述核电厂全范围工艺***，包括：主冷却剂***、主给水***、汽轮机旁路排放***、主蒸汽***和核岛设备冷却水***。
6.根据权利要求2所述的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：
所述实物IO接口装置与所述实物控制机柜使用硬接线连接。
7.根据权利要求1所述的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：
所述最小化实物人机界面，包括：一套操纵员站、一套管理员站、一个接口单元、一个数据存档单元、一个处理单元、一个工程师站和一个诊断***。
8.根据权利要求3所述的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：所述***，还包括：DCS0层交换机、DCS1层交换机和DCS2层交换机；
所述DCS0层交换机，用于所述仿真模型服务器、所述DCS1层交换机、所述IO接口装置、所述验证控制站之间的互连通讯；
所述DCS1层交换机，用于所述最小化实物人机界面、所述实物控制机柜、所述DCS0层交换机之间的互连通讯；
所述DCS2层交换机，用于所述最小化实物人机界面内服务器的互连通讯。
9.根据权利要求8所述的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：
所述DCS0层交换机、所述DCS1层交换机和所述DCS2层交换机为网络交换机。
10.根据权利要求1所述的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：
所述验证控制站运行验证控制软件，所述验证控制软件具有控制虚拟仿真模型运行、暂停、载入工况、选择对点清单、***模拟故障功能。
11.根据权利要求2所述的核电厂全范围DCS模拟测试***，其特征在于：
所述实物IO接口装置集成了AI数据接口模块、AO数据接口模块、DI数据接口模块、DO数据接口模块、模拟RTD数据接口模块，用来进行DCS过程控制所述实物控制机柜与所述工艺***仿真模型的数据通讯。
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2021
- 2021-11-03 CN CN202111292096.XA patent/CN113917901A/zh active Pending
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