淺談電廠仿真系統(tǒng)

胡天濡

[摘要]DCS的應(yīng)用也越來越廣泛,企業(yè)對DCS提出許多新的要求,為此世界各國DCS廠商紛紛加強(qiáng)開發(fā)研究DCS系統(tǒng)的技術(shù)水平。仿真中所謂虛擬DPU,是指將實(shí)際DCS的組態(tài)數(shù)據(jù)直接輸入至仿真機(jī),使其能直接模擬實(shí)際DPU的計(jì)算行為,虛擬DPU的實(shí)現(xiàn)依賴于3個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn):即實(shí)際DCS的控制算法模塊、實(shí)際DCS組態(tài)數(shù)據(jù)的識別和編譯、實(shí)際DCS操作員端軟件的通訊和翻譯。

[關(guān)鍵詞]電廠仿真DCS系統(tǒng)虛擬DUP

中圖分類號:TM6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110053-01

電廠仿真系統(tǒng)提高操作人員的正常操作水平。正常操作包括:冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)到滿負(fù)荷的啟動操作;停機(jī)到熱備用或冷態(tài)的停機(jī)操作;其他指定的工況啟、停、或升、降負(fù)荷的操作;運(yùn)行人員對設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)及聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn);任意工況的穩(wěn)定運(yùn)行。對電廠運(yùn)行人員(新)沒有接觸過新機(jī)組的運(yùn)行,對新機(jī)組的特性、事故處理及如何調(diào)整運(yùn)行參數(shù),使機(jī)組處于最佳運(yùn)行狀態(tài),減少由于運(yùn)行人員人為操作錯(cuò)誤引起的事故發(fā)生或事故擴(kuò)大,保證電廠的安全運(yùn)行,培訓(xùn)高素質(zhì)的電廠運(yùn)行人員。提高操作人員的事故處理水平。仿真機(jī)能模擬電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行中各種異?，F(xiàn)象和故障情況,并將有正確的反映結(jié)果和保護(hù)動作。對于各種故障和事故,學(xué)員可在操作員站上進(jìn)行操作處理。

一、電廠仿真中的DCS系統(tǒng)

(一)DCS系統(tǒng)組成

DCS系統(tǒng)包括三站一線:工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

1.工程師站。對DCS進(jìn)行進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)。主要功能:提供對DCS進(jìn)行組態(tài),配置工作的工具軟件,并在DCS在線運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況,使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定,使DCS隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)之下。

2.操作員站。處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面(OI,Operator Interface或MMI,Man Machine Interface)功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。主要功能:為系統(tǒng)的運(yùn)行操作人員提供人機(jī)界面,使操作員可以通過操作員站及時(shí)了解現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等,并可通過輸入設(shè)備對工藝過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、高效、高質(zhì)。

3.現(xiàn)場控制站。現(xiàn)場控制站是DCS的核心。對現(xiàn)場I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC)功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)主要的控制功能由它來完成。系統(tǒng)的性能、可靠性等重要指標(biāo)也都要依靠現(xiàn)場控制站保證。其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及安裝都有很高的要求。分散控制系統(tǒng)中的主要任務(wù)執(zhí)行者。

現(xiàn)場控制站組成:

現(xiàn)場控制站的硬件一般都采用專門的工業(yè)級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

主要包括兩部分:一部分是運(yùn)算器(即主CPU)、存儲器等組成的計(jì)算機(jī)單元,稱之為邏輯部分或主控制器;另一部分是現(xiàn)場測量單元、執(zhí)行單元的輸入輸出設(shè)備,即過程量I/O或現(xiàn)場I/O,稱為過程通道。

4.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是連接系統(tǒng)各個(gè)站的橋梁。由于DCS是由各種不同功能的站組成的,這些站之間必須實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能,特別是網(wǎng)絡(luò)的通信規(guī)約,關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信的效率和系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

(二)DCS得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵

主計(jì)算機(jī):用于仿真機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫管理與模型數(shù)據(jù)運(yùn)行,是整個(gè)仿真機(jī)的核心。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng):使用100M以太網(wǎng),通訊協(xié)議為TCP/IP。

DCS操作員站:用于電廠集控室操作。

就地操作站:用于模擬電廠集控室外爐、機(jī)、電的閥門、泵、開關(guān)等操作。

工程師站:用于仿真機(jī)的維護(hù)與開發(fā)。

大屏幕:用于投影顯示DCS、盤臺、就地操作畫面或火焰等內(nèi)容。

教練員站:教練員站的功能包括:

項(xiàng)目控制,可以運(yùn)行/凍結(jié)仿真項(xiàng)目,并能夠回退和加速、減速。

工況管理,可以設(shè)置、保存、刪除、運(yùn)行/凍結(jié)工況。

故障管理,可以打開、保存、設(shè)置、清除、刪除故障。

任務(wù)管理,可以裝載任務(wù),并能夠啟動/暫停/停止任務(wù)。

操作一覽,可以執(zhí)行各種查詢和命令,能夠查看學(xué)員的各種操作記錄,并能夠?qū)χ付〞r(shí)間的操作進(jìn)行重演。

二、DCS的發(fā)展

隨著信息技術(shù)的發(fā)展,DCS的應(yīng)用也越來越廣泛,企業(yè)對DCS提出了許多新的要求,為此世界各國DCS廠商紛紛加強(qiáng)開發(fā)研究DCS系統(tǒng)的技術(shù)水平。近期,Foxboro公司的I/A Series系統(tǒng)。ABB公司的Industrial IT系統(tǒng)、Honeywell公司最新推出的Experion PKS(過程知識系統(tǒng))、Siemens公司的PCS7系統(tǒng)、Emerson公司的PlantWeb(Emerson Process Management)這標(biāo)志著新一代DCS已經(jīng)形成,也就是第四代DCS。

三、先進(jìn)的虛擬DPU技術(shù)在電廠仿真中的應(yīng)用

仿真中所謂虛擬DPU,是指將實(shí)際DCS的組態(tài)數(shù)據(jù)直接輸入至仿真機(jī),使其能直接模擬實(shí)際DPU的計(jì)算行為,虛擬DPU的實(shí)現(xiàn)依賴于3個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn):即實(shí)際DCS的控制算法模塊、實(shí)際DCS組態(tài)數(shù)據(jù)的識別和編譯、實(shí)際DCS操作員端軟件的通訊和翻譯。

虛擬DPU方式將仿真機(jī)的開發(fā)與電廠DCS系統(tǒng)真正結(jié)合起來,成為仿真機(jī)的發(fā)展方向。虛擬DPU是與實(shí)際DPU完全一樣,在完全不需要DCS硬件的基礎(chǔ)上,采用與實(shí)際DCS相同的邏輯組態(tài)和畫面組態(tài)程序,在PC機(jī)環(huán)境下就可以仿真運(yùn)行實(shí)際DCS的所有功能。和實(shí)際的DPU一樣,虛擬DPU可裝載和運(yùn)行控制邏輯。在仿真機(jī)中使用虛擬DPU,在完全實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的仿真的同時(shí),可將DCS操作員站、工程師站與仿真機(jī)連接,構(gòu)成和現(xiàn)場DCS非常相似的仿真系統(tǒng),大大提高了培訓(xùn)操作人員的效果。熱控工程師修改控制策略后,可先裝載到虛擬DPU中,在仿真機(jī)上試運(yùn)行驗(yàn)證效果,以避免可能存在的安全問題。基于虛擬DPU的仿真機(jī)總體架構(gòu)基于虛擬DPU的電廠仿真機(jī)由熱力模型、電氣模型、虛擬DPU、操作員站、工程師站、教練員站和圖形建模工具組成,所有模塊運(yùn)行在AnySimu仿真支撐平臺上,通過API、COM、TCP/IP組播方式進(jìn)行通信。

四、小結(jié)

從傳統(tǒng)的工藝設(shè)備制造商到過程控制系統(tǒng)的供應(yīng)商是一個(gè)飛躍。從ABB、西屋、三菱重工、西門子、GE、阿爾斯通、日立等跨國企業(yè)的成長歷程可以看出,它們本身都是集電站設(shè)備制造、控制系統(tǒng)制造、集成于一身的大型綜合性企業(yè)集團(tuán)。這些集團(tuán)的電站控制系統(tǒng)都是用于增強(qiáng)其工程實(shí)施能力和產(chǎn)品附加值的有力保證,很多企業(yè)都將成功控制對手的工藝設(shè)備看作企業(yè)的一種綜合實(shí)力的體現(xiàn)。另外很重要的一點(diǎn),能夠獨(dú)立進(jìn)行控制系統(tǒng)配套對于這些企業(yè)還兼具著保護(hù)工藝系統(tǒng)知識產(chǎn)權(quán)的重任。

因此,像上海電氣這樣的國內(nèi)綜合性企業(yè)集團(tuán)應(yīng)當(dāng)發(fā)展和擁有自己獨(dú)立的控制系統(tǒng),不僅使得在承接國際、國內(nèi)的電站工程總承包方面更具競爭力,綜合工程能力得到提升,還可以為用戶提供運(yùn)行品質(zhì)更優(yōu)良、系統(tǒng)特點(diǎn)更突出的電站成套設(shè)備。