發(fā)電廠分布式控制系統(tǒng)仿真系統(tǒng)現(xiàn)狀的研究

摘 要：隨著社會(huì)信息化的普及和計(jì)算機(jī)軟硬件的高速發(fā)展，基于微型計(jì)算機(jī)開發(fā)的仿真機(jī)已經(jīng)應(yīng)用到諸如軍事、電力等各種領(lǐng)域，它在科學(xué)研究方面和生產(chǎn)培訓(xùn)中發(fā)揮著巨大的作用。發(fā)電廠的分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝復(fù)雜，控制室操作面板功能較多，監(jiān)控和運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)量大，這需要運(yùn)行人員操作技術(shù)熟練，避免發(fā)生故障和事故。通過發(fā)電廠仿真機(jī)對(duì)運(yùn)行值班員進(jìn)行培訓(xùn)在世界各地已經(jīng)非常普遍，并取得了良好的效果。電力生產(chǎn)企業(yè)將這種使用仿真機(jī)對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行模擬操作和反事故演練的培訓(xùn)方式規(guī)定為企業(yè)的日常培訓(xùn)方式。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；DCS；組態(tài)；仿真機(jī)

1發(fā)電廠仿真機(jī)的發(fā)展

在電力生產(chǎn)經(jīng)營過程中存在著諸多的風(fēng)險(xiǎn)，有些風(fēng)險(xiǎn)是無法避免的，企業(yè)要求必須保證生產(chǎn)過程的安全，因此需要發(fā)電廠的運(yùn)行值班員一定要操作各類設(shè)施技術(shù)過硬和擁有豐富的知識(shí)。早年間不管是電廠的控制系統(tǒng)還是熱力參數(shù)都十分簡(jiǎn)單，并且當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)無法符合發(fā)電廠控制系統(tǒng)仿真模擬的要求，所以企業(yè)只能通過文字和圖形的方式來培訓(xùn)新的運(yùn)行值班員和展開反事故演練。在科技新舊交替快速和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的大環(huán)境下，人們對(duì)電力的需求也迅猛增長，這推動(dòng)著發(fā)電廠參數(shù)和容量的不斷提升。另外有著愈來愈額繁瑣設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，假若運(yùn)轉(zhuǎn)值班工作人員沒有接收上崗培訓(xùn)就上崗，那么其的操作水平就無法滿足操作設(shè)備的需要，假若有事故或者故障發(fā)生，操作安全性難以保證。

在新的科技革命及發(fā)電技術(shù)和計(jì)算機(jī)科技高速發(fā)展的帶動(dòng)下，電力生產(chǎn)企業(yè)對(duì)仿真機(jī)系統(tǒng)的要求和需求也越來越多，這種市場(chǎng)需求促使了仿真技術(shù)的迅猛發(fā)展。

美國愛迪生電力公司和卡迪納利斯火電廠分別于1964年和1967年建立了發(fā)電廠仿真機(jī)，前者是最早的發(fā)電廠仿真機(jī)，后者以自己為仿真對(duì)象進(jìn)行的組建。美國時(shí)間1979年3月28號(hào)，在三里島壓水堆核電廠的二號(hào)堆產(chǎn)生了外溢放射性物質(zhì)和堆芯失水熔融的特大災(zāi)害。

上世紀(jì)80年開始，人們發(fā)現(xiàn)可以開發(fā)仿真支撐軟件來提高仿真機(jī)軟件模塊復(fù)用性、管理仿真機(jī)模塊與設(shè)備硬件的協(xié)調(diào)工作，更好地對(duì)其進(jìn)行管理。外國有很多企業(yè)也將相近的仿真支撐軟件研發(fā)出來，并且運(yùn)用這些研制的軟件充分采取模塊化建模的手段，同時(shí)這些軟件中有一部分已經(jīng)擁有圖形化建模能力，對(duì)大批的輸入/輸出處理。

1.1仿真技術(shù)的發(fā)展

仿真技術(shù)是對(duì)系統(tǒng)工程、控制工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，依據(jù)實(shí)際發(fā)生在現(xiàn)場(chǎng)的操作過程進(jìn)行試驗(yàn)，并可以對(duì)假設(shè)條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的技術(shù)。仿真技術(shù)在微型計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，在軍事、電力等各行業(yè)中均得到史無前例的發(fā)展，并將高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)收益呈現(xiàn)出來。

仿真技術(shù)早年間的主要技術(shù)策略是計(jì)算機(jī)技術(shù)，不過當(dāng)時(shí)計(jì)算器缺乏平穩(wěn)性且功能不全，進(jìn)而阻礙了仿真技術(shù)的迅速發(fā)展，從而在長時(shí)間內(nèi)停留在創(chuàng)建簡(jiǎn)單模型的階段，仿真模擬使用區(qū)間也受到很多局限。

不同于早期仿真機(jī)只有一臺(tái)主機(jī)的情況，如今根據(jù)操作性質(zhì)劃分已經(jīng)將教練員站、操作員站和就地操作站從仿真機(jī)主機(jī)上分離開。通過使用多窗口和圖像圖形技術(shù)，提供給操作人員和教練的人機(jī)交互頁面更友好和美觀，使發(fā)電廠分布式控制系統(tǒng)（DCS）不僅極易研發(fā)出圖像，并且多媒體圖像極易于研發(fā)，使用了多媒體技術(shù)后在仿真發(fā)電廠的聲光和火焰報(bào)警器時(shí)不再有較大難度。

通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步促使仿真技術(shù)得到史無前例的發(fā)展。注入分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的仿真機(jī)，能夠?qū)⒎抡娴膶?duì)象分布在多個(gè)微型計(jì)算機(jī)上，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性。通過研制開發(fā)發(fā)電廠設(shè)施模型數(shù)據(jù)庫，模塊化組件和設(shè)施的數(shù)學(xué)模型，使建立模型更加方便。部分模塊已經(jīng)具備了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣?dòng)辨識(shí)能力，便于更好地生成仿真程序。

發(fā)電廠仿真機(jī)的功能通常是基于以下幾個(gè)方面：

（1）發(fā)電廠具備分析性能、在線檢測(cè)、診斷故障的功能。仿真模型與現(xiàn)實(shí)的機(jī)組連接并采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)電機(jī)組性能進(jìn)行分析，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。同時(shí)，進(jìn)行故障的診斷和預(yù)測(cè)，提高穩(wěn)定性。

（2）作為檢測(cè)控制電力公司的中心，具備管理和分析的能力，為了能夠?qū)崟r(shí)掌握電力公司發(fā)電廠機(jī)組的運(yùn)行情況，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與發(fā)電廠各機(jī)組進(jìn)行通信，進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和壽命管理，分析各單元的性能及維修計(jì)劃安排等。

（3）為電力企業(yè)、設(shè)計(jì)院、研究院提供模擬試驗(yàn)及設(shè)備檢查，并為其提供經(jīng)過仿真機(jī)計(jì)算、經(jīng)過驗(yàn)證為正確的數(shù)據(jù)。

1.2 分布式控制系統(tǒng)（DCS）仿真技術(shù)現(xiàn)狀

近幾年，我國新建成或者正在建設(shè)的利用燃燒城市垃圾所釋放的熱能發(fā)電的火電廠較多，這些發(fā)電廠都采用了分布式控制系統(tǒng)（DCS）。新的發(fā)電廠的建立為國內(nèi)電力仿真行業(yè)帶來了發(fā)展機(jī)遇，目前國內(nèi)對(duì)火電廠仿真機(jī)的研究都集中在以下兩個(gè)方面：

（1）使自建圖形的建模方式實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的建模方法是采用圖形建立模型法，運(yùn)用該種形式可以將各個(gè)熱力系統(tǒng)形成圖形模塊之后，客戶只需在圖形頁面以相應(yīng)的模塊進(jìn)行銜接，本平臺(tái)就可產(chǎn)生與之相關(guān)的執(zhí)行程序，給用戶建模過程帶來方便。

（2）仿真機(jī)集中運(yùn)算造成的系統(tǒng)不平穩(wěn)運(yùn)行。就傳統(tǒng)類型的仿真機(jī)計(jì)算而言，全部的計(jì)算工作均是由專門的計(jì)算服務(wù)器來完成，采取星網(wǎng)格局從而導(dǎo)致系統(tǒng)的平穩(wěn)性與中心節(jié)點(diǎn)的相同，假若系統(tǒng)計(jì)算一旦失靈，就會(huì)使整體計(jì)算服務(wù)癱瘓。而圖形化建模方式是協(xié)調(diào)各模塊之間的運(yùn)算，它采用分布式結(jié)構(gòu)，為提高系統(tǒng)性能需要大量的仿真機(jī)。如此既能減少單個(gè)仿真機(jī)的負(fù)載，也能增加穩(wěn)定性。

仿真機(jī)主要應(yīng)用在對(duì)運(yùn)行人員的培訓(xùn)和對(duì)假想操作進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試方面，怎樣采用新式方陣法，使現(xiàn)實(shí)機(jī)組最大程度的呈現(xiàn)在模型中，是所有仿真機(jī)研發(fā)和設(shè)計(jì)的總目標(biāo)。它使圖形、可視化和圖形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用更為快速。目前應(yīng)用廣泛的仿真方法有兩種：即以實(shí)際人機(jī)界面和設(shè)備為仿真對(duì)象的全仿真模式，這種模式中仿真對(duì)象不用完全實(shí)現(xiàn)該對(duì)象在現(xiàn)實(shí)中的全部功能；另一種是將開發(fā)完成的仿真機(jī)放入在原有人機(jī)界面和設(shè)備的基礎(chǔ)上的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)過程仿真。

2研究背景與意義

人們的生活離不開電力和熱力，我國大中型城市里都有發(fā)電企業(yè)和供熱企業(yè)，正是這些企業(yè)的存在，才讓我們能夠在日常的生活中正常用電，讓企業(yè)在生產(chǎn)中有了熱源。這些發(fā)電企業(yè)提供了大量就業(yè)崗位，這些崗位主要是火電廠的運(yùn)行人員。而發(fā)電廠的分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝復(fù)雜，控制室操作面板功能較多，監(jiān)控和運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)量大，設(shè)備的啟停運(yùn)行和事故處理非常繁瑣。如果沒有對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行培訓(xùn)，他們很難掌握相應(yīng)的操作技術(shù)。運(yùn)行過程中一旦設(shè)備出現(xiàn)故障或自動(dòng)控制發(fā)生故障，難以保證運(yùn)行人員安全操作，而且會(huì)對(duì)人們?cè)斐删薮笪：?。在?jì)算機(jī)和電力技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境中，運(yùn)用仿真模式來展開電廠仿真培訓(xùn)工作更為便利。

隨著全球信息化和發(fā)展計(jì)算機(jī)軟硬件的速度不斷加快，以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)研制的仿真機(jī)已在諸如軍事、電力等各種領(lǐng)域，它在科學(xué)研究方面和生產(chǎn)培訓(xùn)中發(fā)揮著巨大的作用。火電廠仿真機(jī)是在微型計(jì)算機(jī)上，對(duì)已經(jīng)編寫成程序的仿真對(duì)象，在各種工況的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制操作，達(dá)到技能培訓(xùn)和科學(xué)研究的目的。

3 結(jié)論

在計(jì)算機(jī)和電力技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境中，運(yùn)用仿真模式來展開電廠仿真培訓(xùn)工作更為便利。仿真機(jī)的開發(fā)主要是使用編程語言對(duì)仿真對(duì)象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行開發(fā)并在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，在運(yùn)行過程中針對(duì)各種實(shí)際工況進(jìn)行過程仿真，與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行保持一致，實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究和培訓(xùn)的目的。

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作者簡(jiǎn)介：

胡俊宇（1980.02-）；性別：男，籍貫：遼寧省沈陽人，學(xué)位：碩士，畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)；現(xiàn)有職稱：信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師；研究方向：信息系統(tǒng)。