Simulation和Emulation方式模擬機性能對比分析

王棟

摘要

模擬機DCS是核電系統(tǒng)操作人員不可缺少的工具，其常用Simulation（全模擬）、Emulation（虛擬實物模擬）和Stimulation（實物模擬）來建造，業(yè)內(nèi)較為普遍應(yīng)用的是Emulation和Simulation兩種方式。本文對常用仿真方式的特點進行了介紹，并根據(jù)實際應(yīng)用對Emulation和Simulation兩種模擬機的性能從多個角度出發(fā)進行了對比分析，對日常工作中模擬機的應(yīng)用選擇提供了參考，具有一定的應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】Simulation Emulation 模擬機 對比

1概述

隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，DCS在核電領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。核電站儀控系統(tǒng)，即集散式數(shù)字化儀控系統(tǒng)DCS，除承擔(dān)電站機組的安全與經(jīng)濟運行等控制任務(wù)以外，還承擔(dān)重要的電站核安全監(jiān)控與保護任務(wù)，因此核電站儀控系統(tǒng)具有設(shè)計多重性、功能多樣化、系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴以及工程周期長等特點，這給新建電站的全范圍模擬機的DCS仿真以及工程實施帶來了困難。也正因為DCS的重要性和其仿真方法的不同，模擬機的技術(shù)路線也出現(xiàn)了不同。

2模擬機的性能對比分析

2.1儀控仿真的常用方式

2.1.1Simulation方式

Simulation，稱之為全仿真或全模擬，其主要特點有：

（1）受實際DCS進度制約最小的方法，可根據(jù)實際電廠儀控系統(tǒng)的變更對模擬機模型軟件做部分修改；不受儀控廠家的軟件版本和軟件費用等影響。

（2）只要完成DCS控制功能和邏輯設(shè)計，就可以根據(jù)設(shè)計圖紙進行仿真。

（3）根據(jù)上游DCS工程進展情況，結(jié)合用戶培訓(xùn)計劃，在開發(fā)后期需要進行二次開發(fā)更新。

（4）投用后更新或升級的工作量大、周期長。

（5）可作為緩解上游DCS工程進度壓力的臨時措施，即為滿足機組裝料前1年交付的要求，先向用戶提交采用這種仿真方法實現(xiàn)的臨時版本用于用戶培訓(xùn)，或?qū)⒃撆R時版本暫時與FSS工藝過程模型集成，以滿足模型測試的進度要求。

2.1.2 Emulation方式

Emulation，稱之為虛擬實物模擬，其主要特點如下：

（1）該方法應(yīng)用前提是DCS設(shè)計己基本固化，己完成組態(tài)成果輸出。

（2）采用編譯轉(zhuǎn)化方式獲得一層控制邏輯代碼，模擬機與機組的一致性較高，且引入附加偏差的幾率很低；二層畫面采用實物模擬方式運行在與參考機組儀控高度一致的儀控網(wǎng)絡(luò)上，帶給操縱人員的體驗更加真實，且可以直接實現(xiàn)歷史站、報警、電子化規(guī)程等功能。

（3）Emulation仿真的功能優(yōu)勢：

1.控制精度和畫面逼真度相比Simulation更優(yōu)，能從深度和廣度上還原電廠儀控的功能，例如控制邏輯圖、點信息、趨勢等。

2.無需改動即可直接使用儀控應(yīng)用軟件（CPS、APS等），確保各類參數(shù)和性能與電廠一致，保證培訓(xùn)效果。

3.能快速應(yīng)用大批量的電廠儀控變更，最短時間內(nèi)遷移到模擬機。

4.翻譯機制生成的模擬機儀控代碼，裝載到模擬機后主要用于培訓(xùn)，另可擴展其用途用來驗證電廠規(guī)程。但驗證儀控設(shè)計或改進，一般使用專門搭建的儀控工程驗證機，而不是全范圍模擬機。

2.2不同路線模擬機性能對比

（1）兩種模擬機的主要差異在于用戶體驗，操縱員的感官感受以及功能軟件的使用上，特別是電廠應(yīng)用軟件功能細節(jié)、完整性、響應(yīng)速度等方面，Simulation模擬機與Emulation模擬機相比還存在差距，需要進一步完善。

（2）對于APS、CPS的修改升級，Emulation模擬機直接拷貝儀控或者現(xiàn)場更新版本，模擬機維護人員不能進行零星修改維拆Simulation模擬機由模擬機維護人員隨時修改更新，批量升級時工作量較大。

（3）從教學(xué)功能上看，希望教學(xué)場景、教練員站統(tǒng)一，便于教員熟悉和使用，也便于教學(xué)成果共享?？紤]模擬機教練員臺教學(xué)功能，建議采用Simulation方式。

（4）翻譯工具的開發(fā)技術(shù)難度大、周期長，且有可能存在知識產(chǎn)權(quán)糾紛的潛在風(fēng)險。翻譯機制尤其適合建造開發(fā)和和大規(guī)模的改造升級。對個別參數(shù)的修改，反而效率不如Simulation方式來的更直接和便捷。

（5）從項目成本看，采用Simualtion方式不用考慮儀控授權(quán)，比Emulation方式具有很高的性價比。

（6）從項目進度考慮，采用Simulation可比采用Emulation提前至少半年以上可用于培訓(xùn)。

（7）從系統(tǒng)維護升級考慮，從模擬機軟件日常維護看，采用Simulation較為方便，可以隨時對一些小的邏輯、模型進行修改，而對于批量升級，電子化規(guī)程更新和設(shè)計驗證Emulation更具有優(yōu)勢。從模擬機硬件日常維護看，采用Simulation所用的設(shè)備相對少些，備件多數(shù)屬于市場通用、易于購買，而采用Emulation需與機組一致，備件籌措渠道單一。

（8）從系統(tǒng)功能擴展性考慮。從與主控室一致性，對現(xiàn)場儀控的繼承性來說，使用Emulation開發(fā)的模擬機用于I&C設(shè)計驗證更有優(yōu)勢。如果與嚴(yán)重事故、多功模擬機開發(fā)相結(jié)合，基于Simulation開發(fā)的全范圍模擬機在移植性、開放性和成本上更有優(yōu)勢。

3結(jié)論

模擬機DCS仿真一方面需要考慮精度和逼真度來提高培訓(xùn)質(zhì)量，避免帶來負面培訓(xùn)效應(yīng)；另一方面需要考慮工程造價和交付工期等以滿足操縱人員按計劃培訓(xùn)及時考取執(zhí)照。尤其是面對目前日趨成熟和廣泛應(yīng)用的數(shù)字化儀控技術(shù)，需要充分考慮實際需求來選擇合適的技術(shù)路線來建造模擬機。

參考文獻

[1]王立志，封官斌，翟永杰.虛擬DCS技術(shù)及實現(xiàn)[J].山東電力技術(shù)，2008（05）：39-44.

[2]毛偉.核電站人員培訓(xùn)中仿真技術(shù)的應(yīng)用[J].科技信息，2012，12（04）：412-413.

[3]毛偉.紅沿河一期全范圍模擬機設(shè)計和開發(fā)[J].系統(tǒng)仿真技術(shù).2011，7（03）：238-241.endprint