基于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的虛擬DCS仿真系統(tǒng)方案介紹

凌海

【摘 要】針對(duì)目前電廠的發(fā)展趨勢(shì)，文章明確了建立高逼真度仿真系統(tǒng)的必要性，對(duì)實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的三種方式進(jìn)行了說(shuō)明，并以某電廠新建9F級(jí)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組為例，對(duì)虛擬DCS仿真系統(tǒng)的軟硬件配置方案和功能作了介紹。

【關(guān)鍵詞】虛擬DCS；仿真；聯(lián)合循環(huán)機(jī)組；方案

中圖分類(lèi)號(hào)： TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）23-0088-002

【Abstract】In view of the current development trend of power plants，the necessity of establishing a high-fidelity simulation system is clarified and three ways of realizing the simulation system are described.Taking a new 9F-class gas-steam combined cycle unit of a power plant as an example，The software and hardware configuration scheme and function of virtual DCS simulation system are introduced.

【Key words】Virtual DCS；Simulation；Combined cycle unit；Program

0 前言

目前，高參數(shù)，大容量已經(jīng)成為新建機(jī)組的發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)組運(yùn)行的安全性，可靠性和經(jīng)濟(jì)性主要取決于運(yùn)行控制水平的高低，以及運(yùn)行人員操作的熟練程度和事故的處理能力。相比于常規(guī)燃煤機(jī)組，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組具有設(shè)備較少，系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，啟停頻繁等特點(diǎn)，多被用于調(diào)峰調(diào)頻；加之，燃機(jī)電廠的定員一般都較少，這對(duì)機(jī)組自動(dòng)化以及運(yùn)行人員的操作水平都提出了較高要求。為使運(yùn)行人員得到有效的運(yùn)行操作培訓(xùn)，培養(yǎng)出全能值班員，設(shè)置全范圍，高逼真度仿真系統(tǒng)的必要性顯得越來(lái)越重要。

本文基于廣東某電廠“一拖一”9F級(jí)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，對(duì)虛擬DCS仿真系統(tǒng)的實(shí)施方案進(jìn)行探討。

1 仿真系統(tǒng)的技術(shù)路線

目前電廠的仿真系統(tǒng)，主要有以下3種實(shí)現(xiàn)方式：激勵(lì)DCS（Stimulation DCS），虛擬DCS（Virtual DCS），仿真DCS（Simulation DCS）。

激勵(lì)DCS采用與實(shí)際DCS控制系統(tǒng)1：1的軟硬件配置和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，是軟硬件逼真度最高，實(shí)現(xiàn)成本也最高的一種仿真方式。

仿真DCS也被稱(chēng)為翻譯式仿真，根據(jù)DCS組態(tài)圖等相關(guān)資料，采用翻譯算法完成控制系統(tǒng)內(nèi)部的全部運(yùn)算邏輯和控制功能，達(dá)到與仿真對(duì)象一致的效果。這種方式實(shí)現(xiàn)成本較低，但軟件逼真度和可信度相對(duì)不高，且很難跟隨現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)組態(tài)的改動(dòng)做出及時(shí)的修改。

虛擬DCS兼顧了以上二者的優(yōu)缺點(diǎn)，采用DCS廠家專(zhuān)用的軟件仿真系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上模擬DCS控制器的工作過(guò)程，通過(guò)直接下載DCS組態(tài)文件的方式，實(shí)現(xiàn)DCS平臺(tái)的虛擬化轉(zhuǎn)移和再現(xiàn)。虛擬DCS仿真系統(tǒng)使用與DCS相同的算法、模塊、時(shí)間片、位號(hào)等，開(kāi)發(fā)周期短，逼真度高，既可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員的仿真培訓(xùn)，還可滿(mǎn)足熱工人員進(jìn)行機(jī)組性能實(shí)驗(yàn)的需求。

2 虛擬DCS仿真系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介

本工程燃機(jī)控制系統(tǒng)隨燃機(jī)配供，采用三菱DIASYS系統(tǒng)，除燃機(jī)以外的其他系統(tǒng)和設(shè)備采用ABB Symphony Plus最新的DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制。DCS系統(tǒng)仿真采用ABB公司正版授權(quán)的Harmony電站仿真系統(tǒng)（HTS），出于成本的考慮，燃機(jī)控制系統(tǒng)采用“翻譯”式仿真實(shí)現(xiàn)。

2.1 硬件方案

整個(gè)仿真系統(tǒng)包括主計(jì)算機(jī)、教練員站、工程師站、操作員站、就地操作站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、UPS不間斷電源、投影儀和幕布，以及多媒體音箱等。

2.1.1 服務(wù)器主機(jī)（HTS MAMAGER）

服務(wù)器主機(jī)用于仿真模型，仿真接口和通訊網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理和模型數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，協(xié)調(diào)Harmony培訓(xùn)仿真系統(tǒng)全部的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.1.2 教練員站

教練員站主要用于教練員完成對(duì)仿真系統(tǒng)的各種操作和設(shè)置，如啟動(dòng)/停止、運(yùn)行/凍結(jié)、速度選擇（正常、快、慢），初始狀態(tài)選擇及開(kāi)關(guān)位置檢查、回退、重演、事故插入、外部參數(shù)修改、報(bào)警等各種功能。教練員可以通過(guò)教練員站對(duì)受訓(xùn)者的能力進(jìn)行監(jiān)視。

2.1.3 工程師站

工程師站用于開(kāi)發(fā)機(jī)組模型、系統(tǒng)診斷、仿真系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面的編輯及修改。可控制仿真系統(tǒng)操作和監(jiān)視受訓(xùn)人員在操作員站操作。

2.1.4 操作員站

操作員站主要用于運(yùn)行人員的培訓(xùn)，培訓(xùn)運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。其功能和畫(huà)面與實(shí)際DCS操作員站的功能和畫(huà)面高度相同。

2.1.5 就地操作站

就地操作站是對(duì)鍋爐、汽機(jī)和電氣等機(jī)組啟、?；蚴鹿侍幚磉^(guò)程中必要的就地操作設(shè)備的仿真，是對(duì)只能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，不能在集控室中進(jìn)行的操作仿真。

2.2 軟件方案

2.2.1 虛擬控制器VPCU：

VPCU是仿真系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)模擬真實(shí)的控制器，執(zhí)行與控制器完全相同的控制邏輯。將現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的文件拷貝到指定的仿真子目錄下，就可以在仿真系統(tǒng)軟件里面監(jiān)控調(diào)整控制邏輯；如在仿真系統(tǒng)軟件里修改了邏輯，僅需要編譯和下裝到VPCU里即可使用。VPCU大幅降低了硬件成本，而且也省去了以往翻譯控制邏輯的大量工作。VPCU運(yùn)行在WINDOWS環(huán)境下，最多可以支持40個(gè)虛擬控制器同時(shí)運(yùn)行。

2.2.2 虛擬接口VICI：

在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，操作員站是用標(biāo)準(zhǔn)的接口單元（CIU、ICI或HCC）與控制網(wǎng)絡(luò)相連。在虛擬的仿真系統(tǒng)中，整個(gè)DCS通訊系統(tǒng)也都被仿真出來(lái)。VPCU與操作員站之間的通信，同真實(shí)的系統(tǒng)通信完全一致。所有的例外報(bào)告、操作指令、報(bào)警管理和調(diào)試功能都被VICI處理。VICI與操作員站之間采用串口通訊或者基于以太網(wǎng)的串口通訊（Serial over Ethernet）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖2所示，服務(wù)器主機(jī)通過(guò)監(jiān)控仿真狀態(tài)、接收到啟動(dòng)指令請(qǐng)求后對(duì)每個(gè)單獨(dú)的VPCU初始化啟動(dòng)指令，自動(dòng)地管理仿真網(wǎng)絡(luò)。服務(wù)器主機(jī)在VPCU、VICI及OPC服務(wù)器之間建立通訊。它既管理著在OPC服務(wù)和VPCU之間通過(guò)DCOM通訊數(shù)據(jù)交接，也管理著使用標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議進(jìn)行的OPC服務(wù)器與客戶(hù)端之間的數(shù)據(jù)交換。此外，服務(wù)器主機(jī)處理教練員站的指令，并把它們傳遞到所有需要的VPCU，協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)間速率和數(shù)據(jù)交接速率，并為特定目錄下的存儲(chǔ)和恢復(fù)來(lái)組織數(shù)據(jù)。

此外，仿真系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)設(shè)有通訊接口，可記錄從機(jī)組獲取的運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)機(jī)組的歷史運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)優(yōu)化仿真系統(tǒng)模型。

3 結(jié)語(yǔ)

虛擬DCS技術(shù)在仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅極大地提高了仿真系統(tǒng)的逼真度，增強(qiáng)了電廠運(yùn)行人員的培訓(xùn)效果，也為熱工人員進(jìn)行機(jī)組相關(guān)的故障診斷、性能預(yù)測(cè)、控制策略?xún)?yōu)化等研究和測(cè)試提供了良好的平臺(tái)，從而為機(jī)組日后的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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