基于虚拟DCS的仿真系统设计与开发.docx

基于虚拟DCS的仿真系统设计与开发DesignandDevelopmentofSimulationSystemBasedonVirtualDCS程祥武1李成银1赵登科1王自岭2（1.上海大屯能源股份有限公司江苏徐州221611；2.山东电力研究院山东济南250002）摘要：根据虚拟DCS原理与技术设计并开发了一套基于虚拟DCS的火电机组仿真系统应用于火电厂运行与控制人员的培训。关键词：虚拟DCS；火电机组；仿真系统Abstract：BytheprincipleandtechnologyofvirtualDCSasimulationsystembasedonvirtualDCSwasdesignedanddevelopedwhichwasusedfortrainingoperatorandcontrolengineerinfossilpowerplant.Keywords：VirtualDCSFossilPowerUnitSimulationSystem1引言DCS操作员站DCS程序监视操作DCS操作员站DCS程序监视操作DCS工程师站DCS程序监视操作DCS操作员站DCS程序监视操作DCS操作员站DCS程序监视操作DCS工程师站DCS程序监视操作DCS操作员站DCS程序监视操作DCS操作员站DCS程序监视操作DPUI/O卡件仿真服务器仿真支撑系统与模型（不含控制部分）仿真服务器仿真支撑系统与模型（包含控制部分）实际过程对象硬接线DPU运算站虚拟DPU程序数据通讯数据通讯虚拟DCS仿真模式传统仿真模式实际过程图1实际过程与仿真的逻辑结构单元机组采用DCS后火电厂直接面对的一个问题就是如何有效地对运行人员进行培训如何使运行人员、热工控制人员对整个DCS有一个系统的了解这个问题不仅影响到电厂的安全和经济运行而且关系到能否充分发挥DCS的作用与功能。然而当DCS系统投入后为了保证运行可靠和安全不允许对实际DCS进行频繁的试验性操作因此基于实际DCS的培训是不现实的虚拟DCS技术则应运而生。虚拟DCS就是将真实DCS系统以软件的形式予以再现从而实现控制系统的激励模式仿真。因此基于虚拟DCS的火电机组仿真机不仅可以用来培训集控运行人员也可以用于热控人员的培训。大屯电厂的仿真机正是以LN2000控制系统为基础建立的虚拟DCS型激励式全范围仿真机。2原理分析基于虚拟DCS的火电机组仿真机主要由仿真支撑平台、虚拟DCS、及其之间的数据接口组成。传统仿真机一般存在于一个支撑平台上以现场的实际设备或者过程为原型构建仿真模型。单元火电机组的仿真对象主要包括锅炉、汽机、电气、热控等专业的设备与过程。由于虚拟DCS实现了控制系统的仿真因此仿真支撑平台可以不再包含热控仿真模型。图2基于虚拟DCS的仿真系统结构示意图虚拟DCS的构成与实际DCS一样主要是由分散处理单元（DPU）和人机界面（HMI）构成。虚拟DPU是虚拟DCS的核心。是指将实际分散控制单元中的DPU功能移植到虚拟DPU软件上使DPU功能脱离实际硬件而实现的。这样整个虚拟DCS系统就可以脱离数据采集及数据运算硬件设备而工作。人机界面在虚拟DCS中主要有真实HMI和仿真HMI两种表现形式。在实现虚拟DCS的前提下建立虚拟DCS与仿真模型的通信接口由仿真系统构成的仿真对象经过运算之后各模型的状态数据通过通信网络传递给虚拟DCS。虚拟DPU接受仿真系统的数据驱动后将运算结果传递给HMI显示同时传递给仿真模型复现实际DCS中的数据控制运算功能。图1为实际过程、虚拟DCS仿真模式、传统仿真模式的逻辑结构比较。从图中可以看出与传统的仿真相比虚拟DCS仿真更能够复现实际机组的DCS系统并与实际系统的逻辑结构相同没有传统仿真中逻辑关系上的混乱与逻辑环节的缺失。传统仿真将控制算法与模型连接在一起只是实现了DCS外观功能的仿真对于工程师站的组态仿真则无能为力仿真培训对象只能局限于运行人员缺乏对热控人员的培训功能。3结构设计仿真机的硬件包括一台模型服务器（LN服务器）、一台虚拟DPU服务器（VDPU服务器）、一台虚拟DCS的工程师站、若干台操作员站等主要设备以及交换机、网线、投影仪、打印机等附属设备。与传统的仿真机相比较在设备项目上主要增加了一台虚拟DPU服务器。通过虚拟DPU主要实现控制逻辑的仿真并将逻辑运算的结果发送给操作员站和模型服务器。因此在数据流程上与传统仿真机也不再相同更加贴近真实系统。模型服务器不再直接与操作员站交换数据而是通过数据接口与虚拟DCS系统交换数据。LN模型服务器主要用来运行仿真支撑平台和仿真模型。LN仿真支撑平台提供仿真模型的运行环境实现仿真模型模块间的同步、控制以及数据接