火電廠仿真機

火電廠仿真機

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利用計算機仿真技術(shù)，演示與真實情況相同或相近的發(fā)電機組各種運行方式的狀態(tài)，并可對其進行離線控制，為機組運行值班員進行培訓(xùn)的計算機系統(tǒng)。目錄

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火電廠仿真機

利用計算機仿真技術(shù)進行培訓(xùn)的設(shè)備。發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型計算機提供實時數(shù)據(jù)，配合部分或全部真實控制臺屏或表示監(jiān)控臺屏的屏幕顯示(CRT)畫面，演示與真實情況相同的電力設(shè)備各種運行方式的狀態(tài)，包括起動、正常運行、停機和事故情況下的狀態(tài)，可以滿足各種目的的培訓(xùn)要求。目前，培訓(xùn)仿真機已廣泛用于培訓(xùn)操作人員和工程技術(shù)及管理人員，提高他們的監(jiān)控能力和運行技術(shù)水平。培訓(xùn)仿真機是以計算技術(shù)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)并應(yīng)用電網(wǎng)、自動控制、儀表和電廠的鍋爐、汽輪機、透平發(fā)電機以及運行專業(yè)的理論和實踐知識而研制的一種實用裝置。仿真機的分類從培訓(xùn)仿真機的培訓(xùn)目的的功能來分類，可以劃分為基本原理型和全仿真型。甚本服理型所配置的控制臺屏不是以某一實際電站為目標，而是從基本原理出發(fā)模擬某類型、某容量機組的主要設(shè)備和系統(tǒng)，并配置簡化的供學(xué)員學(xué)習(xí)和掌握基本原理的臺屏或可以進行操作和顯示操作結(jié)果參數(shù)的CRT畫面，或兼有臺屏和CRT畫面。用以培訓(xùn)新的操作員或在校學(xué)生，使其從直觀上學(xué)習(xí)和掌握電廠設(shè)備和系統(tǒng)特性、物理過程、介質(zhì)流程及故障的原因和結(jié)果。為在全仿真型培訓(xùn)仿真機或?qū)嶋H電廠操作打基礎(chǔ)。硬件系統(tǒng)一般包括:①微型機或小型計算機;②磁盤、打字機等外圍設(shè)備;③輸人/輸出接口和教學(xué)考核設(shè)施;④臺屏。臺屏仿真有兩種型式:①模擬臺屏型。模擬屏上布里有主要設(shè)備和系統(tǒng)流程圖，配有主要參數(shù)指示儀表;操作臺與屏一般聯(lián)成一體，臺上布置有控制臺硬件設(shè)備診斷;顯示圖像;在線數(shù)據(jù)庫監(jiān)視.學(xué)員成績評價;計算機輔助練習(xí)等。通過教練員臺控制屏和CRT畫面配合實現(xiàn)功能選擇.畫面選擇有專家方式和菜單方式。虛擬DCS仿真

虛擬DCS(VirtualDCS)是相對于在過程工業(yè)系統(tǒng)中運行的真實DCS(RealDCS)而言的，"虛擬DCS"就是將真實DCS在非DCS的計算機系統(tǒng)中以某種形式再現(xiàn)。"虛擬"是現(xiàn)今廣泛使用的一種高新技術(shù)概念，比如有實現(xiàn)視景模擬的"虛擬現(xiàn)實"、采用CRT交互的"虛擬儀表"、構(gòu)建遠程多媒體雙向通信的"虛擬會議"等等。當然，虛擬技術(shù)是完全建立在當今高性能的計算機硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之上的。虛擬DCS不同于其它虛擬技術(shù)的是，其被虛擬對象也是計算機系統(tǒng)，而不是一般的物理系統(tǒng)。虛擬DCS就是要在計算機系統(tǒng)上再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，具體地說，就是要在一種通常為開放平臺計算機信息管理系統(tǒng)中，盡可能真實地再現(xiàn)集散控制計算機系統(tǒng)。虛擬DCS正是過程工業(yè)數(shù)字化的基礎(chǔ)之一。

在實際應(yīng)用中，為了達到設(shè)計調(diào)試、人員培訓(xùn)、檢測診斷等系統(tǒng)應(yīng)用目標，需要將真實DCS在非DCS的計算機系統(tǒng)中再現(xiàn)。目前共有三種形式，是分別根據(jù)DCS的控制設(shè)計、離線組態(tài)和構(gòu)成運行系統(tǒng)等生命周期的不同階段獲取系統(tǒng)資源而實現(xiàn)的

1.激勵DCS(Stimulation)──通常是簡略輸人/輸出板卡和外設(shè)，采用真實DCS的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的適當或最小配置，再現(xiàn)DCS。激勵DCS具有最高的軟硬件逼真度，但是軟硬件實現(xiàn)成本很高，與對象模型系統(tǒng)連接較難，無法完成復(fù)雜的仿真應(yīng)用功能。

2.虛擬DCS(VirtualDCS)──在完成DCS組態(tài)之后，采用對DCS網(wǎng)絡(luò)下載文件迸行智能編譯轉(zhuǎn)換的方式，實現(xiàn)DCS的平臺轉(zhuǎn)移和再現(xiàn)。虛擬DCS應(yīng)具有極高的軟件功能逼真度，實現(xiàn)成本不高，能夠完成復(fù)雜的仿真應(yīng)用功能。

3.仿真DCS(Simulation)──只要DCS完成控制功能和邏輯設(shè)計，就可以根據(jù)設(shè)計圖紙進行仿真。仿真DCS是多年來培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的通常采用的形式，雖然實現(xiàn)成本不高、能夠完成復(fù)雜的培訓(xùn)仿真應(yīng)用功能，但軟件功能逼真度和可信度相對不夠高，跟蹤修改較難，幾乎不能完成人員培訓(xùn)功能以外的高級應(yīng)用功能。

虛擬DCS的特點，就是控制參數(shù)和算法完全來自于下載文件，使用與DCS相同的算法、模塊、時間片、位號等，可以同步修改更新，軟件功能逼真度很高�？梢哉f，虛擬DCS能夠真正有效、經(jīng)濟和廣泛地應(yīng)用于人員培訓(xùn)和在線檢測診斷，滿足火力發(fā)電等過程工業(yè)"數(shù)字化"的需求。

擴展閱讀：1 火電廠仿真機的分類

1火電廠仿真機的分類

火電廠仿真機從使用日的和技術(shù)性能考慮，可分為四種類型。1．1全范圍仿真機(簡稱全仿真機)

硬件復(fù)制參考機組控制室內(nèi)盤／臺設(shè)備，軟件模擬控鉚室內(nèi)所能監(jiān)視和拯作控制的系統(tǒng)和設(shè)備，以及控制室以外在起停和故障中至少go以上的就地操作系統(tǒng)和設(shè)備，以達到電站系統(tǒng)壘范鼬、工藝流程壘過程的高逼真度仿真。1．2部分范圍仿真機

硬件復(fù)制參考機組控制室內(nèi)所有關(guān)鍵的顯示操作設(shè)備，較件模擬控制室內(nèi)干兀必要的就地操作系統(tǒng)及設(shè)備，捱縮一些不十分重要的系統(tǒng)。

1．3運用型仿真機

硬件不復(fù)制某一機組的典型形式，或采用CRT醞面操作形式，軟件使用通用的火電機組數(shù)學(xué)模型仿真軟件，對火電機組基本工藝流程和正常起停及主要事故能正確、實時地反應(yīng)。I．4原理型仿真機

采用CRT畫面操作形式為主，配以少量模擬盤／臺，對系統(tǒng)適當簡化，使用原理火電機組仿真軟件，能正確反應(yīng)火電機組基本原理工藝流程和正常起停過程。2火電仿真機的基本功能和技術(shù)要求2．1火電仿真機的基本功能①機組正常運行工況和試驗j②機組故障工況}③仿真機運行極限。

2．2火電仿真機的實時性能和精度要求2，2．I實時性搬標要求

對盤／臺操作響應(yīng)的步長小于0．1s／次；快過程的模型運算步長小于0．26s／次③慢過程的模型運算步長小手1s／次；2．2．2穩(wěn)態(tài)精度

①在25負荷以上穩(wěn)態(tài)運行時，仿真機關(guān)鍵參數(shù)的計算值與被仿真機組設(shè)計參數(shù)值的偏差不大于測量儀表量程的±2j

⑧非關(guān)鍵參數(shù)其偏差不大干三=10。2．2．3暫志過程指標

①對起動、停機過程，應(yīng)符合運行規(guī)程和機組制造廠家提供的運行特性曲線；

⑧各參數(shù)的動志變化要符合對有關(guān)暫態(tài)過程的分析結(jié)果，趨勢和拐點應(yīng)與實際曲線致，不應(yīng)違反物

一

理規(guī)律

⑧仿真機報警和自動裝置動作應(yīng)和實際機組一致

④在相同的操作情況下，仿真機和實際機組相比，系統(tǒng)的暫態(tài)特性時間的偏差小于+20。

2．3火電仿真機應(yīng)具奮的能力

①仿真機應(yīng)提供連續(xù)、實時運行環(huán)境。實現(xiàn)在多種工況下的啟動、停機和正常運行的監(jiān)視操作。實現(xiàn)全部操作(無論是正確操作還是錯誤操作)，都應(yīng)和實際電站的反應(yīng)致J

一

②正�；虍惓�狀態(tài)下的全部參數(shù)在相應(yīng)的儀表、CRT及記錄儀表等設(shè)備上顯示年l1記錄。當參數(shù)達到或超極限時，應(yīng)與實際電站一樣報警或邏輯聯(lián)鎖保護動作l

⑨提供機組在不同運行條件下，分析和改進操作方式并進行優(yōu)化的試驗條件

④提供正確的故障、事故現(xiàn)象仿真，以提高機組運行人員正確判斷、處理各種故障及事故的應(yīng)急能力，并為進一步改進操作方式和制定反事故對策提供手段；⑤對機組的控制系統(tǒng)進行仿真試驗和控制系統(tǒng)的參數(shù)整定j⑥對崗值運行人員、技術(shù)管理人員定期耗訓(xùn)上崗或升前考核，提供反映運行人員實際操作能力和分析封斷能力的手段。

2．4火電仿真機關(guān)鍵的設(shè)備和技術(shù)2．4．1仿真計算機系統(tǒng)①應(yīng)是當前技術(shù)水平的計算機；

②應(yīng)有30％以上的機時和內(nèi)存容量富裕量j⑧具有仿真編程語言；

④操作系統(tǒng)是實對、多任務(wù)、多用戶UNIX系統(tǒng)2．4．2r／O接口系統(tǒng)

應(yīng)是分散式智能化下位機結(jié)構(gòu)方式、以太網(wǎng)通迅、速度達到賽時性要求、標準工藝制造。2．4．3盤／臺

標準工藝制造，其它設(shè)備應(yīng)與實際被仿真對象一樣。2．4．4支撐軟件

影響開發(fā)環(huán)境、時間、工期；影響用戶修改的難易。應(yīng)考慮其技術(shù)先進程度。2．4．5模型軟件

關(guān)系到仿真機的精度和逼真度。模型軟件的水平取決于算法的水平和建模方法。5火電廠全仿翼機的組成

3．1全仿真機硬件系統(tǒng)(見附圖)3．1．1控制盤／臺

盤／臺用于受訓(xùn)人員進行機組正常運行和故障處理訓(xùn)練。仿真機控制盤／臺應(yīng)裝有進行監(jiān)視和操作所必需的操作器、儀表、開關(guān)、光字脾、CRT監(jiān)視器和其它人機界面設(shè)備。盤／臺的布置、尺寸、形狀、顏色和動作功能應(yīng)盡量與參考機相同。3．1．2仿真計算機系統(tǒng)

仿真計算機是仿真機的核心，統(tǒng)一蛹度稔l控制仿真機各部分協(xié)調(diào)工作，使仿真機在規(guī)范規(guī)定的仿真范圍內(nèi)高逼真度地運行。仿真計算機應(yīng)選用當前技術(shù)水平的通用計算機。至少有30的機對和內(nèi)存空間富裕量。并具有仿真編程語言。3．1．0Vo接口系統(tǒng)

仿真機i／o接口系統(tǒng)是盤／臺與仿真計算機之間控制、處理和傳輸輸入輸出數(shù)字模擬信號的設(shè)備。I／O接口系統(tǒng)應(yīng)采用國際標準的通用組件，其精度和分辯率應(yīng)高于儀表設(shè)備的精度和分辯率。傳輸速度應(yīng)滿足仿真要求。應(yīng)有適量的備用。3．i．4終端和打印機

供給仿真機工程技術(shù)人員進行軟件開發(fā)和維護用。3．i．5教練員站

用于控制仿真裝置的運行，選擇和組合學(xué)監(jiān)培訓(xùn)項目，監(jiān)視學(xué)員的培訓(xùn)。教練員臺至少有一臺CRT和一個鍵盤。也可配置多臺CRT、無線遙控機、長圖記錄儀和其他設(shè)備。

．

I．6電站監(jiān)控機(或集散控制系統(tǒng))仿真設(shè)備采用仿真方式，或?qū)嵨锝槿朔绞健?/p>

采用仿真方式時，選甩x一終端或4ss／so微機實現(xiàn)軟件仿真。但人機界面鍵盤需要仿翩。采用實物介人時，其壘部人一機界面與實際電站一致，必要時采用國外引進界面設(shè)備。3．i．7就池操作站

用千受訓(xùn)人員進行現(xiàn)場設(shè)備的操作培訓(xùn)。有兩種模擬方法：①盤／臺模擬}③圈l肜終端模擬。3．i．8運行分析臺

對電站進行各種運行方式研究、分析用。3．i．9環(huán)境仿真系統(tǒng)

包括照明仿真、通訊仿真、聲響仿真，以獲得逼真的培訓(xùn)環(huán)境。3．2全仿真機的軟件組成3．2．i計算機軟件

①UNIx操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是程，的集合．用于管理計算機系統(tǒng)資源，輔助麻Jij程序的開發(fā)和執(zhí)行。操作系統(tǒng)應(yīng)是寅時、多任務(wù)、多用戶的系統(tǒng)j②FORTRAN，C／C++等語言j⑨網(wǎng)絡(luò)軟件j④圖形軟甜!。

3．2．2機組模型軟件系統(tǒng)是模擬被仿真對象的設(shè)備和生產(chǎn)過程的軟什。數(shù)學(xué)模型的建立應(yīng)以物理過程為基礎(chǔ)，符臺質(zhì)量、動量和能量守恒定律。故障模型應(yīng)包含在物理過程模型中，它應(yīng)由高級語言編寫，模塊化結(jié)構(gòu)，TOrDOWN結(jié)構(gòu)程序設(shè)計。3．2．3仿真支持較件系統(tǒng)

應(yīng)具有支持模型較件的開發(fā)、維護、修改、調(diào)試和實時運行的能力。具體要求。①大型數(shù)據(jù)庫和模塊庫管理，

②模塊化建模、TOPDOWN結(jié)構(gòu)程序設(shè)計；③單相可壓縮、不可壓縮流體壓力網(wǎng)絡(luò)圖形建模j④邏輯操作和控制調(diào)節(jié)回路的圖形建模j⑤離線、在線調(diào)試和修改模型軟件；。⑥快速的i／o管理。3．2．4教練員臺軟件

是實現(xiàn)教練員站培訓(xùn)控制功能所需要的全軟件。仿真機的培訓(xùn)控制功能是由教練員臺實現(xiàn)的。它實現(xiàn)的培訓(xùn)控制功能如下：①起動／停止；②初始工況選擇j⑤凍結(jié)／運行④故障的插入與刪除；⑤返回j⑥記錄／重演；⑦快存；@他逐／慢速；⑨超控}⑩開關(guān)檢查@改變外部參數(shù)；@L組參數(shù)監(jiān)視；@學(xué)員成績評定。

3．2．5電站髓控機(或集數(shù)控制系統(tǒng))仿真軟仆3．2，6就地操作仿真軟件

就地操作仿真，選擇雍機紐扁停成故障處理情況下必須進行的操作仿真。3．2．7機組運行分析和研究軟件3．2，8盤／臺設(shè)備診斷欹件

是用來檢查和維護仿真機系統(tǒng)和設(shè)備的專用程序。3．3全仿真機的仿真范圍

3．3，1仿真機控制室的全部監(jiān)視和控制設(shè)備，在外觀和功能上應(yīng)是真實電站主控制室相應(yīng)設(shè)備的復(fù)制品。獲得較高的物理逼真度，為運行人員提供逼真的培訓(xùn)環(huán)境。

3．3．2按生產(chǎn)流程進行仿真，從燃料制備到發(fā)電機_主變壓器組止，包括機、爐、電、控制器四太部分。與變壓器連接的電網(wǎng)被視為無窮大電網(wǎng)，電阿參數(shù)作為外部參數(shù)來設(shè)置。①鍋爐：鍋本體，燃燒、風(fēng)煙、汽水輔機系統(tǒng)等}

②汽機t汽機本體，凝結(jié)水、給水、主蒸汽、循環(huán)永、旁路、輔助蒸汽及油系統(tǒng)等，③電氣；發(fā)電機本體、主變壓器、勵磁系統(tǒng)、同期裝置、廠用電系統(tǒng)、網(wǎng)控站及冷卻系統(tǒng)t④控翩和保護：電站監(jiān)控機(或集散控制系統(tǒng))，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)、爐膛火陷安全監(jiān)視系統(tǒng)(FSSS)、旁路系統(tǒng)(BYPS)、小汽機調(diào)速系統(tǒng)(MEH)及其他全部控制邏輯保護聯(lián)鎖等�！�

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