《仿真機系統(tǒng)簡介》PPT課件.ppt

仿真機系統(tǒng)簡介,主要內(nèi)容,仿真機基本概念 仿真機系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 仿真機基本功能 仿真機建模,一、仿真機基本概念,1、主要技術(shù)術(shù)語 模型：對真實世界過程、概念或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為等某些方面的特征的理想近似表述。 物理模型：用物理相似的方法建立的模型。 數(shù)學(xué)模型：用數(shù)學(xué)符號和關(guān)系式表達的模型。 仿真：建立物理和/或數(shù)學(xué)模型，使其與真實世界過程、概念或系統(tǒng)（仿真對象）在相同受控輸入下的特定的特性是相像的。 物理仿真：使用物理模型進行仿真對象的仿真。例如：飛機模型風(fēng)洞實驗仿真。 數(shù)學(xué)仿真：使用數(shù)學(xué)運算工具（計算機）和數(shù)學(xué)模型進行仿真對象的仿真。 實時仿真：仿真過程中，在任一實際時間段內(nèi)表達了仿真對象相同時間段的特性。,2、仿真技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域、用途及分類 應(yīng)用領(lǐng)域： 工業(yè)領(lǐng)域 科技領(lǐng)域 航空、航天領(lǐng)域 用途： 用于研究、設(shè)計、分析 用于教育、培訓(xùn)、訓(xùn)練 分類： 按實現(xiàn)方式分：數(shù)字仿真/模擬仿真 按仿真范圍分：全范圍仿真/部分過程仿真 按實時性分：實時仿真/非實時仿真 按用途分：分析、研究型仿真/培訓(xùn)、訓(xùn)練、教學(xué)型仿真,3、火電機組仿真機 以火電廠發(fā)電機組為仿真對象的仿真 類型：數(shù)字仿真、全范圍仿真（自燃料制備至主變出口）、實時仿真、培訓(xùn)及分析研究型仿真 仿真內(nèi)容： 機組主控室環(huán)境 機組主控室運行人員監(jiān)控涉及的電廠設(shè)備和系統(tǒng) 機組主控室運行人員在啟停、故障處理中涉及的操作和顯示 仿真機組的正常、異常和故障工況（仿真機特有功能） 用途： 火電機組運行人員技術(shù)培訓(xùn) 機組運行方式研究 控制系統(tǒng)分析和研究,返回,二、仿真機基本結(jié)構(gòu),1、仿真對象 研究仿真機應(yīng)該首先對仿真對象有所了解，因為火電機組仿真機是以火電廠發(fā)電機組為仿真對象，所以下面簡要介紹火電廠的發(fā)電機組。 火電廠發(fā)電的具體原理不再詳細說明，主要介紹電廠的控制系統(tǒng)。電廠主控室運行人員的任務(wù)就是使用分散控制系統(tǒng)（DCS）對發(fā)電生產(chǎn)過程進行控制，具體過程如下圖：,DCS操作員站,DCS操作員站,DCS工程師站,. . .,DPU,發(fā)電機組 現(xiàn)場設(shè)備 (機/爐/電),卡件,廣播,廣播,廣播,DCS上位,DCS下位,發(fā)指令、組態(tài),發(fā)指令,發(fā)指令,現(xiàn)場,DI/AI,DO/AO,DI/AI,DO/AO,由上圖可知，控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備(被控對象)和DCS系統(tǒng)組成，兩者之間通過卡件連接， DCS系統(tǒng)又可分為上位和下位兩部分。要實現(xiàn)火電機組仿真機的仿真內(nèi)容（前述），對現(xiàn)場設(shè)備和DCS系統(tǒng)都要進行仿真，下面分別進行介紹。 現(xiàn)場設(shè)備 現(xiàn)場設(shè)備即系統(tǒng)的被控對象，在現(xiàn)場設(shè)有各種測點（溫度、壓力、差壓、電流、電壓）測出信號值，再經(jīng)過放大、變送等環(huán)節(jié)后送入控制系統(tǒng)中。 卡件 實現(xiàn)現(xiàn)場和DCS系統(tǒng)之間的通信，將現(xiàn)場測量信號送入DCS系統(tǒng)，將DCS系統(tǒng)的控制指令傳回現(xiàn)場。每個卡件有不同的通道，可傳送很多信號。 DCS系統(tǒng)簡介 下位DPU。 內(nèi)部裝有控制算法的程序，DCS上位進行控制時要調(diào)用DPU內(nèi)的算法進行運算。所謂“分散控制系統(tǒng)”的分散是指現(xiàn),場信號分站送入DCS系統(tǒng)，每個站一個DPU，只處理一部分信號。每個DPU傳送DI、DO、AI、AO四類數(shù)據(jù)，使用四個卡件，每個卡件和該DPU間傳送一類數(shù)據(jù)。DPU的功能是運算和傳遞數(shù)據(jù)。DPU將接收到的現(xiàn)場信號（DI、AI）傳遞給DCS上位進行控制，DCS上位進行控制需要調(diào)用DPU內(nèi)的算法進行運算，DPU運算完后又將控制指令（DO、AO）通過卡件傳遞回現(xiàn)場實現(xiàn)控制，這樣實現(xiàn)了閉環(huán)控制。 上位安裝運行DCS上位程序。 功能是接收DPU傳送的數(shù)據(jù)并進行控制。操作員模式和工程師模式是兩種工作模式，它們對DCS系統(tǒng)功能的使用權(quán)限不同。 操作員站只能對監(jiān)控畫面進行操作，即接收DPU傳送的數(shù)據(jù)后使用工程師站的控制邏輯進行控制，對DPU發(fā)控制指令。 工程師站除了可對監(jiān)控畫面進行操作外，還可以進行系統(tǒng)組態(tài)畫面組態(tài)、控制邏輯組態(tài)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫組態(tài)，改變控制邏輯組態(tài)后要進行編譯然后下裝到DPU中才能起作用。另外，工程師 上還能實現(xiàn)趨勢顯示、事故追憶等DCS系統(tǒng)的功能。,通信 現(xiàn)場信號到卡件，卡件到DPU之間是通過光纜、光纖等傳輸工具進行通信。 DCS向DPU下發(fā)指令是通過TCP協(xié)議，工程師站和每個操作員站都可以向DPU下發(fā)指令。 DPU向DCS站傳送數(shù)據(jù)是通過UDP廣播通信，DPU可將數(shù)據(jù)廣播給DCS工程師站及所有的操作員站。 DCS系統(tǒng)的具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)略。 、仿真機結(jié)構(gòu) 針對上述仿真對象，火電機組仿真機的具體結(jié)構(gòu)如下圖：,虛擬DCS操作員站,虛擬DCS操作員站,虛擬DCS工程師站,. . .,模型,通信程序,廣播,廣播,廣播,虛擬DCS上位,虛擬DCS下位,發(fā)指令、組態(tài),發(fā)指令,發(fā)指令,VDPU,共享內(nèi)存,廣播,模型站,廣播,共享內(nèi)存,虛擬現(xiàn)場,上圖的仿真機系統(tǒng)對仿真對象中的每一部分都進行了仿真。包括現(xiàn)場設(shè)備、DCS系統(tǒng)、卡件以及系統(tǒng)的通信，下面分別介紹對每一部分的仿真。 虛擬現(xiàn)場 對現(xiàn)場設(shè)備的模擬是通過在仿真支撐系統(tǒng)上搭建火電廠的模型（機爐電）來實現(xiàn)的，現(xiàn)場測點經(jīng)檢測變送后的信號相當(dāng)于模型中相應(yīng)模塊的輸出。建模工作就是如何在仿真支撐系統(tǒng)上搭建火電廠模型。 通信程序 通信程序?qū)崿F(xiàn)的是卡件的功能，即現(xiàn)場和DCS系統(tǒng)之間的通信。通信程序?qū)⒛Ｐ偷妮敵鲂盘査腿胩摂MDCS系統(tǒng)，將虛擬DCS系統(tǒng)的控制指令傳回模型。 虛擬DCS系統(tǒng) 下位VDPU。 與實際DPU功能相同，實際系統(tǒng)每個站有一個DPU，有一個IP地址，而VDPU是用一個程序?qū)崿F(xiàn)了所有站的功能，只要在一臺計算機上運行VDPU 程序即可，只有一個IP地址。,上位安裝運行虛擬DCS上位程序。 與實際DCS上位系統(tǒng)功能相同。根據(jù)VDPU與實際DPU的區(qū)別將實際DCS上位程序修改即可。 通信 將模型和通信程序放在同一臺計算機上作為模型站，這樣模型和通信程序之間通過共享內(nèi)存?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)。 保證模型站和VDPU在同一網(wǎng)段內(nèi)，模型站和VDPU之間可通過UDP廣播通信。 保證VDPU和虛擬DCS工程師站、操作員站在同一網(wǎng)段內(nèi)。DCS向DPU下發(fā)指令是通過TCP協(xié)議，工程師站和每個操作員站都可以向DPU下發(fā)指令。DPU向DCS傳送數(shù)據(jù)是通過UDP廣播通信，DPU可將數(shù)據(jù)廣播給DCS工程師站及所有的操作員站。 通信程序到VDPU之間的廣播數(shù)據(jù)是模型輸出值，即DCS系統(tǒng)的輸入（DI、AI），VDPU到通信程序之間的廣播數(shù)據(jù)是DCS系統(tǒng)輸出的控制指令（DO、AO），廣播數(shù)據(jù)的類型不同。,交 換 機,模型站,同一網(wǎng)段的局域網(wǎng),DCS工程師站,DCS操作員站,DCS操作員站,VDPU,仿真機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),返回,三、仿真機基本功能,1、模擬實際現(xiàn)場 對現(xiàn)場運行設(shè)備的模擬：用數(shù)學(xué)模型模擬火電廠的生產(chǎn)設(shè)備以及它們之間的連接關(guān)系，能夠輸出DCS系統(tǒng)需要的各種信號。在接到虛擬DCS系統(tǒng)下發(fā)的控制指令后能輸出與實際設(shè)備相像的特性，實時仿真。 對DCS系統(tǒng)的模擬：模擬實際DCS系統(tǒng)的上位和下位，實現(xiàn)實際DCS系統(tǒng)的功能畫面監(jiān)視、控制操作、系統(tǒng)組態(tài)等。 通信的模擬：實現(xiàn)仿真機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。 主控室布局的模擬：硬件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的模擬。 、仿真機特有功能 上述功能使仿真機能夠模擬現(xiàn)場，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備和操作系統(tǒng)的功能。除此之外，仿真機還有一些特有的教練員功能，教練員站就是模型站，下面介紹模型站上的教練員功能。,存取工況 啟動仿真機系統(tǒng)后，可以根據(jù)情況隨時存工況，此時模型中各個模塊的實時數(shù)值和DCS系統(tǒng)中的實時數(shù)值就被保存下來作為初始條件，需要時可以再調(diào)出該工況進行操作。 一次練習(xí)結(jié)束存工況，下次來可以調(diào)出該工況繼續(xù)操作；存入工況后，可以重復(fù)調(diào)出該工況，練習(xí)操作步驟，現(xiàn)場不可能實現(xiàn)；做故障需要在一定的工況上進行。 抽點，回退 不用存工況，選擇手動自動抽點，系統(tǒng)便會存儲臨時工況，需要時可將臨時工況調(diào)出使用，臨時工況在本次關(guān)閉仿真機系統(tǒng)后自動消失。 添加故障 為訓(xùn)練運行人員應(yīng)對機組發(fā)生故障的能力，可以在仿真機上模擬發(fā)生故障的情況，現(xiàn)場不可能實現(xiàn)。模型中的模塊輸入有專門的故障輸入口，用來實現(xiàn)故障，可將各種故障排成列表供以后使用。,動態(tài)參數(shù)監(jiān)視、曲線顯示 啟動仿真機系統(tǒng)后，可以在模型里選擇想要監(jiān)視的模塊參數(shù)，監(jiān)視其變化趨勢，另外還可以顯示參數(shù)的實時曲線。,返回,四、仿真機建模,1、熟悉火電廠生產(chǎn)設(shè)備的原理及連接關(guān)系 鍋爐 制粉系統(tǒng)：磨煤機，給煤機 燃燒系統(tǒng)：點火裝置，爐膛傳熱 風(fēng)煙系統(tǒng)：一次風(fēng)機，二次風(fēng)機，引風(fēng)機，空氣預(yù)熱器，氧量調(diào)節(jié)，爐膛負壓調(diào)節(jié) 汽水系統(tǒng)：（汽包），水冷壁，下降管，省煤器，過熱器，再熱器 汽機 除氧給水系統(tǒng) 抽汽系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng) 凝結(jié)水系統(tǒng)、凝汽器真空等 電氣 廠用電系統(tǒng) 同期、并網(wǎng) 勵磁系統(tǒng)等,、熟悉仿真支撐系統(tǒng)上的建模方法 建立算法庫 算法庫包含若干算法，算法由FORTRANC+ BUILDER等程序編制，運行模型要調(diào)用算法庫中的算法。算法庫中應(yīng)包含機爐電各種設(shè)備的專業(yè)算法，一些基本的算術(shù)、邏輯算法，還應(yīng)有閥門，電機，壓力節(jié)點，流量，換熱等公用算法。另外還可以自己根據(jù)需要建立算法和算法庫。 在算法庫中選擇適當(dāng)?shù)乃惴ń⒛K 每個模塊有若干個輸入、輸出、中