《仿真机系统简介》PPT课件.ppt

仿真机系统简介,主要内容,仿真机基本概念 仿真机系统基本结构 仿真机基本功能 仿真机建模,一、仿真机基本概念,1、主要技术术语 模型：对真实世界过程、概念或系统的结构、行为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。 数学模型：用数学符号和关系式表达的模型。 仿真：建立物理和/或数学模型，使其与真实世界过程、概念或系统（仿真对象）在相同受控输入下的特定的特性是相像的。 物理仿真：使用物理模型进行仿真对象的仿真。例如：飞机模型风洞实验仿真。 数学仿真：使用数学运算工具（计算机）和数学模型进行仿真对象的仿真。 实时仿真：仿真过程中，在任一实际时间段内表达了仿真对象相同时间段的特性。,2、仿真技术应用领域、用途及分类 应用领域： 工业领域 科技领域 航空、航天领域 用途： 用于研究、设计、分析 用于教育、培训、训练 分类： 按实现方式分：数字仿真/模拟仿真 按仿真范围分：全范围仿真/部分过程仿真 按实时性分：实时仿真/非实时仿真 按用途分：分析、研究型仿真/培训、训练、教学型仿真,3、火电机组仿真机 以火电厂发电机组为仿真对象的仿真 类型：数字仿真、全范围仿真（自燃料制备至主变出口）、实时仿真、培训及分析研究型仿真 仿真内容： 机组主控室环境 机组主控室运行人员监控涉及的电厂设备和系统 机组主控室运行人员在启停、故障处理中涉及的操作和显示 仿真机组的正常、异常和故障工况（仿真机特有功能） 用途： 火电机组运行人员技术培训 机组运行方式研究 控制系统分析和研究,返回,二、仿真机基本结构,1、仿真对象 研究仿真机应该首先对仿真对象有所了解，因为火电机组仿真机是以火电厂发电机组为仿真对象，所以下面简要介绍火电厂的发电机组。 火电厂发电的具体原理不再详细说明，主要介绍电厂的控制系统。电厂主控室运行人员的任务就是使用分散控制系统（DCS）对发电生产过程进行控制，具体过程如下图：,DCS操作员站,DCS操作员站,DCS工程师站,. . .,DPU,发电机组 现场设备 (机/炉/电),卡件,广播,广播,广播,DCS上位,DCS下位,发指令、组态,发指令,发指令,现场,DI/AI,DO/AO,DI/AI,DO/AO,由上图可知，控制系统由现场设备(被控对象)和DCS系统组成，两者之间通过卡件连接， DCS系统又可分为上位和下位两部分。要实现火电机组仿真机的仿真内容（前述），对现场设备和DCS系统都要进行仿真，下面分别进行介绍。 现场设备 现场设备即系统的被控对象，在现场设有各种测点（温度、压力、差压、电流、电压）测出信号值，再经过放大、变送等环节后送入控制系统中。 卡件 实现现场和DCS系统之间的通信，将现场测量信号送入DCS系统，将DCS系统的控制指令传回现场。每个卡件有不同的通道，可传送很多信号。 DCS系统简介 下位DPU。 内部装有控制算法的程序，DCS上位进行控制时要调用DPU内的算法进行运算。所谓“分散控制系统”的分散是指现,场信号分站送入DCS系统，每个站一个DPU，只处理一部分信号。每个DPU传送DI、DO、AI、AO四类数据，使用四个卡件，每个卡件和该DPU间传送一类数据。DPU的功能是运算和传递数据。DPU将接收到的现场信号（DI、AI）传递给DCS上位进行控制，DCS上位进行控制需要调用DPU内的算法进行运算，DPU运算完后又将控制指令（DO、AO）通过卡件传递回现场实现控制，这样实现了闭环控制。 上位安装运行DCS上位程序。 功能是接收DPU传送的数据并进行控制。操作员模式和工程师模式是两种工作模式，它们对DCS系统功能的使用权限不同。 操作员站只能对监控画面进行操作，即接收DPU传送的数据后使用工程师站的控制逻辑进行控制，对DPU发控制指令。 工程师站除了可对监控画面进行操作外，还可以进行系统组态画面组态、控制逻辑组态和系统数据库组态，改变控制逻辑组态后要进行编译然后下装到DPU中才能起作用。另外，工程师 上还能实现趋势显示、事故追忆等DCS系统的功能。,通信 现场信号到卡件，卡件到DPU之间是通过光缆、光纤等传输工具进行通信。 DCS向DPU下发指令是通过TCP协议，工程师站和每个操作员站都可以向DPU下发指令。 DPU向DCS站传送数据是通过UDP广播通信，DPU可将数据广播给DCS工程师站及所有的操作员站。 DCS系统的具体网络结构略。 、仿真机结构 针对上述仿真对象，火电机组仿真机的具体结构如下图：,虚拟DCS操作员站,虚拟DCS操作员站,虚拟DCS工程师站,. . .,模型,通信程序,广播,广播,广播,虚拟DCS上位,虚拟DCS下位,发指令、组态,发指令,发指令,VDPU,共享内存,广播,模型站,广播,共享内存,虚拟现场,上图的仿真机系统对仿真对象中的每一部分都进行了仿真。包括现场设备、DCS系统、卡件以及系统的通信，下面分别介绍对每一部分的仿真。 虚拟现场 对现场设备的模拟是通过在仿真支撑系统上搭建火电厂的模型（机炉电）来实现的，现场测点经检测变送后的信号相当于模型中相应模块的输出。建模工作就是如何在仿真支撑系统上搭建火电厂模型。 通信程序 通信程序实现的是卡件的功能，即现场和DCS系统之间的通信。通信程序将模型的输出信号送入虚拟DCS系统，将虚拟DCS系统的控制指令传回模型。 虚拟DCS系统 下位VDPU。 与实际DPU功能相同，实际系统每个站有一个DPU，有一个IP地址，而VDPU是用一个程序实现了所有站的功能，只要在一台计算机上运行VDPU 程序即可，只有一个IP地址。,上位安装运行虚拟DCS上位程序。 与实际DCS上位系统功能相同。根据VDPU与实际DPU的区别将实际DCS上位程序修改即可。 通信 将模型和通信程序放在同一台计算机上作为模型站，这样模型和通信程序之间通过共享内存传送数据。 保证模型站和VDPU在同一网段内，模型站和VDPU之间可通过UDP广播通信。 保证VDPU和虚拟DCS工程师站、操作员站在同一网段内。DCS向DPU下发指令是通过TCP协议，工程师站和每个操作员站都可以向DPU下发指令。DPU向DCS传送数据是通过UDP广播通信，DPU可将数据广播给DCS工程师站及所有的操作员站。 通信程序到VDPU之间的广播数据是模型输出值，即DCS系统的输入（DI、AI），VDPU到通信程序之间的广播数据是DCS系统输出的控制指令（DO、AO），广播数据的类型不同。,交 换 机,模型站,同一网段的局域网,DCS工程师站,DCS操作员站,DCS操作员站,VDPU,仿真机网络结构,返回,三、仿真机基本功能,1、模拟实际现场 对现场运行设备的模拟：用数学模型模拟火电厂的生产设备以及它们之间的连接关系，能够输出DCS系统需要的各种信号。在接到虚拟DCS系统下发的控制指令后能输出与实际设备相像的特性，实时仿真。 对DCS系统的模拟：模拟实际DCS系统的上位和下位，实现实际DCS系统的功能画面监视、控制操作、系统组态等。 通信的模拟：实现仿真机系统的数据通信。 主控室布局的模拟：硬件和网络结构的模拟。 、仿真机特有功能 上述功能使仿真机能够模拟现场，实现现场设备和操作系统的功能。除此之外，仿真机还有一些特有的教练员功能，教练员站就是模型站，下面介绍模型站上的教练员功能。,存取工况 启动仿真机系统后，可以根据情况随时存工况，此时模型中各个模块的实时数值和DCS系统中的实时数值就被保存下来作为初始条件，需要时可以再调出该工况进行操作。 一次练习结束存工况，下次来可以调出该工况继续操作；存入工况后，可以重复调出该工况，练习操作步骤，现场不可能实现；做故障需要在一定的工况上进行。 抽点，回退 不用存工况，选择手动自动抽点，系统便会存储临时工况，需要时可将临时工况调出使用，临时工况在本次关闭仿真机系统后自动消失。 添加故障 为训练运行人员应对机组发生故障的能力，可以在仿真机上模拟发生故障的情况，现场不可能实现。模型中的模块输入有专门的故障输入口，用来实现故障，可将各种故障排成列表供以后使用。,动态参数监视、曲线显示 启动仿真机系统后，可以在模型里选择想要监视的模块参数，监视其变化趋势，另外还可以显示参数的实时曲线。,返回,四、仿真机建模,1、熟悉火电厂生产设备的原理及连接关系 锅炉 制粉系统：磨煤机，给煤机 燃烧系统：点火装置，炉膛传热 风烟系统：一次风机，二次风机，引风机，空气预热器，氧量调节，炉膛负压调节 汽水系统：（汽包），水冷壁，下降管，省煤器，过热器，再热器 汽机 除氧给水系统 抽汽系统、辅汽系统 凝结水系统、凝汽器真空等 电气 厂用电系统 同期、并网 励磁系统等,、熟悉仿真支撑系统上的建模方法 建立算法库 算法库包含若干算法，算法由FORTRANC+ BUILDER等程序编制，运行模型要调用算法库中的算法。算法库中应包含机炉电各种设备的专业算法，一些基本的算术、逻辑算法，还应有阀门，电机，压力节点，流量，换热等公用算法。另外还可以自己根据需要建立算法和算法库。 在算法库中选择适当的算法建立模块 每个模块有若干个输入、输出、中