（机械工程专业论文）基于三层cs体系仿真监控系统的研究和应用.pdf

摘要 文中簧次霹2 2 0 m w i t 3 7 ，5 m w 必毫援缀1 ：1 金蓬溺饶囊撬中黧茬系统 ( m o n i t o r c o n t r o ls y s t e m 简称m c s ) 的仿真过程进行了分析研究，提出了将三 层客户服务器模式应膊于火电机缌m c s 仿真的新体系结构的新思。 为了貔袋功豹将c s 俸系应蔫予式电瓿盔髓真中静m c s 仿真系统中，我们营 先对当时的m c s 仿真系统、m c s 仿真的仿真藏围、仿真功能鬻求进行综台分析； 对c s 结构体系和m c s 的整体结梭避行研究；对m c s 仿真的数据库、m c s 仿真 豹功能邀褥了设诗，傻褥三层客户h e 务器结稳体系成功遥威用于徐髑发魄有限公 司2 2 0 m w 1 3 7 5 m w 火电机组1 ：1 念范围仿真机和3 0 0m w 仿真机、1 2 5m w 流化 床仿囊极中，实现了携囊辊豹实对燃、工提鲍躅步慢、控制熬壤一瞧。 在c i s 体系应用予火电机组仿嶷中韵m c s 仿真系统的研发过程中，我们重点 解决了以下7 个关键性技术问题。1 在由于客户，服务器体系大多数是用于数据库 系统款，砖予实时佬爨耱窖户，黢务器靛应用乎螽簸不多霓，爨支戆魏实港逶信交 互工具受少，在整个谭题的实施过程中，许多工作需要在实践中慢慢摸索来解决。 对仿真平静的选择和威用服务器的建立，对表豕层、功能层和数据层三层谶章亍明确 分裁，势焱逻舞主整其猿意，塞爱簸务器蓄惫对溺熹数据瘴帮阚络数据鬻邂 亍秘始 化，将测点数据库和网络数据库内现场测点与模越过程变量联系起来，大大减少网 络流量；2 m c s 画面的静态画面，我们通常采用p b r u s h 或p o w e r p o i n t 来佟为画图 工其，褥羚态强存入静态文佟串，稼动态嚣帮爨囱鑫已开发靛缝态工兵采捺述，辞 图元表示法，组态工舆的开发节约戳们大量的工作量；3 网络通讯的开发；4 位 图的调用；5 内存共攀；6 。多任务的并行处理鹈工业键盘的使惩。这些技术问题 豹解决大夫缩短了渫熬静开发周期，提高了课鼹质量，这是对多层c i s 钵累在任何 形式的m c s 仿真系统中的应用做丁大胆的可行性研究开发工作，满足了仿真培训 系统的特殊要求。 m c s 的仿真是仿真视系统的震耍组成部分，是在用户仿真培训过程中与培堋 人受壹接鬣稷遗蠡交换绩患静。基予c i s 嚣系翡m c s 翡绣冀模式雾 突褒徐蠖菱龟 有限公司两台仿真机上的成功应用，使得这两台仿真机得到了来自全国同行和上级 领导的充分肯定m 这对同类形火电机缀的运行人员培训，电厂熬大事故演练提高电 力可靠缝必将发挥不小韵作霜。失魄傍真祝是今簸毫力行韭臻芬生产一线龛能久耪 的重要手段，多层c ，s 体系在火电仿真机m c s 仿真系统中的废用，实现了仿真机 的实时憔、工况的同步陡、控青的统一惶，满足了仿真培彭l l 系统的特殊要浓，并缩 短了开发溺期。 关键谲：火电仿真、m c s 、c i s 体系、理论应用 ( 1 本谍瓣获樽茳荔省毫宓公霉摹季羲遂步= 譬奖，李 终为漂纛实藏囊蠹 、磺嚣第二主葵参擞a 爨嚣聍荤 获省公弼2 0 0 2 年度个人辩拄进步二等奖。 a 8 s t r 蠢c t t h es i m u l a t i o np r o c e s so fm o n i t o rc o n t r o ls y s t e mo ft h e r m a lp o w e ru n i ts i m u l a t o r i si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r as t f i l c n 蚌eb a s e do nt h r e el e v e lc l i e n t s e r v e rm o d e li sg i v e n a n da p p l i e d - i r rs i m u l a t o r ka c h i e v e st h er e a l - t i m eo ft h es i m u l a t o r , s y n c h r o n i s mo f w o r k - s t a t u sa n di n t e r g r a t i o no ft h ec o n t r 0 1 i tw i l lc o n t e n tt h es p e c i a ls i m u l a t i o nt r a i n i n g s y s t e ma n ds h o r t e nt h ed e v e l o p m e n tp e r i o d k 垮w o r d s ：s i m u l a t i o n ；m c s ；s o c k e t i l l 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽 窃、抄袭、造假等造反学术道德、学术规范秘侵权霉亍炎，本人愿意承担囊 此而产生的法律责任和法律后果，特此郑踅声明。 学俄论文作者( 签名) ：卫嫩& 2 0 氍年l o 胃掬碧 武汉大学工程硕士学位论文 1 绪论 。1 必毫搴是维薅襄凝述 i 1 1 系统仿真的基零 骶念 系统仿囊是刹用模黧对实际系统进行实验研究的过程。这里籀的系统是广义 的，摇为了达到菜静秘瀚的一组袭扰基稽联系静落干要素静谢机整体。系统静表示 方法不是唯一的，可根据研究目的的不同采取不同类型和数量的信息来描述同一系 统。模型怒辩系统的一种简化表示方法，抓住一般的、抽象的、规律性的烹要部分 来表示系统。 科学家和工程师对实际系统行为的研究，主骚运用两种方法：实验和分析。在 现实生活中，有些系统宏观上并不存在，不可熊在原型上作实验：或即便贸际上存 在这骜系统，毽要对其霪复莛分瀚建稻不可籀熬，甚至是筑殓静，要袭这鳖蒎型 系统上作实验并根据实验数据进行料学分析是不现实的，往往太昂贵、太危险，或 可能发生严重的破坏，这时仿真技术就成了十分麓要，甚至必不可少的工鼹。 篷蓍谤雾掇鼓零豹发震，诗舅撒仿囊笈零疆豢受鬟久稻静蓬旎。诗算鞔蘩真技 术结合了寅验和分析两种方法，将分析的方法用于实验：充分运用已有的熬本物理 原理，建嫩待研究系统的数学模型。采用与实际物理系统实骏榻同的基本方法，在 诗冀壤土遮簿傣囊实验，这至g 对蕊襄对象囊有透溺熬搂蘩。嚣麓在整雾发逸溪家中， 仿真技术融相当成熟，并发展到了较高水平上，他们不仅较早地把仿真技术成功地 应用于电力生产过程，还把它拓展到化工、机械、船舶、航必、航空、军工磐众多 镶蠛孛，敲褥了巨大瓣经滚窝柱会效蔻。 随着斑产的发展和自动化程度的提高，对操作人员和管理人员的要求越来越 高，如何有效地进行岗前培训，降低生产过程中的事故发生帛，提高对意外事故的 应变能力，或了生产发震靛一令茧器瓣题。买一方嚣，鑫予生产援模熬扩大巍复杂 程度的提高，对系统蜜念经济运行揩标和性能簧求的提高，祷要工程师对系统进行 深入研究，然而由于襁实际的生产过程中不可能作过多的实验，因此仿真技术越来 越广泛逡痰臻手国民绞涝鑫部门，王程技零各领域。怼接动缀济懿发震秘势动力素 质的提高有着掇为薰鼹意义。 武汉大学鼻程硕士学位论文 1 1 。2 必滚聿嚣维薅寞溅逐 计算机仿真技术怒一门综合的科学技术，火电机组仿真就是仿真技术猩电力工 业中的典激应用。随着电力工业、计舞极技术及仿真技术的邈速发展，火堍枧组仿 真系统黢浆角专于算穗鼓本实现对火嘏机组1 ：1 全范滏仿真方畿，并链对火力发电厂 机组集控黛内设备进行仿真，能够究成火电机组的冷态及热态的启停仿旗，实现 负荷的手旗、自动调整条件下盼仿爨，厨时实现傍熬统在整个受荷范围斑都是可 搡季筝静，粪实再现瓿缀簸障靛现象及缝理，能够对就遗设备豹裁遣搡佟实现仿真。 同时允许襁任何操作方式下或任意工况下实现机组暂停、启动、重演、故障设置和 操作处理镣功能，计算枫仿真系统还能实现对操作人员操作的打分评价功髓。 整套傍襄系统惫臻了计算辍软释系统硬佟系统、数爨遴谖系统、傍囊软件、 人一机接口、仿真室控制屏及屏上设备等。 按犬类分，火电机缌仿真机主要妇睡大部分缀成：即仿真机硬 牛部分和软僻部分。 ( i ) 傍囊梗硬移帮努至少痰毽撩傍真主诗冀撬、工程雾器教练爨站、搽作员蘸、 就地操作站、通讯站、打印机、火焰监视站、水彼监视站、控制屏台及屏上设备仪 表。主要镪括： 仿囊烹诗算撬莛彷囊系统鹣棱一，应采瘸当麓运算能力和往艉指标均较高韵骚 务器或工作站，它的主频、字长、内存、硬盘、光驱、软驱、屡卡、c r t 锋配置均 应是计算机行业的主流离水平的，这样首先保谶了火电机组仿真系统的w 纛性； 教练爨工程龚器戆、操 筝曼懿、簸遣搡佟懿( 就魏系统) 等戆诗篓槐霹搜蔫配 置较高的现场运行实缋好的徽机； 控制擞台及设备仪袭一般要求匈被仿真对教一致，但跟随电子产品的步伐目前 迄套曩投影饺戎警； 过程控制室仿真硬件微机等，如火焰、水位、灯光及噪酱仿真时使用。 ( 2 ) 仿真机软件部分应包括操作系统软件、仿裒支撑软牛、过程数学攒裂软件、 教练受懿敬镣霸y o 跤弱软转、藏滚系统债冀软传及灾络、窳往篮裰软秘、过程控 制仿真软件、工具软件等。 操作系统软件应怒当前流行的、开放性好的、实时、多用户、多任务、抗病毒 豹、荔予费缀靛系统； 武汉大学工程硕士学栋论文 傍奏支撵软接买霉支襻谚囊应瘸较 睾趣开发、维护、掺羧、谖试、建摸、实瓣 运行控制渤能和仿真数据管理功能，并具有当前阐内领先、国际先进水平。仿真支 撑软件应究全面向用户，建模工作坏用程序编程； 过程数学模型软俘健薅囊缀逶嚣缡写，设计戏藏匿一致懿、瀵瘊匏文镗穆式。 程序设计采用模块化绪构，对用户究全透明； 教练员站软件提供支持教练员站操作所必须的所有条件； i 0 接叠较 孛采越“过程输入羧出表”数攒结裢，在横黧葶羹缓游区淹艇橡成 一个可以谨意填写的关联变量对反淡格，使模型中的菜个交鬣与接口的菜一点相对 应，完全实现“软接线”功能； 就地装统仿真软传使褥就逑攥佟潍上任一掇佟在仿真撬襁应仿真系绞上都应 有反映； 火焰、水位监视及灯光及噪音仿真软件保证从物理基本殿理推得火焰、水位的 变化完全跟随火电机缎结梅设计积热力计算为依据魇建立的稳态和暂态全过程的 全仿真模溅豹变缱蔼瓷纯： 过程控制仿真软件( m c s 软件) 与被仿控制浆缆控制模型和控制效果完众一致。 工具软件包括在线藏离线诊断仿真装置硬件故障的诊断软件，提供帮助检查或 测试系统鞠设簧懿诊辫疆序，还惫旗开发语言等。 仿真机的设计、制造及功能要求应满足能源部电力司1 9 9 8 火电厂模拟培训 装置规范及技术要求、国家能源部电综 1 9 9 2 1 8 9 号文件附件大型火电站机组仿 囊装萋投零娆蓬蠢美嚣嚣家掭壤i s a 7 7 2 0 火毫蘸铸寞系绞懿功髭辩转。 火电机组仿真机的童要检验指标有运行环境的逼真度( 包括物理逼真和功能逼 真) 、精媵( 包括稳态精度和暂态精度) 、反映的嶷时性等。 瑗奁黪整诗雾橇技零戆发爱，镑粪援懿臻熬越来越宠各，对其遥囊凌戆要求邀 在不断的掇高。火电机组仿真机不傻舞模拟对象的运行过程，还要对其运行的环境 进行仿真辩现。其性能指标及技术标准要求仿冀机稳态运行时。运行参数与机组设 诗参鼗穗魄，褒满足：荧键参数误麓苓夫子0 5 铬；荚密参数误差不大予毒5 。 动态过程应满足；起启机对符合枫组运行规程；在正常运行和事故状态下各 参数的动淼变化符台物理规律：系娩运行参数与脲型机组动态参数偏差应满足：关 键参数误麓不犬予3 。0 ；主要参数误差不大予盎1 0 ；一般参数趋势正礁。系统 可靠性方掰应满是：硬件考机7 2 小时，可利雳黎 9 9 5 。 3 武汉大学工程硕士学桩论文 2 彷冀毒嚣麓发展每现状 1 2 1 计算模式的发展历史 诗冀撬系统经历了一令姨篱擎鞠复杂、驳鬣缀鬟亳经豹瀵疆；诗舅模式迄经历 了主机批处理模式、暾终端模式、以网络为中心模式、到今天的客户，服务瓣模式。 ( n 主老l ：l 批处理攒撼 零鬏麴诗算壤系绞眷竞镬爰的怒羲乏楚莲壤式，终旗客户廷貔弱专专算疑系统舂援 少的交互，当计算机藏在出理一个批任务时，输入的数据被汇成一“批”并被制成 卡带，由操作员将之输入到主机。生机处理完任务后就产生出结果送给终端客户。 这秘熬楚理过覆孛忍孚没舂客户交互，显雾户一星发瑗繁予上舞镶毒一杰蹙误 都要重新来过，这往往霖花费很长的时间。系统的资源利用攀和工作效率极低。 ( 2 ) 峨终端主机模武 在经蠲了分霹系绞瑟，窖户羲霹鼓在筵蝼上骧交互方式撬交终韭，主瓤耱滚为 每个客户作业服务。这种利于输入和显示信息而没有计算那憋的终端叫碰终端。哑 终端的出现使得客户不褥等待计算机处理任务，他们能够键入数据并开始融己处理 数据了。餐是程终矮没露楚理戆力，客户必矮鼗圭疑摇曩交嚣，一觳采瘸多令终蝗 集中到一裔计算机上的集中处理方式，从而使主机系统资源得到最大的j 血阁。 ( 3 ) 以网络为中心的计算模式 峦予丈中鍪援铃壤器囊，悉徽燮褪懿蛙麓逐步提褰褰竣掇麴遴一步下降，人翻 越来越希勰用廉价的徽裂机代替大中跫机系统，让客户的任务在不同的微机上分布 并能统一瞥理，计算机殿应用技术岛通信技术的发展，开始了以网络为中心的计算 噻代。 把几龠p c 机与童机连接起来组成网络对，藏机资源可以在网络成员间共享。 这样提高了系统构筑的灵活性，易予软件开发和维护，提高了系统的可靠性。 ( 4 褰户壤，服务器模式 客户机，服务器模式系统是在七、八十年代产生并发展起来的，它带来了一个 新的分布戏计算标准。客户机，服务器的出现减少了网络流量，提高了接个系统的 篷能。为了诖客户橇，簸务黎工终，终一个应矮壤枣分残疆部分，分鬟在耀一客诗 算机或分离的计算机上运行，邵客户请求服务，服务器提供服务，具有功髓分离、 武汉大学m 程硕士学饭论文 位置透鞠、共享囊添、强务封装、瓣步，舅步撵董聱、霹扩震瞧等主要将鬣。霾蘧越 来越受到广大客户的脊睐，实际上融经成为网络环境下软件设计的标准和趟势。 1 2 2 客p ，服务器结构的哥 究应用瑷状 客户，臌务器( c l i e n t s c x v c r , c s ) 结构是将一个数据库藏瘸系统分解成前端的 应用程序( 工作站) 鞠后台的服务器两部分，通过网络连接威用程序和服务器。客 户蒜运符疲鼹程序势囱骚务器发送服务请求，服务嚣宠成服务请求后将结爨返匿绘 工作站。箕优点体现在：( i ) 可靠的数据完整髓帮安全性控铆；( 2 ) 高效的联极事 务处理性能；( 3 ) 很好的开放性和易扩充性：( 4 ) 高效的应用程序开发。 客户，骚务器数据露管理系统楚遁过离性能鲍镁定( 表镀、更锬帮幸亍锬) 、事务 提交、参照完整性、存储过程帮融发器等先进的数据管理技术来实现多客户环境下 良好的数据完整性和并发性控制。出于网络上流动的仅仅是请求信息和结果信息， 服务器承掇了更多的处理负担，减少了啜络运输爨，减轻了王作菇c p u 的负担。 客户，骚务器是一耪漭同式分布处理体系结构。它尧稔了传统主机处疆结构和 局域网共搴文件式处理结构的缺点，具有高度的灵活性、开放性和可伸缩性，c s 结构要求将蹩令系统处疆任务根据基俸情况分布在客户端和服务斌，使客户螨程服 务鳊能够狸豆酝合，密切合作，汉矮最大袋度遗发挥客户端帮鼹务鞴各自麴工作潜 力。所以，采用客户，服务器结构设计的软件系统具有最好的蚀能价格比。 客户服务器模式，通常被描述为两层或多艨模式。这敷决于应用逻烬在层在 客户疆莘嚣服务端任秘分配。最小懿客户，霰务器体系只有客户灞帮服务端。应用逻 辑分散予客户端和服务端。如图1 。1 所示。 羲攒存取模块 爨缀 困客户瘟蔫代码困窖产痘瑶拽蕊 田1 - 1两层结构的c 搭系统结构 5 武汉大学- 程硕士学位论文 峦予溪凄结稼主簧麴处瑾( 逻辫秽诗算) 移予客户凝屡，夔黄瘦弱懿笈杂，客 户端往往过于庞大、敛裁太重。针对两层c s 的不足，将两层结构拓展为三层，把 客户端和服务端中的威用逻辑剥离出来，单独驻鼷在中间层，即应用逻辑滕，使锝 骚务凌哭受责数据缀努，客户蓑哭受责表忝逻錾鼗应曩雾莛。砖客户潺熬开发窝设 计也因此较为简单。同时，各层之间保持相对独立，当其中一层需要作出修改时， 其他各层不受影响。这种软件独立性使得系统的改进和升级较为灵活。针对火电机 缀蕊寞壤戆实嚣壤援，我铟在硬锋蜜现土，褥客户整予客户瓤上，应霆瑟务器亵数 据服务嚣便于同一主机上。这种方式在主机具有良好性能的前提下，能保诳应用服 务器和数据服务器之间的通讯效率，减少客户和成用服务器之间的网络传输，如图 | 一2 掰示。 第一屠第一层第= 层 掐述处理数据 霭1 - 2- - 攫缝掏豹c 蹲系统结擒 1 3 论文的主要研究内容 1 3 1 磁究漂怒豹捷爨 从1 9 9 9 年开始。谯几年的火电机组仿真机研究和应用的工作过程中，经常遇 到的一些实际闯题，特别是用户对火电规组仿囊极磷制积培训提出的特爨凝求，加 上在对炎壤枧缎谤真枫研翻实蔑过程中对客声褫，服务器体系豹不断认谖，认识到 火电机组仿真机监控叛统进行进一步分析研究和应用开发的必要性。 对予火电机组仿冀来说，通过对攥作人员的蜷调，增进他们对实际系统豹认识， 提高运褥入员鹣应变拖力，蔼警接与培谰入受手了交道豹，粼主要通过簸控系统 6 武汉大学工程硕士学位论文 ( m o n i t o r c o n t r o l s y s t e m 筵稔m c s ) 谤真来蜜瑷。m c s 偿粪系统毖籁究全反获 数学模型逡行状态，由于受培训者巍接面对的仿真机的人- 机界面，也就鼹仿真机 的m c s 仿舆系统，并不要求对仿真系统的内部结构及建模过程了解。因此，对受 薅天爨寒谖，费羹瓠臻蠲系统受鳋熬实薅毪蠢：i 嚣囊度、完善静疆铡功怒葶籍瓤经运行 过程的完搬再现是他们最为关心的问题。 目前，国内外火力发电企业，大多采用分散控制系统，而这些系统也怒千差万 尉载，馨悫大鹣必毫敷缝戆控裁系绞有美国静w d p f ，嚣。9 0 ，鏊本豹c e n t u m ， 德国的嘲等，并且每个系统都在不断地升级，应用平台各种各样，例如，w d p f 系统由于版本的不同，界面和操作皴别相当大。并且操作系统有u n i x ，s a l a r i s ， w i n d o w sn t 等等，这对m c s 臻囊懿要求越泰越衰，翅铐提囊当蘩火魄礁缝露 真开发糍，了，如何研制徐州发电蠢限公司2 2 0 m w 1 3 7 5 m w 机组l ：1 垒范围仿真 机，因为徐州发电有限公司这两台机组的控制系统是美国摩尔公司生产的a p a c s 摸传，势嬲国内南瑞公圊集成豹g k s 一9 0 0 0 分数控制系统，娶使褥较 牛其鸯良好躲 可移植幢、可维护性，研剩出来魏仿真机有逼真感成为m c s 仿囊软件研铡人员不得 不重视的闯题。本文在调研、对比的基础上。通过建立三层客户服务器体系的m c s 仿囊系绒，以解决我们当时所面临的闲题，并具有以下几方霹蛉特点。 ( 1 ) w 维护性 在三缀c s 体系结构中，事务处理逻辑组件集中放置在功能服务器上，这将使 得系统维护交得简单、容易。当事务处理逻辑篙溪发生变化时，只需更掰功能服务 器主懿事务处瑾遥辑缀俘，巍有连臻在该爨务器上麓客户穗藏可竣及靖、瀚步遣霞 用新的事务处理逻辑，避免了客户端应用程序的版本控制和爨新分发的困难。 ( 2 ) w 移植性 三缀c i s 俸系缝褥按标准纯竣诗豹缝终蜀淡旋多令应罴稷_ | 莩重复使蠲，可重焉 逻辑降低了二次开发的劳动强度，应用系统分成三级，各层之间相对独立，一层的 修改不影响其他层，大大方便了系绕的改进、升级。 ( 3 ) 入宠姿源优纯 由于_ 陂用系统分成逻辑上的兰缀，在系统研制开发期间，各层的研制歼发工作 可以并行避行。而且汽轮机、锅炉、电气、热控专业技术人员按专业进行本层的系 统瑟发，褒火邀仿真镁域第一次实瑷了囊芷意义上鹃辩骚蕈键每曩户蒸麓萋菇铡牙发 新产品。 武汉大学工程硕士学栋论文 - 3 + 2 论突秘圭要王 警 1 从1 9 9 9 年开始负责徐州发电有限公司两霸火电机组仿真机课题，对火力发 电企业的生产技术人员来说这是一个跨专业的多攀科技术。当鞲奇抽调出采的各专业 久员对计算枫、仿真梳基本不适，肖豹入对仿真技术一点都不知。面对这一局面， 开始带领大家调研收赘，组积学习仿真理论。 在与科技单位共瞬磷发这两台仿真极工作癸践过程申遴戮舱一些闽鼷，特别是 作为稀磷擎位技术久爨他们多考虑豹是蕊真技术豹尖端瞧，佟为用户多多考虑髂是 仿真机的聪实性，要使双方面人员相互理解有机的结合是一件非常因难的枣。为了 做好这课题，我首先超到了科研人员与现场一线人员之间桥的着月，让辩求双方 的知识稻蕊深透，使褥共圈磺裁成为可箍。 2 对于研制什么榉的仿真机，什么叫l ：1 全范围仿真机，开始大家都不清楚， 本人就带头谲研收资，辨将调研收资报告上髓发布，进行仿嶷熟识培训，谯全公司 范围蠹逐步普及灾毫辘缝傍囊辊翔谈。 3 负责编写仿真机的全部技术规范及招标文件，认真负资的进行了仿真机评 标工作。 4 。凌傍真枫研钢邋程孛，铮辩箕德攀霞吠魍镑真瓿豹不怒之处，研究箕闷题豹实 质所在，不断学习，加强了对客户机，服务器体系的认识和研究，确立对建立凝于三层 客户机，服务器体系的媳控系统的仿粪系统总体樵絮进行研究与汗发为尽标。 5 鬏罐嚣标，送镣系统霉求分褥，嚣溺三联c s 俸系缔辆驰筏势，疆究开发 网络通信软件，通过威用服务器的过滤，降低丁网络的通信壤。 6 研究支撑系统岛m c s 仿真系统的关系，掇据实际应髑，组织设计m c s 仿 龚鼗据露及仿真囊麓。 7 利用c s 体系的m c s 的仿嶷系统解决仿舆机初启工况边界同步问蹶，使得 m c s 仿真能充分满足多种客户的要求，如冻结、霪演、回退簿，实现m c s 仿真与 教练台麓貔戆统一控潮润蘧。 8 基于三层c s 体系结构特点，在m c s 的仿真中要解决仿真平台的选择和应 用服务嚣的建立、组态工具及网络通信的开发、饭图的调用、内存共享、多任务的 著嚣憝蘧及工犍键盘的鑫弱。簿莰好“痰骚务器”器“群客户掘”，接各滋之阕能 8 武汉大学篇程硕士学位论文 蟹独立蟪泼行掺袭、羚级瑟不予魏。 本文所确定的目标主体设计工作已经完成，主要研究工作在徐州发电有限公 司1 3 7 5 m w 2 2 0 m w 火电机组全范围l ：1 仿真机和1 3 5 m w 流化床仿真机及 3 0 0 m w 火龟橇缝i ：l 谤褰凌孛跫经霉赘露嚣。本薅系戆或熬将镬我墓魄力嚣受 用于人员培训的全范潲仿真机的开发工作周期大大缩短，并使得不同的羧制系统 之间的代码重用及不同平台上的移檬工作更为容易。同时也为仿真机研制乃至任 俺一埙秘较矮嚣静工黩诧逮程牙爨了条真歪意义主懿瑟磺魏梅与爱户蔟嚣秀发 研制的新途径。 g 武汉大学工程硕士学诎论文 2 火电机组仿真系统分析 由予联开发夔m c s 接奏系统愚在鼓蔻豹溅c s 谤囊系缓上懿改进，褰必要黠 以前的m c s 仿真系统作一个简单的介绍。同时由于本m c s 仿真系统与s t a r 9 0 仿真支撑系统密切相关，所以首先对s t a r - 9 0 作一些说明。 2 。1 s t a r 一9 0 傍囊支撵系统简奔 人类的进步，科学的发展，使的利用仿真技术解决生产过程积高科技领域重大 运题在邋三专年寒餐弼了 釜赛各鏊豹广泛重褫。熹簪窀力大学臻囊控裁技零工程公 司研制开艘的具有国际先进水平的s t a r 一9 0 u n i x 一体化仿戴机系统，支持模块化 建模，可以在线修改和扩充模型，殴经应用于国内外5 0 多套火电机组仿冀机和变 毫菇臻粪糗工程。 s t a r - 9 0 u n i x 仿粪机系统具有先进的仿真建模支撑系统和高精度、众物理过 程模块化数学模型。其电厂模型软件系统的基础怒以电厂设备戏局部过程为基本单 元霹鞋壤壤壤瑾( 裁囊、震量、动鳖警簿) 建立豹算法。这鎏浚蚕及禺郝逡程霎法 经过严格检验并经系统特别处理形戚电厂算法麾。面向发电厂生产工艺过稷的流体 网络模型软件、电气网络模型软件嚣建模技术。s t a r 9 0 u n i x 模型算法席具有模 块强建搂方法；在线、交互方式熬模型骖改戆力；支簿多客户瓣怼运每；必淫、丰 富的教练舒功能；可靠的i o 驱动能力；适用与多种机型、多操作系统平静；系统 结构清晰，便于功能扩充；开放的模型算法库等特点： ( 1 ) 逶震蠖强 每一个算法针对火电机组菜畿基本部 孚或设备设计，搬数学插述神采用基本 的物理定律方程，并将反映不同设铸特性的参数，如几何尺寸、材料性能、控制器 参数等设计戏一缰可遴镑骖改熬系数，对于不鲻瓣凝缀设鍪、控铡部 孛，逡鏊系数 可以取不阍的数值。因此算法通用性强、使用方便，可以用它们去构造不阍容量的 火电机组仿真模型。 ( 2 ) 全镌理过程壤囊算法 仿真j 建程算法是阻质量守恒方穗、能量守憾方程、动量守恒方程、熟力学状态 武汉大学工程硕士学饿论文 方程、抉煞方程、滚麓方程等为鏊本方程瑟建立豹。 ( 3 ) 能用方便、灵活 在设计算法时，其输入、输出变量包含有相威设备物质流的进、出口黪数。因 魏在建立一个实甄系绫攘墅对，只癸稷舞镑奏簿象选择程应懿簿法，生袋蘩一搂墼 模块，并按照物质流淹向，根据系统的拓扑参数，将各相关模块连接起来，便构成 了系统模型。 采鬟s t a r - 9 0 u n i x 模块纯建攘技术瑟建立筑毫厂数学模羹其有较麓髂穰凄 即逼真度，所有电厂参数的动静态反映均符合过程规律，所有自动控制、联锁保护 均一比一宓现实际电厂控制系统功能。由于模型冀法的机理性，保证了模粼在各工 撬运行缘建猿确熬。戳火毫厂毫力黛产过程荛傍粪对象懿全蕊鬻费囊黎，宠全复裁 和再现电厂发电生产遂行全过程，燕霪有以下功能和用途： 电厂控制系绕研究和设计， 魄厂最援纯运行方式薹 繇， 电厂反事故演习， 壤训电厂运行人员的判断能力和操作水平， 越瞧厂警溪瑟蹩产指标戆力豹壤溺。 正是熬于工程模块化建模技术，仿真机作为一个工具，其功能得到了新的扩充。 可以用来实验机组的不同启动或停止方式，甚至实验在各种藏、异常工况下机组的 搡终方式，菠求褥毫厂簸毯使运蟹方式，可鞋将攀敖重演，淡求懿对毒些攀毅势李蠢 的科学依据。 仿真机可以用来试验不同控制器参数或不间控制回路结构下的性能，尽管它更 大意义上怒定瞧戆，镶蠢重要撬导爨义。瑟窝蘑铙褰掇遘露务耪接裁、逶瓣僳护及 运行方式囱动切换等网路的实验，则具有更可靠宓用的意义。它可以对这憋回路设 计的正确性给出验证，实现电厂控制系统研究和设计，寻求嫩佳控制方案。 2 。2 m c $ 麓仿真范圈稻功熊 m c s 仿真是整个s t a r 9 0 仿奥系统的一个麓要组成部分，它通过人机界面反 映了搂鳖秘实骣运程猿凝。霹对，撩终太虽对设簧搽终获毅慰模型运行戆控裁， m c s 仿巍的是实际控制系统的运彳予方式，其袭现形式与控制方式随着控制系统的 武汉犬学工程硕士学位论文 不同而不同。一个好的m c s 仿真系统和仿真环境能够让受培人员感到是置身于真 实的火电机组集控室，运行人员通过这样的培训，其操作能力将会大大提高，如果 获得这样培训的全格证将使得他们在实际的操作中能够胜任。 在实际开发过程中，m c s 仿真与s t a r 9 0 仿真支撑系统通过模型数据库与 m c s 数据库之间的通信进行联系，从而实现二者之间的数据交换使得m c s 仿真 系统能够完全反映模型实际运行情况。如图2 一l 所示： 图2 - 1模型数据库与m c s 数据库 2 2 1 m c s 的仿真范围 火力发电厂的熟工控制系统按结构可分为自动检测、顺序控制、自动保护和自 动调节四个部分，同样，在m c s 中，仿真系统包括也以下几个系统： 数据采集和处理( d a s ) 机炉协调控制系统( c c s ) 燃烧器管理系统( b m s ) 或炉膛安全监视系统( f s s s ) 汽轮机数字电液调节系统( d e h ) 给水泵汽轮机的微机电液控制系统( m e h ) 汽轮机旁路控制系统( b p c ) 辅机顺序控制系统( s c s ) 2 2 2 m c s 仿真系统的功能需求 作为整个火电机组仿真系统中的m c s 仿真，它不仅仅是对火电生产现场实际 系统的简单的仿真，还必须满足用户的特殊的仿真要求。根据m c s 仿真的特点和 用户的仿真培训要求，确定徐州发电有限公司这两台仿真机m c s 仿真系统应该具 武汉大学工程硕士学位论文 备以下的主溪功能： 傍奏婺示器嚣罄撵豫风貉主与茨痿鹃实錾g k $ - 9 0 0 0 分数较躐系统、d e h 藜 统、f s s s 系统、汽轮机馓测系统等一致，具很有商逼真腱。 在蓬憨瓷度、参鼗嚣器上，酸及薅撩幸参靛反浃进程中，餐不熊蠢饪穗戆漳蕊， 完众的实时性。 强要傍窦模型在运孬，任露个揉俸爨站，不管骨幺蹿候，只要它麝臻，它掰 显示嬲裁成该与模型周步，包括其历史趋势。保姆与模型的高度阎步性。 对于王程师站的工蕊转换，m c s 显示应紧陡箕交。臁献系统的控箭统一性。 作为个儋囊培训系统，它与现场实躲火龟槛缓系统憋苓嗣之楚在于爆户对送 行控制的髓意性。台真窝的在运机组它不可能让人员随意操作与变动工况，而仿 奏挺蕤不弼了，它霹疆童教练虽鬏搭壤蓼 器要夔嚣重慰蒺型逛孬静错簿、器遛等控粼。 满照用户的特殊功能要求。 嚣警我攘是赞对狳鲻裴奄套羧公司两螽羲缀髂控甏蓉统避褥硬赣鹣，瞧还鬟 考虑到实际控制系统的多样性，对于m c s 仿真系统的开发过程的可重用性就显褥 络捧莛要。采蘑模块诧鹣系统集藏傻褥备艨之窝镛籍稷对猿立。这襻m c s 较斧独 立性也就显了其多样性，使得系缆的改进、升级受加灵活，实现了系统开发的可 扩瓷毪， 2 。3 耋前鹾e s 懿系缆分析 嚣翦，我秘匏m c s 穗粪是基予嚣屡燃结兹侉系豹蕞统，袭逮转模式孛，掰 有的形式逻辑和业瓣逻辑均驻留在c l i e n t 端，而s e r v e r 则成为数潴库服务器，负蒲 各种数据匏鼹理窥缝护。霞越s e a - , ，e r 变霉缀“痰”，被棘笑4 瘦灏务黎( t h i ns e r v e r ) ”。 与之相反t 遮种模试需要谯客户端避行庞大的应用程序，逛就是所谓的“胖客户机 ( f a tc l i e n t ) 。途稀体系骞缀多鹃缺点： 首先，累统韵埘靠性礴所降低+ 一个辫户机，服务器系统是由罄自独立开发、 裁造帮警蘧瓣备释疆释藕款彳牟静滋会俸，蔡内在静胃靠往不弼荜一酶、中央管理游 大型机或小型极，鸱现闽题时，缀难立即获缛技术定特和浆动； 其次，雅护费丽较高n 瑟管这种应用模式在巢种程度上提高了生产效率，由予 窖户端器娶安装庞大嚣复杂鹣虚弱程穿，警澳终骞户瓣戴模达到一定戆数澄之露， 1 3 - 武汉大学工程硕士学位论文 系统的维护量急剧增加，因而维护应用系统变得十分困难。 第三，系统资滚鹣浪费。薅饕客户爨鹣窥模越寒越大，霹窖户裰资添熊要求毽 越来越高。尽管硬件不断鼷新，但新的操作系统和新的应用软件的不断出现，使得 客户对硬释的更新仍然鼹不上较伟筵新静速度。客户不得不在本蟪硬盘上装入丈麓 的软件，但是使用的大都只是其中很少一部分( 一般低于l o ) 。在一个拥有众多 的“薜窑| 户机”的环境中，这无疑是一种驻大的浪费。 最后，蘸统缺麓灵活性。客户机踽最务器罴要对每一应羯独立地开发疯用程序， 消耗了大量的资源。 在三层c s 模式中，农连用毁务器中，可强将整个应遐逻辑敦鹫其土，蘑只有 表示层存在于客户机上。这种结构被称之为“瘦客户机”。这种缩构中，只需随机 遗壤麴中簿瀑豹鼹务痤瘸凝务器) ，郅露满是扩宠系统鹣霉要。盘藏我稻冒戳攫 较少的资源建立起具有很强伸缩性的系统，这正悬网络计算模式带来的羹大改进。 武汉大学工程硕士学位论文 3 监控系统总体设计 通过对客户，服务器三餍结构的分析，结合m c s 的实际特点，本论文键出了熬 予三层客户，服务嚣体系的m c s ，在北将对该系统繁体结构秘系统的设计遂行分辑。 解决好三层档户，服务器体系的m c s ，就使得维护人员不再为程序的维护工作奔波 于每个客户枧之闻，嚣把主饕壤力放在功戆鼹务器上程序数更毅工传。 3 。1 三屡客户服务器结构体系 三层c s 结构将应用的三部分( 表示部分、应用逻辑、数据访问) 明确地进行 分害i 。使萁在逻辑上各蠡猿立，并鬃肇猛船瑷实现，分爨称之为客户、应瘸耨务器、 数据库服务器。 在硬件鬓现上，客户位子客户枫上，瘦期服务潞和数据库服务器位子蔺一主褫 上。这融方式要求主机具有良好性能，能保证应用服务器和数据库服务器之间的通 信效率，减少客户和应用服务器之间网络上的数据传输，使系统具有好的性能。如 基3 。l 瘊示： 、 o 羔毒、 ” i o 书； 应用服务器部分 数据瘁服务器邦分 鬻3 - 1嚣枣鞔耀务器莲辘禧絮 在客户，服务器三层体系结构下，表示屡( p 玛s e n t a t i o n ) 、功能层( b l l s i n e s sl o g i c ) 、 数据层( d a t as e r v i c e ) 被割戚三个相对独立的单元： 第一层表示层：客户斌 在表示腰中包含系统的箍示逻辑，位于客户端。客户遐应用的客户接瞄部分， 炱责客户与痰爆程廖鹣交要t 它臻受客户懿羧入、请求，憋缝暴墩逶当鹣澎式兹 一些。竖查鲎兰堡堡主堂堡垒墨 _ _ - w _ ”_ ，p h _ _ h - _ _ 一1 一 一 图形、报表) 返回络客户。出于三麟结构体系，大部分的j 呶用逻辑部分被移植到鹿 爰爨务器上，毽蕊革靛壹鼹逻辑鞫簸豢毒谚瓣嵇然胃瑟奁密户土裳疆，塔获取较黉 的效率。 瘗子客声穰爨攀务楚懋遴辑懿分舅磐了应震殿务器，绽客户撬一下予“蕾条” 了许多，不辫负责处理复杂计算和数据访闯等关键攀务，只负责照示部分- 所以维 护人员不爵为翟洚鹣维护工作奔波予每个餐户祝芝海，蠢把主要蕤力敖奁珐髓鼹务 器上程序的疑新工佟。 第二舔功能滕：其有应用程序扩展劝能的应用服务瓣 在动憝懋中氢金系统豹事务处理逻辑，链子巍雳鼹务器媸。它懿珏务怒接受客 户的请求，觜先需瓣执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通过向数据库服 务器捷塞数摇薤理牵谤，褥蜃等数器疼疆务器将数蕹签灌翡结鬃提交给建霞骚务 器，再由应用服务器传送网客户端。 盛露簸务器是瘗趱逻辑楚瑾静蔽心，它是翼髂数务翡实瑗。森蘑鼹务器察客户 间的数据膨尽量简浩，客户将请求信息发送给应用服务器，应用服务器返回结果。 第三鼷数据鼹；鼗撂痒疆务器 数据瘁8 务器兜藏数攒麴存德、数据的访问、数据的究整性约粜等。 程数据羼服务器中包龠系统鹩数据处理逻辑，饺于数据霹服务器端。它的任静 是接受应臻服务嚣慰数据霹擞纵豹请求，突理对数握疼查诲、修改、受戮等功能， 把谗褥结聚提交给液麓服务器。 这秘三瀑缍捣睡与器之阕摇夏猿蛊，诬穗一屡的数交不彰壤其它瑟懿勰链。它 从撤本上改变了传统的二羼c l i e n t s e r v e r 体系结构的缺陷，它是应用系统体系结构 枣一次深瓤憝变摹。 3 ，2m e 8 仿真的整体结构 m c s 的仿真慕于三层c s 体燕结构，整个系统由服务器端殿势程序葶f i 客户端 应震程痔稳藏r 服务器端裰务程痔包括鼗攒痒服务器管理系统和皮羽服务器管理慈 统以，及照务器端通信程穿，受费蜃鬯数据嬲秘始积餐理。艘答客声端豹涛求，提供 共事访问。通信裰务程序弼供网络通信。客户端应用程序怒根据服务器端爵客户端 约迩好款瘦翔壤翟按疆霹程务鬟求嚣发麓蘩叁程黪。整热络捣懿下： 1 6 叁竖垄鲎三垦矍主兰垒堂! 王 圈3 - 2 基于三壤c s 体系的m c s 的整体结构 3 3m c s 仿真的数据库设计 作为仿舆的m c s ，不象现场实酥的m c s 控制系统，它不对实际设各避行控稍， 丽愚恕m c s 数据库作为其控铡对象进行数视和控铡，同时，对予模型运行豹实繇 反映也是通过m c s 数据库来实现，实际上，m c s 数据库是仿真m c s 的核心。m c s 较 孛又是整个仿囊暴绞瓣关辩镶，程三层c s 露系审，数援疼主要在鼹务器土，稳 是为了提高效率，番操作员站分别肖自己的临时数据库。 3 3 。1 服务豁端数撼库设计 淹手攘黧数摇鬻存效在缀务器上，我 f l 凑必要辩箕有掰了解。模整数箨库是客 户为系统的数学模型建立的系统仿旗模型数据，悬仿真系统的重蟹部分，是m c s 系统的对象，仿真系统静运行、实验饔分析郄是衣模整数据库静继承上遗行的。模 型数据主要镪括模块的名称、引用的算法墨、大小、执行速率、输入，输出地址攒 针及系数值、过程爨的交交名及弓l 用等。 m c s 服务器端数据库包括测点数据瘁、题终数据库、历史趋势数撂瘁。其魁 - 1 7 武汉大学工程硕士学挂论文 络数据库作为与仿真系统棚联系的主要部分，它所反映的正是模型的实际运行情 况。下面我稻蒋对这些数糍库律较详缁的群究介缁。 ( 1 ) 测点数据库 钡i 点数据库的象簧部分是由实际控制系统设计单位( 即仿真概用户) 涟供，它 包攒了现场测点的所有属性，如工位号、照位、量程，通道号等，作为仿真豹m c s 系统。在m c s 画面上所显示的必须与现场完全一致，然而，在我们仿真系绕中， 摸梨所搜慰熬过程变量有巍己数愈名援则，与现场工位号学定不阏。因越，在测点 数掇库中加入模型变量是必须的，丽这个骥量正是仿真系缆内的横型过程艟是相同 戆。透过藏变量，我翅耨实耩瑷场戆工位弩阉臻囊模型避翟变量实瑰统一。 现场提供的测点数据库的形式与仿真系统所期望的形式不可能一致，因此对此 警貘耋薪鳃媛，傻之符合我能豹测意数据簿所露。将瑗场捷供的测点数据津翔分兔 模拟量和数值量两炎，及d c s _ p v a 和d c s p v d 腭个数组。其结构定义如下： 模攒量数缝d c s _ p v a 结樯定义 数字量数组 t y p e d e f s t r t l c t i n t i d ； p n f l o 】； n a 1 4 1 ； e d 3 6 ； e u o 【8 】； t b ； b b ； | 壬薹 l i ； h h ； l l ； d g ； a p ； d c s _ p v d 结构定义 潮络痒指针 测点工位母 模激变量褒 测点描述 单缎 高爨程 低嫩程 报警嵩疆 报警低限 投繁毫毫瓣 报警低低限 藏颟号 报警优先级 i d ； 遐终瘁援铮 1 8 m r 锄 鞠 s 瓜 “愀波嘶泌加妇眺胁溉撇触随随 武汉大学工程硕士学位论文 p n 1 0 1 ； n a 1 4 娶 琶d 3 6 】； d g ： a 囊 a r ： 溅点王盘号 模型交鬟名 浏定攒述 灏面譬 报警筑壳缓 报警状态 布网的羧制塞统莠不劂舱数掇露设计，总结了冀中斡数攥霹绻梅戆熬麓患，夫 黧努曩据瘁舔毽富漤土戆容，在徐焚畿惫霄滚釜霹避簿台攘缝耱溪疆豁楚裁震缝实 际辩发过糕中就采腭了上述结构，对不同的仿真用户可方便的根搬系统的实簖情况 露佟罐蹶处骥。 ( 2 ) 两臻数嚣辫 瓣络凝瓣库是傍菇m c s 与禳楚遴行的联系褂粱，对子仿冀m c s 束说，胼嚣 液黼的不 廷爨乓安际现场遴真，还要兼蹶与模型实醛逶凳嶝琵秘瓣，这些辘必须遴 涟疆络数播箨来搭按，程鞠络数鬟滗申只瞧台了洚譬帮横蘩名蔼个字段，系绫裙始 佑辩，网络数据瘩遴过蠹替簇享，囊羧与攘型塞敬煞缝蛙霆蛰，舔这个捂蛰攒懿 的旋是此模溅变蛩谯内存中的实际值，邋避对此谈的存取，获取对模型逡纷惨凝懿 了解器安夔爨控；奁赛嚣攥孬孛，瓣绦建薅籍烫数鬣广接泠各令挺露受懿，浚溪实 现操作员站的数据撼新，同时，从操作扇曳占传来的擞作数据又从嘲络上传阐米，道 馥疼毒嚣糗凝篷，熬实溪瓣遮行趣控糕。簿襻，舔缮鼗援簿瞧划势搀薮宇爨霸模攮 爨疆罄分，嘲终数攘痒熬雅麓定义热下： 模掇爨缩栖定义： t y p e d e f s t r u c t i n t i d ； 横糕燮量地址指针 c h a r n a i l 燃：攘黧嶷量焦 p v a 数值鬟熔麴定义： 碜嚣躐鞠瞰瞧 f int接： c h a r n a i l 4 ； p v d 1 9 摸紫变嚣遗蛙撵钟 1 i 蕊嘏交鬣盘 n 滁 泌妇瓣洫溉一一 武汉大学工程磺士学饭论文 ( 3 ) 历史趋势数据库 历史数据瘁一般繇是存放在各令搡终爨菇土，务令搡掺爨站完艘霹趋势点数搽 的采集和存储，但这样会产生一些问题，如一台操作员站出现问题，待重新启动系 统露箕历受遴势将会有一鬏辩淄的空缺，新显示静趋势瑟与实舔模餮运行情况不 同，另外，融于各个操作员站使用蠢自的时钟，时间可能不完全栩同，在实现培训 过稷中用户的特殊戮求如凉结、圃遐等将无法实魏同步，袭现出矗龟曲线会旃差异， 不熊完全反映模型实际运行情况。道过在殿务器上建立历史趋势数据库能够解决这 些问题。历史趋势数据库实际上就是个大数组，可定义为： f l o a th i s t o r yt r e n d m a xl i m i t 】； 根据嘏小采样周期定时采集趋特点数据，再根据模型趱行起始时间，能够计算 密每辩翔疼麓鼗器繁。逶避移动撂转，可激存取强一薅刻豹数摇。 3 3 。2 霉户螨数据摩设计 如果所有数据库都移至服务器端，客户端则只保留应用程序，那么，对于实时 往簧求磁较商酶仿冀系统来说，将不可避免的影响系统的效率，是不能诖人接受的。 为了使系统结构合理丽不失其实时性，在客户端建娆一些临时数据库，仅仅在系统 要求的情况下通过服务器时箕进行翼新，正常情猿剥由客户端根据黼络来的数据对 其进行管理。因此，在窖户端鲍数爨瘴也可以划分为测点数据库、网络数据疼、历 史趋势数据席、报警数据库，y 3 岁f ，由于客户端的威用程序的需要，还需溪建立动 态点数撂瘁、垂夏调发数摄痒。各数握瘴熬关系磐下壅： 瘸3 - 3 赛户璞主要数舞瘴麴美系 武汉天学工程硕士学位论文 ( 1 ) 测点数据库 铡煮数援疼、鬻缕数攥霹、爨雯憝势数蕹淳纛羰务器上墨经建立，魏在在簸务 器上建立同样的数据库，其结构与服务器上的数据库相同，在需鼹时可以向服务器 发感游求，驭藿褥掰裙鲶铯或者纂耩，达爨各拿搽