火電廠仿真機(jī)

火電廠仿真機(jī)

simulatorforthermalpowerplant

利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，演示與真實(shí)情況相同或相近的發(fā)電機(jī)組各種運(yùn)行方式的狀態(tài)，并可對(duì)其進(jìn)行離線控制，為機(jī)組運(yùn)行值班員進(jìn)行培訓(xùn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目錄

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火電廠仿真機(jī)

利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)的設(shè)備。發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型計(jì)算機(jī)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，配合部分或全部真實(shí)控制臺(tái)屏或表示監(jiān)控臺(tái)屏的屏幕顯示(CRT)畫面，演示與真實(shí)情況相同的電力設(shè)備各種運(yùn)行方式的狀態(tài)，包括起動(dòng)、正常運(yùn)行、停機(jī)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(jī)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(yùn)行技術(shù)水平。培訓(xùn)仿真機(jī)是以計(jì)算技術(shù)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)并應(yīng)用電網(wǎng)、自動(dòng)控制、儀表和電廠的鍋爐、汽輪機(jī)、透平發(fā)電機(jī)以及運(yùn)行專業(yè)的理論和實(shí)踐知識(shí)而研制的一種實(shí)用裝置。仿真機(jī)的分類從培訓(xùn)仿真機(jī)的培訓(xùn)目的的功能來(lái)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(tái)屏不是以某一實(shí)際電站為目標(biāo)，而是從基本原理出發(fā)模擬某類型、某容量機(jī)組的主要設(shè)備和系統(tǒng)，并配置簡(jiǎn)化的供學(xué)員學(xué)習(xí)和掌握基本原理的臺(tái)屏或可以進(jìn)行操作和顯示操作結(jié)果參數(shù)的CRT畫面，或兼有臺(tái)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(guò)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(jī)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(jī)或小型計(jì)算機(jī);②磁盤、打字機(jī)等外圍設(shè)備;③輸人/輸出接口和教學(xué)考核設(shè)施;④臺(tái)屏。臺(tái)屏仿真有兩種型式:①模擬臺(tái)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(tái)與屏一般聯(lián)成一體，臺(tái)上布置有控制臺(tái)硬件設(shè)備診斷;顯示圖像;在線數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)視.學(xué)員成績(jī)?cè)u(píng)價(jià);計(jì)算機(jī)輔助練習(xí)等。通過(guò)教練員臺(tái)控制屏和CRT畫面配合實(shí)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(duì)于在過(guò)程工業(yè)系統(tǒng)中運(yùn)行的真實(shí)DCS(RealDCS)而言的，"虛擬DCS"就是將真實(shí)DCS在非DCS的計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)視景模擬的"虛擬現(xiàn)實(shí)"、采用CRT交互的"虛擬儀表"、構(gòu)建遠(yuǎn)程多媒體雙向通信的"虛擬會(huì)議"等等。當(dāng)然，虛擬技術(shù)是完全建立在當(dāng)今高性能的計(jì)算機(jī)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(duì)象也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而不是一般的物理系統(tǒng)。虛擬DCS就是要在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具體地說(shuō)，就是要在一種通常為開放平臺(tái)計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)中，盡可能真實(shí)地再現(xiàn)集散控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬DCS正是過(guò)程工業(yè)數(shù)字化的基礎(chǔ)之一。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了達(dá)到設(shè)計(jì)調(diào)試、人員培訓(xùn)、檢測(cè)診斷等系統(tǒng)應(yīng)用目標(biāo)，需要將真實(shí)DCS在非DCS的計(jì)算機(jī)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(jì)、離線組態(tài)和構(gòu)成運(yùn)行系統(tǒng)等生命周期的不同階段獲取系統(tǒng)資源而實(shí)現(xiàn)的

1.激勵(lì)DCS(Stimulation)──通常是簡(jiǎn)略輸人/輸出板卡和外設(shè)，采用真實(shí)DCS的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的適當(dāng)或最小配置，再現(xiàn)DCS。激勵(lì)DCS具有最高的軟硬件逼真度，但是軟硬件實(shí)現(xiàn)成本很高，與對(duì)象模型系統(tǒng)連接較難，無(wú)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(duì)DCS網(wǎng)絡(luò)下載文件迸行智能編譯轉(zhuǎn)換的方式，實(shí)現(xiàn)DCS的平臺(tái)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(shí)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(jì)，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行仿真。仿真DCS是多年來(lái)培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的通常采用的形式，雖然實(shí)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(duì)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(jí)應(yīng)用功能。

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

擴(kuò)展閱讀：1 火電廠仿真機(jī)的分類

1火電廠仿真機(jī)的分類

火電廠仿真機(jī)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(jī)(簡(jiǎn)稱全仿真機(jī))

硬件復(fù)制參考機(jī)組控制室內(nèi)盤／臺(tái)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(dá)到電站系統(tǒng)壘范鼬、工藝流程壘過(guò)程的高逼真度仿真。1．2部分范圍仿真機(jī)

硬件復(fù)制參考機(jī)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(yùn)用型仿真機(jī)

硬件不復(fù)制某一機(jī)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(jī)組數(shù)學(xué)模型仿真軟件，對(duì)火電機(jī)組基本工藝流程和正常起停及主要事故能正確、實(shí)時(shí)地反應(yīng)。I．4原理型仿真機(jī)

采用CRT畫面操作形式為主，配以少量模擬盤／臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)適當(dāng)簡(jiǎn)化，使用原理火電機(jī)組仿真軟件，能正確反應(yīng)火電機(jī)組基本原理工藝流程和正常起停過(guò)程。2火電仿真機(jī)的基本功能和技術(shù)要求2．1火電仿真機(jī)的基本功能①機(jī)組正常運(yùn)行工況和試驗(yàn)j②機(jī)組故障工況}③仿真機(jī)運(yùn)行極限。

2．2火電仿真機(jī)的實(shí)時(shí)性能和精度要求2，2．I實(shí)時(shí)性搬標(biāo)要求

對(duì)盤／臺(tái)操作響應(yīng)的步長(zhǎng)小于0．1s／次；快過(guò)程的模型運(yùn)算步長(zhǎng)小于0．26s／次③慢過(guò)程的模型運(yùn)算步長(zhǎng)小手1s／次；2．2．2穩(wěn)態(tài)精度

①在25負(fù)荷以上穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，仿真機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算值與被仿真機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)值的偏差不大于測(cè)量?jī)x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(guò)程指標(biāo)

①對(duì)起動(dòng)、停機(jī)過(guò)程，應(yīng)符合運(yùn)行規(guī)程和機(jī)組制造廠家提供的運(yùn)行特性曲線；

⑧各參數(shù)的動(dòng)志變化要符合對(duì)有關(guān)暫態(tài)過(guò)程的分析結(jié)果，趨勢(shì)和拐點(diǎn)應(yīng)與實(shí)際曲線致，不應(yīng)違反物

一

理規(guī)律

⑧仿真機(jī)報(bào)警和自動(dòng)裝置動(dòng)作應(yīng)和實(shí)際機(jī)組一致

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

2．3火電仿真機(jī)應(yīng)具奮的能力

①仿真機(jī)應(yīng)提供連續(xù)、實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境。實(shí)現(xiàn)在多種工況下的啟動(dòng)、停機(jī)和正常運(yùn)行的監(jiān)視操作。實(shí)現(xiàn)全部操作(無(wú)論是正確操作還是錯(cuò)誤操作)，都應(yīng)和實(shí)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(dāng)參數(shù)達(dá)到或超極限時(shí)，應(yīng)與實(shí)際電站一樣報(bào)警或邏輯聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作l

⑨提供機(jī)組在不同運(yùn)行條件下，分析和改進(jìn)操作方式并進(jìn)行優(yōu)化的試驗(yàn)條件

④提供正確的故障、事故現(xiàn)象仿真，以提高機(jī)組運(yùn)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(jìn)一步改進(jìn)操作方式和制定反事故對(duì)策提供手段；⑤對(duì)機(jī)組的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)和控制系統(tǒng)的參數(shù)整定j⑥對(duì)崗值運(yùn)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(yùn)行人員實(shí)際操作能力和分析封斷能力的手段。

2．4火電仿真機(jī)關(guān)鍵的設(shè)備和技術(shù)2．4．1仿真計(jì)算機(jī)系統(tǒng)①應(yīng)是當(dāng)前技術(shù)水平的計(jì)算機(jī)；

②應(yīng)有30％以上的機(jī)時(shí)和內(nèi)存容量富裕量j⑧具有仿真編程語(yǔ)言；

④操作系統(tǒng)是實(shí)對(duì)、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(jī)結(jié)構(gòu)方式、以太網(wǎng)通迅、速度達(dá)到賽時(shí)性要求、標(biāo)準(zhǔn)工藝制造。2．4．3盤／臺(tái)

標(biāo)準(zhǔn)工藝制造，其它設(shè)備應(yīng)與實(shí)際被仿真對(duì)象一樣。2．4．4支撐軟件

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

關(guān)系到仿真機(jī)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(jī)的組成

3．1全仿真機(jī)硬件系統(tǒng)(見(jiàn)附圖)3．1．1控制盤／臺(tái)

盤／臺(tái)用于受訓(xùn)人員進(jìn)行機(jī)組正常運(yùn)行和故障處理訓(xùn)練。仿真機(jī)控制盤／臺(tái)應(yīng)裝有進(jìn)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(jī)界面設(shè)備。盤／臺(tái)的布置、尺寸、形狀、顏色和動(dòng)作功能應(yīng)盡量與參考機(jī)相同。3．1．2仿真計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

仿真計(jì)算機(jī)是仿真機(jī)的核心，統(tǒng)一蛹度稔l控制仿真機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作，使仿真機(jī)在規(guī)范規(guī)定的仿真范圍內(nèi)高逼真度地運(yùn)行。仿真計(jì)算機(jī)應(yīng)選用當(dāng)前技術(shù)水平的通用計(jì)算機(jī)。至少有30的機(jī)對(duì)和內(nèi)存空間富裕量。并具有仿真編程語(yǔ)言。3．1．0Vo接口系統(tǒng)

仿真機(jī)i／o接口系統(tǒng)是盤／臺(tái)與仿真計(jì)算機(jī)之間控制、處理和傳輸輸入輸出數(shù)字模擬信號(hào)的設(shè)備。I／O接口系統(tǒng)應(yīng)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(jī)

供給仿真機(jī)工程技術(shù)人員進(jìn)行軟件開發(fā)和維護(hù)用。3．i．5教練員站

用于控制仿真裝置的運(yùn)行，選擇和組合學(xué)監(jiān)培訓(xùn)項(xiàng)目，監(jiān)視學(xué)員的培訓(xùn)。教練員臺(tái)至少有一臺(tái)CRT和一個(gè)鍵盤。也可配置多臺(tái)CRT、無(wú)線遙控機(jī)、長(zhǎng)圖記錄儀和其他設(shè)備。

．

I．6電站監(jiān)控機(jī)(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(shí)，選甩x一終端或4ss／so微機(jī)實(shí)現(xiàn)軟件仿真。但人機(jī)界面鍵盤需要仿翩。采用實(shí)物介人時(shí)，其壘部人一機(jī)界面與實(shí)際電站一致，必要時(shí)采用國(guó)外引進(jìn)界面設(shè)備。3．i．7就池操作站

用千受訓(xùn)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作培訓(xùn)。有兩種模擬方法：①盤／臺(tái)模擬}③圈l肜終端模擬。3．i．8運(yùn)行分析臺(tái)

對(duì)電站進(jìn)行各種運(yùn)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(jī)的軟件組成3．2．i計(jì)算機(jī)軟件

①UNIx操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是程，的集合．用于管理計(jì)算機(jī)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(shí)、多任務(wù)、多用戶的系統(tǒng)j②FORTRAN，C／C++等語(yǔ)言j⑨網(wǎng)絡(luò)軟件j④圖形軟甜!。

3．2．2機(jī)組模型軟件系統(tǒng)是模擬被仿真對(duì)象的設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的軟什。數(shù)學(xué)模型的建立應(yīng)以物理過(guò)程為基礎(chǔ)，符臺(tái)質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒定律。故障模型應(yīng)包含在物理過(guò)程模型中，它應(yīng)由高級(jí)語(yǔ)言編寫，模塊化結(jié)構(gòu)，TOrDOWN結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)。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(hù)、修改、調(diào)試和實(shí)時(shí)運(yùn)行的能力。具體要求。①大型數(shù)據(jù)庫(kù)和模塊庫(kù)管理，

②模塊化建模、TOPDOWN結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)；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(tái)軟件

是實(shí)現(xiàn)教練員站培訓(xùn)控制功能所需要的全軟件。仿真機(jī)的培訓(xùn)控制功能是由教練員臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。它實(shí)現(xiàn)的培訓(xùn)控制功能如下：①起動(dòng)／停止；②初始工況選擇j⑤凍結(jié)／運(yùn)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(jī)?cè)u(píng)定。

3．2．5電站髓控機(jī)(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(jī)紐扁停成故障處理情況下必須進(jìn)行的操作仿真。3．2．7機(jī)組運(yùn)行分析和研究軟件3．2，8盤／臺(tái)設(shè)備診斷欹件

是用來(lái)檢查和維護(hù)仿真機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備的專用程序。3．3全仿真機(jī)的仿真范圍

3．3，1仿真機(jī)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(shí)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(yùn)行人員提供逼真的培訓(xùn)環(huán)境。

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

②汽機(jī)t汽機(jī)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(jī)本體、主變壓器、勵(lì)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(hù)：電站監(jiān)控機(jī)(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(jī)調(diào)速系統(tǒng)(MEH)及其他全部控制邏輯保護(hù)聯(lián)鎖等�！�

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