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，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進行培訓的設備。發(fā)電設備數(shù)學模型計算機提供實時數(shù)據，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要求。目前，培訓仿真機已廣泛用于培訓操作人員和工程技術及管理人員，提高他們的監(jiān)控能力和運行技術水平。培訓仿真機是以計算技術和仿真技術為基礎并應用電網、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仿真機的培訓目的的功能來分類，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備和系統(tǒng)，并配置簡化的供學員學習和掌握基本原理的臺屏或可以進行操作和顯示操作結果參數(shù)的CRT畫面，或兼有臺屏和CRT畫面。用以培訓新的操作員或在校學生，使其從直觀上學習和掌握電廠設備和系統(tǒng)特性、物理過程、介質流程及故障的原因和結果。為在全仿真型培訓仿真機或實際電廠操作打基礎。硬件系統(tǒng)一般包括:①微型機或小型計算機;②磁盤、打字機等外圍設備;③輸人/輸出接口和教學考核設施;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備診斷;顯示圖像;在線數(shù)據庫監(jiān)視.學員成績評價;計算機輔助練習等。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"、構建遠程多媒體雙向通信的"虛擬會議"等等。當然，虛擬技術是完全建立在當今高性能的計算機硬件、軟件和網絡系統(tǒng)之上的。虛擬DCS不同于其它虛擬技術的是，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)字化的基礎之一。

在實際應用中，為了達到設計調試、人員培訓、檢測診斷等系統(tǒng)應用目標，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DCS的控制設計、離線組態(tài)和構成運行系統(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，采用真實DCS的硬件、軟件和網絡系統(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，無法完成復雜的仿真應用功能。

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

3.仿真DCS(Simulation)──只要DCS完成控制功能和邏輯設計，就可以根據設計圖紙進行仿真。仿真DCS是多年來培訓仿真系統(tǒng)的通常采用的形式，雖然實現(xiàn)成本不高、能夠完成復雜的培訓仿真應用功能，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功能以外的高級應用功能。

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、經濟和廣泛地應用于人員培訓和在線檢測診斷，滿足火力發(fā)電等過程工業(yè)"數(shù)字化"的需求。

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1火電廠仿真機的分類

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

硬件復制參考機組控制室內盤／臺設備，軟件模擬控鉚室內所能監(jiān)視和拯作控制的系統(tǒng)和設備，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

硬件復制參考機組控制室內所有關鍵的顯示操作設備，較件模擬控制室內干兀必要的就地操作系統(tǒng)及設備，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。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，仿真機關鍵參數(shù)的計算值與被仿真機組設計參數(shù)值的偏差不大于測量儀表量程的±2j

⑧非關鍵參數(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暫態(tài)過程的分析結果，趨勢和拐點應與實際曲線致，不應違反物

一

理規(guī)律

⑧仿真機報警和自動裝置動作應和實際機組一致

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火電仿真機應具奮的能力

①仿真機應提供連續(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)，都應和實際電站的反應致J

一

②正�；虍惓�狀態(tài)下的全部參數(shù)在相應的儀表、CRT及記錄儀表等設備上顯示年l1記錄。當參數(shù)達到或超極限時，應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、技術管理人員定期耗訓上崗或升前考核，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火電仿真機關鍵的設備和技術2．4．1仿真計算機系統(tǒng)①應是當前技術水平的計算機；

②應有30％以上的機時和內存容量富裕量j⑧具有仿真編程語言；

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

應是分散式智能化下位機結構方式、以太網通迅、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，其它設備應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。應考慮其技術先進程度。2．4．5模型軟件

關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／臺用于受訓人員進行機組正常運行和故障處理訓練。仿真機控制盤／臺應裝有進行監(jiān)視和操作所必需的操作器、儀表、開關、光字脾、CRT監(jiān)視器和其它人機界面設備。盤／臺的布置、尺寸、形狀、顏色和動作功能應盡量與參考機相同。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)調工作，使仿真機在規(guī)范規(guī)定的仿真范圍內高逼真度地運行。仿真計算機應選用當前技術水平的通用計算機。至少有30的機對和內存空間富裕量。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)字模擬信號的設備。I／O接口系統(tǒng)應采用國際標準的通用組件，其精度和分辯率應高于儀表設備的精度和分辯率。傳輸速度應滿足仿真要求。應有適量的備用。3．i．4終端和打印機

供給仿真機工程技術人員進行軟件開發(fā)和維護用。3．i．5教練員站

用于控制仿真裝置的運行，選擇和組合學監(jiān)培訓項目，監(jiān)視學員的培訓。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備。

．

I．6電站監(jiān)控機(或集散控制系統(tǒng))仿真設備采用仿真方式，或實物介人方式。

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備。3．i．7就池操作站

用千受訓人員進行現(xiàn)場設備的操作培訓。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)應是寅時、多任務、多用戶的系統(tǒng)j②FORTRAN，C／C++等語言j⑨網絡軟件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備和生產過程的軟什。數(shù)學模型的建立應以物理過程為基礎，符臺質量、動量和能量守恒定律。故障模型應包含在物理過程模型中，它應由高級語言編寫，模塊化結構，TOrDOWN結構程序設計。3．2．3仿真支持較件系統(tǒng)

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

②模塊化建模、TOPDOWN結構程序設計；③單相可壓縮、不可壓縮流體壓力網絡圖形建模j④邏輯操作和控制調節(jié)回路的圖形建模j⑤離線、在線調試和修改模型軟件；。⑥快速的i／o管理。3．2．4教練員臺軟件

是實現(xiàn)教練員站培訓控制功能所需要的全軟件。仿真機的培訓控制功能是由教練員臺實現(xiàn)的。它實現(xiàn)的培訓控制功能如下：①起動／停止；②初始工況選擇j⑤凍結／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開關檢查@改變外部參數(shù)；@L組參數(shù)監(jiān)視；@學員成績評定。

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／臺設備診斷欹件

是用來檢查和維護仿真機系統(tǒng)和設備的專用程序。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)視和控制設備，在外觀和功能上應是真實電站主控制室相應設備的復制品。獲得較高的物理逼真度，為運行人員提供逼真的培訓環(huán)境。

3．3．2按生產流程進行仿真，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被視為無窮大電網，電阿參數(shù)作為外部參數(shù)來設置。①鍋爐：鍋本體，燃燒、風煙、汽水輔機系統(tǒng)等}

②汽機t汽機本體，凝結水、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)、小汽機調速系統(tǒng)(MEH)及其他全部控制邏輯保護聯(lián)鎖等。’

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