DCS技術在電力應用系統(tǒng)中的仿真應用

劉 鵬(沈陽建筑大學，遼寧沈陽,110168 )

DCS技術在電力應用系統(tǒng)中的仿真應用

劉 鵬
(沈陽建筑大學，遼寧沈陽,110168 )

隨著信息技術和仿真技術的迅速發(fā)展，集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）在電站控制系統(tǒng)的仿真顯得尤為重要。本文主要介紹了DCS技術的原理和軟硬件組成，并且詳細介紹了基于此技術的電力系統(tǒng)仿真的具體實現(xiàn)方案。

DCS；仿真；仿真模型

0 引言

集散控制系統(tǒng)（DCS），也叫“分散控制系統(tǒng)”。它是以計算機技術為基礎，結合控制技術、數(shù)據(jù)通信和顯示技術等多領域的儀表控制系統(tǒng)。因此，它既體現(xiàn)了管理的集中性，又體現(xiàn)了控制的分散性。在計算機網絡技術迅速發(fā)展的今天，各大型企業(yè)對工業(yè)過程模擬以及控制系統(tǒng)分析、人員的培訓、技術的優(yōu)化等各方面提出了更高的需求。目前，集散控制系統(tǒng)的全范圍仿真正在向虛擬技術方向發(fā)展。所謂虛擬DCS，就是相對于真實DCS而言的，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DCS技術除了能對機組運行人員和熱工人員進行培訓外還具有對系統(tǒng)進行調試與優(yōu)化的功能。

1 虛擬DCS技術

目前，DCS的實現(xiàn)主要包括三種方式：激勵DCS方式、仿真DCS方式和虛擬DCS方式。

（1）激勵DCS仿真方式是采用真實硬件、軟件和網絡系統(tǒng)進行適當配置，盡量簡略輸入/輸出板卡和外設。激勵方式的缺點是軟件費用很高,一般電廠難以承擔。

（2）仿真DCS方式，是依據(jù)真實的DCS邏輯圖和SAMA圖進行仿真編程和仿真組態(tài)程序開發(fā)。這種方式需要的成本不高，但缺點是它的軟件功能逼真度和可信度相對也不高，跟蹤修改比較困難。這種方式一般不做控制計算等高級應用，主要用于演示和學習培訓功能。

（3）虛擬DCS作為現(xiàn)在主流方式，具有成本低、逼真度高的特點。該方式能夠完成學員培訓、演示，以及控制計算等復雜的仿真應用功能，可以更好的滿足電廠對過程工業(yè)的需求。虛擬DCS是相對于真實DCS而言的，電廠中的實際DCS主要由分散處理單元和人機界面構成。虛擬DCS可以獲得豐富的再現(xiàn)DCS功能和高逼真度。因此，虛擬DCS方式在實際應用中有著明顯的優(yōu)勢。

2 基于虛擬DCS的仿真系統(tǒng)設計與開發(fā)

2.1 硬件結構

該電力公司的DCS仿真系統(tǒng)的硬件結構主要由模型服務器、仿真服務器、操作員站等組成，具體如圖1所示。

圖1 硬件結構圖

（1）仿真服務器：是整個硬件結構的核心部分，在服務器中運行仿真支撐系統(tǒng)，負責整個仿真系統(tǒng)的控制和調度。

（2）模型服務器：在該服務上運行各個對象的仿真數(shù)字模型。

（3）操作員站：在這里將可以模擬與實際DCS操作員站同樣的人機界面和接口，以及實現(xiàn)實際DCS系統(tǒng)中系統(tǒng)操作員相同的功能。

（4）工程師站：除了具有操作員站的全部功能，還可以對DCS進行組態(tài)（即系統(tǒng)配置和界面編輯）上傳、下載、修改等功能。另外，可以對控制站進行配置，可以減少或增加操作員站。在本系統(tǒng)中該工程師站還兼任數(shù)據(jù)服務站的功能，負責歷史采集和數(shù)據(jù)協(xié)議轉換。可以理解為工程師站是整個DCS軟硬件組態(tài)的操作平臺。

（5）教練員站：是該仿真系統(tǒng)的輔助功能模塊，用于模擬實現(xiàn)培訓功能。教練員站可以根據(jù)具體項目進行選擇模塊，完成對培訓學員的培訓工作；可以對仿真機完成啟動、停止等操作；在培訓過程中可以實時觀測學員操作過程；最后還可以對學員的操作給予評價。這個功能可以大大提高對新員工培訓的成本，和給予培訓更加人性化的仿真環(huán)境。

（6）打印機：作為對外輸出設備，可以根據(jù)自己的需要進行資料的輸出，和報表的打印。

2.2 軟件結構

具備仿真硬件后，要想運行起來自然少不了軟件的操縱。具體軟件組成如圖2所示。

圖2 軟件模塊圖

如圖2所示，作為一套完整的仿真系統(tǒng)軟件包括支撐環(huán)境、仿真模型、應用軟件、以及支撐工具軟件。

表1 仿真系統(tǒng)軟件的功能描述

2.3 基于虛擬DCS的典型仿真系統(tǒng)

2.3.1 仿真系統(tǒng)特點

本仿真系統(tǒng)最大的特點是將電站設備仿真模型劃分成若干個典型模塊、子程序、獨立的子系統(tǒng)模型。其中典型模塊和子程序存放在模塊庫中。

2.3.2 仿真系統(tǒng)原理

用仿真機模型參數(shù)替換現(xiàn)場DCS系統(tǒng)現(xiàn)場控制站發(fā)送到系統(tǒng)網絡上的電站設備現(xiàn)場實際參數(shù)，使仿真機猶如運行于實際現(xiàn)場，

該仿真環(huán)境下，通過1:1比例配置的運行環(huán)境硬件和虛擬對象的仿真軟件，建立和生產對象完全一致的生產對象的仿真軟件，建立和生產對象完全一致的生產對象流程和控制運行方式，就可完成運行培訓、崗位考核、熱工過程測試與研究等多種功能。

2.3.3 仿真系統(tǒng)優(yōu)點

它具有與用戶集控室運行環(huán)境完全一致的仿真運行環(huán)境，該系統(tǒng)具有用戶現(xiàn)場DCS工程師站、操作員站等部門幾乎全部的功能，并且擁有完全一致的操作界面和系統(tǒng)響應模式。它提供的培訓環(huán)境不僅和生產現(xiàn)場逼真，培訓過程也和生產過程相似。

3 結束語

通過實踐表明：該仿真系統(tǒng)能夠下載、安裝現(xiàn)場組態(tài)文件；由于控制系統(tǒng)真實性高，該虛擬DCS仿真系統(tǒng)具有更好的運行培訓任務；該系統(tǒng)不僅能夠演練傳統(tǒng)的機電爐故障，而且能夠模擬控制系統(tǒng)故障；具有與真實DCS完全一致的結構和功能；具有與真實機組相同的數(shù)據(jù)結構；可以用于控制優(yōu)化和效率優(yōu)化。為此，該仿真系統(tǒng)極具應用價值和發(fā)展前景。

[1]王占軍,王偉,趙志剛.基于FTP協(xié)議的文件傳輸組件設計與實現(xiàn)[J].沈陽師范大學學報(自然科學版).2012(03).

[2]劉哲.DCS在火電廠中的應用分析[J].黑龍江科技信息. 2014(03).

[3]開雙龍.電廠DCS的發(fā)展及應用問題[J].廣東科技. 2012(11).

Simulation Application of DCS Technology in Electric Power System

Liu Peng
(Shenyang JianZhu University,Shenyang Liaoning,110168)

With the rapid development of information technology and simulation technology, the distributed control system(DCS) is very important in the simulation of power plant control system This paper introduces the principle of DCS technology and the composition of hardware and software, and the detailed implementation scheme of power system simulation based on this technology is introduced in detail

DCS;simulation;simulation model