發電廠分布式控制系統仿真系統現狀的研究

摘 要：隨著社會信息化的普及和計算機軟硬件的高速發展，基于微型計算機開發的仿真機已經應用到諸如軍事、電力等各種領域，它在科學研究方面和生產培訓中發揮著巨大的作用。發電廠的分布式控制系統設計工藝復雜，控制室操作面板功能較多，監控和運行參數數據量大，這需要運行人員操作技術熟練，避免發生故障和事故。通過發電廠仿真機對運行值班員進行培訓在世界各地已經非常普遍，并取得了良好的效果。電力生產企業將這種使用仿真機對運行人員進行模擬操作和反事故演練的培訓方式規定為企業的日常培訓方式。

關鍵詞：控制系統；DCS；組態；仿真機

1發電廠仿真機的發展

在電力生產經營過程中存在著諸多的風險，有些風險是無法避免的，企業要求必須保證生產過程的安全，因此需要發電廠的運行值班員一定要操作各類設施技術過硬和擁有豐富的知識。早年間不管是電廠的控制系統還是熱力參數都十分簡單，并且當時計算機技術無法符合發電廠控制系統仿真模擬的要求，所以企業只能通過文字和圖形的方式來培訓新的運行值班員和展開反事故演練。在科技新舊交替快速和社會經濟發展需要的大環境下，人們對電力的需求也迅猛增長，這推動著發電廠參數和容量的不斷提升。另外有著愈來愈額繁瑣設計的控制系統，假若運轉值班工作人員沒有接收上崗培訓就上崗，那么其的操作水平就無法滿足操作設備的需要，假若有事故或者故障發生，操作安全性難以保證。

在新的科技革命及發電技術和計算機科技高速發展的帶動下，電力生產企業對仿真機系統的要求和需求也越來越多，這種市場需求促使了仿真技術的迅猛發展。

美國愛迪生電力公司和卡迪納利斯火電廠分別于1964年和1967年建立了發電廠仿真機，前者是最早的發電廠仿真機，后者以自己為仿真對象進行的組建。美國時間1979年3月28號，在三里島壓水堆核電廠的二號堆產生了外溢放射性物質和堆芯失水熔融的特大災害。

上世紀80年開始，人們發現可以開發仿真支撐軟件來提高仿真機軟件模塊復用性、管理仿真機模塊與設備硬件的協調工作，更好地對其進行管理。外國有很多企業也將相近的仿真支撐軟件研發出來，并且運用這些研制的軟件充分采取模塊化建模的手段，同時這些軟件中有一部分已經擁有圖形化建模能力，對大批的輸入/輸出處理。

1.1仿真技術的發展

仿真技術是對系統工程、控制工程和計算機技術的應用，依據實際發生在現場的操作過程進行試驗，并可以對假設條件進行動態試驗的技術。仿真技術在微型計算機的飛速發展的帶動下，在軍事、電力等各行業中均得到史無前例的發展，并將高經濟和社會收益呈現出來。

仿真技術早年間的主要技術策略是計算機技術，不過當時計算器缺乏平穩性且功能不全，進而阻礙了仿真技術的迅速發展，從而在長時間內停留在創建簡單模型的階段，仿真模擬使用區間也受到很多局限。

不同于早期仿真機只有一臺主機的情況，如今根據操作性質劃分已經將教練員站、操作員站和就地操作站從仿真機主機上分離開。通過使用多窗口和圖像圖形技術，提供給操作人員和教練的人機交互頁面更友好和美觀，使發電廠分布式控制系統（DCS）不僅極易研發出圖像，并且多媒體圖像極易于研發，使用了多媒體技術后在仿真發電廠的聲光和火焰報警器時不再有較大難度。

通信和計算機技術的進步促使仿真技術得到史無前例的發展。注入分布式網絡技術的仿真機，能夠將仿真的對象分布在多個微型計算機上，提高了系統的實時性和可擴展性。通過研制開發發電廠設施模型數據庫，模塊化組件和設施的數學模型，使建立模型更加方便。部分模塊已經具備了網絡拓撲自動辨識能力，便于更好地生成仿真程序。

發電廠仿真機的功能通常是基于以下幾個方面：

（1）發電廠具備分析性能、在線檢測、診斷故障的功能。仿真模型與現實的機組連接并采集實時數據，對發電機組性能進行分析，達到經濟運行的目的。同時，進行故障的診斷和預測，提高穩定性。

（2）作為檢測控制電力公司的中心，具備管理和分析的能力，為了能夠實時掌握電力公司發電廠機組的運行情況，通過計算機網絡與發電廠各機組進行通信，進行故障預測和壽命管理，分析各單元的性能及維修計劃安排等。

（3）為電力企業、設計院、研究院提供模擬試驗及設備檢查，并為其提供經過仿真機計算、經過驗證為正確的數據。

1.2 分布式控制系統（DCS）仿真技術現狀

近幾年，我國新建成或者正在建設的利用燃燒城市垃圾所釋放的熱能發電的火電廠較多，這些發電廠都采用了分布式控制系統（DCS）。新的發電廠的建立為國內電力仿真行業帶來了發展機遇，目前國內對火電廠仿真機的研究都集中在以下兩個方面：

（1）使自建圖形的建模方式實現。國內外應用廣泛的建模方法是采用圖形建立模型法，運用該種形式可以將各個熱力系統形成圖形模塊之后，客戶只需在圖形頁面以相應的模塊進行銜接，本平臺就可產生與之相關的執行程序，給用戶建模過程帶來方便。

（2）仿真機集中運算造成的系統不平穩運行。就傳統類型的仿真機計算而言，全部的計算工作均是由專門的計算服務器來完成，采取星網格局從而導致系統的平穩性與中心節點的相同，假若系統計算一旦失靈，就會使整體計算服務癱瘓。而圖形化建模方式是協調各模塊之間的運算，它采用分布式結構，為提高系統性能需要大量的仿真機。如此既能減少單個仿真機的負載，也能增加穩定性。

仿真機主要應用在對運行人員的培訓和對假想操作進行試驗測試方面，怎樣采用新式方陣法，使現實機組最大程度的呈現在模型中，是所有仿真機研發和設計的總目標。它使圖形、可視化和圖形技術的發展和應用更為快速。目前應用廣泛的仿真方法有兩種：即以實際人機界面和設備為仿真對象的全仿真模式，這種模式中仿真對象不用完全實現該對象在現實中的全部功能；另一種是將開發完成的仿真機放入在原有人機界面和設備的基礎上的系統中，實現過程仿真。

2研究背景與意義

人們的生活離不開電力和熱力，我國大中型城市里都有發電企業和供熱企業，正是這些企業的存在，才讓我們能夠在日常的生活中正常用電，讓企業在生產中有了熱源。這些發電企業提供了大量就業崗位，這些崗位主要是火電廠的運行人員。而發電廠的分布式控制系統設計工藝復雜，控制室操作面板功能較多，監控和運行參數數據量大，設備的啟停運行和事故處理非常繁瑣。如果沒有對運行人員進行培訓，他們很難掌握相應的操作技術。運行過程中一旦設備出現故障或自動控制發生故障，難以保證運行人員安全操作，而且會對人們造成巨大危害。在計算機和電力技術快速發展的環境中，運用仿真模式來展開電廠仿真培訓工作更為便利。

隨著全球信息化和發展計算機軟硬件的速度不斷加快，以微型計算機為基礎研制的仿真機已在諸如軍事、電力等各種領域，它在科學研究方面和生產培訓中發揮著巨大的作用。火電廠仿真機是在微型計算機上，對已經編寫成程序的仿真對象，在各種工況的動態和靜態數據進行控制操作，達到技能培訓和科學研究的目的。

3 結論

在計算機和電力技術快速發展的環境中，運用仿真模式來展開電廠仿真培訓工作更為便利。仿真機的開發主要是使用編程語言對仿真對象的數學模型進行開發并在計算機上運行，在運行過程中針對各種實際工況進行過程仿真，與實際現場運行保持一致，實現科學研究和培訓的目的。

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作者簡介：

胡俊宇（1980.02-）；性別：男，籍貫：遼寧省沈陽人，學位：碩士，畢業于沈陽工業大學；現有職稱：信息系統項目管理師；研究方向：信息系統。