火电厂仿真机
火电厂仿真机
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利用计算机仿真技术，演示与真实情况相同或相近的发电机组各种运行方式的状态，并可对其进行离线控制，为机组运行值班员进行培训的计算机系统。目录
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火电厂仿真机
利用计算机仿真技术进行培训的设备。发电设备数学模型计算机提供实时数据，配合部分或全部真实控制台屏或表示监控台屏的屏幕显示(CRT)画面，演示与真实情况相同的电力设备各种运行方式的状态，包括起动、正常运行、停机和事故情况下的状态，可以满足各种目的的培训要求。目前，培训仿真机已广泛用于培训操作人员和工程技术及管理人员，提高他们的监控能力和运行技术水平。培训仿真机是以计算技术和仿真技术为基础并应用电网、自动控制、仪表和电厂的锅炉、汽轮机、透平发电机以及运行专业的理论和实践知识而研制的一种实用装置。仿真机的分类从培训仿真机的培训目的的功能来分类，可以划分为基本原理型和全仿真型。甚本服理型所配置的控制台屏不是以某一实际电站为目标，而是从基本原理出发模拟某类型、某容量机组的主要设备和系统，并配置简化的供学员学习和掌握基本原理的台屏或可以进行操作和显示操作结果参数的CRT画面，或兼有台屏和CRT画面。用以培训新的操作员或在校学生，使其从直观上学习和掌握电厂设备和系统特性、物理过程、介质流程及故障的原因和结果。为在全仿真型培训仿真机或实际电厂操作打基础。硬件系统一般包括:①微型机或小型计算机;②磁盘、打字机等外围设备;③输人/输出接口和教学考核设施;④台屏。台屏仿真有两种型式:①模拟台屏型。模拟屏上布里有主要设备和系统流程图，配有主要参数指示仪表;操作台与屏一般联成一体，台上布置有控制台硬件设备诊断;显示图像;在线数据库监视.学员成绩评价;计算机辅助练习等。通过教练员台控制屏和CRT画面配合实现功能选择.画面选择有专家方式和菜单方式。虚拟DCS仿真
虚拟DCS(VirtualDCS)是相对于在过程工业系统中运行的真实DCS(RealDCS)而言的，"虚拟DCS"就是将真实DCS在非DCS的计算机系统中以某种形式再现。"虚拟"是现今广泛使用的一种高新技术概念，比如有实现视景模拟的"虚拟现实"、采用CRT交互的"虚拟仪表"、构建远程多媒体双向通信的"虚拟会议"等等。当然，虚拟技术是完全建立在当今高性能的计算机硬件、软件和网络系统之上的。虚拟DCS不同于其它虚拟技术的是，其被虚拟对象也是计算机系统，而不是一般的物理系统。虚拟DCS就是要在计算机系统上再现计算机系统，具体地说，就是要在一种通常为开放平台计算机信息管理系统中，尽可能真实地再现集散控制计算机系统。虚拟DCS正是过程工业数字化的基础之一。
在实际应用中，为了达到设计调试、人员培训、检测诊断等系统应用目标，需要将真实DCS在非DCS的计算机系统中再现。目前共有三种形式，是分别根据DCS的控制设计、离线组态和构成运行系统等生命周期的不同阶段获取系统资源而实现的
1.激励DCS(Stimulation)──通常是简略输人/输出板卡和外设，采用真实DCS的硬件、软件和网络系统的适当或最小配置，再现DCS。激励DCS具有最高的软硬件逼真度，但是软硬件实现成本很高，与对象模型系统连接较难，无法完成复杂的仿真应用功能。
2.虚拟DCS(VirtualDCS)──在完成DCS组态之后，采用对DCS网络下载文件迸行智能编译转换的方式，实现DCS的平台转移和再现。虚拟DCS应具有极高的软件功能逼真度，实现成本不高，能够完成复杂的仿真应用功能。
3.仿真DCS(Simulation)──只要DCS完成控制功能和逻辑设计，就可以根据设计图纸进行仿真。仿真DCS是多年来培训仿真系统的通常采用的形式，虽然实现成本不高、能够完成复杂的培训仿真应用功能，但软件功能逼真度和可信度相对不够高，跟踪修改较难，几乎不能完成人员培训功能以外的高级应用功能。
虚拟DCS的特点，就是控制参数和算法完全来自于下载文件，使用与DCS相同的算法、模块、时间片、位号等，可以同步修改更新，软件功能逼真度很高。可以说，虚拟DCS能够真正有效、经济和广泛地应用于人员培训和在线检测诊断，满足火力发电等过程工业"数字化"的需求。
扩展阅读：1 火电厂仿真机的分类
1火电厂仿真机的分类
火电厂仿真机从使用日的和技术性能考虑，可分为四种类型。1．1全范围仿真机(简称全仿真机)
硬件复制参考机组控制室内盘／台设备，软件模拟控铆室内所能监视和拯作控制的系统和设备，以及控制室以外在起停和故障中至少go以上的就地操作系统和设备，以达到电站系统垒范鼬、工艺流程垒过程的高逼真度仿真。1．2部分范围仿真机
硬件复制参考机组控制室内所有关键的显示操作设备，较件模拟控制室内干兀必要的就地操作系统及设备，捱缩一些不十分重要的系统。
1．3运用型仿真机
硬件不复制某一机组的典型形式，或采用CRT酝面操作形式，软件使用通用的火电机组数学模型仿真软件，对火电机组基本工艺流程和正常起停及主要事故能正确、实时地反应。I．4原理型仿真机
采用CRT画面操作形式为主，配以少量模拟盘／台，对系统适当简化，使用原理火电机组仿真软件，能正确反应火电机组基本原理工艺流程和正常起停过程。2火电仿真机的基本功能和技术要求2．1火电仿真机的基本功能①机组正常运行工况和试验j②机组故障工况}③仿真机运行极限。
2．2火电仿真机的实时性能和精度要求2，2．I实时性搬标要求
对盘／台操作响应的步长小于0．1s／次；快过程的模型运算步长小于0．26s／次③慢过程的模型运算步长小手1s／次；2．2．2稳态精度
①在25负荷以上稳态运行时，仿真机关键参数的计算值与被仿真机组设计参数值的偏差不大于测量仪表量程的±2j
⑧非关键参数其偏差不大干三=10。2．2．3暂志过程指标
①对起动、停机过程，应符合运行规程和机组制造厂家提供的运行特性曲线；
⑧各参数的动志变化要符合对有关暂态过程的分析结果，趋势和拐点应与实际曲线致，不应违反物
一理规律
⑧仿真机报警和自动装置动作应和实际机组一致
④在相同的操作情况下，仿真机和实际机组相比，系统的暂态特性时间的偏差小于+20。
2．3火电仿真机应具奋的能力
①仿真机应提供连续、实时运行环境。实现在多种工况下的启动、停机和正常运行的监视操作。实现全部操作(无论是正确操作还是错误操作)，都应和实际电站的反应致J
一②正常或异常状态下的全部参数在相应的仪表、CRT及记录仪表等设备上显示年l1记录。当参数达到或超极限时，应与实际电站一样报警或逻辑联锁保护动作l
⑨提供机组在不同运行条件下，分析和改进操作方式并进行优化的试验条件
④提供正确的故障、事故现象仿真，以提高机组运行人员正确判断、处理各种故障及事故的应急能力，并为进一步改进操作方式和制定反事故对策提供手段；⑤对机组的控制系统进行仿真试验和控制系统的参数整定j⑥对岗值运行人员、技术管理人员定期耗训上岗或升前考核，提供反映运行人员实际操作能力和分析封断能力的手段。
2．4火电仿真机关键的设备和技术2．4．1仿真计算机系统①应是当前技术水平的计算机；
②应有30％以上的机时和内存容量富裕量j⑧具有仿真编程语言；
④操作系统是实对、多任务、多用户UNIX系统2．4．2r／O接口系统
应是分散式智能化下位机结构方式、以太网通迅、速度达到赛时性要求、标准工艺制造。2．4．3盘／台
标准工艺制造，其它设备应与实际被仿真对象一样。2．4．4支撑软件
影响开发环境、时间、工期；影响用户修改的难易。应考虑其技术先进程度。2．4．5模型软件
关系到仿真机的精度和逼真度。模型软件的水平取决于算法的水平和建模方法。5火电厂全仿翼机的组成
3．1全仿真机硬件系统(见附图)3．1．1控制盘／台
盘／台用于受训人员进行机组正常运行和故障处理训练。仿真机控制盘／台应装有进行监视和操作所必需的操作器、仪表、开关、光字脾、CRT监视器和其它人机界面设备。盘／台的布置、尺寸、形状、颜色和动作功能应尽量与参考机相同。3．1．2仿真计算机系统
仿真计算机是仿真机的核心，统一蛹度稔l控制仿真机各部分协调工作，使仿真机在规范规定的仿真范围内高逼真度地运行。仿真计算机应选用当前技术水平的通用计算机。至少有30的机对和内存空间富裕量。并具有仿真编程语言。3．1．0Vo接口系统
仿真机i／o接口系统是盘／台与仿真计算机之间控制、处理和传输输入输出数字模拟信号的设备。I／O接口系统应采用国际标准的通用组件，其精度和分辩率应高于仪表设备的精度和分辩率。传输速度应满足仿真要求。应有适量的备用。3．i．4终端和打印机
供给仿真机工程技术人员进行软件开发和维护用。3．i．5教练员站
用于控制仿真装置的运行，选择和组合学监培训项目，监视学员的培训。教练员台至少有一台CRT和一个键盘。也可配置多台CRT、无线遥控机、长图记录仪和其他设备。
．I．6电站监控机(或集散控制系统)仿真设备采用仿真方式，或实物介人方式。
采用仿真方式时，选甩x一终端或4ss／so微机实现软件仿真。但人机界面键盘需要仿翩。采用实物介人时，其垒部人一机界面与实际电站一致，必要时采用国外引进界面设备。3．i．7就池操作站
用千受训人员进行现场设备的操作培训。有两种模拟方法：①盘／台模拟}③圈l肜终端模拟。3．i．8运行分析台
对电站进行各种运行方式研究、分析用。3．i．9环境仿真系统
包括照明仿真、通讯仿真、声响仿真，以获得逼真的培训环境。3．2全仿真机的软件组成3．2．i计算机软件
①UNIx操作系统操作系统是程，的集合．用于管理计算机系统资源，辅助麻Jij程序的开发和执行。操作系统应是寅时、多任务、多用户的系统j②FORTRAN，C／C++等语言j⑨网络软件j④图形软甜!。
3．2．2机组模型软件系统是模拟被仿真对象的设备和生产过程的软什。数学模型的建立应以物理过程为基础，符台质量、动量和能量守恒定律。故障模型应包含在物理过程模型中，它应由高级语言编写，模块化结构，TOrDOWN结构程序设计。3．2．3仿真支持较件系统
应具有支持模型较件的开发、维护、修改、调试和实时运行的能力。具体要求。①大型数据库和模块库管理，
②模块化建模、TOPDOWN结构程序设计；③单相可压缩、不可压缩流体压力网络图形建模j④逻辑操作和控制调节回路的图形建模j⑤离线、在线调试和修改模型软件；。⑥快速的i／o管理。3．2．4教练员台软件
是实现教练员站培训控制功能所需要的全软件。仿真机的培训控制功能是由教练员台实现的。它实现的培训控制功能如下：①起动／停止；②初始工况选择j⑤冻结／运行④故障的插入与删除；⑤返回j⑥记录／重演；⑦快存；@他逐／慢速；⑨超控}⑩开关检查@改变外部参数；@L组参数监视；@学员成绩评定。
3．2．5电站髓控机(或集数控制系统)仿真软仆3．2，6就地操作仿真软件
就地操作仿真，选择雍机纽扁停成故障处理情况下必须进行的操作仿真。3．2．7机组运行分析和研究软件3．2，8盘／台设备诊断欹件
是用来检查和维护仿真机系统和设备的专用程序。3．3全仿真机的仿真范围
3．3，1仿真机控制室的全部监视和控制设备，在外观和功能上应是真实电站主控制室相应设备的复制品。获得较高的物理逼真度，为运行人员提供逼真的培训环境。
3．3．2按生产流程进行仿真，从燃料制备到发电机_主变压器组止，包括机、炉、电、控制器四太部分。与变压器连接的电网被视为无穷大电网，电阿参数作为外部参数来设置。①锅炉：锅本体，燃烧、风烟、汽水辅机系统等}
②汽机t汽机本体，凝结水、给水、主蒸汽、循环永、旁路、辅助蒸汽及油系统等，③电气；发电机本体、主变压器、励磁系统、同期装置、厂用电系统、网控站及冷却系统t④控翩和保护：电站监控机(或集散控制系统)，电液调节系统(DEH)、炉膛火陷安全监视系统(FSSS)、旁路系统(BYPS)、小汽机调速系统(MEH)及其他全部控制逻辑保护联锁等。’
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