《仿真機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介》PPT課件.ppt

仿真機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介,主要內(nèi)容,仿真機(jī)基本概念 仿真機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 仿真機(jī)基本功能 仿真機(jī)建模,一、仿真機(jī)基本概念,1、主要技術(shù)術(shù)語 模型：對(duì)真實(shí)世界過程、概念或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為等某些方面的特征的理想近似表述。 物理模型：用物理相似的方法建立的模型。 數(shù)學(xué)模型：用數(shù)學(xué)符號(hào)和關(guān)系式表達(dá)的模型。 仿真：建立物理和/或數(shù)學(xué)模型，使其與真實(shí)世界過程、概念或系統(tǒng)（仿真對(duì)象）在相同受控輸入下的特定的特性是相像的。 物理仿真：使用物理模型進(jìn)行仿真對(duì)象的仿真。例如：飛機(jī)模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)仿真。 數(shù)學(xué)仿真：使用數(shù)學(xué)運(yùn)算工具（計(jì)算機(jī)）和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真對(duì)象的仿真。 實(shí)時(shí)仿真：仿真過程中，在任一實(shí)際時(shí)間段內(nèi)表達(dá)了仿真對(duì)象相同時(shí)間段的特性。,2、仿真技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域、用途及分類 應(yīng)用領(lǐng)域： 工業(yè)領(lǐng)域 科技領(lǐng)域 航空、航天領(lǐng)域 用途： 用于研究、設(shè)計(jì)、分析 用于教育、培訓(xùn)、訓(xùn)練 分類： 按實(shí)現(xiàn)方式分：數(shù)字仿真/模擬仿真 按仿真范圍分：全范圍仿真/部分過程仿真 按實(shí)時(shí)性分：實(shí)時(shí)仿真/非實(shí)時(shí)仿真 按用途分：分析、研究型仿真/培訓(xùn)、訓(xùn)練、教學(xué)型仿真,3、火電機(jī)組仿真機(jī) 以火電廠發(fā)電機(jī)組為仿真對(duì)象的仿真 類型：數(shù)字仿真、全范圍仿真（自燃料制備至主變出口）、實(shí)時(shí)仿真、培訓(xùn)及分析研究型仿真 仿真內(nèi)容： 機(jī)組主控室環(huán)境 機(jī)組主控室運(yùn)行人員監(jiān)控涉及的電廠設(shè)備和系統(tǒng) 機(jī)組主控室運(yùn)行人員在啟停、故障處理中涉及的操作和顯示 仿真機(jī)組的正常、異常和故障工況（仿真機(jī)特有功能） 用途： 火電機(jī)組運(yùn)行人員技術(shù)培訓(xùn) 機(jī)組運(yùn)行方式研究 控制系統(tǒng)分析和研究,返回,二、仿真機(jī)基本結(jié)構(gòu),1、仿真對(duì)象 研究仿真機(jī)應(yīng)該首先對(duì)仿真對(duì)象有所了解，因?yàn)榛痣姍C(jī)組仿真機(jī)是以火電廠發(fā)電機(jī)組為仿真對(duì)象，所以下面簡(jiǎn)要介紹火電廠的發(fā)電機(jī)組。 火電廠發(fā)電的具體原理不再詳細(xì)說明，主要介紹電廠的控制系統(tǒng)。電廠主控室運(yùn)行人員的任務(wù)就是使用分散控制系統(tǒng)（DCS）對(duì)發(fā)電生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，具體過程如下圖：,DCS操作員站,DCS操作員站,DCS工程師站,. . .,DPU,發(fā)電機(jī)組 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 (機(jī)/爐/電),卡件,廣播,廣播,廣播,DCS上位,DCS下位,發(fā)指令、組態(tài),發(fā)指令,發(fā)指令,現(xiàn)場(chǎng),DI/AI,DO/AO,DI/AI,DO/AO,由上圖可知，控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(被控對(duì)象)和DCS系統(tǒng)組成，兩者之間通過卡件連接， DCS系統(tǒng)又可分為上位和下位兩部分。要實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組仿真機(jī)的仿真內(nèi)容（前述），對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和DCS系統(tǒng)都要進(jìn)行仿真，下面分別進(jìn)行介紹。 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即系統(tǒng)的被控對(duì)象，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有各種測(cè)點(diǎn)（溫度、壓力、差壓、電流、電壓）測(cè)出信號(hào)值，再經(jīng)過放大、變送等環(huán)節(jié)后送入控制系統(tǒng)中。 卡件 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和DCS系統(tǒng)之間的通信，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量信號(hào)送入DCS系統(tǒng)，將DCS系統(tǒng)的控制指令傳回現(xiàn)場(chǎng)。每個(gè)卡件有不同的通道，可傳送很多信號(hào)。 DCS系統(tǒng)簡(jiǎn)介 下位DPU。 內(nèi)部裝有控制算法的程序，DCS上位進(jìn)行控制時(shí)要調(diào)用DPU內(nèi)的算法進(jìn)行運(yùn)算。所謂“分散控制系統(tǒng)”的分散是指現(xiàn),場(chǎng)信號(hào)分站送入DCS系統(tǒng)，每個(gè)站一個(gè)DPU，只處理一部分信號(hào)。每個(gè)DPU傳送DI、DO、AI、AO四類數(shù)據(jù)，使用四個(gè)卡件，每個(gè)卡件和該DPU間傳送一類數(shù)據(jù)。DPU的功能是運(yùn)算和傳遞數(shù)據(jù)。DPU將接收到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)（DI、AI）傳遞給DCS上位進(jìn)行控制，DCS上位進(jìn)行控制需要調(diào)用DPU內(nèi)的算法進(jìn)行運(yùn)算，DPU運(yùn)算完后又將控制指令（DO、AO）通過卡件傳遞回現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)控制，這樣實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。 上位安裝運(yùn)行DCS上位程序。 功能是接收DPU傳送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行控制。操作員模式和工程師模式是兩種工作模式，它們對(duì)DCS系統(tǒng)功能的使用權(quán)限不同。 操作員站只能對(duì)監(jiān)控畫面進(jìn)行操作，即接收DPU傳送的數(shù)據(jù)后使用工程師站的控制邏輯進(jìn)行控制，對(duì)DPU發(fā)控制指令。 工程師站除了可對(duì)監(jiān)控畫面進(jìn)行操作外，還可以進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)畫面組態(tài)、控制邏輯組態(tài)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫組態(tài)，改變控制邏輯組態(tài)后要進(jìn)行編譯然后下裝到DPU中才能起作用。另外，工程師 上還能實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)顯示、事故追憶等DCS系統(tǒng)的功能。,通信 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)到卡件，卡件到DPU之間是通過光纜、光纖等傳輸工具進(jìn)行通信。 DCS向DPU下發(fā)指令是通過TCP協(xié)議，工程師站和每個(gè)操作員站都可以向DPU下發(fā)指令。 DPU向DCS站傳送數(shù)據(jù)是通過UDP廣播通信，DPU可將數(shù)據(jù)廣播給DCS工程師站及所有的操作員站。 DCS系統(tǒng)的具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)略。 、仿真機(jī)結(jié)構(gòu) 針對(duì)上述仿真對(duì)象，火電機(jī)組仿真機(jī)的具體結(jié)構(gòu)如下圖：,虛擬DCS操作員站,虛擬DCS操作員站,虛擬DCS工程師站,. . .,模型,通信程序,廣播,廣播,廣播,虛擬DCS上位,虛擬DCS下位,發(fā)指令、組態(tài),發(fā)指令,發(fā)指令,VDPU,共享內(nèi)存,廣播,模型站,廣播,共享內(nèi)存,虛擬現(xiàn)場(chǎng),上圖的仿真機(jī)系統(tǒng)對(duì)仿真對(duì)象中的每一部分都進(jìn)行了仿真。包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、DCS系統(tǒng)、卡件以及系統(tǒng)的通信，下面分別介紹對(duì)每一部分的仿真。 虛擬現(xiàn)場(chǎng) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模擬是通過在仿真支撐系統(tǒng)上搭建火電廠的模型（機(jī)爐電）來實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)經(jīng)檢測(cè)變送后的信號(hào)相當(dāng)于模型中相應(yīng)模塊的輸出。建模工作就是如何在仿真支撐系統(tǒng)上搭建火電廠模型。 通信程序 通信程序?qū)崿F(xiàn)的是卡件的功能，即現(xiàn)場(chǎng)和DCS系統(tǒng)之間的通信。通信程序?qū)⒛Ｐ偷妮敵鲂盘?hào)送入虛擬DCS系統(tǒng)，將虛擬DCS系統(tǒng)的控制指令傳回模型。 虛擬DCS系統(tǒng) 下位VDPU。 與實(shí)際DPU功能相同，實(shí)際系統(tǒng)每個(gè)站有一個(gè)DPU，有一個(gè)IP地址，而VDPU是用一個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)了所有站的功能，只要在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行VDPU 程序即可，只有一個(gè)IP地址。,上位安裝運(yùn)行虛擬DCS上位程序。 與實(shí)際DCS上位系統(tǒng)功能相同。根據(jù)VDPU與實(shí)際DPU的區(qū)別將實(shí)際DCS上位程序修改即可。 通信 將模型和通信程序放在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上作為模型站，這樣模型和通信程序之間通過共享內(nèi)存?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)。 保證模型站和VDPU在同一網(wǎng)段內(nèi)，模型站和VDPU之間可通過UDP廣播通信。 保證VDPU和虛擬DCS工程師站、操作員站在同一網(wǎng)段內(nèi)。DCS向DPU下發(fā)指令是通過TCP協(xié)議，工程師站和每個(gè)操作員站都可以向DPU下發(fā)指令。DPU向DCS傳送數(shù)據(jù)是通過UDP廣播通信，DPU可將數(shù)據(jù)廣播給DCS工程師站及所有的操作員站。 通信程序到VDPU之間的廣播數(shù)據(jù)是模型輸出值，即DCS系統(tǒng)的輸入（DI、AI），VDPU到通信程序之間的廣播數(shù)據(jù)是DCS系統(tǒng)輸出的控制指令（DO、AO），廣播數(shù)據(jù)的類型不同。,交 換 機(jī),模型站,同一網(wǎng)段的局域網(wǎng),DCS工程師站,DCS操作員站,DCS操作員站,VDPU,仿真機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),返回,三、仿真機(jī)基本功能,1、模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備的模擬：用數(shù)學(xué)模型模擬火電廠的生產(chǎn)設(shè)備以及它們之間的連接關(guān)系，能夠輸出DCS系統(tǒng)需要的各種信號(hào)。在接到虛擬DCS系統(tǒng)下發(fā)的控制指令后能輸出與實(shí)際設(shè)備相像的特性，實(shí)時(shí)仿真。 對(duì)DCS系統(tǒng)的模擬：模擬實(shí)際DCS系統(tǒng)的上位和下位，實(shí)現(xiàn)實(shí)際DCS系統(tǒng)的功能畫面監(jiān)視、控制操作、系統(tǒng)組態(tài)等。 通信的模擬：實(shí)現(xiàn)仿真機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。 主控室布局的模擬：硬件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的模擬。 、仿真機(jī)特有功能 上述功能使仿真機(jī)能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和操作系統(tǒng)的功能。除此之外，仿真機(jī)還有一些特有的教練員功能，教練員站就是模型站，下面介紹模型站上的教練員功能。,存取工況 啟動(dòng)仿真機(jī)系統(tǒng)后，可以根據(jù)情況隨時(shí)存工況，此時(shí)模型中各個(gè)模塊的實(shí)時(shí)數(shù)值和DCS系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)值就被保存下來作為初始條件，需要時(shí)可以再調(diào)出該工況進(jìn)行操作。 一次練習(xí)結(jié)束存工況，下次來可以調(diào)出該工況繼續(xù)操作；存入工況后，可以重復(fù)調(diào)出該工況，練習(xí)操作步驟，現(xiàn)場(chǎng)不可能實(shí)現(xiàn)；做故障需要在一定的工況上進(jìn)行。 抽點(diǎn)，回退 不用存工況，選擇手動(dòng)自動(dòng)抽點(diǎn)，系統(tǒng)便會(huì)存儲(chǔ)臨時(shí)工況，需要時(shí)可將臨時(shí)工況調(diào)出使用，臨時(shí)工況在本次關(guān)閉仿真機(jī)系統(tǒng)后自動(dòng)消失。 添加故障 為訓(xùn)練運(yùn)行人員應(yīng)對(duì)機(jī)組發(fā)生故障的能力，可以在仿真機(jī)上模擬發(fā)生故障的情況，現(xiàn)場(chǎng)不可能實(shí)現(xiàn)。模型中的模塊輸入有專門的故障輸入口，用來實(shí)現(xiàn)故障，可將各種故障排成列表供以后使用。,動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)視、曲線顯示 啟動(dòng)仿真機(jī)系統(tǒng)后，可以在模型里選擇想要監(jiān)視的模塊參數(shù)，監(jiān)視其變化趨勢(shì)，另外還可以顯示參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線。,返回,四、仿真機(jī)建模,1、熟悉火電廠生產(chǎn)設(shè)備的原理及連接關(guān)系 鍋爐 制粉系統(tǒng)：磨煤機(jī)，給煤機(jī) 燃燒系統(tǒng)：點(diǎn)火裝置，爐膛傳熱 風(fēng)煙系統(tǒng)：一次風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)，空氣預(yù)熱器，氧量調(diào)節(jié)，爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié) 汽水系統(tǒng)：（汽包），水冷壁，下降管，省煤器，過熱器，再熱器 汽機(jī) 除氧給水系統(tǒng) 抽汽系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng) 凝結(jié)水系統(tǒng)、凝汽器真空等 電氣 廠用電系統(tǒng) 同期、并網(wǎng) 勵(lì)磁系統(tǒng)等,、熟悉仿真支撐系統(tǒng)上的建模方法 建立算法庫 算法庫包含若干算法，算法由FORTRANC+ BUILDER等程序編制，運(yùn)行模型要調(diào)用算法庫中的算法。算法庫中應(yīng)包含機(jī)爐電各種設(shè)備的專業(yè)算法，一些基本的算術(shù)、邏輯算法，還應(yīng)有閥門，電機(jī)，壓力節(jié)點(diǎn)，流量，換熱等公用算法。另外還可以自己根據(jù)需要建立算法和算法庫。 在算法庫中選擇適當(dāng)?shù)乃惴ń⒛K 每個(gè)模塊有若干個(gè)輸入、輸出、中