PDF《电厂 SIS 高级应用新技术介绍》

基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真系统 电厂 SIS 高级应用新技术介绍 ――基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真系统 (SIS Based Virtual Plant Simulation) (引言)随着我公司最新 SIS 应用平台 iEOS 的推出,已受到众多用户的高度认可.

与此同时,在此 iEOS 平台基础上,正在拓展出新的高级应用功能.以下所介绍的"基于电 厂SIS 环境的虚拟仿真系统"就是近期研发的 SIS 与电厂 DCS 仿真技术紧密结合发成果, 这将使常规的 SIS 应用领域朝更广、更深的方向发展.

1、 SIS 最新技术应用 众所周知,电厂 SIS 系统采集的大量机组运行数据,具有很高的分析和应用价值.通 过将 SIS 技术与虚拟仿真技术有机结合,可以充分利用 SIS 数据,实现很多以往难以想象 的高级功能. 基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真系统,包括虚拟电厂建模技术和虚拟 DCS 控制 技术,可进行历史重现、过程分析、事故重操、故障演习、参数预报等,也对热控人员进行 培训、进行控制方案修改及调试等(如图 1) . 传统的电厂仿真系统,因其模型基于机组的设计数据,是无法应用 SIS 运行数据实现 高级功能的.采用基于 SIS 环境的虚拟仿真建模系统后,其虚拟仿真运行工况来源于真实 机组状态记录,由SIS 数据库在线提供,具有更高的逼真度.这样,就能在已有 DCS 系统 组态和 SIS 的数据基础上,实现新的仿真应用功能,例如: q 把DCS 系统组态直接下载到虚拟 DPU,建立控制系统虚拟仿真模型,能够对 DCS 系 统的控制组态、参数设定、设备调整等方面进行同步修改,用于热控人员培训;

q 把虚拟仿真结果反馈给 DCS, 进行动态模拟试验, 并根据模型计算结果进行 DCS 系统 性能优化或异常分析;

q 将SIS 系统与虚拟仿真系统连接, 使虚拟仿真模型获得机组某个历史时刻的初始工况, 为机组状态分析提供起始运算点,实现控制过程的重新操作,并与现有过程进行比较, 得到最佳控制过程;

q 实现虚拟系统到 SIS 系统的反馈,使运行监控和决策人员可对实时数据和仿真数据进 行比较,做出正确判断;

q 在实时状态时实现运行趋势预测功能等. PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真系统 人机界面 工程师站 DPU I/O 机组设备 SIS服务器 浏览器 MIS服务器 管理数据 SIS工况 数学模型 虚拟I/O 虚拟DPU 教控站 人机界面 历史数据 通信 组态下载 虚拟建模 DCS SIS 图1:发电厂虚拟建模与控制系统

2、虚拟电厂建模技术 基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真建模系统,是在电厂已建成的基础网络设施上建立的专 用实时应用系统,也是在 SIS 平台上建立一个可操控运行的发电厂数字化虚构镜像.本系 统提供的虚拟电厂建模技术, 就是根据电厂系统图完整实现发电机组全范围流体网络和热能 系统的数学模型方程式组构建和运算. 虚拟仿真建模软件采用了 Microsoft 开发工具,在WEB 网络技术架构上开发,针对大 型发电机组的锅炉、汽机、电气等过程设备及构成系统对象,以直观的图形化手段建立其数 学模型的一整套工具软件组合.在模型组态时,可以用 FrontPage 打开页面,可自由拖放 图形组件、连接图形组件和设置模型参数等(如图 2) .在仿真运行时,可用 IE 打开人机界 面,实现对实时仿真系统数学模型的参数监视和操作控制.目前已可以开发针对 600MW、 300MW、135MW、汽包炉、直流炉、流化床、燃机联合循环等各种电厂的虚拟建模软件 包. 虚拟仿真建模系统不同于传统的、仅是培训运行人员的仿真系统功能,它可由 SIS 数 据建立仿真机的初始工况并启动运行,可在 SIS 平台上实现仿真培训和系统分析的目的. PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真系统 图2:虚拟建模软件页面

3、虚拟 DCS 技术 基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真系统, 同时还包括虚拟 DCS 控制系统部分.为了与电厂 数学模型连接运行,实现对 DCS 系统控制策略设计、控制软件调试、故障诊断、运行优化 和人员培训的目的,有必要在新的平台上完全再现真实的 DCS 系统功能.现在共有三种方 式再现 DCS 系统:仿真方式、虚拟方式和激励方式,这是根据 DCS 系统生命周期的不同 阶段获取相应的系统资源来划分的.本系统采用了先进的虚拟 DCS 技术,在完成 DCS 组 态并获得可供下载或备份的控制工程组态程序数据库资源后, 通过对其的智能扫描和翻译转 换,构成 Microsoft 开发平台支撑下的集散控制程序系统,同时开发针对具体 DCS 控制系 统开发与之相同的控制模块库,使其连接运行,进而实现对真实 DCS 系统的实时仿真运行 和功能再现. 如真实 DCS 一样,虚拟 DCS 由两部分构成,即虚拟分散控制单元 DPU 和虚拟人机界 面HMI.本系统多个虚拟 DPU 程序在服务器上联合运行,而多虚拟 HMI 分散在各个工作 站上运行,与SIS 系统共用网络系统平台形成 WEB 实时交互模式(如图 3) .虚拟 DCS 系统通过虚拟 I/O 接口与虚拟电厂建模系统连接,具有很高的软件逼真度、较低的开发成 本,易于实现复杂的仿真控制要求.目前已开发了针对 Siemens TXP?、Foxboro I/A?、 ABB Bailey SYMPHONY?、Emerson OVATION?、GE Xinhua XDPS?等主流 DCS 的虚拟控制软件技术,同时可以开发与来自厂家的虚拟 DCS 软件的接口. PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真系统 图3:虚拟 DCS 人机界面

4、虚拟电厂技术展望 基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真系统,集成了目前发电厂中 DCS、SIS 和仿真机三大实 时系统的相应功能,可在 SIS 技术平台上建立一个包括了机组模型软件和 DCS 控制软件, 可操控运行虚构的数字化电厂,从而使实时系统联成一体,数据应用价值得到显著提高. 随着 SIS 与虚拟仿真技术不断完善,实现高度自动化开发,开发成本会不断减低,每 一个已具有 SIS 系统的电厂就可以用较低成本配置上虚拟仿真系统,作为 SIS 高级功能扩 展,实现以下新的应用: q 在SIS 网上随时调出该虚拟系统,实施安全和经济性分析、评估和预测. q 可实施运行人员和热控检修人员的个人学习和班组培训. q DCS 厂家可在出厂前用虚拟 DCS 和虚拟模型调试真实 DCS,到现场将 DCS 虚拟软 件系统一同交付使用. q 设计院可在完成设计图纸(CAD)后,提供一种带有机组虚拟仿真建模功能的图形软 件包,将其设备选择、设计参数甚至编码系统均已组态在图形软件之中,即可以作为设 计信息资源载体,提供记录和修改功能,同时可以立即进行虚拟仿真运行. q 试验研究院在所计划的调整试验之前和实施之中,均可将虚拟系统软件作为实验平台, 探讨试验的可行性和具体步骤合理性,在试验实施之后将新的特性记载在虚拟系统之 中. 可以展望,基于电厂 SIS 环境的虚拟仿真建模和虚拟 DCS 技术,会成为未来数字化发 电厂中的一个新的发展方向和重要里程碑. PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn