OVATION系统虚拟仿真技术研究与实现

王继华，严 明，张 伟，邵伯辰

(1.北京四方继保自动化股份有限公司，北京100085;2.华北电力大学 能源动力与机械工程学院，北京102206)

OVATION系统虚拟仿真技术研究与实现

王继华1，严 明2，张 伟1，邵伯辰1

(1.北京四方继保自动化股份有限公司，北京100085;2.华北电力大学 能源动力与机械工程学院，北京102206)

为了适应目前用户对OVATION系统电站仿真机研制开发提出的更高需求，提出了一种虚拟仿真技术。给出了最新版本SVG格式逻辑文件结构说明，依据对MACRO的不同处理方式，设计了拆包型和打包型两类逻辑翻译策略;给出了系统界面SRC格式备份文件结构说明，设计了全新的界面虚拟化策略，有效地实现了代码的复用与程序的扩展。给出案例验证了上述逻辑翻译与界面虚拟化策略的成功应用，减轻了OVATION控制系统电站仿真机的开发工作量，提高了仿真准确度与逼真度，体现了该技术良好的应用前景。

OVATION;虚拟仿真;SVG;SRC;CyberSim

0 引言

电厂仿真培训系统 (以下称为仿真机)的研制开发通常主要包括机组模型、控制逻辑、组态界面的仿真以及配套培训系统的建立。其中控制逻辑和组态界面的仿真需要从电站收集资料，之后在仿真平台下进行逻辑组态和画面组态。随着控制策略日趋复杂以及机组装机容量日益扩大，仿真平台下逻辑和画面的手工组态方式已基本淘汰，取而代之的是虚拟仿真技术，即用逻辑翻译和界面虚拟化的方式重现电站逻辑与界面［1］。

由于各个控制系统差异较大，依据其具体特点研制不同的仿真机开发策略就很有必要。目前已有较多学者对逻辑翻译和界面虚拟化技术做了大量研究［2～5］，但是，只针对某一系统的具体开发说明少有涉及。本文针对OVATION 系统［6～7］虚拟仿真技术的设计与应用进行了深入的研究。

针对OVATION逻辑翻译部分，本文介绍了传统的与最新的逻辑文件备份格式，针对最新SVG逻辑文件设计了拆包型和打包型两种翻译策略，并对实现方法给予了详细阐述;针对OVATION界面虚拟化部分，介绍了SRC备份文件的格式，总结了传统界面虚拟化方法的过程与缺点，设计了全新的界面虚拟化策略，并对实现方法给予了详细阐述;进而通过案例验证了上述策略的有效性，最终给出了结论。

1 OVATION逻辑翻译

1.1 DWG逻辑文件

OVATION系统的Control Builder是基于Auto-CAD平台开发的组态工具，其逻辑组态保存的文件格式为DWG，可用AutoCAD软件打开查看［8］。

针对旧式DWG格式的逻辑备份文件，通常翻译策略是首先将二进制格式的DWG文件转化为ASCII码格式的DXF文件，然后结合DXF文件解析技术将现场逻辑转化为仿真平台可识别的文件格式，最终实现逻辑翻译的功能。

随着EMERSON公司对OVATION系统的不断更新升级，该系统的逻辑备份文件已不再是DWG格式，导致上述逻辑翻译策略已无法适应于新版本OVATION控制系统电站仿真的需要。

1.2 SVG逻辑文件

新版OVATION系统的控制逻辑备份文件的格式为 SVG，该逻辑文件的存储路径一般为Ovptsvr/＜System name＞/＜network＞/＜unit＞/ControlFunctions/。具体逻辑备份文件包括4种格式，分别是* ．svg，* ．xml，* ．htm，* ．bak。其中SVG文件包含了逻辑页的图形类信息，比如:模块在逻辑页中的坐标位置等;XML文件包含了逻辑页的变量类信息，比如:模块的输入输出变量名称等;HTM文件以网页格式展现了逻辑模块的相关信息;BAK文件是对SVG文件的备份。

逻辑备份文件中还包含控制宏文件、图符文件、数据库文件等。结合上述文件，本文设计了相应的逻辑翻译策略从而有助于新版本OVATION系统的仿真机研制开发。

1.3 SVG逻辑文件翻译设计思路

如图1所示，SVG逻辑文件翻译是将Control Builder导出的OVATION逻辑组态文本通过逻辑翻译工具转换为仿真平台可识别的文本格式逻辑文件，最终导入仿真平台得到可正常运行的控制逻辑数学模型。

图1 逻辑翻译流程图

由于OVATION的逻辑组态里包含大量MACRO信息，依据对宏信息的处理标准可将翻译工具分为拆包型与打包型两类。

1.3.1 拆包型

拆包型指依据MACRO搭建过程将其拆分为具有链接关系的与、或、非模块，即将一个宏当作多个简单模块对待。此方法再现了MACRO内部逻辑组态，有利于对宏实例做单独配置。

翻译过程以XML文件为线索，循环读取XML文件得到各文件对应的逻辑页内容，具体如下:

加载某逻辑页的XML文件，获取当前页面基本信息，如:页面描述、创建日期、DPU号、DROP号等;遍历各个ControlProgramInstruction子节点，获取各个模块的基本信息，如:模块序号、算法索引号、算法名等;继续遍历深层Control-ProgramArgument子节点，获取各个模块管脚信息，如:管脚名称等;遍历各个BooleanStage节点，获取与或非基本模块的输入输出信息。

翻译过程中配合使用相应的SVG文件，获取逻辑页面尺寸、模块坐标、模块系数等信息。

1.3.2 打包型

打包型指将MACRO当作一个特殊算法对待，将其内部逻辑的搭建过程用编程语言实现。此方法可用较少的模块数量再现真实逻辑，减少了仿真平台运算负荷，有利于提高仿真效率。

翻译过程以SVG文件为线索，循环读取SVG文件得到各文件对应的逻辑页内容，具体如下:

加载某逻辑页的SVG文件，获取当前页面基本信息，如:页面高度、页面宽度、页面描述等;遍历G节点获取模块信息;遍历TEXT节点获取逻辑页中的描述信息;遍历RECT节点获取各模块的坐标信息;遍历LINE节点获取逻辑页中的连线信息;遍历各个POLYGON，ELLIPSE节点获取逻辑页中的图形信息，等。依据各节点的类名属性提取相应信息，部分映射关系如表1所示。

表1 类名与信息映射表

翻译过程中配合使用相应的XML文件，获取模块的管脚变量名信息等。

2 OVATION界面虚拟化

2.1 SRC界面备份文件

每幅HMI操作界面的备份文件是相互独立的，存储于Ovptsvr/＜System name＞/Graphics目录下。其一般包括3个文件*．src，*．diag，*．bmp，分别是界面的ASCII源文件，界面的二进制格式目标文件，宏的界面拷屏图。组态界面的虚拟化实现主要基于对SRC文件的解析和转换。

界面SRC文件由多行具体特定意义的文本代码构成，例如:DIAGRAM区用于文件开头定义图形基本参数;BACKGROUND区定义界面重绘时的内容;FOREGROUND区定义界面在每一个执行周期刷新的图形;通过 LINE，CIRCLE，GRADIENTRECT，GRADIENTARC等关键字定义诸如:直线、圆形、矢量矩形、矢量弧等具体显示的界面内容等。

2.2 传统的组态界面虚拟化思路

传统的组态界面虚拟化实现窗口再现时，首先加载SRC文件，之后在程序中使用大量的条件判断语句逐条分类解析文本，最终实现图形的绘制。

当机组容量增大，文本文件内容增多时，对文本进行逐条解析的方法必然导致解析过程缓慢，时间复杂度增高，不利于系统顺畅运行。

其次，倘若不同的电站界面组态使用不同的OVATION元件，或者OVATION系统升级产生了新的组态元件，那么，在程序中使用大量条件判断语句实现的代码将面临重新编写，这将不利于代码的复用与程序的扩展。

2.3 组态界面虚拟化设计思路

为了解决上述时间复杂度过高以及代码程序无法复用扩展的问题，将界面虚拟化过程拆分为两部分，前者实现ASCII文本文件向自定义格式的二进制文件转化;后者实现二进制文件的图形化显示。

首先，整理已知元件，根据元件名字建立关键字数据库KeyWordDataSet;建立图形抽象类GraphObject;建立读取文本ReadASCII，保存二进制文本SaveBinary以及绘图Draw等接口函数。针对关键字数据库中的元件派生出相应的图形元件子类，如图2所示。

图2 元件类结构与关键字数据库

如图3所示，程序启动时首先加载关键字数据库，加载某一SRC文件，将其输入到文本处理链程序，得到处理后的字符文本;依据每行文本的首字段，用反射原理从关键字数据库中映射建立相应的图形类对象，然后根据图形类的ReadASCII函数与SaveBinary函数得到每个SRC文本对应的二进制文件，供第二部分程序调用显示。

图3 文本二进制转化流程图

若需要增加对文本的预处理过程，只需在文本处理链上额外增加后续子节点即可，无需更改原始程序;若发现相应图形类不存在，只需添加关键字数据库，并在程序外部由图形抽象类派生出新元件子类，将子类实现各个接口即可。这样既保证了主体程序的完整性，又实现了代码的复用与程序的扩展。

图形化显示程序主要任务是读取自定义格式的二进制文件，建立并实例化每一个图形类，调用绘图函数将其显示于屏幕，同时，每个固定执行周期对窗口上的显示内容做实时刷新。

3 虚拟仿真实现

3.1 CyberSim仿真支撑平台

CyberSim图模库一体化通用仿真支撑平台是由北京四方继保自动化股份有限公司专门针对电站仿真系统开发的一套图形化模型侧建模平台。

仿真平台的模块类型由算法定义工具PICON管理。具体包括:每个算法的输入、输出、系数的数量、类型、描述、单位定义，以及包括算法的图标样式、管脚位置设定等。仿真平台的算法程序由算法库DLL文件配置，从而建立功能码模块库与仿真平台算法库之间的映射关系。

仿真模型由模块搭建连接而成，依据模块之间的连接关系建立仿真功能块之间的关联，进而调用平台算法库DLL文件中的程序，从而实现控制逻辑数学模型的建立与运行。

3.2 逻辑转换应用案例

山西省晋中市榆次区某2×300 MW燃煤热电厂机组为OVATION控制系统，该厂仿真机控制逻辑采用拆包型翻译方式。图4为该项目中名为“10D001S－046F汽包水位处理”的逻辑页面在CyberSim仿真支撑平台下的显示拷屏图。

图4 CyberSim下逻辑组态拷屏图

传统的DWG格式逻辑翻译效果较大程度上取决于仿真机研发者掌握的Ovation特定AutoCAD插件是否与工程版本相匹配，不匹配的插件会导致部分控制逻辑无法正常显示，进而无法精确翻译。

本文提出的逻辑翻译策略基于系统直接保存的初始资料，并且兼顾多个信息文件从而得到最终的逻辑翻译模型，大幅度提高了仿真逻辑的准确度。

3.3 界面转换应用案例

图5是上述山西省某电站仿真机项目名为“给水系统”的界面虚拟显示图的拷屏展示。

图5 虚拟化界面运行图

传统的虚拟界面程序过度依赖具体项目，导致不同项目需要开发不同的虚拟界面程序，否则会导致部分特殊的组态元件在常规虚拟界面中无法精确显示。

本文提出的虚拟界面实现了代码的复用与程序的扩展。对工程中特殊的组态元件只需做程序扩展即可实现其正常展示，从而大幅度快捷地提高了仿真画面的逼真度。

4 结论

设计的OVATION系统SVG格式逻辑文件翻译策略解决了传统逻辑翻译策略无法适应新版OVATION系统逻辑备份文件的问题;设计的拆包型和打包型两类逻辑翻译策略为不同的仿真需求提供了更大的选择空间;提出的OVATION系统SRC格式文件界面虚拟化策略，有效弥补了传统虚拟化策略高时间复杂度以及代码程序无法复用扩展的缺陷。

总之，本文设计的OVATION虚拟仿真技术，缩短了该系统的仿真机研制周期，减少了开发工作量，提高了仿真逻辑的准确度与仿真界面的逼真度，充分体现了该技术的广阔应用前景。

［1］段新会，姜萍．基于虚拟DCS仿真的控制系统实验验证平台开发 ［J］．电力科学与工程，2008，24(8):56-59．

［2］高叔开，纪连恩，高磊．火电机组分布式控制系统仿真新思路 ［J］．电力系统自动化，2005，29(10):73-75．

［3］高叔开．齐次坐标变换在IA系统操作员站仿真中的应用 ［J］．电力科学与工程，2010，26(7):9-11，37．

［4］王继华，周建章，张伟，等．一种新的虚拟仿真HMI技术研究及实现 ［J］．化工自动化及仪表，2013，40(10):1296-1299．

［5］韩璞，王文治，翟永杰，等．基于虚拟DCS的混合仿真系统设计与开发 ［J］．华北电力大学学报，2006，33(4):1-4．

［6］田宏梅，唐黎锋．OVATION系统在热电厂中的应用［J］．科技创新导报，2009，20，65-66．

［7］许晨德．基于Ovation系统的核动力装置二回路控制仿真研究［D］．哈尔滨:哈尔滨工程大学，2008．

［8］黄洋．使用AutoCAD读取Ovation组态图参数 ［J］．东北电力技术，2004，25(8):24-26．

Study and Implementation of Virtual Simulation Technology of OVATION System

Wang Jihua1，Yan Ming2，Zhang Wei1，Shao Bochen1

(1．Beijing Sifang Automation Co．，Ltd．，Beijing 100085，China;2．School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China)

In order to meet consumers'higher demand for research and development efficiency of power station simulator with OVATION control system，a fully new virtual simulation technology is designed in this paper．The structure of logical backup file with SVG document format，which is exported by the latest version of OVATION system，is given firstly．On the basis of different treatment methods on MACRO，two kinds of logic translation strategies，the packed type and unpacked type，are then designed．The structure of HMI backup file with SRC document format is given secondly．Then fully new virtual HMI technology is designed，which effectively implements code reuse and program extension．An example is presented to verify the successful application of the above logical translation and HMI virtualization strategies，which reduces the development workload of power plant simulator with OVATION control system，improves the simulation accuracy and fidelity，and embodies the good application prospect of this technique．

OVATION;virtual simulation;SVG;SRC;CyberSim

TP391

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2014.04.010

2013－10－28。

王继华 (1986-)，男，硕士研究生，研究方向为应用数学、控制理论与工程，E-mail:wangjihua@ncepu．edu．cn。