发电厂分布式控制系统仿真系统现状的研究

摘 要：随着社会信息化的普及和计算机软硬件的高速发展，基于微型计算机开发的仿真机已经应用到诸如军事、电力等各种领域，它在科学研究方面和生产培训中发挥着巨大的作用。发电厂的分布式控制系统设计工艺复杂，控制室操作面板功能较多，监控和运行参数数据量大，这需要运行人员操作技术熟练，避免发生故障和事故。通过发电厂仿真机对运行值班员进行培训在世界各地已经非常普遍，并取得了良好的效果。电力生产企业将这种使用仿真机对运行人员进行模拟操作和反事故演练的培训方式规定为企业的日常培训方式。

关键词：控制系统；DCS；组态；仿真机

1发电厂仿真机的发展

在电力生产经营过程中存在着诸多的风险，有些风险是无法避免的，企业要求必须保证生产过程的安全，因此需要发电厂的运行值班员一定要操作各类设施技术过硬和拥有丰富的知识。早年间不管是电厂的控制系统还是热力参数都十分简单，并且当时计算机技术无法符合发电厂控制系统仿真模拟的要求，所以企业只能通过文字和图形的方式来培训新的运行值班员和展开反事故演练。在科技新旧交替快速和社会经济发展需要的大环境下，人们对电力的需求也迅猛增长，这推动着发电厂参数和容量的不断提升。另外有着愈来愈额繁琐设计的控制系统，假若运转值班工作人员没有接收上岗培训就上岗，那么其的操作水平就无法满足操作设备的需要，假若有事故或者故障发生，操作安全性难以保证。

在新的科技革命及发电技术和计算机科技高速发展的带动下，电力生产企业对仿真机系统的要求和需求也越来越多，这种市场需求促使了仿真技术的迅猛发展。

美国爱迪生电力公司和卡迪纳利斯火电厂分别于1964年和1967年建立了发电厂仿真机，前者是最早的发电厂仿真机，后者以自己为仿真对象进行的组建。美国时间1979年3月28号，在三里岛压水堆核电厂的二号堆产生了外溢放射性物质和堆芯失水熔融的特大灾害。

上世纪80年开始，人们发现可以开发仿真支撑软件来提高仿真机软件模块复用性、管理仿真机模块与设备硬件的协调工作，更好地对其进行管理。外国有很多企业也将相近的仿真支撑软件研发出来，并且运用这些研制的软件充分采取模块化建模的手段，同时这些软件中有一部分已经拥有图形化建模能力，对大批的输入/输出处理。

1.1仿真技术的发展

仿真技术是对系统工程、控制工程和计算机技术的应用，依据实际发生在现场的操作过程进行试验，并可以对假设条件进行动态试验的技术。仿真技术在微型计算机的飞速发展的带动下，在军事、电力等各行业中均得到史无前例的发展，并将高经济和社会收益呈现出来。

仿真技术早年间的主要技术策略是计算机技术，不过当时计算器缺乏平稳性且功能不全，进而阻碍了仿真技术的迅速发展，从而在长时间内停留在创建简单模型的阶段，仿真模拟使用区间也受到很多局限。

不同于早期仿真机只有一台主机的情况，如今根据操作性质划分已经将教练员站、操作员站和就地操作站从仿真机主机上分离开。通过使用多窗口和图像图形技术，提供给操作人员和教练的人机交互页面更友好和美觀，使发电厂分布式控制系统（DCS）不仅极易研发出图像，并且多媒体图像极易于研发，使用了多媒体技术后在仿真发电厂的声光和火焰报警器时不再有较大难度。

通信和计算机技术的进步促使仿真技术得到史无前例的发展。注入分布式网络技术的仿真机，能够将仿真的对象分布在多个微型计算机上，提高了系统的实时性和可扩展性。通过研制开发发电厂设施模型数据库，模块化组件和设施的数学模型，使建立模型更加方便。部分模块已经具备了网络拓扑自动辨识能力，便于更好地生成仿真程序。

发电厂仿真机的功能通常是基于以下几个方面：

（1）发电厂具备分析性能、在线检测、诊断故障的功能。仿真模型与现实的机组连接并采集实时数据，对发电机组性能进行分析，达到经济运行的目的。同时，进行故障的诊断和预测，提高稳定性。

（2）作为检测控制电力公司的中心，具备管理和分析的能力，为了能够实时掌握电力公司发电厂机组的运行情况，通过计算机网络与发电厂各机组进行通信，进行故障预测和寿命管理，分析各单元的性能及维修计划安排等。

（3）为电力企业、设计院、研究院提供模拟试验及设备检查，并为其提供经过仿真机计算、经过验证为正确的数据。

1.2 分布式控制系统（DCS）仿真技术现状

近几年，我国新建成或者正在建设的利用燃烧城市垃圾所释放的热能发电的火电厂较多，这些发电厂都采用了分布式控制系统（DCS）。新的发电厂的建立为国内电力仿真行业带来了发展机遇，目前国内对火电厂仿真机的研究都集中在以下两个方面：

（1）使自建图形的建模方式实现。国内外应用广泛的建模方法是采用图形建立模型法，运用该种形式可以将各个热力系统形成图形模块之后，客户只需在图形页面以相应的模块进行衔接，本平台就可产生与之相关的执行程序，给用户建模过程带来方便。

（2）仿真机集中运算造成的系统不平稳运行。就传统类型的仿真机计算而言，全部的计算工作均是由专门的计算服务器来完成，采取星网格局从而导致系统的平稳性与中心节点的相同，假若系统计算一旦失灵，就会使整体计算服务瘫痪。而图形化建模方式是协调各模块之间的运算，它采用分布式结构，为提高系统性能需要大量的仿真机。如此既能减少单个仿真机的负载，也能增加稳定性。

仿真机主要应用在对运行人员的培训和对假想操作进行试验测试方面，怎样采用新式方阵法，使现实机组最大程度的呈现在模型中，是所有仿真机研发和设计的总目标。它使图形、可视化和图形技术的发展和应用更为快速。目前应用广泛的仿真方法有两种：即以实际人机界面和设备为仿真对象的全仿真模式，这种模式中仿真对象不用完全实现该对象在现实中的全部功能；另一种是将开发完成的仿真机放入在原有人机界面和设备的基础上的系统中，实现过程仿真。

2研究背景与意义

人们的生活离不开电力和热力，我国大中型城市里都有发电企业和供热企业，正是这些企业的存在，才让我们能够在日常的生活中正常用电，让企业在生产中有了热源。这些发电企业提供了大量就业岗位，这些岗位主要是火电厂的运行人员。而发电厂的分布式控制系统设计工艺复杂，控制室操作面板功能较多，监控和运行参数数据量大，设备的启停运行和事故处理非常繁琐。如果没有对运行人员进行培训，他们很难掌握相应的操作技术。运行过程中一旦设备出现故障或自动控制发生故障，难以保证运行人员安全操作，而且会对人们造成巨大危害。在计算机和电力技术快速发展的环境中，运用仿真模式来展开电厂仿真培训工作更为便利。

随着全球信息化和发展计算机软硬件的速度不断加快，以微型计算机为基础研制的仿真机已在诸如军事、电力等各种领域，它在科学研究方面和生产培训中发挥着巨大的作用。火电厂仿真机是在微型计算机上，对已经编写成程序的仿真对象，在各种工况的动态和静态数据进行控制操作，达到技能培训和科学研究的目的。

3 结论

在计算机和电力技术快速发展的环境中，运用仿真模式来展开电厂仿真培训工作更为便利。仿真机的开发主要是使用编程语言对仿真对象的数学模型进行开发并在计算机上运行，在运行过程中针对各种实际工况进行过程仿真，与实际现场运行保持一致，实现科学研究和培训的目的。

参考文献：

[1]王雁军， 康静秋， 杨振勇. 基于性能测试的DCS状态评估及改造方案研究[J]. 华北电力技术，2015（11）： P28-31.

[2]杜梅，孙可.一种通用仿真信息图示方法的研究与实现[J].沈阳师范大学学报（自然科学版）.2010（01）.

[3]谭咏梅.基于事件驱动的仿真引擎设计[J].科技广场，2013（2）：48-52.

作者简介：

胡俊宇（1980.02-）；性别：男，籍贯：辽宁省沈阳人，学位：硕士，毕业于沈阳工业大学；现有职称：信息系统项目管理师；研究方向：信息系统。