CN103676661A - 多功能仿真验证系统及其仿真验证方法 - Google Patents
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Abstract
一种多功能仿真验证系统及其仿真验证方法，涉及仿真技术领域，所解决的是提高验证可靠性的技术问题。该系统包括开发维护站、操纵站、仿真模型服务器、平台控制站；利用开发维护站绘制人机接口界面下装到操纵站，并利用开发维护站绘制电站工艺系统模型及电站仪控系统模型下装至仿真模型服务器；操作人员通过操纵站的人机接口界面向仿真模型服务器输出相应的操纵指令；仿真模型服务器根据操纵指令，及电站工艺系统模型、电站仪控系统模型对目标系统模拟仿真，来验证仿真目标系统中各个待测对象的工作状况；平台控制站根据不同工况，在验证过程中设置相应的模拟故障插入到各模型中。本发明提供的系统及方法，能逼真地还原被测对象的全貌。
Description
技术领域
本发明涉及仿真技术，特别是涉及一种多功能仿真验证系统及其仿真验证方法的技术。
背景技术
仿真技术作为一种能逼真还原真实设备功能，性能的手段，越来越多地应用于核电、火电、化工等大型企业的工业厂房、工业集成系统的测试验证。随着计算机技术、数字化领域的不断发展，传统的控制方式正在从模拟电路、模拟表盘逐步朝更加集约的数字化控制系统转变。而大量计算机、软件程序在工业控制中的应用也同样带来了不可预测的风险，尤其集中在程序功能的可靠性上。所以，利用仿真技术引入全范围的模拟平台，用于人员的操作培训和控制策略的操作演练就成为了当下较为传统的验证方式。
如江苏田湾核电站的模拟平台是我国国内较为早期的全范围数字化控制系统模拟机仿真平台，该模拟平台结合电站内俄罗斯VVER-1000堆型以及德国西门子TXP/TXS系统的特性，逼真地还原了整个电站的工况，通过模拟的画面和数学模拟，为操作人员和分析人员提供了培训和分析演练的平台。
又如采用法国CPR1000改进型技术的辽宁红沿河核电站，在其由美国GSE公司负责完成的模拟机升级过程中，在原有模拟仿真平台的基础上，增加了将数字化系统内真实控制逻辑导入到模拟平台内进行控制策略验证的功能，相比传统的模拟平台，为实际使用的控制策略通过代码的转置提供一个外部模拟环境，更能有效的验证其程序功能的可靠性。此外，在火电，水电，化工，航空，航天等领域，也多采用此类模拟仿真的方式为其数字化平台和控制策略提供有效的验证。
但是，上述的模拟仿真方式以及随之产生的各类技术都只是停留在了模拟真实环境和设备，进行软件验证的层面，其根本的弊端在与其验证测试的对象本身就是通过程序代码进行仿真或转置的产物，其本身的真实性就存在疑问，如专利号为200910207192.2的中国专利“压水堆核电站装卸料模拟机系统”，专利号为201120396966的中国专利“核电站全范围模拟机配置系统”等。就目前仿真技术的能力而言，仍然存在着部分硬件功能和性能无法一比一地通过软件进行模拟的问题，需要进行必要的简化和修改方可实现，所以此类验证分析只能在一定的条件下得出相对的结论，无法全方位地反映其功能和性能的可靠性。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种验证可靠性高的多功能仿真验证系统及其仿真验证方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种多功能仿真验证系统，其特征在于：包括开发维护站、操纵站、仿真模型服务器、平台控制站；
所述操纵站连接仿真模型服务器，用于向仿真模型服务器输出操纵指令；
所述开发维护站连接仿真模型服务器及操纵站，用于绘制人机接口界面、电站工艺系统模型及电站仪控系统模型，并将所绘制的人机接口界面下装至操纵站内，将所绘制的电站工艺系统模型、电站仪控系统模型下装至仿真模型服务器内；
所述仿真模型服务器用于按开发维护站所绘制的电站工艺系统模型、电站仪控系统模型对目标系统模拟仿真；
所述平台控制站内置有模型控制模块、通信接口控制模块；
所述模型控制模块连接仿真模型服务器，用于对仿真模型服务器内的各个模型分别下达仿真指令并获取监测数据。
进一步的，还包括网络数据通信接口单元；
所述平台控制站内置的通信接口控制模块连接网络数据通信接口单元，用于向网络数据通信接口单元下达各类通信指令并获取监测数据；
所述网络数据通信接口单元包括网络数据配置模块、网络数据格式转换模块，及多个数据对象接口模块；
所述各数据对象接口模块分别连接目标系统中的各个对象，用于网络数据通信接口单元与目标系统中各个对象之间的双向数据通信；
所述网络数据配置模块连接仿真模型服务器，用于设置网络数据通信接口单元的数据通信配置，并将设定的数据通信配置下装到网络数据格式转换模块；
所述网络数据格式转换模块连接仿真模型服务器、网络数据配置模块及各个数据对象接口模块，用于按网络数据配置模块设置的数据通信配置，对仿真模型服务器与各数据对象接口模块之间的传输数据进行协议转换，使得仿真模型服务器能解析来自各数据对象接口模块的数据报文，各数据对象接口模块也能解析来自仿真模型服务器的数据报文。
进一步的，所述数据对象接口模块包括网络接口模块、串行接口模块，其中，网络接口模块连接目标系统中带有网络接口的对象，串行接口模块连接目标系统中带有串行接口的对象。
进一步的，还包括I/O数据通信接口单元；
所述平台控制站内置的通信接口控制模块连接I/O数据通信接口单元，用于向I/O数据通信接口单元下达各类通信指令并获取监测数据；
所述I/O数据通信接口单元包括I/O数据配置模块、模数双向转换模块，及多个开关量对象接口模块；
所述各开关量对象接口模块分别连接目标系统中的各个对象，用于I/O数据通信接口单元与目标系统中各个对象之间的单向信号传输；
所述I/O数据配置模块连接仿真模型服务器，用于设置I/O数据通信接口单元的数据传输配置，并将设定的数据传输配置下装到模数双向转换模块；
所述模数双向转换模块连接仿真模型服务器、I/O数据配置模块及各个开关量对象接口模块，用于按I/O数据配置模块设置的数据传输配置，对仿真模型服务器与各开关量对象接口模块之间的传输信号进行模数转换或数模转换，从而实现仿真模型服务器与目标系统中各对象之间的双线数据传输。
进一步的，所述开关量对象接口模块包括DI接口模块、DO接口模块、AI接口模块、AO接口模块，其中，DI接口模块连接目标系统中输出数字量信号的对象，DO接口模块连接目标系统中需要输入数字量信号的对象，AI接口模块连接目标系统中输出模拟量信号的对象，AO接口模块连接目标系统中需要输入模拟量信号的对象。
本发明所提供的多功能仿真验证系统的仿真验证方法，其特征在于：
根据仿真目标系统的各个待测对象，利用开发维护站绘制相应的人机接口界面下装到操纵站，并利用开发维护站绘制相应的电站工艺系统模型及电站仪控系统模型下装至仿真模型服务器；
操作人员通过操纵站的人机接口界面向仿真模型服务器输出相应的操纵指令；
仿真模型服务器根据操纵站输出的操纵指令，及开发维护站所绘制的电站工艺系统模型、电站仪控系统模型对目标系统模拟仿真，来验证仿真目标系统中各个待测对象的工作状况；
平台控制站根据对应厂址的不同工况，充分考虑不同条件下的故障情况，逐一设置相应的模拟故障，在验证过程中将这些故障插入到电站工艺系统模型、电站仪控系统模型中，以考量被测对象在面对各种异常状态的响应能力，从而实现其验证可靠性的目的，同时还作为中枢控制通信接口的数据传输，协调模拟平台和被测对象间的数据同步。
本发明提供的多功能仿真验证系统及其仿真验证方法，采用模块化、可置换的方式，通过恰当的数学建模，将完整的厂址系统合理的分割成独立的子系统，既可以整体的升级更新，又能够局部的修改替换，提升了平台的应用范围；而且还采用了通用的接口单元，通过网络数据、串行数据、I/O数据的双向传输，尽可能逼真地还原被测对象对应厂址的全貌，加以合理地切割，设置适当的边界点，使系统模型和画面模型能自如地运行和调配，同时也充分考虑模拟过程中的技术瓶颈，对不影响仿真结果的系统或部件实行适当简化，从而提升运行的速率和响应性，为被测对象真实还原一个外部环境，能直接对被测对象的软硬件实体进行验证测试，而非仅仅对模拟的对象进行分析，提高了测试的应用范围和测试的深度，其测试的结果可靠性高，更具参考价值。
附图说明
图1是本发明实施例的多功能仿真验证系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例所提供的一种多功能仿真验证系统，其特征在于：包括开发维护站1、操纵站2、仿真模型服务器3、平台控制站4、网络数据通信接口单元15、I/O数据通信接口单元16；
所述操纵站2连接仿真模型服务器3，用于向仿真模型服务器3输出操纵指令；
所述开发维护站1连接仿真模型服务器3及操纵站2，用于绘制人机接口界面7、电站工艺系统模型5及电站仪控系统模型6，并将所绘制的人机接口界面7下装至操纵站内，将所绘制的电站工艺系统模型5、电站仪控系统模型6下装至仿真模型服务器3内；
所述仿真模型服务器3用于按开发维护站1所绘制的电站工艺系统模型5、电站仪控系统模型6对目标系统模拟仿真；
所述平台控制站4内置有模型控制模块13、通信接口控制模块14；
所述模型控制模块13连接仿真模型服务器3，用于对仿真模型服务器3内的各个模型分别下达仿真指令并获取监测数据，所述仿真指令包括模型切割接入指令、故障插入移除指令、仿真启动指令、仿真停止指令、工况存储刷新指令、状态复位强制指令等；
所述通信接口控制模块14连接网络数据通信接口单元15及I/O数据通信接口单元16，用于向网络数据通信接口单元15及I/O数据通信接口单元16下达各类通信指令并获取监测数据，所述通信指令包括数据传输启动指令、数据传输停止指令、单点异常报警指令、当前数据存储指令、传输状态复位刷新指令等；
所述网络数据通信接口单元15包括网络数据配置模块18、网络数据格式转换模块19，及多个数据对象接口模块；
所述各数据对象接口模块分别连接目标系统中的各个对象，用于网络数据通信接口单元15与目标系统中各个对象之间的双向数据通信，数据对象接口模块包括网络接口模块20、串行接口模块21，其中，网络接口模块20连接目标系统中带有网络接口的对象，串行接口模块21连接目标系统中带有串行接口的对象；
所述网络数据配置模块18连接仿真模型服务器3，用于设置网络数据通信接口单元15的数据通信配置，并将设定的数据通信配置下装到网络数据格式转换模块19；
所述网络数据格式转换模块19连接仿真模型服务器3、网络数据配置模块18及各个数据对象接口模块，用于按网络数据配置模块18设置的数据通信配置，对仿真模型服务器3与各数据对象接口模块之间的传输数据进行协议转换，使得仿真模型服务器3能解析来自各数据对象接口模块的数据报文，各数据对象接口模块也能解析来自仿真模型服务器3的数据报文；
所述I/O数据通信接口单元16包括I/O数据配置模块27、模数双向转换模块28，及多个开关量对象接口模块；
所述各开关量对象接口模块分别连接目标系统中的各个对象，用于I/O数据通信接口单元16与目标系统中各个对象之间的单向信号传输，开关量对象接口模块包括DI接口模块29、DO接口模块30、AI接口模块31、AO接口模块32，其中，DI接口模块29连接目标系统中输出数字量信号的对象，DO接口模块30连接目标系统中需要输入数字量信号的对象，AI接口模块31连接目标系统中输出模拟量信号的对象，AO接口模块32连接目标系统中需要输入模拟量信号的对象；
所述I/O数据配置模块27连接仿真模型服务器3，用于设置I/O数据通信接口单元16的数据传输配置，并将设定的数据传输配置下装到模数双向转换模块28；
所述模数双向转换模块28连接仿真模型服务器3、I/O数据配置模块27及各个开关量对象接口模块，用于按I/O数据配置模块27设置的数据传输配置，对仿真模型服务器3与各开关量对象接口模块之间的传输信号进行模数转换或数模转换，从而实现仿真模型服务器3与目标系统中各对象之间的双线数据传输。
本发明实施例的多功能仿真验证系统的仿真验证方法如下：
根据仿真目标系统的各个待测对象，利用开发维护站1绘制相应的人机接口界面7下装到操纵站，并利用开发维护站1绘制相应的电站工艺系统模型5及电站仪控系统模型6下装至仿真模型服务器3，对于不同的仿真目标系统，开发维护站1绘制的人机接口界面7、电站工艺系统模型5、电站仪控系统模型6也会有所差异；
操作人员通过操纵站2的人机接口界面7向仿真模型服务器3输出相应的操纵指令；
仿真模型服务器3根据操纵站输出的操纵指令，及开发维护站1所绘制的电站工艺系统模型5、电站仪控系统模型6对目标系统模拟仿真，来验证仿真目标系统中各个待测对象的工作状况；
网络数据通信接口单元15中，网络数据配置模块18从仿真模型服务器3获取仿真模型端数据，并从被测对象获取验证过程两边需要传输的数据，对双方数据进行对点映射以及下发的分布式数据通信配置，而后将完成的配置方案下发至网络数据格式转换模块19中，完成验证前的设置工作，在传输过程中，仿真模型服务器3内的数据由网络数据格式转换模块19通过协议解析后，再通过各个数据对象接口模块传输给目标系统中的各个对象，目标系统中的各个对象的数据由网络数据格式转换模块19通过协议解析后再传输给仿真模型服务器3；
I/O数据通信接口单元16中，I/O数据配置模块27从仿真模型服务器3内获取需要传输的数据信息，对数据进行分布式数据传输配置，而后将配置方案下发至模数双向转换模块28，完成验证前的设置工作，在传输过程中，仿真模型服务器3内的数据由模数双向转换模块28通过协议解析后，再通过各个开关量对象接口模块分别传输给目标系统中的各个对象，目标系统中的各个对象的数据由模数双向转换模块28通过协议解析后再传输给仿真模型服务器3；
平台控制站4为整个平台验证功能的指令核心，根据对应厂址的不同工况，充分考虑不同条件下的故障情况，逐一设置相应的模拟故障，在验证过程中将这些故障插入到电站工艺系统模型、电站仪控系统模型中，以考量被测对象在面对各种异常状态的响应能力，从而实现其验证可靠性的目的，同时它还作为中枢控制通信接口系统的数据传输，协调模拟平台和被测对象间的数据同步。
本发明实施例中，网络数据通信接口单元15作为通用型的连接桥梁，在物理接口上充分考虑被测对象的需求，可适应多种常用的标准连接件，同时，对于特殊的或自定义的接口规范在网络数据通信接口系统内也预留了扩容的余地，硬件上可通过接口网关实现接口类型的转变，而在软件上由于数据的通信量并未发生变化，在只增加格式转换的情况下并不会带来信息处理的瓶颈，仍可实现验证测试的目的；
本发明实施例中，对于特殊的I/O类信号，或是自定义的智能前端连接器等，在I/O数据通信接口单元16中同样也预留有扩容的余地，为避免背板总线的类型不同导致插针数据无法正常传输的情况出现，所有卡件与核心控制模块的连接皆采用网络，这样便于定制卡件的扩充，再根据被测对象的需要定制必要且通用的卡件模块，从而便实现物理上的连接，对于软件的功能，由于其本身仍然是A/D、D/A的转换且数据规模未发生变化，故不存在任何技术瓶颈，可正常实现闭环回路的数据传输。
Claims (6)
1.一种多功能仿真验证系统，其特征在于：包括开发维护站、操纵站、仿真模型服务器、平台控制站；
所述操纵站连接仿真模型服务器，用于向仿真模型服务器输出操纵指令；
所述开发维护站连接仿真模型服务器及操纵站，用于绘制人机接口界面、电站工艺系统模型及电站仪控系统模型，并将所绘制的人机接口界面下装至操纵站内，将所绘制的电站工艺系统模型、电站仪控系统模型下装至仿真模型服务器内；
所述仿真模型服务器用于按开发维护站所绘制的电站工艺系统模型、电站仪控系统模型对目标系统模拟仿真；
所述平台控制站内置有模型控制模块、通信接口控制模块；
所述模型控制模块连接仿真模型服务器，用于对仿真模型服务器内的各个模型分别下达仿真指令并获取监测数据。
2.根据权利要求1所述的多功能仿真验证系统，其特征在于：还包括网络数据通信接口单元；
所述平台控制站内置的通信接口控制模块连接网络数据通信接口单元，用于向网络数据通信接口单元下达各类通信指令并获取监测数据；
所述网络数据通信接口单元包括网络数据配置模块、网络数据格式转换模块，及多个数据对象接口模块；
所述各数据对象接口模块分别连接目标系统中的各个对象，用于网络数据通信接口单元与目标系统中各个对象之间的双向数据通信；
所述网络数据配置模块连接仿真模型服务器，用于设置网络数据通信接口单元的数据通信配置，并将设定的数据通信配置下装到网络数据格式转换模块；
所述网络数据格式转换模块连接仿真模型服务器、网络数据配置模块及各个数据对象接口模块，用于按网络数据配置模块设置的数据通信配置，对仿真模型服务器与各数据对象接口模块之间的传输数据进行协议转换，使得仿真模型服务器能解析来自各数据对象接口模块的数据报文，各数据对象接口模块也能解析来自仿真模型服务器的数据报文。
3.根据权利要求2所述的多功能仿真验证系统，其特征在于：所述数据对象接口模块包括网络接口模块、串行接口模块，其中，网络接口模块连接目标系统中带有网络接口的对象，串行接口模块连接目标系统中带有串行接口的对象。
4.根据权利要求1或2所述的多功能仿真验证系统，其特征在于：还包括I/O数据通信接口单元；
所述平台控制站内置的通信接口控制模块连接I/O数据通信接口单元，用于向I/O数据通信接口单元下达各类通信指令并获取监测数据；
所述I/O数据通信接口单元包括I/O数据配置模块、模数双向转换模块，及多个开关量对象接口模块；
所述各开关量对象接口模块分别连接目标系统中的各个对象，用于I/O数据通信接口单元与目标系统中各个对象之间的单向信号传输；
所述I/O数据配置模块连接仿真模型服务器，用于设置I/O数据通信接口单元的数据传输配置，并将设定的数据传输配置下装到模数双向转换模块；
所述模数双向转换模块连接仿真模型服务器、I/O数据配置模块及各个开关量对象接口模块，用于按I/O数据配置模块设置的数据传输配置，对仿真模型服务器与各开关量对象接口模块之间的传输信号进行模数转换或数模转换，从而实现仿真模型服务器与目标系统中各对象之间的双线数据传输。
5.根据权利要求4所述的多功能仿真验证系统，其特征在于：所述开关量对象接口模块包括DI接口模块、DO接口模块、AI接口模块、AO接口模块，其中，DI接口模块连接目标系统中输出数字量信号的对象，DO接口模块连接目标系统中需要输入数字量信号的对象，AI接口模块连接目标系统中输出模拟量信号的对象，AO接口模块连接目标系统中需要输入模拟量信号的对象。
6.根据权利要求1所述的多功能仿真验证系统的仿真验证方法，其特征在于：
根据仿真目标系统的各个待测对象，利用开发维护站绘制相应的人机接口界面下装到操纵站，并利用开发维护站绘制相应的电站工艺系统模型及电站仪控系统模型下装至仿真模型服务器；
操作人员通过操纵站的人机接口界面向仿真模型服务器输出相应的操纵指令；
仿真模型服务器根据操纵站输出的操纵指令，及开发维护站所绘制的电站工艺系统模型、电站仪控系统模型对目标系统模拟仿真，来验证仿真目标系统中各个待测对象的工作状况；
平台控制站根据对应厂址的不同工况，充分考虑不同条件下的故障情况，逐一设置相应的模拟故障，在验证过程中将这些故障插入到电站工艺系统模型、电站仪控系统模型中，以考量被测对象在面对各种异常状态的响应能力，从而实现其验证可靠性的目的，同时还作为中枢控制通信接口的数据传输，协调模拟平台和被测对象间的数据同步。
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