CN108829050B - 多电站异种dcs仿真系统及其构建方法 - Google Patents

多电站异种dcs仿真系统及其构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种多电站异种DCS仿真系统及其构建方法，属于热工控制及自动化领域。所述多电站异种DCS仿真系统包括：布置在仿真中心的多个模型站及控制站，其中各模型站上配置有对应于各个分电厂的机组模型，且各机组模型的对外通讯接口被配置为遵循统一的通讯协议，所述控制站用于对所述模型站进行管理；以及布置在各个分电厂的操作员站，其中每个操作员站上配置有所有分电厂的DCS仿真机，且所有DCS仿真机通过广域网实现与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输。本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统可兼容多种DCS产品，易于实现和操作，且仿真灵活性高。

Description

多电站异种DCS仿真系统及其构建方法
技术领域
本发明涉及热工控制及自动化领域，具体地涉及一种多电站异种DCS(Distributed Control System，分散控制系统)仿真系统及其构建方法。
背景技术
伴随着火力发电技术的发展，为提高运行人员与热控人员的业务能力而发展起来的仿真机已成为电厂建设的必备要素，而且培训要求也越来越高。另外，伴随着远程教育与远程培训的发展，基于信息技术的教育培训突破了地域的限制，使得目前针对DCS的远程仿真培训系统也有所发展。但是，本申请发明人在实现本发明的过程中发现，现有针对DCS的远程仿真培训系统仍然存在以下问题：
1)现有的远程仿真系统只适用于一种特定的DCS，不能解决目前市场多种DCS并存的问题；
2)现有的远程仿真系统的数据传输方式会造成网络流量过大而影响仿真的实时性；
3)对于多电站情形，不同电厂的人员不易学习其他电厂的仿真系统；
4)现有的远程仿真技术在现场逻辑更改后需要重新进行逻辑转换，而现阶段逻辑更改频率越来越高，所以应用的便捷性受到了很大的限制。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种多电站异种DCS仿真系统及其构建方法，用于至少部分地解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种多电站异种DCS仿真系统，所述多电站异种DCS仿真系统包括：布置在仿真中心的多个模型站及控制站，其中各模型站上配置有对应于各个分电厂的机组模型，且各机组模型的对外通讯接口被配置为遵循统一的通讯协议，所述控制站用于对所述模型站进行管理；以及布置在各个分电厂的操作员站，其中每个操作员站上配置有所有分电厂的DCS仿真机，且所有DCS仿真机通过广域网实现与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输。
可选地，所述多电站异种DCS仿真系统还包括：移动仿真终端，其配置有所有分电厂的DCS仿真机，且所述移动仿真终端上的所有DCS仿真机通过广域网实现与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输；其中，所述移动仿真终端还通过所述广域网与所述操作员站通信。
可选地，所述数据传输包括：当数据传输的变量是数字量时，将多个变量打包成一个字节进行传输；以及当数据传输的数量是模拟量时，基于例外报告技术来传输变量。
可选地，所述通讯协议为OPC协议或ModbusTcp协议。
可选地，所述操作员站上还配置有逻辑导入模块，用于将对应分电厂的现场逻辑导入至所述DCS仿真机中。
本发明实施例还提供一种多电站异种DCS仿真系统的构建方法，所述构建方法包括：在仿真中心布置多个模型站及控制站，其中所述控制站用于对所述模型站进行管理；在各模型站上配置对应于各个分电厂的机组模型，并将各机组模型的对外通讯接口配置为遵循统一的通讯协议；在各个分电厂布置操作员站，并在每个操作员站上配置所有分电厂的DCS仿真机；以及通过广域网建立所有DCS仿真机与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输。
可选地，所述构建方法还包括：设置移动仿真终端，该移动仿真终端配置有所有分电厂的DCS仿真机，并通过所述广域网与所述操作员站通信；以及通过所述广域网建立所述移动终端上的所有DCS仿真机与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输。
可选地，所述数据传输包括：当数据传输的变量是数字量时，将多个变量打包成一个字节进行传输；以及当数据传输的数量是模拟量时，基于例外报告技术来传输变量。
可选地，所述通讯协议为OPC协议或ModbusTcp协议。
可选地，所述构建方法还包括：将分电厂的现场逻辑导入至各操作员站的所述DCS仿真机中。
通过上述技术方案，本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统可兼容多种DCS产品，易于实现和操作，且仿真灵活性高。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明实施例的一种多电站异种DCS仿真系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的一种多电站异种DCS仿真系统的构建方法的流程示意图。
附图标记说明
100 仿真中心 200 分电厂
300 移动仿真终端 110 模型站
120 控制站 210 操作员站
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明实施例的一种多电站异种DCS仿真系统的结构示意图。如图1所示，所述多电站异种DCS仿真系统包括：布置在仿真中心100的多个模型站110及控制站120，其中各模型站110上配置有对应于各个分电厂的机组模型，且各机组模型的对外通讯接口被配置为遵循统一的通讯协议，所述控制站120用于对所述模型站进行管理；以及布置在各个分电厂200的操作员站210，其中每个操作员站上配置有所有分电厂的DCS仿真机，且所有DCS仿真机通过广域网实现与所述模型站110上的所述机组模型之间的数据传输。
需说明的是，机组模型在此也可以理解为分电厂的过程模型，控制站可以是教练员站或工程师站，其可采用服务器配置，操作员站则主要采用客户端配置，且本发明实施例不对操作员站的数量进行限制。另外，控制站120与模型站110之间可通过多种方式通信，如局域网、NFC(Near Field Communication，近场通信)等，本发明实施例对此也不进行限制。
参考图1，举例而言，分电厂例如是分电厂A、分电厂B、分电厂C和分电厂D，而各个分电厂对应的机组模型分别为机组模型A、机组模型B、机组模型C和机组模型D，这些机组模型与实际机组相一致，且全部集成至仿真中心的模型站110上。另外，针对不同分电厂的DCS仿真机例如分别是DCS A、DCS B、DCS C和DCS D，这些DCS仿真机可直接采用现有针对DCS的远程仿真培训系统中的DCS仿真机，其主要目的在于仿真各电厂现场应用的DCS系统。
现有针对DCS的远程仿真培训系统中，DCS仿真机与机组模型的通讯大多为不同DCS仿真机模型厂家自定义的通讯协议，扩展性差，且某一分电厂只能进行自身特定的DCS的仿真，不能同时对其他分电厂的不同类型的DCS进行仿真。对此，在本发明实施例中，所有分电厂的DCS仿真机都安装至各个分电厂的操作员站210上，而不同分电厂的机组模型集中在统一的模型站110中，且各个操作员站上的DCS仿真机都可以通过广域网与模型站中任意的机组模型通信，从而使得不同分电厂的人员可以学习其他电厂的DCS仿真，增加了相互学习的便捷性。另外，为了简化不同的DCS仿真机与机组模型的通讯问题，本发明实施例还将各个机组模型的对外通讯接口配置为遵循统一的通讯协议，如OPC协议或ModbusTcp协议，从而最大限度地减少了各机组模型与不同DCS仿真机的通讯复杂度。
进一步地，本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统还可以包括：移动仿真终端300，其配置有所有分电厂的DCS仿真机，且所述移动仿真终端300上的所有DCS仿真机通过广域网实现与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输。
其中，所述移动仿真终端300还通过所述广域网与所述操作员站通信。如此，结合图1，可以理解本发明实施例的仿真中心100、分电厂200和移动仿真终端300通过广域网相互通信。对此，还需说明的是，对于模型站110、操作员站210和移动仿真终端300均配置有数据通信模块，但根据各自所实现的通信功能，对应的数据通信模块的功能可以不同，例如模型站110中的数据通信模块相对于操作员站210上的数据通信模块，除了实现与广域网的通信之外，还可用于实现与控制站的近场通信。另外，移动仿真终端300上的DCS仿真机的配置与操作员站210上的DCS仿真机相一致，在此不再进行赘述。
其中，所述操作员站210优选为采用台式机客户端进行配置，而移动仿真终端优选为采用笔记本电脑、智能手机、平板电脑等客户端进行配置，从而使得本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统既能适用于在分电厂内进行的集体培训方式，又适用于离开分电厂后的自主培训方式，使得人员可在任何地方进行培训，提高了仿真培训的灵活性。
进一步地，上述提到本发明实施例中的操作员站210和移动仿真终端300上的所有DCS仿真机通过广域网实现与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输。但在实际中，一台百万机组的硬点(包括测点和指令)就会接近1000点，如果简单地通过广域网进行数据传输，会使得网络流量过大而影响仿真的实时性。对此，本发明实施例可采用以下两种方式中的任意一种或两种来解决该问题：
1)对设备进行合理布局。
参考图1，本发明实施例中将模型站110和控制站120都布置到仿真中心，仅仅将操作员站210布置到远程的分电厂，从而模型站110和控制站120之间的数据传输不需要经过广域网，广域网上传输的数量仅包含操作员站的客户端当前界面所显示的数据量，从而大大地减少了传输数据量。
2)压缩传输数据。
本发明实施例中，根据数据传输的变量类型来分别压缩数据以减少数据量。具体地，当数据传输的变量是数字量时，将多个变量打包成一个字节进行传输；以及当数据传输的数量是模拟量时，基于例外报告技术来传输变量。
其中，本发明实施例中对例外报告技术的利用可以表述为：在数据值不变的情况下会隔较长时间传输一次，而数据值变化时则立即进行传输。
通过上述处理，本发明实施例很好地解决了DCS仿真中网络流量大的问题，有利于提高仿真效率。
另外，现有针对DCS的远程仿真培训系统中，基于广域网实现的仿真系统还存在的一个很大问题是现场逻辑需要转化到DCS仿真机厂家特定的组态环境下，当现场控制逻辑变更后由于组态逻辑转化工作量大导致仿真机逻辑与现场运行逻辑经常性不一致而失去使用价值。
对此，本发明实施例的所述操作员站上还配置有逻辑导入模块(图1中未示出)，用于将对应分电厂的现场逻辑导入至所述DCS仿真机中。如此，在现场控制逻辑变化后，只需要通过该逻辑导入模块将现场逻辑导入DCS仿真机，即可完成仿真系统的更新问题，不需要任何额外操作(如当前基于广域网的DCS仿真机均需要将现场逻辑翻译成某一特定DCS)，大大节省了人力物力。
下面具体介绍本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统的几个组成部分。
一、仿真中心
该仿真中心将模型站与控制站分开布置，将所有相关分电厂的机组模型都集中至统一的模型站，并通过控制站进行管理。其中，所述控制站例如是教练员站或工程师站，其对模型站的管理可以包括对模型站运行情况的监视、指示模型站向操作员站提供数据或处理所述操作员站发起的请求等。其中，该教练员站或工程师站中也可以配置有DCS仿真机，以进行DCS仿真培训，并且该教练员站或工程师站还可以供DCS工程师对DCS领域系统进行开发、测试和维护等。本发明实施例中，可以只使用一台服务器来配置教练员站或工程师站，使得多个分电厂共用一台服务器，节省了仿真系统的硬件投入。
二、分电厂
各分电厂可以根据其人员数量来设置对应数量的操作员站，该操作员站主要是通过DCS仿真机进行仿真的DCS操作、监视、报警、趋势显示、数据记录等，且其与仿真中心通信，可实时向仿真中心反馈培训情况。操作员站配置有逻辑导入模块，可实时地或以预设周期地导入现场逻辑，以保证DCS仿真机中的控制逻辑与现场逻辑一致。
三、移动仿真终端
该移动仿真终端的应用扩展了本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统的应用场景，使相关人员在电厂之外也可以自主地进行培训学习。该移动仿真终端的功能与操作员站相近，其可以与操作员站通信，以从操作员站获取变更的现场逻辑来更新该移动仿真终端上的DCS仿真机中的逻辑。
图2是本发明实施例的一种多电站异种DCS仿真系统的构建方法的流程示意图，该多电站异种DCS仿真系统可以如上述实施例所述。
如图2所示，所述构建方法可以包括以下步骤：
步骤S100，在仿真中心布置多个模型站及控制站。
其中所述控制站用于对所述模型站进行管理。
具体地，模型站和控制站分开布置，且控制站可采用一台服务器配置，可理解为教练员站或工程师站。
步骤S200，在各模型站上配置对应于各个分电厂的机组模型，并将各机组模型的对外通讯接口配置为遵循统一的通讯协议。
其中，通讯协议例如是OPC协议或ModbusTcp协议。
步骤S300，在各个分电厂布置操作员站，并在每个操作员站上配置所有分电厂的DCS仿真机。
步骤S400，通过广域网建立所有DCS仿真机与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输。
具体地，在进行数据传输时，若数据传输的变量是数字量，将多个变量打包成一个字节进行传输，若数据传输的数量是模拟量时，则基于例外报告技术来传输变量。
在优选的实施例中，所述构建方法还可以包括：设置移动仿真终端，该移动仿真终端配置有所有分电厂的DCS仿真机，并通过所述广域网与所述操作员站通信；以及通过所述广域网建立所述移动终端上的所有DCS仿真机与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输。该数据传输方式与上文一致。
在更为优选的实施例中，所述构建方法还包括：将分电厂的现场逻辑导入至各操作员站的所述DCS仿真机中。
如此，通过本发明实施例的构建方法，仿真中心、分电厂和移动仿真终端基于广域网构建了一种多电站异种DCS仿真系统，该多电站异种DCS仿真系统可兼容多种DCS产品，易于实现和操作，且仿真灵活性高。
本发明实施例的构建方法的其他实施细节可参考上述关于多电站异种DCS仿真系统的实施例，在此不再赘述。
综上所述，相对于现有针对DCS的远程仿真培训系统，本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统主要具有以下几个方面的优点：
1、本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统可兼容多种DCS产品，完全复制各个电厂的现场应用DCS系统，仿真系统与现场应用DCS系统的相似性可以达到100％。
2、本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统基于广域网构建，且通过数据处理技术大大减少了网络流量，便于将多电站异种DCS仿真系统构建在任何地方，大大提高了仿真灵活性。
3、本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统基于广域网构建而且各不同机组的模型集中在一起，利于不同电厂人员学习其他电厂的仿真系统，增加了相互学习的便捷性。
4、在现场控制逻辑改变后，本发明实施例的多电站异种DCS仿真系统只需将现场逻辑拷贝到DCS仿真机即可，不需其他任何额外操作，大大节省了人力物力。
5、多个电站的模型和DCS仿真机可共用一台服务器，节省了硬件投入。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种多电站异种DCS仿真系统，其特征在于，所述多电站异种DCS仿真系统包括：
布置在仿真中心的多个模型站及控制站，其中每个模型站上配置有对应于各个分电厂的机组模型，且各机组模型的对外通讯接口被配置为遵循统一的通讯协议，所述控制站用于对所述模型站进行管理；以及
布置在各个分电厂的操作员站，其中各个分电厂的操作员站上均配置有所有分电厂的DCS仿真机，且所有DCS仿真机通过广域网实现与所述模型站上的任意机组模型之间的数据传输。
2.根据权利要求1所述的多电站异种DCS仿真系统，其特征在于，所述多电站异种DCS仿真系统还包括：
移动仿真终端，其配置有所有分电厂的DCS仿真机，且所述移动仿真终端上的所有DCS仿真机通过广域网实现与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输；
其中，所述移动仿真终端还通过所述广域网与所述操作员站通信。
3.根据权利要求1或2所述的多电站异种DCS仿真系统，其特征在于，所述数据传输包括：
当数据传输的变量是数字量时，将多个变量打包成一个字节进行传输；以及
当数据传输的数量是模拟量时，基于例外报告技术来传输变量。
4.根据权利要求1所述的多电站异种DCS仿真系统，其特征在于，所述通讯协议为OPC协议或ModbusTcp协议。
5.根据权利要求1所述的多电站异种DCS仿真系统，其特征在于，所述操作员站上还配置有逻辑导入模块，用于将对应分电厂的现场逻辑导入至所述DCS仿真机中。
6.一种多电站异种DCS仿真系统的构建方法，其特征在于，所述构建方法包括：
在仿真中心布置多个模型站及控制站，其中所述控制站用于对所述模型站进行管理；
在每个模型站上配置对应于各个分电厂的机组模型，并将各机组模型的对外通讯接口配置为遵循统一的通讯协议；
在各个分电厂布置操作员站，并在各个分电厂的操作员站上均配置所有分电厂的DCS仿真机；以及
通过广域网建立所有DCS仿真机与所述模型站上的任意机组模型之间的数据传输。
7.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，所述构建方法还包括：
设置移动仿真终端，该移动仿真终端配置有所有分电厂的DCS仿真机，并通过所述广域网与所述操作员站通信；以及
通过所述广域网建立所述移动仿真终端上的所有DCS仿真机与所述模型站上的所述机组模型之间的数据传输。
8.根据权利要求6或7所述的构建方法，其特征在于，所述数据传输包括：
当数据传输的变量是数字量时，将多个变量打包成一个字节进行传输；以及
当数据传输的数量是模拟量时，基于例外报告技术来传输变量。
9.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，所述通讯协议为OPC协议或ModbusTcp协议。
10.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，所述构建方法还包括：
将分电厂的现场逻辑导入至各操作员站的所述DCS仿真机中。
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