CN117033252A - 一种基于opcua的联合仿真通信系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于opcua的联合仿真通信系统，包括主从设置的RINSIM仿真平台与至少一其他仿真平台，主机中设有OPC Server服务端，从机中设有OPC Client客户端或三方程序，OPC Server服务端上有批量取值、设值接口，OPC Client客户端或三方程序经由OPC协议调用接口以进行主从机之间的数据同步。数据同步包括命令同步及计算数据同步，命令同步用于平台间工作状态同步；计算数据同步用于从机周期性的从主机同步各类计算数据，计算数据包括初始数数据、结果数据和中间过程数据，并根据同步到的主机的工作状态执行单步运算或向主机赋值，以实现RINSIM仿真平台与其他仿真平台之间的联合仿真。
Description
技术领域
本发明属于核电技术领域，尤其涉及一种基于opcua的联合仿真通信系统。
背景技术
RINSIM仿真平台是构筑在Windows/Linux操作系统之上的一个供仿真机开发运行软件环境，是一台主机工艺系统仿真的基础，与DCSFSS构成全范围主机。RINSIM仿真平台作为用于主机开发、调试、运行等主机制造全过程的工具，它包括以全局共享数据库为核心的多个功能模块，提供对仿真模型软件开发与维护、仿真开发系统组合、仿真机实时运行、软件调试等仿真机全寿期的支持。
在核电实际工程项目中，经常会有遇到某个特定的复杂系统或过程的子系统，需要通过RINSIM仿真平台与其他仿真平台集成联合仿真实现整个仿真过程。其他仿真平台与RINSIM仿真平台有可能分布在同一个服务器中，也可能分布在同一局域网的不同机器上，例如为实现核电站全范围模拟，需要使用堆芯和热工及其他一二回路相关几十个系统有机的组成一个核电站全范围模拟机，但是若堆芯系统、热工系统使用其他仿真平台如vpower平台开发，其他一二回路相关几十个系统使用RINSIM平台开发，由于不同系统间数据存储及调度方法不同，在进行联合仿真时，不同系统之间无法进行同步和调度，也无法实现同步实时计算。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于opcua的联合仿真通信系统，用于解决现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于opcua的联合仿真通信系统，所述联合仿真通信系统包括主从设置的RINSIM仿真平台与至少一组其他仿真平台，所述RINSIM仿真平台中设有OPC Server服务端，所述其他仿真平台中设有OPC Client 客户端或三方程序，所述OPC Server服务端上注册有批量取值接口与批量设值接口，所述OPC Client 客户端或三方程序经由OPC协议调用所述批量取值接口与所述批量设值接口以进行所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间的数据同步，其中，所述数据同步包括命令同步以及计算数据同步； 所述命令同步用于所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间的工作状态同步；所述计算数据同步用于所述其他仿真平台周期性的从所述RINSIM仿真平台同步各类计算数据，所述计算数据包括初始数数据、结果数据和中间过程数据，并根据同步到的所述RINSIM仿真平台的工作状态执行单步运算或向所述RINSIM仿真平台赋值，以实现所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间的联合仿真。
优选的，所述命令同步包括：所述RINSIM仿真平台依据收到的教控命令生成当前的工作状态后，所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间通过OPC协议周期性的同步计算数据，所述计算数据包括状态变量，所述其他仿真平台的OPC Client 客户端或三方程序监测所述状态变量，并根据所述状态变量的取值对应修改所述其他仿真平台当前的工作状态，其中，所述工作状态包括运行状态，冻结状态、复位状态以及快照状态中的一种或多种组合，不同的工作状态下，所述状态变量对应设置不同的数值。
进一步的，所述RINSIM仿真平台的工作状态为运行状态时，所述计算数据还包括当前调度进程帧数，所述OPC Client 客户端或三方程序监测所述状态变量与所述当前调度进程帧数，当所述OPC Client 客户端或三方程序根据同步到的所述RINSIM仿真平台的运行状态开始运行后，所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间基于所述当前调度进程帧数在每个执行周期中执行强同步操作；
所述强同步操作包括： 每个执行周期，所述RINSIM仿真平台的当前调度进程帧数自增1，并将所述当前调度进程帧数通过OPC协议同步到所述OPC Client 客户端或三方程序中，所述OPC Client 客户端或三方程序周期监测所述当前调度进程帧数并比较所述OPCClient 客户端或三方程序的分系统进程帧数与所述当前调度进程帧之间的大小，若所述分系统进程帧数小于所述当前调度进程帧，则OPC Client 客户端或三方程序开始该帧的计算，待计算完毕后所述OPC Client 客户端或三方程序将分系统进程帧数自增1并同步至所述RINSIM仿真平台。
进一步的，所述RINSIM仿真平台的工作状态为复位状态时，所述计算数据还包括复位同步信号以及当前复位工况，所述OPC Client 客户端或三方程序周期获取所述复位同步信号以及所述当前复位工况，若判断所述复位同步信号的数值为1，则依据所述当前复位工况开始执行复位，所述OPC Client 客户端或三方程序复位完成后，将所述复位同步信号的数值置0，同时，通过所述OPC协议将取值为0的所述复位同步信号设值到所述RINSIM仿真平台，所述RINSIM仿真平台检测到OPC Client 客户端或三方程序同步完成后结束整个复位过程。
更进一步的，所述RINSIM仿真平台中，所述复位同步信号以及所述当前复位工况的生成包括如下步骤：所述RINSIM仿真平台收到复位教控命令后，将RINSIM仿真平台的状态变量与复位标志位分别置为指定数值后，将复位同步信号置1，所述当前复位工况置为ic，其中，所述状态变量与复位标志位用于RINSIM仿真平台的内部状态显示，所述ic为待复位工况。
进一步的，所述RINSIM仿真平台的工作状态为快照状态时，所述计算数据还包括快照同步信号以及当前快照状态，所述OPC Client 客户端或三方程序周期获取所述快照同步信号以及所述当前快照状态，若判断所述快照同步信号的数值为1，则依据所述当前快照状态开始执行快照，所述OPC Client 客户端或三方程序快照完成后，将所述快照同步信号的数值置0，同时，通过所述OPC协议将取值为0的所述快照同步信号设值到所述RINSIM仿真平台，所述RINSIM仿真平台检测到OPC Client 客户端或三方程序同步完成后结束整个快照过程。
优选的，所述OPC Server服务端上还注册有仿真教控命令接口，所述仿真教控命令接口包括运行教控命令接口、冻结教控命令接口、复位教控命令接口以及快照教控命令接口中一种或多种的组合，所述OPC Client 客户端或三方程序经由OPC协议调用所述仿真教控命令接口以将所述OPC Client 客户端或三方程序生成的教控命令发送至所述RINSIM仿真平台中执行。
优选的，所述OPC Server服务端上还注册有故障插入教控命令接口，所述OPCClient 客户端或三方程序经由OPC协议调用所述故障插入教控命令接口以将所述OPCClient 客户端或三方程序生成的故障插入至所述RINSIM仿真平台中执行。
本发明所示的一种基于opcua的联合仿真通信系统，设置机间多平台不同状态下的统一的数据同步和运行调度方案，然后通过opcua进行RINSIM和其他仿真平台之间的数据和命令交互，以实现机间多平台不同状态下的数据同步和运行调度，进而实现RINSIM和其他仿真平台的机间多平台集成联合仿真。
附图说明
图1为本发明一种基于opcua的联合仿真通信系统一实施例的结构示意图；
图2为图1所示实施例中命令同步流程示意图；
图3为图1所示实施例中运行状态下的数据同步流程示意图；
图4为图1所示实施例中冻结状态下的数据同步流程示意图；
图5为图1所示实施例中复位状态数据同步流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一，参数定义：status：状态变量
curv_reset_req(10): 主机复位、快照标志位
rtexintc ：当前调度进程帧数
rtexframes(rtex_no) ：被调度的各分系统进程帧数
sst_reset_req(sst_no) ：复位同步信号
sst_snap_req(sst_no) ：快照同步信号
如图1所示，本发明公开了一种基于opcua的联合仿真通信系统，联合仿真通信系统包括主从设置的RINSIM仿真平台、至少一组其他仿真平台，RINSIM仿真平台中设有OPCServer服务端，其他仿真平台中设有OPC Client 客户端或三方程序，OPC Server服务端上注册有批量取值接口与批量设值接口，OPC Client 客户端或三方程序经由OPC协议调用批量取值接口与批量设值接口以进行RINSIM仿真平台与其他仿真平台之间的数据同步，其中，数据同步包括命令同步以及计算数据同步，其中，命令同步用于RINSIM仿真平台与其他仿真平台之间的工作状态同步；计算数据同步用于其他仿真平台周期性的从RINSIM仿真平台同步各类计算的初始数数据、结果数据和中间过程数据，并根据同步到的RINSIM仿真平台的工作状态执行单步运算或向RINSIM仿真平台赋值，以实现主从机的联合仿真。
本发明所示的一种基于opcua的联合仿真通信系统，主机部署OPC Server服务端，并注册一系列的数据接口和命令接口，OPC Client 客户端或三方程序或者独立的三方程序运行于其他仿真平台，其他仿真平台远程调用OPC Server服务端已注册接口进行数据读写和命令执行，并根据多平台不同工作状态下预设的命令同步以及计算数据同步规定，执行相应操作，以实现多机联合仿真。
联合仿真通信系统开始工作时，RINSIM仿真平台（以下简称“主机”）接受教控台处发出的教控命令开始工作，根据教控命令的不同，主机的工作状态对应不同，其中，教控命令包括运行、冻结、复位以及快照，对应的，主机的工作状态包括运行状态、冻结状态、复位状态以及快照状态。
当主机根据教控命令生成当前的工作状态后，需要通过命令同步将主机的工作状态同步至其他仿真平台中（以下简称“从机”）。本实施例中，作为一优选方案，命令同步包括如下步骤：RINSIM仿真平台与其他仿真平台之间通过OPC协议周期性的同步计算数据，计算数据包括状态变量status，其他仿真平台的OPC Client 客户端或三方程序监测状态变量status，并根据状态变量status的取值对应修改当前的工作状态，不同的工作状态下，状态变量对应设置不同的数值，本实施例中，设置status=1运行，status=0冻结，status=5复位等，如图2所示，当OPC Client 客户端或三方程序监测发现status变化时，做对应操作，如当从机监测到主机的状态变量status=1时，从机也执行运行。
以下对运行状态、冻结状态、复位状态以及快照状态下的数据同步分为进行说明。
（一）运行状态下的数据同步和运行调度方案
在主机处于运行状态后，主从机之间开始按照预设的数据同步的规定进行命令同步和计算数据同步，此时，对应的计算数据的同步主要包括状态变量status与当前调度进程帧数rtexintc的同步。
如图3所示，当主机收到的教控命令为运行时，在主机上点击运行，对应的，主机的状态变量status置1，主机处于运行状态，OPC Client 客户端或三方程序通过opc周期获取status变量。若OPC Client 客户端或三方程序检测到status==1，则OPC Client 客户端或三方程序根据所同步的主机工作状态将其status设置为1，OPC Client 客户端或三方程序也开始运行，两个平台间基于当前调度进程帧数开始运行过程中的强同步。其中，在每个执行周期过程中均执行强同步操作，强同步操作包括： 每个执行周期，RINSIM仿真平台的当前调度进程帧数自增1，并将当前调度进程帧数通过OPC协议同步到OPC Client 客户端或三方程序中，OPC Client 客户端或三方程序周期监测当前调度进程帧数并比较OPCClient 客户端或三方程序的分系统进程帧数与当前调度进程帧数之间的大小，分系统进程帧数小于当前调度进程帧，则OPC Client 客户端或三方程序开始该帧的计算，待计算完毕后OPC Client 客户端或三方程序将分系统进程帧数自增1并同步至RINSIM仿真平台。具体而言，每个执行周期，RINSIM仿真平台的rtexintc每个周期自增1，通过opc同步到OPCClient 客户端或三方程序。OPC Client 客户端或三方程序周期检测rtexintc>rtexframes(rtex_no)时，开始计算一帧，计算完毕后rtexframes(rtex_no)自增1，并通过opc设值rtexframes(rtex_no)到主机，当前帧结束，开始下一帧强同步。
（二）冻结状态下的数据同步和运行调度方案
如图4所示，当主机收到的教控命令为冻结时，在主机上点击冻结，对应的，主机的状态变量status置0，主机处于冻结状态, OPC Client 客户端或三方程序通过opc周期获取status变量，若OPC Client 客户端或三方程序检测到status==0，则OPC Client 客户端或三方程序根据所同步的主机工作状态将其status设置为0，第OPC Client 客户端或三方程序开始冻结。
（三）复位状态下的数据同步
复位是指把主机与从机中的值全部复位成某个初始场景，当RINSIM仿真平台的工作状态为复位状态后，主从机之间开始按照预设的数据同步的规定进行命令同步和计算数据同步，此时，计算数据还包括复位同步信号以及当前复位工况。
如图5所示，当RINSIM仿真平台收到的教控命令为复位时，为实现主机进入复位状态，本实施例中，主机将其状态变量status置5,并将复位标识位curv_reset_req(10) 置82，主机执行上述操作后，将复位同步信号以及当前复位工况分别也置于预设值，本实施例中，复位同步信号sst_reset_req(sst_no)置1，当前复位工况msticname置为ic，其中，状态变量status置5,curv_reset_req(10) 置82的操作是主机复位时的操作，用于内部状态显示。这两个操作和sst_reset_req置1，是同一个函数里的流水线先后操作，本实施例中，在进行复位时的数据同步，只用sst_reset_req做标志即可以实现机间复位同步，ic是指待复位工况，RINSIM仿真平台有很多种工况，如满功率，50%功率等。msticname是当前复位的工况名称，复位时同步该变量，是让从机知道应该复位自己的哪个工况，以实现主从机复位同样的ic。
对应的，RINSIM仿真平台的工作状态为复位状态时，计算数据还包括复位同步信号以及当前复位工况，OPC Client 客户端或三方程序周期检测并获取复位同步信号sst_reset_req(sst_no)以及当前复位工况msticname，若判断复位同步信号的数值为1，则依据当前复位工况开始执行复位，OPC Client 客户端或三方程序复位完成后，将复位同步信号的数值置0，即sst_reset_req(sst_no)置0，同时，通过OPC协议将取值为0的复位同步信号设值到RINSIM仿真平台，即通过opc将sst_reset_req(sst_no)=0设值到主机，RINSIM仿真平台检测到OPC Client 客户端或三方程序同步完成后结束整个复位过程。
（四）快照状态下的数据同步和运行调度方案
快照状态下的数据同步与复位状态下的数据同步类似，当RINSIM仿真平台的工作状态为快照状态时，计算数据还包括快照同步信号以及当前快照状态，OPC Client 客户端或三方程序周期获取快照同步信号以及当前快照状态，若判断快照同步信号的数值为1，则依据当前快照状态开始执行快照，OPC Client 客户端或三方程序快照完成后，将快照同步信号的数值置0，同时，通过OPC协议将取值为0的快照同步信号设值到RINSIM仿真平台，RINSIM仿真平台检测到OPC Client 客户端或三方程序同步完成后结束整个快照过程。
实施例二，通常RINSIM仿真平台与其他电气平台通常并不处于同一物理空间中，且往往相距较远，为提高操作的便利性，使得操作者通过从机也可实现对主机的远程控制，进而实现联合仿真，故本实施例中，本发明公开了一种基于opcua的联合仿真通信系统，在OPC Server服务端上还注册有仿真教控命令接口，仿真教控命令接口包括运行教控命令接口、冻结教控命令接口、复位教控命令接口以及快照教控命令接口中一种或多种的组合，OPC Client 客户端或三方程序经由OPC协议调用仿真教控命令接口以将OPC Client 客户端或三方程序生成的教控命令发送至RINSIM仿真平台中执行。这样设置，RINSIM仿真平台除接受教控台处生成的教控命令进行工作外，还可接受从机的控制生成对应的教控命令并响应从机处发送的教控命令，然后执行实施例一中的数据同步步骤，联合仿真开始时，主机可以接受教控台处发出的教控命令开始工作，也可以接收接受从机上发出的教控命令运行，当主机开始运行后，主从机之间开始按照数据同步的规定进行命令同步和计算数据同步，实现机间多平台集成联合仿真。
实施例三，考虑到RINSIM仿真平台还需要进行故障仿真，故本发明公开了一种基于opcua的联合仿真通信系统中，RINSIM仿真平台的OPC Server服务端上还注册有故障插入教控命令接口，OPC Client 客户端或三方程序经由OPC协议调用故障插入教控命令接口以将OPC Client 客户端或三方程序生成的故障插入至RINSIM仿真平台中执行。这样设置，可以通过从机对主机插入故障，当主机运行到某个状态需要进行故障仿真时，从机调用故障插入教控命令接口，为主机插入某个故障，此时，不涉及二者的数据同步。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于opcua的联合仿真通信系统，其特征在于：所述联合仿真通信系统包括主从设置的RINSIM仿真平台与至少一组其他仿真平台，所述RINSIM仿真平台中设有OPC Server服务端，所述其他仿真平台中设有OPC Client 客户端或三方程序，所述OPC Server服务端上注册有批量取值接口与批量设值接口，所述OPC Client 客户端或三方程序经由OPC协议调用所述批量取值接口与所述批量设值接口以进行所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间的数据同步，其中，所述数据同步包括命令同步以及计算数据同步；所述命令同步用于所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间的工作状态同步；所述计算数据同步用于所述其他仿真平台周期性的从所述RINSIM仿真平台同步各类计算数据，所述计算数据包括初始数数据、结果数据和中间过程数据，并根据同步到的所述RINSIM仿真平台的工作状态执行单步运算或向所述RINSIM仿真平台赋值，以实现所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间的联合仿真。
2.根据权利要求1所述的一种基于opcua的联合仿真通信系统，其特征在于：所述命令同步包括：所述RINSIM仿真平台依据收到的教控命令生成当前的工作状态后，所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间通过OPC协议周期性的同步计算数据，所述计算数据包括状态变量，所述其他仿真平台的OPC Client 客户端或三方程序监测所述状态变量，并根据所述状态变量的取值对应修改所述其他仿真平台当前的工作状态，其中，所述工作状态包括运行状态，冻结状态、复位状态以及快照状态中的一种或多种组合，不同的工作状态下，所述状态变量对应设置不同的数值。
3.根据权利要求2所述的一种基于opcua的联合仿真通信系统，其特征在于：所述RINSIM仿真平台的工作状态为运行状态时，所述计算数据还包括当前调度进程帧数，所述OPC Client 客户端或三方程序监测所述状态变量与所述当前调度进程帧数，当所述OPCClient 客户端或三方程序根据同步到的所述RINSIM仿真平台的运行状态开始运行后，所述RINSIM仿真平台与所述其他仿真平台之间基于所述当前调度进程帧数在每个执行周期中执行强同步操作；
所述强同步操作包括： 每个执行周期，所述RINSIM仿真平台的当前调度进程帧数自增1，并将所述当前调度进程帧数通过所述OPC协议同步到所述OPC Client 客户端或三方程序中，所述OPC Client 客户端或三方程序周期监测所述当前调度进程帧数并比较所述OPCClient 客户端或三方程序的分系统进程帧数与所述当前调度进程帧之间的大小，若所述分系统进程帧数小于所述当前调度进程帧，则OPC Client 客户端或三方程序开始该帧的计算，待计算完毕后所述OPC Client 客户端或三方程序将分系统进程帧数自增1并同步至所述RINSIM仿真平台。
4.根据权利要求2所述的一种基于opcua的联合仿真通信系统，其特征在于：所述RINSIM仿真平台的工作状态为复位状态时，所述计算数据还包括复位同步信号以及当前复位工况，所述OPC Client 客户端或三方程序周期获取所述复位同步信号以及所述当前复位工况，若判断所述复位同步信号的数值为1，则依据所述当前复位工况开始执行复位，所述OPC Client 客户端或三方程序复位完成后，将所述复位同步信号的数值置0，同时，通过所述OPC协议将取值为0的所述复位同步信号设值到所述RINSIM仿真平台，所述RINSIM仿真平台检测到OPC Client 客户端或三方程序同步完成后结束整个复位过程。
5.根据权利要求4所述的一种基于opcua的联合仿真通信系统，其特征在于：所述RINSIM仿真平台中，所述复位同步信号以及所述当前复位工况的生成包括如下步骤：所述RINSIM仿真平台收到复位教控命令后，将RINSIM仿真平台的状态变量与复位标志位分别置为指定数值后，将复位同步信号置1，所述当前复位工况置为ic，其中，所述状态变量与复位标志位用于RINSIM仿真平台的内部状态显示，所述ic为待复位工况。
6.根据权利要求2所述的一种基于opcua的联合仿真通信系统，其特征在于：所述RINSIM仿真平台的工作状态为快照状态时，所述计算数据还包括快照同步信号以及当前快照状态，所述OPC Client 客户端或三方程序周期获取所述快照同步信号以及所述当前快照状态，若判断所述快照同步信号的数值为1，则依据所述当前快照状态开始执行快照，所述OPC Client 客户端或三方程序快照完成后，将所述快照同步信号的数值置0，同时，通过所述OPC协议将取值为0的所述快照同步信号设值到所述RINSIM仿真平台，所述RINSIM仿真平台检测到OPC Client 客户端或三方程序同步完成后结束整个快照过程。
7.根据权利要求1所述的一种基于opcua的联合仿真通信系统，其特征在于：所述OPCServer服务端上还注册有仿真教控命令接口，所述仿真教控命令接口包括运行教控命令接口、冻结教控命令接口、复位教控命令接口以及快照教控命令接口中一种或多种的组合，所述OPC Client 客户端或三方程序经由OPC协议调用所述仿真教控命令接口以将所述OPCClient 客户端或三方程序生成的教控命令发送至所述RINSIM仿真平台中执行。
8.根据权利要求1所述的一种基于opcua的联合仿真通信系统，其特征在于：所述OPCServer服务端上还注册有故障插入教控命令接口，所述OPC Client 客户端或三方程序经由OPC协议调用所述故障插入教控命令接口以将所述OPC Client 客户端或三方程序生成的故障插入至所述RINSIM仿真平台中执行。
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