CN1315044C - 控制逻辑模拟－验证方法和模拟－验证个人计算机 - Google Patents

Abstract

一种模拟-验证个人计算机，包括控制装置仿真模拟器个人计算机以及设备模型模拟器个人计算机。控制装置仿真模拟器个人计算机装入了集成到控制装置的控制逻辑。设备模型模拟器个人计算机装入了设备模型逻辑。在接收到操作命令信号后，控制逻辑将用于控制设备运行的控制命令信号发送到设备模型逻辑。在接收到控制命令信号后，设备模型逻辑执行显示设备操作状态的模拟操作，并输出显示操作状态的运行状态信号。控制逻辑和设备模型逻辑都使用Linux作为OS，因此可以同时在个人计算机上运行。

Description

控制逻辑模拟-验证方法和模拟-验证个人计算机

在此通过引用，把于2002年10月10日提交的日本专利申请2002-296977，包括说明书、权利要求、附图及摘要，全文结合进来。

技术领域

本发明涉及控制逻辑模拟-验证方法和模拟-验证个人计算机，例如，被设计成能够模拟-验证控制逻辑的个人计算机，这种计算机被集成到通过通用个人计算机来控制联合循环发电设备的控制装置中。

背景技术

联合循环发电设备包括燃气涡轮发电设备和联合的汽轮机发电设备，是复杂并且大规模的。这样的联合循环发电设备，其运行是通过控制装置控制的。

控制装置装入了控制逻辑(运行控制程序)，而控制逻辑控制联合循环发电设备的运行。控制逻辑计算由操作员发出并且为发电运行所需的操作命令信号(带有开始、停止、指定功率输出(MW)、紧急停止等命令的信号)以及从联合循环发电设备输出的运行状态信号(显示涡轮转速、发电机输出、阀门开度等信息的信号)，从而将控制命令信号(启动信号、关闭信号、燃料量信号、空气量信号、阀门开度信号等)发送到联合循环发电设备，以便实现操作命令信号指示的运行状态。通过实行这样的运行控制，执行响应于操作命令信号的发电运转。

到现在为止，输入到控制装置的控制逻辑一直是在例如RMX等相对小而快的操作系统(OS)中运行的程序。这是因为，对于控制装置来说，大的逻辑需要在高频率下执行，不需要使用人机接口。

检验输入到控制装置的控制逻辑的一般惯例是，连接控制装置(实际设备(生产设备))和装有设备模型逻辑的模拟器，并且通过模拟来进行控制逻辑的检验。详细地，设备模型逻辑是通过将组成联合循环发电设备的设备特性进行数学建模而开发的软件。当接收到控制命令信号时，就会在程序下执行模拟联合循环发电设备的实际操作的操作，并输出显示模拟操作状态的运行状态信号。因此，如果控制装置被连接到模拟器，并且运行操作被执行，那么将实现与控制装置连接到实际的联合循环发电设备时相同的运行状态，从而可以验证控制逻辑。

至今，输入到模拟器的设备模型逻辑一直是在具有符合要求的人机性能的操作系统(OS)(例如VAX/VMS)下运行的程序。这是因为，使用模拟器足以运行必要的逻辑，并且人机接口是必需的。

根据传统的技术，通过设备模型逻辑模拟的操作状态的改变速度与实际联合循环发电设备的操作状态的改变速度是相同的。例如，无论使用设备模型逻辑还是在实际的联合循环发电设备中，从启动直到达到额定输出运行状态的时间是相同的。

在达到额定输出运行状态后实施功能性的确认测试的过程中，从启动到额定输出运行状态之间经过的时间是很长的。因此，可使用这样的技术，其中额定运行状态被预先存储，存储的额定运行状态被设置在控制装置和模拟器中，以将额定运行状态设置为功能性确定测试中的初始状态，模拟-检验操作在额定输出运行状态下开始，从而使功能性的确认测试在额定输出运行状态后被实施(请参见未经审查的日本专利文献2001-318716)。该技术使得在额定输出运行状态后可以不需要花费从启动到额定输出运行状态的时间而立即实施功能性的确认测试。

然而，通过传统技术，控制装置实际上作为实际设备进行生产，控制装置被连接到模拟器(装入了设备模型逻辑的计算机)，该逻辑在控制装置上执行以便实施模拟-验证。该传统技术存在下列问题：

(1)模拟-验证只有当控制装置处于制造厂时才可以进行。也就是说，在制造出控制装置以前，不能够形成高精加工度的逻辑。即使逻辑的改变在试运行以前由于操作方式等的改变而变得必要，也不能使用改变后的逻辑执行模拟-验证。

(2)在设备中实施模拟-验证时，将需要大量的劳动力用于准备性工作，例如电缆的连接。

(3)模拟-验证所需的时间和运转实际设备所需的时间一样长。也就是说，验证是耗时的。

(4)瞬时发生的设备的操作不能被完全地确定。

(5)由于用于控制逻辑的OS和用于设备模型逻辑的OS不同，因此这两种逻辑不能同时在相同的个人计算机上执行。如果可以同时在相同的个人计算机上运行这两种逻辑的话，个人计算机就将能够进行控制逻辑的模拟-验证。

发明内容

本发明已经解决了以前的技术中存在的上述问题。本发明的目标是提供可以通过个人计算机执行控制逻辑的模拟-检验的模拟-验证方法，以及使用本方法的模拟-检验个人计算机。

根据本发明第一方面，用于实现上述目标的控制逻辑模拟-检验方法包括：

在可重构的相同操作系统上执行控制逻辑和设备模型逻辑，

根据操作状态、执行设备运行控制所需的控制命令信号，使控制逻辑适合于输出，

在接收到控制命令信号时，使该设备模型逻辑适合于执行模拟设备的操作状态的模拟操作设备设备设备，并且输出显示操作状态的运行状态信号，以及

操作系统可作为只是必要功能部件的组合而使用。

在根据本发明第一方面的控制逻辑模拟-检验方法中，控制逻辑可以是用于执行联合循环发电设备的运行控制的程序，设备模型逻辑可以是用于模拟联合循环发电设备的运行操作的程序，操作系统是Linux。

根据本发明第二方面的模拟-验证个人计算机包括：

控制装置仿真模拟器个人计算机，该控制装置装入了根据操作状态和执行设备的运行控制所需的控制命令信号来控制输出的控制逻辑，并且在作为只是必要的功能部件组合使用的可重构操作系统上执行控制逻辑；以及

设备模型模拟器个人计算机，其装入了设备模型逻辑，用于执行模拟操作，在接收到控制命令信号时模拟设备的操作状态，并且输出显示操作状态的运行状态信号，设备模型模拟器个人计算机在和所述操作系统一样的操作系统上执行设备模型逻辑。

根据本发明第三方面的模拟-验证个人计算机包括：

控制装置仿真模拟器个人计算机，其装入了根据操作状态和执行设备的运行控制所需的控制命令信号来控制输出的控制逻辑；装入了在控制装置中提供的、用于设置控制逻辑的计算周期的计算周期管理任务；在通过在控制装置中提供的计算周期管理任务设置的计算周期中，在作为只是必要功能部件组合使用的可重构操作系统上执行控制逻辑；以及

设备模型模拟器个人计算机，其装入了设备模型逻辑，用于执行模拟操作，在接收控制命令信号时，模拟设备的操作状态，并且输出显示操作状态的运行状态信号；装入了设备模型提供的、用于设置设备模型逻辑的计算周期的计算周期管理任务；在通过在设备模型中提供的计算周期管理任务设置的计算周期中，在和所述操作系统一样的操作系统上执行设备模型逻辑。

根据本发明第四方面的模拟-验证个人计算机包括：

控制装置仿真模拟器个人计算机，其装入了根据操作状态和执行设备的运行控制所需的控制命令信号来控制输出的控制逻辑；装入了在控制装置中提供的、用于设置控制逻辑的计算周期的计算周期管理任务；装入了在控制装置中提供的、用于存储控制逻辑的计算状态的存储设备，以及

在通过在控制装置中提供的计算周期管理任务设置的计算周期中，在作为只是必要功能部件组合使用的可重构的操作系统上执行控制逻辑；根据保存在控制装置提供的存储设备中的计算状态来执行控制逻辑；以及

设备模型模拟器个人计算机，其装入了设备模型逻辑，用于执行模拟操作，在接收控制命令信号时模拟设备的操作状态，并且输出显示操作状态的运行状态信号；安装着设备模型提供的、用于设置设备模型逻辑的计算周期的计算周期管理任务；装入了设备模型提供的用于存储设备模型逻辑的计算状态的存储设备，以及

在通过在设备模型中提供的计算周期管理任务设置的计算周期中，在和所述操作系统一样的操作系统上执行设备模型逻辑；根据保存在设备模型提供的存储设备中的计算状态来执行设备模型逻辑。

在根据本发明第二至第四方面的任一方面的模拟-验证个人计算机中，控制逻辑可以是执行联合循环发电设备的运行控制的程序，设备模型逻辑可以是模拟联合循环发电设备的运行操作的程序，操作系统可以是Linux。

根据本发明的第五方面的模拟-验证个人计算机，包括：

控制装置仿真模拟器个人计算机，用于在可作为只是必需功能部件组合而使用的可重构的操作系统上执行控制程序，其装入有：

控制逻辑，用于根据操作状态输出进行设备运行控制所必需的控制命令信号；

计算周期管理任务，用于设置所述控制逻辑的计算周期；

数据累积磁盘，用于累积数据和传送所累积的数据；

计算执行存储器，用于将其内的现有数据累积到所述数据累积磁盘，或者接收自所述数据累积磁盘传送的累积数据；

和

输入/输出模拟任务，用于通过通信模拟与实际设备的输入/输出装置的功能相同的功能；以及

设备模型模拟器个人计算机，用于在可作为只是必需功能部件组合而使用的可重构的操作系统上执行设备模型程序，其装入有：

设备模型逻辑，其是在可作为只是必需功能部件组合而使用的可重构的操作系统上工作的程序；

计算周期管理任务，用于设置所述设备模型逻辑的计算周期；

数据累积磁盘，用于累积数据并且传送所累积的数据；

计算执行存储器，用于将其内的现有数据累积到所述数据累积磁盘，或者接收自所述数据累积磁盘传送的累积数据；

输入/输出模拟任务，用于通过通信模拟与实际设备的输入/输出装置的功能相同的功能。

由于上述特性，本发明显示出下列效果：

(1)无论控制装置处于制造过程的哪个阶段，可以在任何时候执行控制逻辑的模拟-验证。因此，在制造过程中，可以产生高精加工度的控制逻辑。即使在试运行以前形成操作上的改变，在确认模拟后，控制装置可以提供在设备的位置上。

(2)在制造厂进行的模拟-验证变得不必要，可以显著减少工人的劳动量。

(3)所有设置都在个人计算机上作为“数据文件”管理。只要进行了设置，模拟-验证就可以很容易地在任何时候执行(甚至可以在控制装置的装载以后)。

(4)不使用控制装置的情况下，也可以执行模拟-验证，并且可以缩短测量的工作时间。

(5)控制装置和模拟器之间电缆的连接和断开不是必要的。在控制逻辑的模拟-验证过程中，负责测量的工人是不必参与的。

(6)通过调整计算周期，可以通过在延长的时间上的模拟来对瞬时工作的设备的操作进行检验。可以通过在一段缩短时间上的模拟来对长时间工作的设备的操作进行检验。

附图说明

通过本文下列详细说明和附图，可以更完整地理解本发明，附图只用于示例性目的，因此不限定本发明的范围，其中：

图1是方框图，图示说明了根据本发明的实施例的模拟-验证个人计算机。

具体实施方式

现在参照附图详细说明本发明的优选实施例，但是决不限制本发明的范围。

图1示出了根据本发明的实施例的模拟-验证个人计算机。如图所示，本模拟-验证个人计算机由控制装置仿真模拟器个人计算机10、设备模型模拟器个人计算机20、操作员的个人计算机30和逻辑准备/修改个人计算机40组成。这些个人计算机10至40通过通信设备(通信线路等等)连接。

控制装置仿真模拟器个人计算机10装入了控制逻辑11，控制逻辑11和作为实际设备输入到控制装置的控制逻辑相同。控制逻辑11是由逻辑准备/修改个人计算机40准备的，被传送到控制装置仿真模拟器个人计算机10并且在那里加载。控制逻辑(运行控制程序)10是可以作为必要的功能部件的组合使用的可重构的操作系统(OS)(例如Linux)下运行的程序。

控制逻辑11计算从操作员的个人计算机30发出的操作命令信号α和从设备模型模拟器个人计算机20发出的运行状态信号β，从而将用于把运行状态带到由操作命令信号α指示的运行状态的控制命令信号γ发送到设备模型模拟器个人计算机20。

操作命令信号α包括显示启动、停止、指示功率输出(MW)、进行紧急停止等命令的信号。运行状态信号β包括显示涡轮转速、发电机输出、阀门开度等项的信号。控制命令信号γ包括启动信号、关闭信号、燃料量信号、空气量信号、阀门开度信号等等。

计算周期管理任务12装入到控制装置仿真模拟器个人计算机10之中，设置控制逻辑11的计算周期。计算周期管理任务12设置计算周期，使得计算像实际设备(控制装置)一样每50毫秒执行一次。然而，在必要时，计算周期管理任务12可以将计算周期设置得较短或者较长。因此，控制逻辑11以由计算周期管理任务12设置的计算周期，周期地执行计算。计算周期可以在控制装置仿真模拟器个人计算机10的操着者的控制下进行设置。

控制装置仿真模拟器个人计算机10装有计算执行存储器13和数据累积磁盘14。在控制装置仿真模拟器个人计算机10的操作者的控制下，在计算执行存储器13内的现有数据可以累积到数据累积磁盘14中，或者可以将累积的数据传送到计算执行存储器13中。通过将在数据累积磁盘14中累积的数据传送到计算执行存储器13，控制逻辑可以通过运行控制在中途执行，例如，在建立额定输出运行的时间点后执行。

装入控制装置仿真模拟器个人计算机10中的输入/输出模拟任务15，是通过通信模拟与实际设备的输入/输出装置的功能相同的功能的任务。

设备模型模拟器个人计算机20装入了设备模型逻辑21。设备模型逻辑21是由逻辑准备/修改个人计算机40准备的，然后传送到设备模型模拟器个人计算机20并且装入其中。设备模型逻辑21是在可以作为必要功能部件的组合使用的可重构的操作系统(OS)(例如Linux)下运行的程序。

设备模型逻辑21是通过将组成联合循环发电设备的设备特性进行算术建模而开发的软件。接收控制命令信号γ时，就在程序下执行模拟实际的联合循环发电设备的操作的操作，输出显示模拟操作状态的运行状态信号β。运行状态信号β包括显示涡轮转速、发电机输出、阀门开度等信息的信号。

装入设备模型模拟器个人计算机20的计算周期管理任务22设置设备模型逻辑21的计算周期。计算周期管理任务22将计算周期设置为大约10毫秒，使得可以模拟类似于实际设备(联合循环发电设备)中状态的状态。然而，在必要时，计算周期管理任务22可以将计算周期设置得较短或者较长。因此，设备模型逻辑21以由计算周期管理任务22所设置的计算周期，周期地执行计算。可以在设备模型模拟器个人计算机20的操作者的控制下对计算周期进行设置。

设备模型模拟器个人计算机20装入了计算执行存储器23和数据累积磁盘24。在设备模型模拟器个人计算机20的操作者的控制下，在计算执行存储器23内的现有数据可以累积到数据累积磁盘24，或者累积的数据可以被传送到计算执行存储器23。通过将在数据累积磁盘24累积的数据传送到计算执行存储器23，模拟联合循环发电设备操作的操作可以通过运行操作在中途执行，例如在建立额定输出运行的时间点后执行。

装入设备模型模拟器个人计算机20中的输入/输出模拟任务25，是通过通信模拟与实际设备的输入/输出装置的功能相同的功能的任务。

控制逻辑11和设备模型逻辑21之间的通信(发送和接收数据)是通过有线或者无线通线设备T建立的。

操作员的个人计算机30是操作员运行和操作设备的人机接口。该计算机30可以通过与实际设备(操作面板)相同的操作方法输出操作命令信号α，并且可以显示与实际设备(操作面板)中相同的屏幕。因此，操作员可以通过与用于实际设备(操作面板)的相同的操作方法来执行运行操作，并且不需要记住专门的命令或者操作方法。操作命令信号α包括显示启动、停止、指示功率输出(MW)、进行紧急停止等命令的信号。

逻辑准备/修改个人计算机40适合于准备控制逻辑11和设备模型逻辑21。如果模拟-验证(将在后面说明)检测到在控制逻辑11或者设备模型逻辑21中发生错误的话，逻辑准备/修改个人计算机40执行调试并且修整或者修改程序(逻辑)。

通过具有上述特性的模拟-验证个人计算机，当操作命令信号α从操作员的个人计算机30输出时，控制装置仿真模拟器个人计算机10的的控制逻辑11将响应于操作命令α而输出控制命令信号γ，响应于控制命令信号γ的设备模拟操作将在程序下通过设备模型模拟器个人计算机20的设备模型逻辑21执行。将显示设备模拟操作状态的运行状态信号β从设备模型逻辑21发送到控制逻辑11。

通过在这样的模拟运行中检查运行状态信号β是否遵从命令信号α所指示的过程，可以验证控制逻辑11。

在这种情况下，控制逻辑11和设备模型逻辑21可以同时被个人计算机10、20执行，因为它们都是在可以作为只是必要功能部件组合使用的可重构的操作系统(OS)Linux下运行的程序。

另外，通过使用计算周期管理任务12改变控制逻辑11的计算周期，以及通过使用计算周期管理任务22改变设备模型逻辑21的计算周期，就可以实施低速或者高速的模拟-验证。

在执行低速模拟-验证时，控制逻辑11和设备模型逻辑21的计算周期被设置得很长。通过设置这样的长计算周期，可以形成看起来设备是在低速运行的状态。

在实际设备的一系列运动(例如燃气轮机的换气程序)中，在几秒内一个接一个地重复阀门打开和关闭操作，这单凭人的肉眼是不能检查的。然而，在低速模拟-验证中设置这样的长计算周期，可以使得人的肉眼就可以跟踪这样的运动。例如，如果将计算周期延长至稳态周期的10倍的话，那么原来持续10秒的阀门打开/关闭操作将被改变为持续100秒的阀门打开/关闭操作。该操作甚至可以单凭肉眼得到确认。

取样是按照设置很长的计算时间间隔执行的，并且按照和在实际设备中的计算周期相同的时间间隔来做记录。因此，将被记录到数据累积磁盘14、24的数据将按照与实际设备中相同的时间点被记录到数据累积磁盘14、24，这样就可以保留与将在实际设备的计算周期中被记录的相同的模拟-验证数据。

在以高速执行模拟-验证时，控制逻辑11和设备模型逻辑21的计算周期被设置得很长。通过设置这样的长计算周期，可以形成看起来设备是在高速运行的状态。

在冷启动的情况下，实际设备中的蒸汽调节阀被慢速打开，例如，以1％/分的速度打开。因此，检验会持续几个小时，在这段时间，没有重要的项目要检查，相同的操作被简单地重复。对于包含这种短设置计算周期的高速验证，冷启动的持续时间可以被缩短。例如，计算周期缩短至稳态周期的1/10可以使冷启动时间缩短至原时间的1/10。

取样是按照被设置到很短的计算时间间隔执行的，并且按照和在实际设备中的计算周期相同的时间间隔做记录。因此，要被记录到数据累积磁盘14、24的数据将按照与实际设备中相同的时间点被记录到数据累积磁盘14、24，这样就可以保留与将要通过实际设备的计算周期中获得的相同的模拟-验证数据。

只要数据被累积到数据累积磁盘14、24，中途通过模拟存在的数据将被传送到计算执行存储器13、23，因此控制逻辑操作和设备模拟操作可以通过运行控制和运行的操作在中途执行。也就是说，模拟-验证可以根据必要的状态启动。

例如，传统的负载停机模拟要求根据燃气涡轮从启动开始操作而进行模拟操作。在达到额定运行状态以前，已经占用了大约1个小时，这就意味着时间损耗。

相比之下，在使用本发明时，模拟数据可以被累积，并且累积的数据总是为停机提取作好了准备。因此，模拟-验证可以通过运行控制和运行操作在中途实施。

因此，数据在燃气涡轮的满负荷下也可以被累积。当将执行负载停机模拟-验证时，累积的数据被提取，并可以立即形成满负荷状态。因此，负载停机模拟可以没有时间损耗地启动。

在图1所示的实施例中，使用了控制装置仿真模拟器个人计算机10和设备模型模拟器个人计算机20。然而，装入两部个人计算机10和20的功能及通信设备T的功能可以装入单部个人计算机以执行控制逻辑11的模拟-验证。这是因为，控制逻辑11和设备模型逻辑21都是在可以用作必要功能部件组合使用的可重构操作系统(OS)Linux下运行的程序，因此逻辑11、21可以同时在相同的OS下在单部个人计算机上运行。

另外，在图1的实施例中，控制装置仿真模拟器个人计算机10只装入了计算所需的部件。通过将用于训练模拟器的人-机部件装入该个人计算机，其还可以用作训练模拟器。

也就是说，到目前为止，训练模拟器和控制装置由完全不同类型的硬件构成。因此，用于训练模拟器的控制逻辑需要区别于控制装置的逻辑而重新构造。例如，如果使用可以作为必要功能部件组合的可重构操作系统(OS)Linux作为控制逻辑的OS的话，控制装置的逻辑和训练模拟器的逻辑所共有的部分可以被共享使用。这样，就可以缩短训练模拟器的生产时间。

虽然已经通过上述方式对本发明进行了说明，但是应该可以理解，本发明并不局限于上述方式，而是可能存在许多方式上的差异。这样的变化不被认为违背本发明的精神和偏离本发明的范围，对于本领域的技术人员来说，很明显，所有这样的修改都包括在所附权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种控制逻辑模拟-验证方法，其包括：

在可重构的相同的操作系统上执行控制逻辑和设备模型逻辑，

根据操作状态和执行设备的运行控制所需的控制命令信号，使所述控制逻辑适合于输出，

所述设备模型逻辑适合于在接收到控制命令信号后执行模拟设备操作状态的模拟操作，并输出显示操作状态的运行状态信号，和

所述操作系统可作为只是必需功能部件的组合而使用。

2.根据权利要求1所述的控制逻辑模拟-验证方法，其中所述控制逻辑是执行联合循环发电设备的运行控制的程序，所述设备模型逻辑是模拟联合循环发电设备的运行操作的程序，所述操作系统是Linux。

3.一种模拟-验证个人计算机，包括：

控制装置仿真模拟器个人计算机，用于在可作为只是必需功能部件组合而使用的可重构的操作系统上执行控制程序，其装入有：

控制逻辑，用于根据操作状态输出进行设备运行控制所必需的控制命令信号；

计算周期管理任务，用于设置所述控制逻辑的计算周期；

数据累积磁盘，用于累积数据和传送所累积的数据；

计算执行存储器，用于将其内的现有数据累积到所述数据累积磁盘，或者接收自所述数据累积磁盘传送的累积数据；和

输入/输出模拟任务，用于通过通信模拟与实际设备的输入/输出装置的功能相同的功能；以及

设备模型模拟器个人计算机，用于在可作为只是必需功能部件组合而使用的可重构的操作系统上执行设备模型程序，其装入有：

设备模型逻辑，其是在可作为只是必需功能部件组合而使用的可重构的操作系统上工作的程序；

计算周期管理任务，用于设置所述设备模型逻辑的计算周期；

数据累积磁盘，用于累积数据并且传送所累积的数据；

计算执行存储器，用于将其内的现有数据累积到所述数据累积磁盘，或者接收自所述数据累积磁盘传送的累积数据；

输入/输出模拟任务，用于通过通信模拟与实际设备的输入/输出装置的功能相同的功能。

4.权利要求3的模拟-验证个人计算机，所述控制逻辑是执行联合循环发电设备的运行控制的程序。

5.权利要求3的模拟-验证个人计算机，其中，所述设备模型逻辑是模拟联合循环发电设备的运行操作的程序。

6.根据权利要求3的模拟-验证个人计算机，其中，所述操作系统是Linux。