CN205122083U - 一种基于虚拟对象的热工实训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于虚拟对象的热工实训系统，包括虚拟仿真对象、控制系统、操作站、仪表及热工自动化装置；所述虚拟仿真对象、控制系统、操作站通过以太网方式连接，所述控制系统与仪表及热工自动化装置通过硬接线连接；所述控制系统包括DCS控制系统和PLC控制系统，所述DCS控制系统和PLC控制系统通过通用485接口模块冗余连接。本实用新型的基于虚拟对象的热工实训系统，能够满足大型综合性的热工检修维护的初级、中级和高级的实训，同时亦能满足热工控制优化和试验。

Description

一种基于虚拟对象的热工实训系统

技术领域

本实用新型属于控制系统领域，具体涉及一种基于虚拟对象的热工实训系统。

背景技术

在火电厂机组运行过程中，有大量的热控组态逻辑需要优化和改善。但出于安全和经济的因素，不能在机组运行期间进行大量的试验和组态调试工作，而在机组停运期间因缺乏有效的生产数据也不能开展相应的试验和优化工作。因此，目前对于提高热控人员热工自动和热工保护技能水平方面还缺乏有效的培训手段。鉴于此，需要利用DCS与PLC系统研发一套能最大程度代表生产现场被控对象特性的热控实训装置试验平台，以满足热控技术人员培训以及热控组态试验和优化的需求。

现有的热工培训系统的对象过于简单，只能满足初级培训需求，不能满足对复杂控制对象的控制逻辑设计、试验和优化的要求。鉴于火电厂生产系统的复杂性，复杂控制对象无法简单再现，采用虚拟仿真控制对象能有效解决这一难题，同时将具有调节作用的实际设备嵌入复杂控制对象中，开发出一种基于虚拟对象，虚实结合的热工实训系统，既能满足热工初级培训的需求，又能满足热控控制系统试验和优化的高级需求。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于虚拟对象的热工实训系统，采用了如下技术方案：

一种基于虚拟对象的热工实训系统，包括虚拟仿真对象、控制系统、操作站、仪表及热工自动化装置；所述虚拟仿真对象、控制系统、操作站通过以太网方式连接，所述控制系统与仪表及热工自动化装置通过硬接线连接；所述控制系统包括DCS控制系统和PLC控制系统，所述DCS控制系统和PLC控制系统通过通用485接口模块冗余连接。

优选的，所述DCS控制系统包括冗余DPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输人模块、模拟量输出模块及若干通讯模块。

优选的，所述PLC控制系统包括冗余CPU模块、以太网模块、同步模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输人模块、模拟量输出模块及若干通讯模块；所述以太网模块用于与操作站的上位机通讯。

优选的，所述仪表及热工自动化装置包括压力变送器、压力开关、液位开关、热电阻、热电偶、电动可调节执行机构、电动二位式电动执行机构、气动调节执行机构、变频器；还包括用于安装固定上述器件的安装架。

优选的，所述压力变送器和压力开关连接压力管路及仪表阀，并连接带压仪用空气；所述热电偶和热电阻选用铠装型。

优选的，所述操作站包括多位操作台、若干台固定操作站和若干移动操作站以及至少一台虚拟仿真对象，所述移动操作站通过移动接口连接所述操作站。

进一步的，所述虚拟仿真对象包括火电厂主控中的机组协调控制系统、给水控制系统、燃烧控制系统、风量控制系统、气温控制系统、除氧器水位和压力控制系统、凝器热井水位控制系统、高低加水位控制系统，以及火电厂辅助控制系统等全部虚拟模型。

优选的，所述辅助控制系统包括水、煤、灰控制系统。

本实用新型的基于虚拟对象的热工实训系统，操作和连接简单，通过计算机、DCS、PLC、仪表、自动化装置等来控制和检测各种热工参数，实际和虚拟结合，培训效果贴近实际，能培训火电厂所有热工技术知识。其DCS、PLC、仪表和自动控制装置全部按照实际设计安装，培训过程涉及过程控制知识、DCS软硬件知识、PLC软硬件知识、仪表及自动化装置知识，既可单独对DCS、PLC、仪表和自动控制装置进行安装、调试、组态等培训任务，更可以多人以团队结合起来同时进行综合培训，能够满足大型综合性的热工检修维护的初级、中级和高级的实训，同时亦能满足热工控制优化和试验，具有良好的实用效果和价值。

附图说明

图1为本实用新型的基于虚拟对象的热工实训系统的模块结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

参见图1，本实施例中的基于虚拟对象的热工实训系统，包括虚拟仿真对象、控制系统、操作站、仪表及热工自动化装置。其中，虚拟仿真对象、控制系统、操作站通过以太网方式连接，控制系统与仪表及热工自动化装置通过硬接线连接；控制系统包括DCS控制系统和PLC控制系统，DCS控制系统和PLC控制系统通过通用485接口模块冗余连接。

上述热工实训系统集中布置于一个较大面积的培训试验室中，培训试验室仿照集控室和电子室要求铺设静电地板，除计算机和电脑椅可活动外，其余器件全部根据火电厂实际要求固定安装，使培训环境无限接近实际环境，使得学员身如其境。虚拟仿真对象、控制系统、操作站以太网方式连接，控制系统与仪表及自动化装置通过硬接线连接。热工实训装置可不用控制系统IO硬件，通过模拟操作，实现整个火电厂全部顺序控制、单回路控制、串级回路控制和协调控制等各种过程控制仿真试训。也可将实际信号和控制装置嵌入仿真，热工实训装置的控制系统通过IO输入模块，将各种压力、温度、流量、物位等热工信号及自动化控制装置状态信号采集，转换为数字信号传输给控制系统CPU和虚拟仿真对象，虚拟仿真对象根据实际信号运行，CPU对虚拟仿真对象运行做出逻辑计算处理后，将计算指令信号通过IO输出模块传送给自动控制装置执行，实现虚实结合，共同完成一个特定控制任务。

本实施例中的虚拟控制对象包含了全部火电厂控制对象，其不但可以对火电厂主控中的机组协调控制、给水控制、燃烧控制、风量控制、气温控制、除氧器水位和压力控制、凝器热井水位控制、高低加水位控制等等仿真实训，也可以对火电厂水、煤、灰等辅助控制系统进行仿真实训。

具体的，在本实施例中，控制系统包含DCS控制系统和PLC控制系统，之间连接通过通用的485接口模块冗余连接。DCS控制系统和PLC控制系统各自安装于标准控制柜内，所以保护、监视、功能等设计要求与实际一致，是实际控制系统的浓缩版，控制柜前后开门，柜内安装接线方便。DCS控制系统包括冗余DPU模块，开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输人模块、模拟量输出模块及各种通讯模块。现场信号可以进入DCS控制系统，进行独立DCS培训。PLC控制系统包括冗余CPU模块，以太网模块、同步模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输人模块、模拟量输出模块及各种通讯模块。现场信号可以进入也可以接入PLC控制系统。通过冗余485通讯实现混合控制系统培训。PLC控制系统还保留与上位机以太网通讯方式，以便电厂辅助控制系统单独PLC培训。

具体的，在本实施例中，操作站硬件是多位操作台、5台固定操作站和1台虚拟仿真对象，并留有8台移动接口，可接移动操作站。其软件包含DCS组态软件、PLC组态软件、上位机软件和仿真模型软件，可以同时进行满足多人次同时培训。

具体的，在本实施例中，仪表及热工自动化装置包括压力变送器、压力开关、液位开关、热电阻、热电偶、电动可调节执行机构、电动二位式电动执行机构、气动调节执行机构、变频器等组成。仪表和自动装置全部安装固定在仪表及自动化装置架，其电缆经保护管和桥架，使整体美观整齐，仪表架前后空间较大，培训安装和调试方便。其中压力变送器和压力开关连接压力管路及一次、二次、排污等仪表阀，并连接带压仪用空气，方便实际压力模拟试验，热电偶和热电阻选用铠装型便于方便实际温度模拟试验，仪表架还能进行实际现场设备安装调试培训。

本实施例中各个部件可采用以下的硬件：

仪表采用SOR、横河；

DCS采用OVATION；

PLC采用GE7iPLC；

执行机构采用：ROTORKIQ；

变频器采用：ABBACS510。

本实用新型的基于虚拟对象的热工实训系统，增加了热工实训装置的实用性，具有良好的应用前景。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于虚拟对象的热工实训系统，其特征在于：包括虚拟仿真对象、控制系统、操作站、仪表及热工自动化装置；所述虚拟仿真对象、控制系统、操作站通过以太网方式连接，所述控制系统与仪表及热工自动化装置通过硬接线连接；所述控制系统包括DCS控制系统和PLC控制系统，所述DCS控制系统和PLC控制系统通过通用485接口模块冗余连接。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟对象的热工实训系统，其特征在于：所述DCS控制系统包括冗余DPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输人模块、模拟量输出模块及若干通讯模块。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟对象的热工实训系统，其特征在于：所述PLC控制系统包括冗余CPU模块、以太网模块、同步模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输人模块、模拟量输出模块及若干通讯模块；所述以太网模块用于与操作站的上位机通讯。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟对象的热工实训系统，其特征在于：所述仪表及热工自动化装置包括压力变送器、压力开关、液位开关、热电阻、热电偶、电动可调节执行机构、电动二位式电动执行机构、气动调节执行机构、变频器；还包括用于安装固定上述器件的安装架。

5.根据权利要求4所述的基于虚拟对象的热工实训系统，其特征在于：所述压力变送器和压力开关连接压力管路及仪表阀，并连接带压仪用空气；所述热电偶和热电阻选用铠装型。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟对象的热工实训系统，其特征在于：所述操作站包括多位操作台、若干台固定操作站和若干移动操作站以及至少一台虚拟仿真对象，所述移动操作站通过移动接口连接所述操作站。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于虚拟对象的热工实训系统，其特征在于：所述虚拟仿真对象包括火电厂主控中的机组协调控制系统、给水控制系统、燃烧控制系统、风量控制系统、气温控制系统、除氧器水位和压力控制系统、凝器热井水位控制系统、高低加水位控制系统，以及火电厂辅助控制系统。

8.根据权利要求7所述的基于虚拟对象的热工实训系统，其特征在于：所述辅助控制系统包括水、煤、灰控制系统。