KR100197911B1 - Plant simulation system - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은 발전소 등의 플랜트를 컴퓨터상에서 시뮬레이션하여 실제 발전소를 운전 및 제어하는 효과를 얻을 수 있는 플랜트시뮬레이션시스템에 관한 것이다. 본 발명의 시스템은 크게는 실행 플랜트의 기계모델 및 제어모델을 생성하는 기계모델생성장치 및 제어모델생성장치와, 두 모델을 상호 연결하여 실제 운전 및 제어하는 플랜트모델운전/제어장치로 구성된다. 기계모델생성장치는 외부프로그램으로 시뮬레이션 모델을 자유롭게 운용하도록 모델소스프로그램중 외부프로그램과 공유하고자 하는 변수를 추출하여 공유메모리의 데이타베이스상에 등록하고, 그 공유변수를 공유메모리상에서 액세스하도록 모델소스프로그램을 변환하여 플랜트 시뮬레이션모델을 생성한다. 실시간모델구동기는 생성된 플랜트 시뮬레이션모델의 실시간 구동을 위해 플랜트모델의 실행속도를 온-라인 설정하여 1프레임 실행예정시간 및 프레임 1주기 실행예정시간을 계산하고, 플랜트 모델의 실제 실행시간 및 초과실행시간을 계산하여 초과실행시간을 적산하며 적산시간이 음(-)의 부호(sign)이면 그 시간만큼 대기하여 실시간을 맞춘다. 플랜트모델은 프레임 1주기 실행예정시간을 계산하여 서브모델들의 계산프로그램 시간스텝으로 설정한다. 플랜트모델운전/제어장치는 상용분산제어시스템으로 구현되어 플랜트 시뮬레이션모델을 실제의 플랜트를 운전 및 제어하는 것과 같은 효과를 낸다. 따라서, 본 발명은 위험한 발전소를 현장에서 직접 조작하지 않고도 안전하고 빠른 시간내에 발전소를 운전 및 제어하여 볼 수 있고, 실적이 없는 발전소 개발 내지 건설중인 발전소를 사전에 시운전해볼 수 있어 개발기간 단축, 비용절감 및 운전자훈련등 다방면에 유용하게 사용할 수 있는 효과를 제공한다.The present disclosure relates to a plant simulation system that can achieve the effect of operating and controlling a real power plant by simulating a plant such as a power plant on a computer. The system of the present invention is largely composed of a machine model generator and a control model generator for generating a machine model and a control model of an execution plant, and a plant model operation / control device for actually operating and controlling the two models by interconnecting them. The mechanical model growth value extracts the variables to be shared with the external program among the model source programs to freely operate the simulation model with the external program, registers them in the database of the shared memory, and accesses the shared variables in the shared memory. To generate a plant simulation model. The real-time model driver calculates the scheduled execution time of one frame and the execution period of one cycle of a frame by setting the execution speed of the plant model on-line for real-time operation of the generated plant simulation model, and the actual execution time and overrun of the plant model. Calculate the time and integrate the overrun time. If the integration time is a negative sign, wait for that time to set the real time. The plant model calculates the frame 1 cycle execution time and sets it as the calculation program time step of the submodels. The plant model operation / control device is implemented as a commercial distributed control system, and the plant simulation model has the same effect as operating and controlling the actual plant. Therefore, the present invention can operate and control the power plant in a safe and fast time without directly operating a dangerous power plant on site, and can perform trial operation of a power plant under development or construction under no record, thus reducing the development period and cost. It provides the effect that can be usefully used in various fields such as saving and driver training.
Description
본 발명은 플랜트시뮬레이션시스템(plant simulation system)에 관한 것으로서, 특히 컴퓨터(computer)상에서 플랜트 기계모델을 생성하고, 생성된 플랜트 기계모델의 변수를 제어모델과 공유하여 제어모델을 통하여 기계모델을 자유롭게 운전 및 제어하며, 플랜트 기계모델을 실시간으로 실행시킬 수 있도록 한 플랜트시뮬레이션시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plant simulation system, and in particular, to generate a plant machine model on a computer, and share the variables of the generated plant machine model with the control model to freely operate the machine model through the control model. And a plant simulation system for controlling and executing the plant machine model in real time.
일반적으로 화력발전소(fossil fired power plant)를 개발 내지 건설할 때 사전에 모델(model)을 마련하여 시운전할 수 있도록 한다. 이에 대표적인 방법중 하나가 컴퓨터상에 플랜트를 구축하여 실제의 플랜트를 운전 및 제어하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 하는 시뮬레이션기술이다. 시뮬레이션은 물리적시스템과 현상을 컴퓨터나 모델 또는 다른 장비에 의해서 표현하는 것으로 현실의 상태나 상황을 실험하는 것이 곤란하거나 불가능한 경우 그에 해당하는 모델을 작성하여 실험하는 방법을 말한다. 시뮬레이션은 논리적 시뮬레이션과 물리적 시뮬레이션으로 구별할 수 있는 데, 특히 전자에는 수학적 모델과 컴퓨터 시뮬레이션이 있다.In general, when developing or constructing a fossil fired power plant, a model may be prepared and commissioned. One of the typical methods is a simulation technology in which a plant is built on a computer to achieve the same effect as operating and controlling an actual plant. Simulations represent physical systems and phenomena by computers, models, or other equipment. When simulations make it difficult or impossible to test the state or situation of reality, simulation is the method of creating and testing a corresponding model. Simulations can be divided into logical simulations and physical simulations, especially in the former, mathematical models and computer simulations.
이와 같은 컴퓨터 시뮬레이션에 있어 종래에는 플랜트의 기계모델을 작성함에 있어서 전용시뮬레이션언어 또는 범용프로그래밍언어를 사용하여 텍스트형식의 시뮬레이션모델을 작성하였다.In such computer simulations, a textual simulation model was prepared using a dedicated simulation language or a general-purpose programming language in preparing a mechanical model of a plant.
하지만, 이는 우선적으로 사용언어의 정확한 문법적인 이해와 프로그래밍테크닉을 요구하므로, 사용언어에 익숙하지 못한 모델개발자에게는 매우 어려웠다. 또한, 작성된 기계모델이 실행중일 때 필요에 따라 모델내부의 변수값을 변경, 감시하는 것이 어려워 기계모델을 자유롭게 제어 및 운전하는 데 제한적이었다. 즉, 제어모델 및 타응용프로그램간의 기계모델 내부의 변수공유, 기계모델의 실시간구동문제 등의 시뮬레이션을 효과적으로 수행하기 어려운 문제가 있었다.However, this first required accurate grammatical understanding of the language and programming techniques, which was very difficult for model developers who were not familiar with the language. In addition, it was difficult to freely control and operate the machine model because it was difficult to change and monitor the variable values in the model as needed when the created machine model was running. That is, there is a problem that it is difficult to effectively perform simulations such as variable sharing within the machine model between the control model and other application programs, and real-time driving problems of the machine model.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 시뮬레이션모델작성상의 어려움과 실행상의 제한성을 극복하기 위하여 플랜트모델을 그래픽으로 작성하여 그래픽모델로부터 프로그램코드를 자동으로 생성하고, 기계모델내의 변수를 제어모델 및 타응용프로그램이 공유할 수 있도록 하며, 플랜트모델을 실시간으로 구동시켜 기계모델을 자유롭게 제어 및 운전할 수 있도록 하므로써 시뮬레이션을 효과적으로 수행하기 위한 플랜트시뮬레이션시스템을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to create a plant model graphically and to automatically generate program code from the graphical model to overcome the above-mentioned difficulty in creating a simulation model and the limitations in execution, and to control variables and other applications in the machine model. This program provides a plant simulation system for effectively performing simulations by allowing programs to be shared and by operating plant models in real time so that machine models can be freely controlled and operated.
도 1은 본 발명에 의한 플랜트시뮬레이션시스템을 나타내는 구성도,1 is a configuration diagram showing a plant simulation system according to the present invention,
도 2는 도 1 시스템의 기계모델생성장치를 나타내는 상세도,Figure 2 is a detailed view showing the machine model generation device of the system of FIG.
도 3은 도 1 시스템의 실행플랜트기계모델과 실시간모델구동기간의 상호동작을 설명하기 위한 도면,3 is a view for explaining the interaction between the execution plant machine model and the real-time model driving period of the system of FIG.
도 4는 도 1 시스템의 실시간모델구동기에 대한 동작을 설명하기 위한 흐름도,4 is a flowchart for explaining an operation of a real-time model driver of the system of FIG.
도 5는 도 1 시스템의 실행플랜트기계모델에 대한 동작을 설명하기 위한 흐름도,5 is a flow chart for explaining the operation of the execution plant machine model of the system of FIG.
도 6은 도 1 시스템의 플랜트모델운전/제어장치를 나타내는 상세도.FIG. 6 is a detailed view of a plant model operation / control device of the FIG. 1 system. FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 기계모델생성장치 20 : 공유메모리10: machine model generator 20: shared memory
30 : 실행플랜트기계모델 40 : 실시간모델구동기30: execution plant machine model 40: real-time model driver
50 : 통신접속프로그램부 60 : 플랜트모델운전/제어장치50: communication connection program unit 60: plant model operation / control device
70 : 제어모델생성장치 80 : 유틸리티프로그램부70: control model generator 80: utility program unit
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플랜트시뮬레이션시스템은, 플랜트의 기계모델을 생성하고, 생성된 플랜트기계모델내의 변수를 제어모델 및 타응용프로그램이 공유하도록 추출하는 기계모델생성장치와, 상기 추출한 공유변수를 데이타베이스상에 등록시켜 저장하는 공유메모리, 및 기설정된 실행속도로부터 1프레임 실행예정시간 및 프레임 1주기 실행예정시간을 계산하고, 그에 따라 상기 생성된 플랜트기계모델을 실시간으로 구동시키는 실시간모델구동기를 포함한다.The plant simulation system of the present invention for achieving the above object, the machine model generation device for generating a machine model of the plant, and extracts the variables in the generated plant machine model to share the control model and other applications, and the extracted A shared memory for registering and storing shared variables in a database, and a real time for calculating a 1 frame execution time and a frame 1 cycle execution time from a preset execution speed, and driving the generated plant machine model in real time accordingly. Includes model driver.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 플랜트시뮬레이션시스템을 나타내는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 플랜트기계모델을 생성하기 위한 기계모델생성장치(10)와, 외부프로그램과 공유하고자 하는 생성된 기계모델 내부의 변수를 데이타베이스형태로 저장하고 있는 공유메모리(20)를 구비하고 있다. 또한, 기계모델생성장치(10)에 의해 생성되는 실행플랜트기계모델(30)과, 기계모델(30)을 실시간적으로 구동시키기 위한 실시간모델구동기(40)를 구비하고 있다. 한편, 플랜트제어모델을 생성하기 위한 제어모델생성장치(70)와, 생성된 제어모델을 통하여 플랜트기계모델(30)을 제어 및 운전하기 위한 플랜트모델운전/제어장치(60)를 구비하고 있다. 플랜트모델운전/제어장치(60)에는 통신접속프로그램을 실행시켜 공유메모리(20)를 통해 실행플랜트기계모델(30)과 플랜트모델운전/제어장치(60)를 상호 접속시켜주는 통신접속프로그램부(50)가 연결된다. 공유메모리(20)에는 사용자가 원하는 방향으로 플랜트기계모델(30)을 운용하기 위한 유틸리티프로그램부(80)가 연결되도록 구성된다.1 is a block diagram showing a plant simulation system according to the present invention. As shown in the drawing, the system of the present invention includes a machine model generation device 10 for generating a plant machine model, and a shared memory for storing variables in a generated machine model to be shared with an external program in a database form. 20). In addition, an execution plant machine model 30 generated by the machine model generation device 10 and a real time model driver 40 for driving the machine model 30 in real time are provided. On the other hand, a control model generation device 70 for generating a plant control model and a plant model operation / control device 60 for controlling and operating the plant machine model 30 through the generated control model. The plant model operation / control unit 60 executes a communication connection program to connect the execution plant machine model 30 and the plant model operation / control unit 60 through the shared memory 20 to each other. 50) is connected. The shared memory 20 is configured to be connected to the utility program unit 80 for operating the plant machine model 30 in the direction desired by the user.
이와 같이 구성된 본 발명의 플랜트시뮬레이션시스템에 대한 동작을 도 2 내지 도 6를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.The operation of the plant simulation system of the present invention configured as described above will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 6.
먼저, 도 2의 구성을 구비한 기계모델생성장치(10)에서 그래픽플랜트모델러(11)는 플랜트의 주요부품을 수식화하여 아이콘으로 표현한 플랜트부품모듈과 플랜트설계데이타를 이용하여 그림형식으로 플랜트기계모델을 작성한다. 코드생성기(12)는 그래픽플랜트모델러(11)에서 작성된 그림형식의 플랜트기계모델로부터 자동으로 텍스트형식의 플랜트모델소스프로그램을 생성한다. 한편, 플랜트모델운전/제어장치(60) 및 유틸리티프로그램부(80)를 통하여 사용자가 원하는 방향으로 플랜트기계모델(30)을 운용하기 위해서는, 모델소스프로그램중의 일부변수를 공유메모리(20)상에 둘 필요가 있으며, 모델소스프로그램 역시 공유메모리(20)상의 변수를 액세스(access)하도록 해야 한다. 이를 위하여 공유변수추출기(13)는 코드생성기(12)에서 생성된 플랜트모델소스프로그램으로부터 공유하고자 하는 변수를 추출하여 공유메모리(20)상의 변수데이타베이스에 등록한다. 또한, 모델소스프로그램변환기(14)에서도 코드생성기(12)에서 생성된 플랜트모델소스프로그램으로 하여금 공유변수추출기(13)에서 추출된 변수를 공유메모리(20)상의 변수데이타베이스로부터 액세스하도록 플랜트모델소스프로그램을 변경한다. 컴파일러/링커(15)는 변경된 플랜트모델소스프로그램을 컴파일 및 링크처리하여 최종적으로 실행가능한 플랜트기계모델(30)을 생성한다. 이렇게 생성된 플랜트기계모델(30)은 공유메모리(20)를 통하여 자신의 변수를 플랜트모델운전/제어장치(60) 및 유틸리티프로그램부(80)와 공유할 수 있게 된다. 유틸리티프로그램부(80)는 사용자로 하여금 플랜트기계모델(30)의 초기치설정, 운전/제어특성자료출력 및 실행/정지 등의 조작을 할 수 있도록 한다. 공유메모리(20)와 플랜트모델운전/제어장치(60)간에는 통신접속프로그램부(50)의 통신접속프로그램을 실행시켜 상호간의 데이타통신이 가능토록 한다. 기계모델생성장치(10)에서 생성된 실행플랜트기계모델(30)과, 실행플랜트기계모델(30)을 실시간으로 구동시켜 주는 실시간모델구동기(40)간의 상호동작은 도 3를 통해 설명한다.First, in the machine model generating apparatus 10 having the configuration shown in FIG. 2, the graphic plant modeler 11 formulates the main parts of the plant and expresses the plant machine model in the form of pictures using the plant part module and the plant design data represented by icons. Write. The code generator 12 automatically generates a plant model source program in a text form from the plant model in the form of a picture created by the graphic plant modeler 11. On the other hand, in order to operate the plant machine model 30 in the direction desired by the user through the plant model operation / control device 60 and the utility program unit 80, some variables in the model source program are stored on the shared memory 20. The model source program must also access the variable on the shared memory 20. To this end, the shared variable extractor 13 extracts a variable to be shared from the plant model source program generated by the code generator 12 and registers the variable in the variable database on the shared memory 20. The model source program converter 14 also allows the plant model source program generated by the code generator 12 to access the variable extracted by the shared variable extractor 13 from the variable database on the shared memory 20. Change the program. The compiler / linker 15 compiles and links the modified plant model source program to produce a finally executable plant machine model 30. The plant machine model 30 thus generated may share its variables with the plant model operation / control device 60 and the utility program unit 80 through the shared memory 20. The utility program unit 80 allows the user to operate initial setting of the plant machine model 30, operation / control characteristic data output and execution / stop. A communication connection program of the communication connection program unit 50 is executed between the shared memory 20 and the plant model operation / control device 60 to enable data communication therebetween. Interaction between the execution plant machine model 30 generated by the machine model generator 10 and the real time model driver 40 driving the execution plant machine model 30 in real time will be described with reference to FIG. 3.
도 3은 도 1 시스템의 실행플랜트기계모델(30)과 실시간모델구동기(40)간의 상호동작을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실행플랜트기계모델(30)은 대부분 여러개의 서브모델들(31∼33)로 구성된다. 예를 들면, 화력발전소의 경우에는 보일러서브모델, 터빈서브모델 및 기타서브모델등으로 구성된다. 각 서브모델들(31∼33) 또한, 여러종류의 플랜트부품모듈들로 구성된다. 예를 들면, 보일러의 경우에는 증기드럼, 과열기, 열교환기, 화로 및 기타밸브, 펌프등으로 구성된다. 여기서, 플랜트기계모델(30)을 하나의 모델 또는 여러개의 서브모델로써 구성하며, 실시간모델구동기(40)를 통하여 실시간으로 구동할 수 있도록 한다.3 is a view for explaining the interaction between the execution plant machine model 30 and the real-time model driver 40 of the system of FIG. As shown, the execution plant machine model 30 of the present invention is mostly composed of several submodels 31 to 33. For example, a thermal power plant consists of a boiler submodel, a turbine submodel and other submodels. Each of the submodels 31 to 33 is also composed of various kinds of plant part modules. For example, boilers consist of steam drums, superheaters, heat exchangers, furnaces and other valves and pumps. Here, the plant machine model 30 is configured as one model or several sub-models, and can be driven in real time through the real-time model driver 40.
도 3에서, 실시간모델구동기(40)는 플랜트기계모델(30)에게 실행해야할 프레임넘버를 프레임넘버갱신동작으로 알려준 후, 플랜트기계모델(30)중의 모든 서브모델들(31∼33)이 해당 프레임넘버에 할당된 플랜트계산프로그램을 수행하였는 지를 실행완료프레임넘버를 읽어서 검사한다. 실시간모델구동기(40)는 검사결과가 같으면 즉, 프레임지령넘버와 완료넘버가 같으면 프레임넘버를 1씩 증가시켜 지령한다. 만약, 프레임넘버가 10이면 즉, 프레임 1주기수행을 완료하면 실행지령프레임넘버를 1로 다시 초기화한다. 한편, 플랜트기계모델(30)중의 모든 서브모델들(31∼33)은 실시간모델구동기(40)가 지령한 프레임넘버를 읽어 수행완료한 프레임넘버와 비교한다. 비교결과가 서로 다르면 서브모델들(31∼33)은 지령된 프레임넘버에 할당된 플랜트계산프로그램을 수행 후, 완료프레임넘버를 지령프레임넘버로써 갱신한다.In FIG. 3, the real-time model driver 40 informs the plant machine model 30 of the frame number to be executed by the frame number update operation, and then all sub-models 31 to 33 in the plant machine model 30 have corresponding frames. The execution frame number is checked to see if the plant calculation program assigned to the number has been executed. If the inspection result is the same, that is, the frame command number and the completion number are the same, the real-time model driver 40 increases the frame number by one and commands the same. If the frame number is 10, that is, when frame 1 period execution is completed, the execution command frame number is reset to 1 again. On the other hand, all sub-models 31 to 33 in the plant machine model 30 read the frame number commanded by the real-time model driver 40 and compare it with the completed frame number. If the comparison results are different, the submodels 31 to 33 execute the plant calculation program assigned to the commanded frame number, and update the completed frame number as the commanded frame number.
한편, 플랜트계산프로그램을 수행하는 데 있어 미분방정식의 근사해를 구하는 경우, 방정식의 특성에 따라 해석알고리즘과 시간스텝을 다르게 해야 하는 경우가 많다. 이러한 시간스텝을 온-라인(프로그램실행중)으로 조정하기 위하여 프레임 1주기 실행예정시간을 방정식 해석(계산)프로그램의 시간스텝으로 하여 모든 서브모델들(31∼33)중의 각 계산프로그램을 프레임 1주기동안 1회만 실행시키도록 한다. 프레임 1주기 실행예정시간은 미도시된 실행속도설정기를 통해 실행속도를 설정하여 1프레임 실행예정시간을 계산하고, 이것에 프레임 1주기를 형성하는 프레임수 10을 곱하여 계산한다. 만약, 서브모델들(31∼33)의 지배방정식중에 해의 응답속도가 대단히 빠른(예를 들어, 보일러의 로내 압력특성) 강성(stiff)방정식과 응답속도가 대단히 느린(예를 들어, 보일러의 주증기 온도특성)방정식이 혼재하는 경우, 강성방정식의 시간스텝을 프레임 1주기실행예정시간의 1/1,…,1/10로 하되, 프레임 1주기동안 1,…,10회 실행시킨다. 이렇게 하므로써 시간스텝이 각각 다른 지배방정식의 해를 실시간적으로 구할 수 있다. 이에 대해 도 4 및 도 5에 도시한 흐름도를 통해 좀더 구체적으로 설명한다.On the other hand, when performing an approximate solution of differential equations in executing a plant calculation program, it is often necessary to vary the analysis algorithm and the time step according to the characteristics of the equation. In order to adjust this time step on-line (in program execution), each calculation program in all the submodels 31 to 33 is set to frame 1 with the scheduled execution time of one cycle as the time step of the equation analysis (calculation) program. Run it only once during a cycle. The frame 1 cycle execution time is calculated by setting the execution speed through an execution speed setter (not shown) and calculating the 1 frame execution time by multiplying the number of frames forming the frame 1 period by 10. In the governing equations of the submodels 31 to 33, the solution response speed is very fast (e.g., in-house pressure characteristics of the boiler) and the stiffness equation is very slow (e.g. Main Steam Temperature Characteristics) When the equations are mixed, the time step of the stiffness equation is set to 1/1,... , 1/10, 1, 1 frame. Run 10 times. In this way, solutions of governing equations with different time steps can be obtained in real time. This will be described in more detail with reference to the flowcharts shown in FIGS. 4 and 5.
도 4는 도 1 시스템의 실시간모델구동기(40)에 대한 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart for describing an operation of the real-time model driver 40 of the system of FIG. 1.
도 4에서, 실시간모델구동기(40)는 먼저 프레임넘버와 적산시간을 0으로 초기화하고(단계 401), 기설정한 설정속도를 읽어 1프레임 실행예정시간을 계산한다(단계 402). 여기서, 1프레임 실행예정시간은 임의의 시간(예를 들어, 1000㎳)을 설정속도로 나누어 구한다. 그런 다음, 실시간모델구동기(40)는 플랜트기계모델(30)내의 서브모델들(31∼33)이 수행해야 할 프레임넘버를 1씩 증가시켜 지령하고(단계 403), 지령한 현재프레임넘버에 대하여 서브모델들(31∼33)의 실행여부를 검사하기 위하여 지령한 현재프레임넘버를 기억해둔다(단계 404). 아울러, 시작시간도 기록해둔다(단계 405). 실시간모델구동기(40)는 플랜트기계모델(30)내의 서브모델들(31∼33)에 지령한 현재프레임넘버에 대하여 할당된 계산프로그램(서브루틴)이 실행완료되었는 지를 체크하여(단계 406), 실행완료되지 않았으면 일정시간 대기한 후(단계 407), 다시 단계 406를 반복 수행한다. 여기서, 검사대기시간은 실시간모델구동기(40)의 과도한 검사횟수를 줄이기 위하여 1프레임실행예정시간에 10회정도의 검사를 하도록 정한다. 단계 406에서, 실시간모델구동기(40)는 1프레임 실행완료되었으면 그때의 종료시간을 기록하고(단계 408), 기록한 종료시간과 시작시간과의 차분을 구하여 실행시간을 계산한다(단계 409). 그런 다음, 실시간모델구동기(40)는 계산한 실행시간과 단계 402에서 계산한 예정시간과의 차분을 구하여 초과실행시간을 계산한다(단계 410). 실시간모델구동기(40)는 계산한 초과실행시간의 부호(sign)를 검사하여(단계 411), 양(+)의 부호이면 즉, 예정시간을 초과하였으면 경고메세지를 출력하고(단계 412), 음(-)의 부호이면 즉, 예정시간을 초과하지 않았으면 현재까지의 실행한 프레임의 초과실행시간을 적산한다(단계 413). 그런 다음, 적산시간의 부호를 검사하여(단계 414), 음(-)의 부호이면 즉, 예정시간보다 빨리 실행하였으면 여유시간만큼 대기한 후(단계 415), 적산시간을 0으로 리세트시킨다(단계 416). 단계 414에서, 적산시간의 부호가 음(-)의 부호가 아니거나 단계 416에서 적산시간을 0으로 리세트시킨 후 실시간모델구동기(40)는 현재프레임넘버가 프레임 1주기를 형성하는 프레임수 10이 되었는 지를 체크한다(단계 417). 프레임넘버가 10이면 프레임넘버를 0으로 리세트시키고(단계 418), 단계 402로 돌아가 프레임넘버 1부터 다시 시작하도록 한다.In FIG. 4, the real-time model driver 40 first initializes the frame number and integration time to zero (step 401), and calculates a scheduled execution time of one frame by reading a preset set speed (step 402). Here, the scheduled execution time of one frame is obtained by dividing an arbitrary time (for example, 1000 ms) by the set speed. Then, the real time model driver 40 instructs the frame number to be performed by the submodels 31 to 33 in the plant machine model 30 by one (step 403), and instructs the current frame number to be commanded. The commanded current frame number is stored to check whether the submodels 31 to 33 are executed (step 404). In addition, the start time is recorded (step 405). The real-time model driver 40 checks whether the calculation program (subroutine) assigned to the current frame number commanded to the submodels 31 to 33 in the plant machine model 30 has been executed (step 406). If the execution is not completed, after waiting for a predetermined time (step 407), the process is repeated again. In this case, the inspection waiting time is set to check about 10 times in one frame execution time to reduce the excessive number of inspections of the real-time model driver 40. In step 406, if the execution of one frame is completed, the real-time model driver 40 records the end time at that time (step 408), and calculates the execution time by calculating the difference between the recorded end time and the start time (step 409). Then, the real time model driver 40 calculates the difference between the calculated execution time and the scheduled time calculated in step 402 and calculates the excess execution time (step 410). The real-time model driver 40 checks the calculated sign of the excess execution time (step 411), and if it is a positive sign (i.e., exceeds the predetermined time), outputs a warning message (step 412). If the sign is negative, i.e., if the predetermined time has not been exceeded, the excess execution time of the executed frame up to now is accumulated (step 413). Then, the sign of the integration time is checked (step 414), and if it is a negative sign, that is, if it is executed earlier than the predetermined time, it waits for a spare time (step 415), and then resets the integration time to zero ( Step 416). In step 414, the sign of the integration time is not a negative sign, or after resetting the integration time to zero in step 416, the real-time model driver 40 determines the number of frames in which the current frame number forms one frame period. Is checked (step 417). If the frame number is 10, the frame number is reset to zero (step 418), and the flow returns to step 402 to start over from frame number 1.
도 5는 도 1 시스템의 플랜트기계모델(30)내의 서브모델들(31∼33)에 대한 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 5 is a flow chart for explaining the operation of the submodels 31 to 33 in the plant machine model 30 of the FIG. 1 system.
도 5에서, 플랜트기계모델(30)은 먼저 실행완료프레임넘버를 0으로 초기화하고(단계 501), 실시간모델구동기(40)에서와 같이 기설정한 설정속도를 읽어 1프레임실행예정시간 및 프레임 1주기실행예정시간을 계산한다(단계 502). 그런 다음, 실시간모델구동기(40)로부터 지령된 프레임넘버를 읽기동작을 통하여 읽어들여(단계 503), 실행완료프레임넘버갱신 및 읽기동작을 통하여 자신이 수행완료하여 기록한 프레임넘버를 읽어 단계 503에서 읽은 지령의 프레임넘버와 비교한다(단계 504). 비교결과, 넘버가 같지 않으면 즉, 실시간모델구동기(40)가 새로운 프레임넘버를 지령하였으면 그때의 시작시간을 기록하고(단계 505), 그렇지 않으면 단계 502로 돌아가 설정속도 읽기동작부터 다시 수행하도록 한다. 플랜트기계모델(30)내의 서브모델들(31∼33)은 계산한 프레임 1주기 실행예정시간을 서브모델들(31∼33)의 시간스텝으로 설정하여 지령된 프레임넘버에 할당된 계산프로그램(서브루틴)을 실행한다(단계 506). 실행 후 종료시간을 기록하여(단계 507), 1프레임 실행시간을 계산하며(단계 508), 실행완료한 프레임넘버를 기록한다(단계 509). 계산한 실행시간이 앞서 계산한 1프레임 실행예정시간을 초과하였는 지를 검사하여(단계 510), 초과하였으면 경고메세지를 출력한 후(단계 511), 단계 502로 돌아가 단계를 반복수행한다. 초과하지 않았으면 그대로 단계 502로 돌아가 단계를 반복수행한다.In FIG. 5, the plant machine model 30 first initializes the execution completed frame number to zero (step 501), and reads the preset setting speed as in the real time model driver 40, and is one frame execution time and frame one. The cycle execution scheduled time is calculated (step 502). Then, the frame number commanded from the real-time model driver 40 is read through the read operation (step 503), and the frame number recorded and completed by the user through the updated completed frame number and read operation is read and read in step 503. The frame number of the instruction is compared (step 504). As a result of the comparison, if the numbers are not the same, i.e., if the real-time model driver 40 commands a new frame number, the start time at that time is recorded (step 505). Otherwise, the process returns to step 502 to start again from the set speed reading operation. The sub-models 31 to 33 in the plant machine model 30 set the calculated frame 1 cycle execution time to the time step of the sub-models 31 to 33, and the calculation program (sub) assigned to the commanded frame number. Routine) (step 506). After execution, the end time is recorded (step 507), the execution time of one frame is calculated (step 508), and the completed frame number is recorded (step 509). It is checked whether the calculated execution time has exceeded the one-frame execution scheduled time calculated before (step 510). If the execution time is exceeded, a warning message is output (step 511), and the process returns to step 502 to repeat the step. If not, the process returns to step 502 as it is and repeats the steps.
도 6은 도 1 시스템의 플랜트모델운전/제어장치(60)를 나타내는 상세도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 플랜트모델운전/제어장치(60)는 통신접속프로그램부(50)에서 실행되는 통신접속프로그램을 통해 플랜트기계모델(30)과 상호 접속되는 기계모델통신접속스테이션(64)과, 플랜트제어모델실행스테이션(61) 및 플랜트운전스테이션(63)을 구비하고 있다. 여기서, 플랜트모델운전/제어장치(60)는 통신접속프로그램부(50) 및 제어모델생성장치(70)와 범용의 랜(LAN) 통신선(66)으로 연결된다. 그리고, 각 스테이션간에는 보안을 유지하기 위하여 전용 통신선(67)으로 연결된다. 또한, 제어모델생성장치(70)에서 생성된 플랜트기계모델(30)의 제어 및 운전을 위한 프로그램을 입력받아 관리하는 제어모델데이타관리스테이션(65)과, 감시프로그램이 격납되어 있는 경보스테이션(62)을 구비하도록 구성된다. 여기에서 감시프로그램은 제어모델생성장치(70)에서 제어 및 운전프로그램 작성할 때 생성되며, 제어 및 운전프로그램과 함께 전송된다.6 is a detailed view showing the plant model operation / control device 60 of the FIG. 1 system. As shown, the plant model operation / control device 60 of the present invention is a machine model communication connection station 64 interconnected with the plant machine model 30 via a communication connection program executed in the communication connection program unit 50. ) And a plant control model execution station 61 and a plant operation station 63. Here, the plant model operation / control device 60 is connected to the communication connection program unit 50 and the control model generation device 70 by a general-purpose LAN communication line 66. Each station is connected by a dedicated communication line 67 to maintain security. In addition, a control model data management station 65 for receiving and managing a program for controlling and operating a plant machine model 30 generated by the control model generator 70 and an alarm station 62 in which a monitoring program is stored. It is configured to have a. Here, the monitoring program is generated when the control and operation program is written in the control model generation device 70, and is transmitted together with the control and operation program.
위와 같이 구성된 도 6의 플랜트모델운전/제어장치(60)에서는 제어모델생성장치(70)에서 생성되는 플랜트기계모델(30)의 제어 및 운전을 위한 프로그램을 범용랜통신선(66)을 통해 입력받아 제어모델데이타관리스테이션(65)에 전송한다. 제어모델데이타관리스테이션(65)은 전송된 제어프로그램과 운전프로그램을 전용통신선(67)을 통해 플랜트제어모델실행스테이션(61)과 플랜트운전스테이션(63)으로 각각 전송한다. 한편, 기계모델통신접속스테이션(64)은 통신접속프로그램부(50)에서 실행되는 통신접속프로그램을 통해 플랜트기계모델(30)과 접속한다. 플랜트제어모델실행스테이션(61)은 전송된 제어프로그램을 실행시켜 기계모델통신접속스테이션(64)을 통하여 접속된 플랜트기계모델(30)을 실제 제어하는 효과를 얻어낸다. 또한, 플랜트운전스테이션(63)은 전송된 운전프로그램을 실행시켜 기계모델통신접속스테이션(64)을 통하여 접속된 플랜트기계모델(30)을 실제 운전하는 효과를 얻어낸다. 경보스테이션(62)은 격납되어 있는 플랜트모델운전 및 제어와 관련된 감시프로그램을 실행하여 각 스테이션에서 발생하는 이벤트를 기록하기도 하며, 처리되는 특성데이타를 감시하여 상,하한치를 벗어나면 에러메세지를 출력한다.In the plant model operation / control device 60 of FIG. 6 configured as described above, a program for controlling and operating the plant machine model 30 generated by the control model generator 70 is received through the general-purpose LAN communication line 66. The control model data is transmitted to the management station 65. The control model data management station 65 transmits the transmitted control program and the operation program to the plant control model execution station 61 and the plant operation station 63 through the dedicated communication line 67, respectively. On the other hand, the machine model communication connection station 64 connects with the plant machine model 30 through a communication connection program executed in the communication connection program unit 50. The plant control model execution station 61 executes the transmitted control program to obtain the effect of actually controlling the plant machine model 30 connected through the machine model communication connection station 64. In addition, the plant operation station 63 executes the transmitted operation program to obtain the effect of actually operating the plant machine model 30 connected through the machine model communication connection station 64. The alarm station 62 also records the events occurring at each station by executing a monitoring program related to the plant model operation and control, and outputs an error message when the upper and lower limit values are exceeded by monitoring the characteristic data processed. .
여기서, 제어모델생성장치(70)와 플랜트모델운전/제어장치(60)은 상용분산제어시스템의 기본 구성이다. 발전플랜트 등의 대형플랜트를 시뮬레이션함에 있어서 상용분산제어시스템을 사용하면 플랜트기계모델을 실제의 플랜트처럼 운전 및 제어할 수 있는 효과를 낼수 있음을 물론 플랜트의 운전 및 제어프로그램을 개발할 수 있는 환경을 갖출 수 있다. 그래서, 플랜트기계모델을 작성할 수 있으며, 작성된 기계모델을 실제의 플랜트처럼 운전 및 제어할 수 있는 운전 및 제어프로그램을 개발할 수 있는 환경을 제공한다.Here, the control model generation device 70 and the plant model operation / control device 60 are basic components of a commercial dispersion control system. In the simulation of large-scale plants such as power generation plants, the use of a commercial distributed control system can produce the effect of operating and controlling a plant machine model like a real plant, as well as an environment for developing plant operation and control programs. Can be. Therefore, it is possible to create a plant machine model and provide an environment in which an operation and control program can be developed that can operate and control the created machine model like an actual plant.
상술한 바와 같이, 본 발명은 플랜트시뮬레이션시스템에 관한 것으로 플랜트기계모델을 작성하고, 작성된 기계모델을 실제의 플랜트처럼 운전 및 제어할 수 있는 환경을 제공하여 위험한 발전소를 현장에서 직접 조작하지 않고도 안전하고 빠른 시간내에 발전소를 운전 및 제어하여 볼 수 있으며, 실적이 없는 발전플랜트를 개발하는 경우 내지 건설중인 발전소를 사전에 시운전해볼 수 있어 개발기간의 단축 및 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the present invention relates to a plant simulation system, which provides a environment in which a plant machine model can be prepared, and the machine model can be operated and controlled like a real plant, so that the plant can be safely operated without having to directly operate a dangerous power plant in the field. It is possible to operate and control the power plant in a short time, and to develop a power plant that has no track record or to test the power plant under construction in advance, thereby reducing the development period and reducing costs.
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