全范围模拟机数字仪控系统全仿方案.docx
《全范围模拟机数字仪控系统全仿方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全范围模拟机数字仪控系统全仿方案.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
全范围模拟机数字仪控系统全仿方案
2017年度申报专业技术职务任职资格
评审答辩论文
题目：
全范围模拟机数字仪控系统全仿方案
作者姓名：
徐奎
单位：
核动力运行研究所
申报职称：
高级工程师
专业：
控制工程与仿真
二○一七年七月六日
全范围模拟机数字仪控系统全仿方案
徐奎
（中核武汉核电运行技术股份有限公司仿真中心湖北武汉）
摘要：
全范围模拟机是核电操纵员的培训的重要手段。
当前各家核电模拟机厂商根据项目的特点会采用不同的方式来开发模拟机产品。
本文将介绍一种全范围模拟机数字仪控系统二层软件全仿方案，该方案在项目的不同阶段分别运用了设计数据组态、翻译两种方式。
在开发阶段，确保电厂培训的进度要求，开发了DCS二层仿真软件运行平台，将设计院的设计文件作为仿真工程输入进行工程组态，降低了项目的执行风险。
而在数据修正阶段，开发了模拟机数据翻译工具，将DCS厂商的全厂工程数据格式翻译转换成仿真运行平台能运行的数据格式，从而提高了工程数据的仿真精度。
该全仿方案在国内的核电模拟机研制中属于首次采用。
项目的测试和实际运行结果表明：
模拟机软件外观和操作感受与实际DCS保持一致，而且性能指标满足实际DCS的技术指标，满足了核电厂模拟机培训的进度要求，并相对于虚拟实物模拟方案大幅降低了造价。
关键词：
核电；模拟机；仪控系统；全模拟
ImplementationofFullSimulationforNuclearPowerPlantI&CSystem
XuKui
（CNPOCO.,LTD,SECDepartment,WuHanHuBei）
Abstract:
.Fullscopesimulatorisanessentialmeantotrainingoperatorsinnuclearpowerplants.Therearevariousapproachesthroughwhichsimulatorcanbeimplemented.Inthispaper,afullsimulationschemeisintroduced,whichcombinesthecharacteristicsoftranslationanddesigningdataconfiguration.Atdevelopmentstage,arun-timeplatformisbuilt,simulationdatawhichcomesfromdesigninginstituteisused,thescheduleofoperatortrainingissatisfied.Atadjustmentstage,withtranslationtools,engineerdatafromrealnuclearplantistransformedintosimulationdatawhichisabletorunonthesimulator.ItisanovelapproachtoimplementnuclearsimulatorinChina.Whenthesimulatoristestedandutilized,theprogressoftrainingisensured,andthefunctionsandperformancesofsimulatorarecontenttotherequirements.Furthermore,comparingtotheemulationscheme,thecostofsimulatorcanbegreatlydecreasedbyimplementingfullsimulationscheme.
KeyWords:
NuclearPower;Simulator;I&C;FullSimulation
1.引言
全范围模拟机是核电站培训核电操纵员的重要手段。
而不同的全范围模拟机厂商有不同的实现方式[1][2]。
在国内某核电全范围模拟的研制项目中，权衡了各种模拟方式的特点后，采用了一种全模拟（FullSimulation）的方式对核电数字仪控系统进行了仿真。
该DCS全仿方案，在国内的核电模拟机研制中属于首次采用，软件规模大，技术难度高。
在项目中研制的DCS仿真二层软件功能完整、各项性能指标与同类型核电DCS软件的性能指标相当。
2013年起，该模拟机开始应于电厂的培训，现已完成全部类型的培训任务，能满足核电厂的培训需求，并为电厂业主大量减少了模拟机制造成本。
1.1.全仿方案
对于DCS的二层仿真，在国内外通常有四种方法[3][4][5][5][7]：
1.Simulation-功能模拟[1]
使用模拟厂商的软硬件平台模拟实际电厂的功能，按工程数据来分，功能模拟simulation一般有两种方式[3][4][5][5]：
1）设计数据组态方式，以设计数据为来源正向组态。
其开发进度则主要依赖于设计数据的提交进度即可。
因此，在工程设计工作完成后，模拟机的工程开发工作可以与实际DCS的工程开发工作同时开展。
而维护阶段可采用翻译DCS组态方式的进行更新。
2）翻译方式，以实际DCS机组数据为来源。
实际上这种方法是用真实DCS的工程文件翻译为模拟机软件可运行的数据格式，因些这种方法的模拟精度和虚拟实物模拟相当，只是带来了方便，即可直接从电厂取DCS下载文件到模拟机上，但是这种方法所用DCS实际机组数据需要实际DCS工程组态完成后才能获得，导致数据难以收集。
2.Stimulation-实物模拟[1]
该方法使用与真实机组DCS完全相同的软件和硬件，主要用于工程验证，单一采用实物模拟的方式在核电站模拟机中几乎没有应用。
3.Emulation-虚拟实物模拟[1]
该方案为当前最常用的方法，但这要依赖DCS生产商的工程实际进度，价格贵、进度上得不到保证。
这四种DCS仿真的主要特点如表1所示：
表1.常见的模拟仿真方案
实物模拟
Stimulation
虚拟实物模拟
Emulation
功能模拟
simulation
翻译方式
直接组态方式
项目费用
高
中
低
低
模拟精度
高
可用作培训、工程分析和工程验证
中
可用作培训、工程验证
中
可用于培训、工程分析
低
可用于培训
数据来源
风险：
中
来自电厂DCS组态数据
风险：
中
来自电厂DCS组态数据
风险：
中
来自电厂DCS组态数据
风险：
低
来自电厂设计数据
知识产权限制
风险：
高
所有软硬件版权属于DCS供货商
风险：
中
所有软件版权属于DCS供货商
风险：
低
版权属于FSS供货商，可以从国内获得有效技术支持。
风险：
低
版权属于FSS供货商，可以从国内获得有效技术支持。
项目进度
风险：
中
依赖于电厂DCS工程的进度
风险：
中
依赖于电厂DCS工程的进度
风险：
中
依赖于电厂DCS工程的进度
风险：
低
以来于电厂设计进度，且可以使用参考机组数据
模拟机数据更新
风险：
中
依赖于模拟机DCS供货商的的现场技术支持服务
风险：
中
依赖于模拟机DCS供货商的的现场技术支持服务
风险：
低
由FSS供货商进行，可以从国内获得有效技术支持。
风险：
低
由FSS供货商进行，可以从国内获得有效技术支持。
模拟机维护
风险：
中
软硬件维护依赖于模拟机DCS供货商
风险：
中
软件维护依赖于模拟机DCS供货商
风险：
低
硬件设备通用，可以从国内获得有效技术支持。
风险：
低
硬件设备通用，可以从国内获得有效技术支持。
本文提出的仿真方案称为全模拟（FullSimulation）方案，结合了功能模拟的两种不同方式：
设计数据组态和翻译方式的特点，在项目前期采用了设计数据组态方式保证了核电厂操纵员培训的进度要求。
而维护阶段采用翻译的方式，使用DCS实际机组的组态工程数据对模拟机进行数据更新，从而提高了模拟的精度。
1.2.国内外同类技术比较
1.2.1.国外同类技术
目前，据了解，主要核电仿真公司中GSE、WSC公司具备DCS全仿真的技术能力。
1.2.2.国内同类技术
CNPO是目前国内唯一实现了核电用DCS全仿的仿真公司。
以下列举了部分国内核电FSS项目DCS实现方式。
表2.国内仿真项目情况
项目
DCS品牌
仿真方式
FSS制造商
田湾核电一期
SIEMENSTXP+TXS
Stimulation+Translation
俄罗斯GET公司
岭澳核电一期
SIEMENSTXP+TXS
Stimulation+Translation
美国L3
宁德核电
三菱+广利核
Stimulation+Emulation
中广核仿真公司
红沿河核电
三菱+广利核
Stimulation+Emulation
中广核仿真公司
阳江核电
三菱+广利核
Stimulation+Emulation
中广核仿真公司
三门核电一期
OVATION+AC160
Stimulation
美国GSE
海阳核电一期
OVATION+AC160
Stimulation
美国GSE
福清核电一期
FOXBOROIA+ADACS_N
Stimulation+Emulation
CNPO
方家山核电一期
FOXBOROIA+ADACS_N
Stimulation+Emulation
CNPO
福清核电二期
FOXBOROIA+ADACS_N
Simulation
CNPO
海南昌江核电一期
FOXBOROIA+ADACS_N
Simulation
CNPO
DCS全仿方案的基本内容为：
●HMI硬件采购与电厂DCS外形、操作感觉一致的设备。
●模拟机的仿真支撑平台和电厂模型开发采用RINSIM仿真平台。
●采用设计数据组态和工程数据翻译相结合的方法实现DCS软硬件功能。
图1表示了基于DCS全仿方案设计的核电站全范围模拟机硬件结构。
图1.核电站全范围模拟机结构（DCS全仿）
核电站全范围模拟机用DCS总体上可以分成Level1和Level2两部分，对Level1，CNPO将采用图形化建模工具SimGen建模；对Level2，将采用图形组态工具Simdraw来绘图。
图2.表示了基于DCS全仿方案设计的核电站全范围模拟机软件的层次结构，以及工程数据和DCS工程设计文件与仿真工程的关系。
图2全模拟的软件与各种工程数据的关系
2.项目完成情况
下面将从DCS全仿方案的数据量、功能的完整性、运行性能、系统的稳定性等方面进行说明。
2.1.数据处理能力
全仿方案实施后的数据处理能力如下表所示：
表3.全仿方案数据处理能力
功能
数量
说明
一层I/O点
4万以上
一层输入点：
2万+
一层输出点：
1万+
二层数据点
50万以上
二层输入点：
60502个，工作站间向及服务器发出的指令通信点
二层输出点：
21582个，计算服务器向工作站发送的显示点
其它均为二层内部计算用到的非通信点，如报警阈值、计算中间变量点等。
系统画面
流程图画面:
2000+张
报警卡画面5000+张
2.2.功能的完整性
全仿方案中，我们实现了实际电厂DCS的全部功能，主要功能如下表所示：
表4DCS全仿方案完成的主要功能列表
升级会员 