在電力行業(yè)，為提高火電機(jī)組運行人員的操作水平及業(yè)務(wù)素質(zhì)，利用仿真機(jī)進(jìn)行培訓(xùn)、考核是1個行之有效的方法?，F(xiàn)今大多數(shù)機(jī)組都采用DCS控制系統(tǒng)，對機(jī)組的調(diào)整操作主要是基于操作員站?；痣姍C(jī)組仿真模型按生產(chǎn)流程劃分為鍋爐設(shè)備、汽機(jī)設(shè)備、發(fā)電機(jī)設(shè)備和控制系統(tǒng)4塊。本文討論DCS控制系統(tǒng)采用BLINK軟件的仿真方法。

　　DCS仿真系統(tǒng)是將真實DCS在非DCS的計算機(jī)系統(tǒng)中重現(xiàn)（純軟件），不會涉及到底層硬件，完全可以運行在普通的PC環(huán)境中?；谶@種與硬件無關(guān)的特性，仿真系統(tǒng)可應(yīng)用于操作人員的培訓(xùn)和前期的工程調(diào)試。

　　DCS控制系統(tǒng)仿真分兩種：

　　一種是簡易仿真，即通過各廠家的仿真軟件包實現(xiàn)流程圖與程序的動態(tài)仿真。

　　優(yōu)點：程序處理和界面操作上與實際生產(chǎn)相同，所需軟硬件簡單，一次性投資成本低。

　　缺點：各回路沒有同實際工況相同的數(shù)據(jù)源，至多能做到根據(jù)輸出值反推出假輸入信號作為輸入值值。

　　系統(tǒng)組成：各廠家略有不同，通常軟件僅需一個仿真軟件包，硬件上有的廠家只需要一臺PC機(jī)就可以模擬多臺控制器與操作站，有的廠家需要多臺PC來模擬多個控制器與操作站。

　　總結(jié)：僅用于操作工熟悉DCS系統(tǒng)的操作方法，投資成本低。

　　另一種是工藝仿真，通常叫操作員培訓(xùn)系統(tǒng)（OTS），與第一種仿真的最大區(qū)別是為仿真系統(tǒng)引入了與實際工況完全相同的工廠生產(chǎn)模型。

　　優(yōu)點：根據(jù)與實際工況相同的工廠生產(chǎn)模型的輸入，操作工做出相應(yīng)操作，OTS可以根據(jù)與實際工廠運行相同的運行特性，改變內(nèi)部的壓力數(shù)據(jù)或溫度數(shù)據(jù)等，從而模擬出工廠生產(chǎn)設(shè)備的實際運行整體環(huán)境。

　　缺點：投資成本高，一套OTS系統(tǒng)的投資額通常是上百萬甚至更高。仿真效果取決于模型軟件，為了使仿真效果盡量與實際相符需要調(diào)試周期。系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜。

　　系統(tǒng)組成：各廠家略有不同，簡單來說需一個工藝裝置模型軟件包（可能是非DCS廠家所提供），OPC接口軟件，DCS廠家的仿真軟件包，工程師軟件包，操作站軟件包等，硬件上基本組成為工藝裝置站，OPC站，仿真工程師站，仿真操作站，仿真現(xiàn)場控制站等5臺PC。

　　總結(jié)：投資成本與技術(shù)風(fēng)險高，但可對工廠生產(chǎn)的日常工況以及緊急危險工況進(jìn)行反復(fù)培訓(xùn)。 兩種仿真的組態(tài)都與在實際工程師站的組態(tài)方法相同，但通常將真正的項目組態(tài)直接導(dǎo)入即可，無需單獨做仿真組態(tài)。

　　BLINK仿真支撐軟件簡介

　　BLINK是運行于WINDOWS2000/XP下，集模型開發(fā)、調(diào)試及運行于一體的仿真機(jī)開發(fā)支撐系統(tǒng)。可應(yīng)用于不同容量的火電機(jī)組、電網(wǎng)、變電站、核電、水電、石油、化工、航空航天及車輛船舶等工業(yè)過程或系統(tǒng)的仿真開發(fā)。

　　BLINK的建模思想

　　BLINK采用模塊搭接的方式建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即模塊化建模。BLINK認(rèn)為，1個系統(tǒng)或生產(chǎn)過程是由許多設(shè)備和功能單元按一定的要求有機(jī)連接而組成的。設(shè)備、功能單元之間通過相互交換物理量來完成系統(tǒng)特定的功能。系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，但組成系統(tǒng)的設(shè)備和功能單元卻相對簡單。這樣，建立相對簡單的設(shè)備和功能單元的數(shù)學(xué)模型比建立龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型容易得多。

　　模擬設(shè)備或功能單元特性和功能的數(shù)學(xué)模型稱為算法，由輸入、輸出、系數(shù)和計算機(jī)程序代碼組成。模塊是通過引用算法而生成的仿真實體，它與所仿真系統(tǒng)的設(shè)備、功能單元一一對應(yīng)。模塊的輸入、輸出、系數(shù)與所引用的算法是一致的。輸入、輸出是模塊之間連接的接口。按照實際被仿真系統(tǒng)的組成，將模塊通過輸入、輸出接口互相連接就形成了仿真模型

　　BLINK的培訓(xùn)功能

　　快照、回退、重演

　　可自動或手動將模型運行的瞬間狀態(tài)保存下來（快照），在任何時候可將快照保存的狀態(tài)重新裝入，使模型回到快照時的狀態(tài)（回退）。使用快照和回退可以重復(fù)培訓(xùn)系統(tǒng)過程的某個階段。當(dāng)回退到先前保存的某一快照狀態(tài)后，啟動重演，支撐系統(tǒng)將自動演示快照狀態(tài)以后仿真系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程。通過重演查找操作過程的錯誤或缺點。

　　故障、超控

　　操作員仿真培訓(xùn)，其基本任務(wù)之一就是通過大量的模擬故障培訓(xùn)操作員的故障判斷和處理能力。故障設(shè)置是培訓(xùn)仿真機(jī)的必備功能。BLINK可設(shè)置單個故障，也可設(shè)置成組故障。超控是在不改變模型輸出的情況下，強(qiáng)制使界面輸出、儀表指示、信號與模型狀態(tài)相異。用來培訓(xùn)受訓(xùn)學(xué)員區(qū)別設(shè)備故障與儀表、傳感器、信號系統(tǒng)故障。

　　自動教案

　　按照仿真培訓(xùn)科目，將初始狀態(tài)、設(shè)置的故障、超控依時間順序列出，形成教案。BLINK裝入教案后，仿真系統(tǒng)將自動由教案控制運行，減輕仿真機(jī)教練的勞動。

　　自動評分

　　提供按過程量越限、數(shù)字量報警的評分機(jī)制。按要求編制評分規(guī)則，BLINK自動在規(guī)定的時間內(nèi)給出操作成績。

　　BLINK仿真支撐系統(tǒng)的特點

　　a。集模型開發(fā)、調(diào)試、運行于一體，是1個集成度較高的仿真開發(fā)與運行支撐系統(tǒng)。

　　b。對運行環(huán)境要求不高，一般微機(jī)即可勝任。仿真機(jī)系統(tǒng)造價低。

　　c。支持在線、離線2種建模方式。便于多人同時開發(fā)。

　　d。算法庫為標(biāo)準(zhǔn)的Windows動態(tài)連接庫方式，便于算法的開發(fā)、維護(hù)、擴(kuò)充。

　　e。采用多線程技術(shù)分別管理模型運行、通訊等任務(wù)。運行效率高，機(jī)器負(fù)載低。

　　f。通訊配置靈活，系統(tǒng)的計算機(jī)數(shù)目無限制。

　　DCS控制系統(tǒng)仿真

　　近年來廣泛應(yīng)用于火電生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)DCS（分散控制系統(tǒng)）充分體現(xiàn)了分散控制與集中操作管理的思想。DCS是集4C（Communication，Computer，Control、CRT）技術(shù)于一體的監(jiān)控技術(shù)，它以先進(jìn)的技術(shù)、豐富的功能、友好的人機(jī)界面以及愈來愈可靠的工作性能等優(yōu)勢，占據(jù)了火力發(fā)電機(jī)組的自動化領(lǐng)域，且覆蓋了DAS、MCS、SCS、ECS、FSSS和DEH6大功能，機(jī)組運行和啟、停操作完全由DCS完成［2］。在仿真機(jī)開發(fā)過程中，除要建立各個設(shè)備的模型外，還要建立控制模型，即對DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。此時應(yīng)注意以下幾個方面。

　　熟悉原型機(jī)控制系統(tǒng)邏輯及功能模塊

　　不同類型的DCS其組態(tài)邏輯各不相同，但它們控制原理本質(zhì)上是一致的，不同DCS廠家開發(fā)了各自的功能模塊來完成組態(tài)邏輯。故應(yīng)了解DCS組態(tài)邏輯中用到的各個功能模塊的功能及各輸入輸出信號。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解控制系統(tǒng)的控制流程及控制策略?？傊?，充分了解原型機(jī)組的技術(shù)資料及組態(tài)邏輯是開發(fā)仿真機(jī)的第一步。

　　熟悉BLINK支撐軟件及算法

　　模塊化建模方式中的模塊由模塊名、對應(yīng)算法名、執(zhí)行速率、狀態(tài)、輸入變量、輸出變量、系數(shù)等構(gòu)成。執(zhí)行速率為模塊算法代碼被計算機(jī)運行的周期。狀態(tài)有激活和凍結(jié)2種。激活狀態(tài)的模塊參與系統(tǒng)模型運行，凍結(jié)狀態(tài)的模塊不參與系統(tǒng)模型運行。1個正弦信號的算法模塊如圖1所示。

　　系統(tǒng)支持在線和離線2種建模方式。在線建模是在支撐系統(tǒng)運行環(huán)境下，通過鼠標(biāo)點取、鍵盤輸入方式直接建立模塊，或?qū)σ汛嬖诘哪K修改其各項參數(shù)，調(diào)整其在整個模型中的位置等。在線建模的優(yōu)點是用戶所作的各項操作對整個模型的影響會立即反映出來，非常直觀，適用于需頻繁調(diào)整的場合。離線建模是在脫離支撐系統(tǒng)的環(huán)境下，建立1個文本模型文件，該文件由若干行構(gòu)成，每行代表1條建?；蚰Ｐ托薷拿?，文本模型準(zhǔn)備好后，在仿真支撐系統(tǒng)中裝入，支撐系統(tǒng)逐漸解釋、執(zhí)行，即完成了建模或模型搭接工作。離線建模用于場合：

　　①建立新模型;

　?、谛薷囊汛嬖诘哪Ｐ?

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　　④算法修改后重新生成模型;

　?、菹嗨颇Ｐ蛷?fù)制

　　BLINK支撐軟件的算法數(shù)據(jù)庫中已有很多的算法，如邏輯運算、代數(shù)運算、控制運算、設(shè)備算法等，算法采用標(biāo)準(zhǔn)的FORTRAN語言編制。用戶可根據(jù)應(yīng)用的要求，編寫新的算法安裝到算法庫

　　建立控制系統(tǒng)仿真模型

　　根據(jù)DCS組態(tài)邏輯的控制策略，選取算法庫中合適的算法建立模塊，由多個模塊完成某個控制功能。例如某個基于OVATION的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組態(tài)邏輯如圖2示，由設(shè)定值模塊形成的設(shè)定值和被控量比較形成控制偏差，送到PID調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行運算后經(jīng)手動/自動站后輸出到調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

　　建模時，可在BLINK仿真支撐系統(tǒng)的算法庫中找到與原組態(tài)邏輯相匹配的算法模塊，然后按照控制邏輯搭接模塊。若沒有相匹配的算法，可根據(jù)模塊的功能編制新的算法。模塊間的連接通過變量名傳遞實現(xiàn)，由設(shè)定值模塊（SETN）、比較器模塊（DEADCOMP）、PID控制模塊（PID）、手/自動操作模塊（SIMPDCS）、閥門模塊（SOLVE）、對象模塊（TANK）、變量等價模塊（EQUALA）等組成。其連接示意如圖3示。在實際的控制系統(tǒng)中，被調(diào)量是通過傳感器測量變送得到的，在仿真系統(tǒng)中，被調(diào)量等測量值是通過模型計算得到的，為了模型管理維護(hù)，用等價塊交換變量。圖3中設(shè)備對象的輸出即被調(diào)量送到等價塊（EQUALA），等價塊的輸出送到設(shè)定值模塊（SETN）和調(diào)節(jié)模塊（PID）。設(shè)定值模塊在調(diào)節(jié)系統(tǒng)為自動時處于工作狀態(tài)，能接受操作員站來的增減命令，使設(shè)定值改變;在調(diào)節(jié)系統(tǒng)為手動時處于跟蹤狀態(tài)，設(shè)定值跟蹤被調(diào)量，使調(diào)節(jié)器入口偏差為零，實現(xiàn)手自動無擾切換。PID調(diào)節(jié)模塊也有2種工作方式：手/自動操作模塊（SIM-PDCS）完成手/自動切換、手動操作等功能，還輸出手動、自動的狀態(tài)信息。

　　1個300MW機(jī)組的閉環(huán)控制系統(tǒng)有200多個，其中有些系統(tǒng)的組成很類似，如左右減溫水控制、多臺給水泵的最小流量控制等。建立這類系統(tǒng)的模型時，可先建立1個系統(tǒng)的模型，其他相似系統(tǒng)的模型可通過復(fù)制生成。方法是，將模型按文本方式存盤，打開文本模型文件，將欲復(fù)制部分復(fù)制到新建文本文件，修改模塊名、變量名等有關(guān)內(nèi)容，然后存盤裝入模型即可。這樣可大大提高效率。

　　繪制操作畫面

　　在DCS系統(tǒng)中，操作員站上有100多幅畫面，按流程可劃分為鍋爐、汽輪機(jī)、電氣、就地、操作等畫面。畫面的繪制可由INTOUCH7.0或VISULC++等實現(xiàn)，其關(guān)鍵是要對畫面上的顯示點進(jìn)行定義，對可操作單元定義動態(tài)，以便于和模型通訊。例如和閉環(huán)控制系統(tǒng)相關(guān)的操作畫面見圖4。

　　該操作畫面上的信息有3種類型：①模擬量輸出，如指令值、設(shè)定值、反饋值、測量值備坐標(biāo)紙及必要記錄工具。

　　加熱

　　a。上述準(zhǔn)備就緒即送電加熱。

　　b。彎曲點盤于頂部。

　　c。升溫以30～40℃/h進(jìn)行。

　　d。當(dāng)溫度上升后，要求按升溫過程中同一截面溫差控制在10℃以內(nèi)，或超過10℃進(jìn)行盤車。

　　e。溫度達(dá)650±5℃恒溫5h，同一斷面溫差控制在5℃以內(nèi)，或超5℃時進(jìn)行盤車。

　　f。恒溫完畢以30℃/h降溫，降溫過程按升溫過程要求進(jìn)行盤車。

　　g。溫度降至250℃自然冷卻，自然冷卻過程仍進(jìn)行盤車至150℃。

　　h。冷卻至室溫時清理轉(zhuǎn)子表面，測量彎曲，最大彎曲值為0.12mm，彎曲部位在17級后。

　　熱態(tài)加壓

　　重新布加熱線圈以最大彎曲點17級為中心，從14級后仍按2-3-3-2-3-3-2在葉片之間的軸封段上進(jìn)行繞接。根據(jù)冷態(tài)試驗計算結(jié)果和直軸經(jīng)驗，最大彎曲點取應(yīng)力為6.5kg/cm2較為合適，回火后最大彎曲點與原最大彎曲點相距約80mm，計算對輪千斤油壓時可忽略不計。一般情況下，轉(zhuǎn)子回火后彎曲應(yīng)恢復(fù)1/3左右，而本次回火后最大彎曲比原彎曲大0.02mm，認(rèn)為轉(zhuǎn)子是由于局部過熱引起的。

　　準(zhǔn)備工作就緒后開始升溫，升溫以每小時30～40℃進(jìn)行，溫度至660℃時開始恒溫，恒溫1h后將前后支點托起，緊龍門架，相應(yīng)對輪千斤油壓控制在190kg/cm2，維持35min達(dá)到計算松馳值后卸壓。卸壓后在650℃繼續(xù)恒溫4h，恒溫結(jié)束后以每小時30℃降溫，冷卻至室溫清理轉(zhuǎn)子表面，測量彎曲值，最大彎曲值為0.03mm（見圖3），直軸熱態(tài)加壓1次成功。

　　a。在加壓受力狀態(tài)下，直軸臺線性關(guān)系較好，工字架變形不大。

　　b。直軸后金屬檢查：

　　①著色檢查無裂紋;

　?、谟捕葯z查15～19級;

　?、壑陛S前平均HB230、直軸后平均HB210.5，比直軸前略有下降。

　　c。直軸后，大軸晃度滿足要求