300MW机组电动给水泵就地操作仿真系统的开发.pdf

第3 O卷第3期 湖南电力 H U N A N E L E C T R I C P O WE R 2 0 1 0年 6月 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 - 0 1 9 8 2 0 1 0 0 3 0 0 4 3 0 0 MW 机组电动给水泵就地操作仿真系统的开发 曾旭华，李福东，付蕾 ( 湖南省电力公 司中心培训部，湖南 长沙4 1 0 0 8 3 ) 摘要：介绍3 0 0 M W 火电机组仿真系统的整体结构和基本功能，分析现有就地操作站 软件的特点和不足，提 出改进思路。基于现场实景察看和设备 实物 图操作的思想，以 F o r c e C o n t r o l V 6 0为开发工具，设计 电动给水泵就地操作仿真 系统 ，完成人机界 面开 发、数据库组态和控制算法的实现。基于 V MWa r e 软件实现模型算法平台、D C S操作员 站和就地操作站具有 “ 一机 多模”的运行模式。改进后 的仿真系统为用户提供更加友 好、逼真的就地操作界面 ，提高操作者对就地系统和关键设备的直观认识 ，加强对用户 操作的实时指导，达到技 能实训效果。 关键词：3 0 0 M W；火电机组；仿真；给水泵 ；就地操作 中图分类号 ： T M 3 1 ； T P 3 9 3 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 8 - 0 1 9 8 ( 2 0 1 0 ) 0 3 - 0 0 1 0 4 3 4 De v e l o p me n t o f f i e l d c o nt r o l s i mu l a t i o n s y s t e m f o r mo t o r - dr i v e n f e e d p u mp o f 3 0 0 M W u n i t ZENG Xu hu a， 13 Fu- do ng，FU L e i ( T r a i n i n g C e n t e r o f H u n a n E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n ，C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：T h e o v e r a l l s t r u c t u r e a n d b a s i c f u n c t i o n s o f s i mu l a t i o n s y s t e m f o r 3 0 0 MW f o s s i l fir e d u n i t a r e i n t r o d u c e d in t h i s a r t i - e l e Th e f e a t u res a n d d e fic i e n c i e s o f t h e e x i s t i n g fi e l d c o n t r o l s o f t wa r e a y e a n a l y z e d a n d i mp r o v e me n t s c h e me i s a l s o s u g g e s t e d Ba s e d O i l fi e l d i n v e s t i g a t i o n a n d p h y s i c a l ma p o p e r a t i o n，t h e fie l d s i mu l a t i o n s y s t e m o f mo t o r d r i v e n f e e d p u mp i s d e s i g n ed b y u s in g Fo r c e C o n t r o l V6 0 s o f t wa r e a nd t h e ma n ma c h i n e i n t e rfa c e d e v e l o pme n t ，DB Mana g e，and c o n t r o l s t r a t e g y a r e i mp l e me n t e d Th e mo d e l alg o ri t h m p l a tf o r m ，DCS o p e r a t o r s t a t i o n，a n d fie l d c o n t r o l s t a t i o n a y e i n t e g r a t e d i n t o “o n e P C mu l t i mo d e l s p l a t f o rm Th e i mp rov e d s i mu l a t i o n s y s t e m p r o v i d e s u s e I a f r i e n d l i e r a n d r e a l i s t i c man ma c h i n e i n t e rf a c eg i v es u s e r B a d i r e c t v i s i o n f o r fi e l d s y s t e m an d k e y e q u i p me n t ，s t r e n g t h e n s t h e r e al t i me g u i d e s f o r u s e r o p e r a t i o n，an d i mp rov e s t h e t r a i n i n g e ff e c t Ke y wo r d s：f o s s i l - fi r e d u n i t ；s i mu l a t i o n；f e e d w a t e r p u mp；fie l d c o n t r o l 目前，电厂单元机组以大容量、高参数和高自 动化方向发展， 综合运用计算机技术、电子技术和 仿真技术，建立火电机组软件仿真系统，为运行人 员的操作技能培训、热控人员的技术培训和高职学 生的技能实训提供 了有效的途径 【 】 。以内蒙古乌 拉山火电厂 3 0 0 M W 火电机组仿真 系统为研究对 象 ，系统分析仿真系统的系统结构和功能特点，针 对该仿真系统应用于技能实训中存在的问题和不 足 ，基于现有软件平 台进行改进 ，以电动给水泵就 地操作系统为重点，设计并开发了给水泵密封水冷 却水就地操作系统，完善仿真软件平台， 达到仿真 实训的效果。 1 仿真系统结构和功能 系统以实际投运的乌拉山电厂 3 0 0 MW火 电机 组为仿真对象，采用 D E L L P o w e r E d g e 4 6 0 0高性能 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 3 1 7 基金项 目：湖南省教育厅科研项 目 “ 火 电厂电动给水泵运行仿真技术研究” ( 项 目编号 0 8 1 ) 0 0 3 ) 第3 0 卷第3 期 曾旭华等：3 0 0 M W机组电动给水泵就地操作仿真系统的开发 2 0 1 0年6月 微机服务器为主计算机，运行由北京四方公司通用 集成仿真平 台 G I S S 2 0 0 0开发 的电厂数学模型和算 法库 ，多台 P C机作为人机接 口的仿真 D C S操作员 站和就地操作站，D C S 操作员站和就地操作站采用 三维力控 F o r c e C o n t r o l V 6 0软件开发，通过高速以 太网与主机连接 ，构成通用仿真机系统。基本组成 结构如图 1 所示 ： 一一 系统监控仿真软件 ： 母 器 图 1 3 0 0 MW 火 电机 组仿 真 系统 结构 示意 图 模型算法库是 以火电机组常规部件或局部过程 ( 如泵、风 机、加热 器、压力节 点等 )为基 本 单 元 ，以能量、质量 、动量平衡原理为基础 ，以矢量 微分方程法为基本方法 ，严格按照物理机理建立的 一 种面向火 电机 组热力 系统 的模块式算 法库 】 。 根据用户的不 同需求 ，提供冷态工况 、送电后、上 水、并 网、升负荷等不同的运行方式 ，教练员可以 调用或存取不 同的运行方式作为培训教案。 以三维力控 F o r c e C o n t r o l V 6 0软件为工具 ，开 发电厂 D C S操作员站仿真系统 和就地操作站仿 真 系统。D C S 操作员站模拟电厂集控室的操作 ，包括 锅炉监控、汽机监 控、电气监控、D E H，F S S S和 机组负荷控制等模块 。就地操作站用于模拟电厂集 控室外炉、机 、电的阀门、泵、开关的操作。 基于力控 D B Ma n a g e r 和 G I S S 2 0 0 0仿 真系统 的 通信规约，实现操作系统和模型的实时双向数据交 换，从而实现电厂运行和控制的全过程仿真。 在实际使用过程 中，为充 分利 用实验硬件 资 源，基于 V MWa r e w o r k s t a t i o n软件 ( 虚拟机 技术 ) 搭建了 “ 一机多模”火电机组仿真平 台。V MWa r e 是为 “ 虚拟 P C”软件 ，可以在 1台 P C机上 同时 运行 2个 或 更 多 Wi n d o w s ，D O S ，L I N U X 系 统。 “ 一 机多模 ”火电机组仿真平台下 ，北京四方公 司 通用仿真平 台 G I S S 2 0 0 0的电厂模型软件 和 F o r c e C o n t w l V 6 0 开发的D C S 操作员站仿真软件、就地 操作站仿真软件 3个系统在主系统的平台上 ，可以 像标准 Wi n d o w s 应用程序一样同时运行 ，自由切换 并实时通信 。 2 就地操作站仿真软件的特点分析和 改进思路 就地操作 站仿真 系统针对 电厂 实际运 行 中， 炉、机、电三大部分需要在就地进行查看或操作的 阀门、泵、开关设备进行模拟 ，以系统设备结构和 流程图的形 式进行组态。就地操作站 和 D C S操作 员站协同配合完成单元机 组的启停和维护过程仿 真。通过仿真系统在职业技能培训和高职学生专业 教学、技能实训的实际应用 ，现有就地操作软件存 在以下不足： ( 1 )就地操作 系统组态界 面采用 简单 的流程 图形式 ，不能反 映现 场操作 场景 ，过 于抽象。阀 门、开关、泵等设备都是采用 F o r c e C o n t r o l V 6 0中 自带的基本 图元 ，使学习者特别是高职学生缺乏对 现场设备的直观认识 ，导致学生虽然在实验室掌握 了相关操作流程 ，但 到电厂现场进行生产实训时 ， 往往难 以准确找到相关就地设备并进行正确操作。 ( 2 )现有软件中对 阀门、开关、泵等典型设 备的就地操作 ，缺少文字、图片等形式的指导性说 明和引导 ，操作者没有现场实物的直观认识 ，且遇 到疑问时 ，没有有效的咨询途径 ，从而影响了实训 效果。 以电动给水泵密封水冷却水为例 ，其就地操作 仿真组态画面如图 2 。 鲤一 品 矗 ： I- _一| - 0 - | _一 - ! - = = ： ： - = ： | 图 2 原有给水泵密封水冷却水就地仿真界面 该操作画面中，设计的就地阀门有 2 1 个，分 1 1 一 一 一 一 一 第 3 0卷第3期 湖南电力 2 0 1 0年 6月 布在现场不同的位置 ，其类型、操作规范也各有不 同。针对以上存在的问题，以电动给水泵就地操作 功能为对象，基于 F o r c e C o n t r o l V 6 0 软件对原有仿 真系统进行改进，设计开发了基于现场设备图的电 动给水泵就地操作仿真软件。 3 电动给水泵就地操作仿真软件设计 3 1 基本设计思路 F o r c e C o n t r o l V 6 0软件为用户提供了可视 图形 模块化 的建模、调试和验模的一体化环境 ，使用户 能对应用软件进行修改、完善 和模块扩充l 5 】 。基 于以上改进思路，以 F o r c e C o n t r o l V 6 0为开发工 具 ，对原有的汽机就地操作软件中与给水泵相关 的 操作功能进行整合，新建立电动给水泵就地操作系 统。在原有的就地操作软件中，“ 给水系统” 、“ 给 水泵润滑油系统” 、 “ 给水泵密封水冷却水系统” 、 “ 汽机循环冷却水系统”等 4个子功能模块中都有 与电动给水泵就地操作相关的阀门。按照电动给水 泵启停过程中已有的操作规程 ，将 以上 4个子模块 的相关功能整合 ，使新设计的电动给水泵就地操作 仿真系统能较完整地体现给水泵启停和维护的操作 流程及对应的现场阀门设备。给水泵就地操作仿真 系统软件功能结构如图 3 。 网 l I l一一一一一一一一一一一一一一一一一 I 就地操作站 l I I 电动给水泵 l f就地操作仿真系统 图 3 给水泵就地操 作仿真软件 功能 结构 图 如图 3 ，电动给水泵就地操作仿真系统具体包 括 6个模块 ：前置泵机械密封冷却水模块、给水泵 机械密封水冷却水模块、给水泵 润滑油冷油器模 块、给水泵工作油冷油器模块、给水泵电动机空冷 器模块、给水泵就地操作指导模块。前 5个模块包 括对应的就地操作阀门，就地操作指导模块则以文 字、示意图等形式提供与给水泵基本性能参数、启 1 2 动前的检查和准备、启停流程、运行和维护等基本 规程和知识 ，供用户在操作过程中查询 ，提供实时 指导。 电动给水泵就地操作系统作为整个就地操作站 的一部分 ，运行在 V M Wa r e w o r k s t a t i o n虚拟机上， 基于 F o r c e C o n t r o l V 6 0的 D B Ma n a g e实时数据库， 与主机运行的四方通用仿真平 台实现无缝连接 ，在 实际运行中，与模型算法平台、D C S操作员站实现 双向通信、协调运行。 3 2就地仿真软件的实现和主要功能 ( 1 )给水泵系统和操作装置的直观认识 以现场拍摄 的实物照片为基础 ，通 过加工处 理，在仿真软件中显示前置泵、电动机、液力耦合 器和给水泵等设备系统。按照给水泵就地操作划分 的 6个子模块 ，显示具体包含的阀门或温度、压力 实时测量值 。电动给水泵就地操作仿真软件主界面 如图 4 。 图4 电动给水泵就地操作仿真主界面 ( 2 )基于设备实物图的操作 通过对新增变量进行数据库组态 ，运用 F o r c e C o n t r o l V 6 0的动画连接技术 ，将 阀门变量与界面 中的阀门实物图联系起来 ，使操作者进入操作界面 后 ，通过点击实物图，如点击阀门开或关按钮后 ， 实时操作的状态量储存在 D B M a n a g e r 中，由通信 模块反馈给模型算法库 ，从而实现阀门的就地操作 仿真。给水泵就地操作仿真系统作为汽机辅机操作 的一部分，与整个单元机组的仿真运行过程紧密结 合。图5为前置泵机械密封冷却水操作子画面。 ( 3 )实时操作咨询和指导 针对原有的电动给水泵就地操作实时指导功能 箜 鲞箜 期 曾旭华等： 3 0 0 M W机组电 动给水泵就地操作仿真系统的开发 2 0 1 0 年6月 图 5 前置 泵机 械 密封 冷却 水操作 子 画面 不强的缺点 ，新的软件中设计了就地装置操作实时 指导模块。实时指导模块具体 内容包括 6个方 面： a 电动给水泵技术规范 ；b 给水泵启动前的检查 和准备 ；c 给水泵的启动 ；d 给水泵 的运行及维 护 ；e 给水泵的停运 ；f 给水泵 的连锁与报警及 维护 ；g 给水泵的实验及注意事项 ；h 给水泵的 异常及事故处理。如图 6 。 图 6 就地操 作指 导主界 面 指导模块以文字、图标和动画的形式 ，提供给 水泵启停和维护的规程、原则 以及具体阀门的结构 特点 、操作原理和操作规范等信息 ，以方便操作者 在仿真过程中能获得需要的咨询和帮助 ，在掌握设 备操作流程 的同时，能学到拓展性 的知识 和技能 ， 提高仿真训练的效果。 3 3 改进后的仿真系统整体功能 由于采用了先进 的操作系统和多项仿真新技 术，改进后的仿真系统功能完善， 操作灵活，给水 泵就地操作界面与现场一致 ，达到了身临现场的培 训效果 ；高精度的本体仿真模型和与现场一致的仿 真控制模型的有机结合， 形成了仿真程度高、培训 效果 良好的仿真平台，培训 了学员的操作技能和事 故处理的能力。改进后的仿真 系统具 备的主要功 能 ： ( 1 )仿真模型的装入 ； ( 2 )初始工况的装入与保存 ； ( 3 )冻结模型、解冻模型 ； ( 4 )故障设置与变速设置 ； ( 5 )手动或 自动抽点转贮 、回退、重演 ； ( 6 )学员成绩评定 ； ( 7 )基于现场实景的就地操作 ； ( 8 )就地操作实时咨询和指导。 同时，“ 一机多模 ”的仿真机运行模式为 D C S 操作员站和就地操作站培训提供 了便捷高效 的技术 支持 。 4 结 论 针对 3 0 0 MW 火电机组仿真系统就地操作站软 件进行 了改进和设计。基于现场实景察看和设备实 物图操作 的思想 ，设计 了给水泵就地操作仿 真系 统 ，提高了操作者对电动给水泵系统和相关就地操 作设备 的直观认识 ；增加了就地操作实时咨询和指 导模块 ，提高了实训效果。以 F o r c e C o n t r o l V 6 0为 开发工具 ，进行人机界面、数据库组态和控制算法 的实现。基于 V MWa r e软件实现 了模型算法平 台、 D C S 操作员站和就地操作站 “ 一机多模”的运行 方式。改进后 的仿 真平 台为用 户提供 了更加友好、 逼真的就地操作界面 ，提 高了实时操作 的指导功 能。 参考文献 ( 1 韩璞 ， 刘长良，李长青火电厂仿真机原理及应用 M 天 津 ：天津科学技术出版社 ，1 9 9 8 2 吕 崇德，薛亚丽电厂系统仿真技术的发展 J 科技导报， 2 0 0 7 ，2 5( 8 ) ：5 - 1 0 ( 3 李建华，等电厂电气运行人员培训仿真系统软件开发 J 电力系统 自动化 ，2 0 0 2 ，2 6 ( 1 1 ) ：3 7 -4 0 ，6 5 4 赵文升，等 6 0 0 M W火电机组激励式 D C S 仿真系统的研究与 实现 J 华北 电力大学学报 ，2 0 0 5 ，3 2( 2 ) ：4 1 45 5 力控 F o r c e C o n t r o l 6 0图形界面开发手册 M 北京三维力控 科技有 限公司 1 3