作者：马振涛　

摘要：本文首先从在线仿真系统的概念入手，对其进行一个较为简要的介绍；然后用系统组成的方式介绍来在线仿真系统的各个部分；通过对软件功能进行重点剖析，阐述在线仿真系统在伊敏电厂的实施与应用价值。
要害词：在线仿真　实时跟踪　返回重演　故障诊断
1　引言
随着计算机技术的发展，电厂仿真技术也在发生着日新月异的变化，实时仿真技术已被广泛地应用于运行人员培训和系统设计验证等方面，但这些仿真系统都是与机组运行和生产治理没有直接联系的孤立系统。另一方面，电厂仿真技术的发展使模型的精度和仿真的深度有了很大发展，在许多方面大大超过了人员培训需求的范畴，而信息技术和网络通讯技术以及电厂的计算机自动控制技术的高速发展使电厂大量数据的共享成为可能。这种数据共享会提高电厂数据的利用效率，产生更多的附加值，从而更好地发挥仿真系统及信息系统的效能。数字化电厂[2]解决方案适时而生，将生产与治理有机融为一体，是对电厂的控制、仿真与信息系统的整体解决方案。其首要完成的就是其基础组成部分-在线仿真系统（On-LineSimulation,OLS）。
对伊敏电厂而言，在线仿真系统用"科英"支撑平台建立实时共享数据库，接收现场控制系统数据、在线仿真系统模拟的数据，实时地对数据进行分析与处理，并保存在实时共享数据库与历史数据库中，实现信息的全面共享。这种信息的共享能实现在线的运行分析，辅助电厂的运行，并对故障进行在线猜测、报警、诊断与分析，从而提高电厂的安全性和经济性。
从技术上讲，在线仿真与传统离线仿真相比，技术上的主要差异包括：
(1)更全的共享信息：建立包括控制系统、仿真系统的实时/历史共享数据库；
(2)更精细的在线仿真模型：通过与电厂现场同步来测量模型的精细度；
(3)更高的稳定性要求：长期在线不间断运行；
(4)更自动投入：在线仿真系统投入时，系统有能力自动初始化到电厂实际运行状态；
(5)更高的智能化水平：在参数整定、现场操作有效性判别等方面具备自学习能力；
(6)更多的与经济性和安全性相关的参数；
(7)更高的完整性与可维护性要求：监控页面的自动转换与控制系统组态的自动转化；
(8)更大量更完整的历史数据库：达12个月的历史数据，秒级的访问速度；
(9)更强的数据分析手段，可以对任意历史状态进行返回跟踪或记录重演，对任意变量的历史值进行分析；
(10)更先进的技术：能够支持多用户共享内存、多进程独立调度的运行模式，完成对多种功能的多种时间片的独立实时控制与调度；
(11)更多的运行模式：支持在线同步仿真、离线仿真和在线猜测仿真等运行模式，并且可以存在多种模式同时运行的情况；
(12)更便捷的应用：实时在线发现或猜测现场的异常情况，并分析导致异常工况或事故工况的可能原因；
2　系统组成
伊敏的在线仿真系统可运行于在线、快速及离线三种模式，跟踪、猜测与模拟机组的操作及指示。它由以下部分组成：
(1)主计算机系统：由两台双机热备系统和一个磁盘阵列组成。运行仿真模型与"科英"平台，建立历史数据库，是应用与数据库服务器。
(2)仿真操作站：采用6台HP工作站。运行与现场完全一致的模拟操作员站，可以同时模拟多达四模式：离线模式、重演模式、返回追踪模式、在线模式。
(3)仿真就地站：采用1台HP工作站。模拟与现场完全一致的就地设备与管网，并可模拟操作。
(4)仿真信息站：采用2台HP工作站。在线信息站是在线仿真系统的人机界面，它是所有在线信息的集成体现。信息站总图显示了全厂的流程及主要参数显示。可在多台工作站上启动信息站，并且互不影响。其包括以下12项功能：
l趋势：对所有的标签量进行实时/历史数据的趋势显示。每幅画面可同时显示6条曲线，可进行缩小、放大、平移显示；
l报表：包括了所有经济指标的报表及日志报表，小指标竞赛，及生产日报等。
l参数一览：对计算的特征参数按照图形化方式显示；
l故障诊断：对已发生的故障显示其故障原因，如有必要还可以显示推理结果。
l预警：对未来发生的异常事件进行猜测。
l控制研究：提供了对在线系统的参数修改能力，并计算其等效二阶系统的品质参数。
l数据校验：对采集的DCS数据进行校验，并将不合理项显示给运行人员。
l系统监视：对主要系统进行流程数值及状态显示，采用VODDT绘制。
l安全分析：分析其电厂热、电、水的平衡关系，显示机组启动情况、PQ图，并可做X-Y曲线分析。
l在线试验：提供了漏氢、真空、调门试验记录及分析结果；
l系统设置：设置与维护信息站的相关内容
l帮助：提供操作指导，并在线提供提示功能。
对于任意功能页面，都可以进行预览及打印。
(5)仿真控制站
可在主机或任意工作站上实现。其控制在线仿真系统的运行模式，在离线模式可插入故障，培训运行人员；对在线模式，则可完成其初始化等功能；对快速模式，可设置猜测的周期与速率等项目。
3　功能描述
在线仿真系统是将仿真技术直接运用于电厂安全生产与经济运行，其全物理数学模型包括锅炉、汽轮机主系统及辅助系统、电气系统、机组改造后的DCS控制系统。所有的系统模型均模块化，采用了TOP-DOWN结构，便于修改及维护。对于控制系统模型，则直接转化完成，电气部分、流网部分则采用面向对象的工具直接生成模型软件。目前在伊敏发电厂已经投运的OLS中的全部功能，为生产提供了很大帮助。
3.1　数据采集、初始化与在线运行
在线仿真系统可以将现场DCS数据实时接入数字化电厂共享数据库中，实现数据采集功能，目前数据采集和接收周期在1.5秒左右，而目前现场DCS的数据刷新为2秒左右，所以基本达到实时要求。
在线仿真系统通过对当前机组的数据采集以及对仿真模型内部参数的计算，建立与实际机组当前控制方式下相同的工况，即完成对在线仿真系统运行状态初始化的功能。初始化工况要求电厂机组处于稳定运行的条件下进行，以保证在线仿真系统实时无扰地投入与实际机组相连运行。初始化后的仿真系统可以与当前机组工况下继续运行，辅以自学习修正，达到与真实机组在线同步运行的目的。
在初始化完成后，在线仿真系统将自动运行，在同步模式下仿真模型同步接受运行人员给予DCS系统的操作信号，与现场机组同步运行，可在线跟踪机组的起、停、负荷变化等过程。测试结果表明要害参数与现场的测量数值差异小于2，是值得信赖的。同时，二次计算的数据同步更新于实时共享数据库。
在线仿真系统的正确运行是基于DCS传递过来的数据，尤其是经济性能计算功能、初始化功能、在线运行功能对现场数据的依靠性都非常大。而现场测量数据由于测量装置或变送器原因，部分模拟量数据存在较大误差甚至完全错误。为此，在线仿真系统在使用之前，必须做一次数据校验，以甄别其真伪，并予以修正。OLS提供了该项功能：校验从DCS采集的所有模拟量，当发现数据有误时，将在信息站上给出其原标签号及其中文含意以及当前值，同时推荐一个替代值。
3.2　故障诊断、异常猜测功能
故障诊断功能是对机组已发生的故障进行诊断，及时、快速的报告故障的发生，判别故障原因，演示故障的发生过程。此功能的主要依据来源于现场数据。
故障诊断功能是以故障树方式来实现的。在具体故障树逻辑运算中，将发生故障的征兆作为顶事件，将这一故障征兆发生的原因作为底事件。而逻辑运算则是以顶事件作为征兆，在顶事件发生时才作这棵故障树的逻辑分析。
故障诊断的结果最终要通过在线仿真信息站提供给运行人员。当在线系统诊断到现场有故障发生时，通过在线仿真信息站主界面上的"故障诊断"主功能块红色闪动，提醒运行人员予以关注，使得不管仿真信息站在何状态或运行人员在做何操作，都能醒目地出现故障警示，让运行人员在第一时间知道这些信息。当进入故障诊断的主界面时，可以看到最新出现的故障发生时间、故障现象（也就是顶事件）、故障原因（底事件）及相应的操作建议。同时在故障推理过程中还可一目了然得看到故障树的逻辑走向，并在相关参数趋势中看到和此故障有关的参数在故障发生前后十分钟的趋势，也就是整个故障的演绎过程，以利于作进一步的分析。
在线仿真系统的在线猜测仿真模式工作在超时运行方式下，接受现场的同步操作，循环猜测机组运行参数在未来的发生变化趋势，并对可能的报警现象给出警示。
由在线仿真控制站启动在线猜测仿真模式，并设置所猜测时间的长度和预计算的循环周期，设置模型从冻结转为运行状态，即可观察在线猜测仿真可能出现的异常或故障的预警情况。
在信息站上的"猜测"主界面中，可以看到最新的猜测信息，包括猜测信息发出的当前时间、异常现象将要发生的时间及其标签名。在界面底部还可同时观察到超时运行的开始时间及结束时间。
通过近半年的应用，成功地识别了一些如高加漏水等事故，为判别事故的准确性提出可靠依据，同时为处理事故赢得了时间。
3.3　机组运行过程的追踪，重演功能
在线数据重演实现生产现场已经发生过的数据工况在一比一的在线仿真操作员站上的重演，有利于现场人员方便对现场已发生的异常工况进行顺序检查和总结，是在线仿真的主要功能。
通过在控制站上启动重演模块，实现重演功能。重演的数据来源为利用"科英"平台先进的数据存储和压缩技术实现的对现场数据进行大规模、长时间的记录。通过高效、便捷的查询技术实现数据的重演。
OLS在线数据重演目前已经在现场已经得到具体的应用，多次用于现场的事故分析和操作追忆，准确地判别事故的诱因，提高了事故的处理能力。
3.4　在线经济性能计算
性能计算分为热力系统计算和指标计算两大部分。热力系统计算的目的在于确定热力系统各部分的参数及流量，机组的功率和热经济性指标（汽耗率、热耗率和煤耗等），是热力系统经济性诊断理论的基础。在热力计算的基础上，进行经济性能指标的计算，经济性能指标的包括汽耗、热耗、汽机效率、厂用电率、发电煤耗、供电煤耗等重要指标。经济性能结果可以通过报表体现，报表在每日零点、每月第一日零点自动生成，另外提供自定义报表选项，可根据需要设置报表要求，方便了使用。
在伊敏应用中，已经开始逐步替代过去的手工抄表计算，减少了人为误差，同时为小指标竞赛的公平性提供了保障。
3.5　在线试验功能
在线试验功能的目的在于减少现场人员的手工劳动，并避免由于手动记录带来的误差。考虑到现场试验时有许多繁忙的预备工作，所以在试验后输入当次的实验开始时间，并按测试按钮，即可通过信息站记录的历史数据得到试验结果。
以漏氢试验为例：其中试验持续时间根据一般性系统缺省设置为24小时，用户也可自行设置。当按下测试按钮后，信息站可自动显示发电机氢压及出口氢温两点的趋势，并计算出试验结果，判定是否合格。
例如，试验计算两个指标：
指标名称单位试验结果合格限值
俄制漏氢率立方米／24小时1023.5
国标漏氢率％2.41５
4　结论
通过在线仿真系统在伊敏发电厂开发应用一年来，给电厂在事故分析、重演、试验提供了重要的可信赖的工具，同时在技术数据统计、分析方面也提供很大的帮助，非凡是在可靠性、准确性方面。其与现场一致的仿真系统，对运行人员的培训以及面向热工人员的试验都提供了一个很好的平台。
在线仿真系统在伊敏电厂的成功实施，是开发商与电厂双方努力付出的结晶。它为电厂的利用仿真技术来促进生产迈出了坚实的一步，也为后续的应用奠定了良好的基础。同时，它也代表着仿真技术发展的一个方向。
[参考文献]
[1]YouJingyu，ＭaHongshun,Yih-JungYeh.On-Linesimulationanditsapplication[A].ProceedingofSCS2003WesternMulti-Conference[C].2003.
[2]亚仿科技公司，伊敏华能东电煤电有限责任公司发电厂数字化电厂总体设计报告[R].2001.
[3]亚仿科技公司，伊敏华能东电煤电有限责任公司发电厂数字化电厂项目《在线仿真系统总体设计报告》[R].2001.