新型分散式控制系统DCS在电厂的推广，改变了电厂复杂热力系统的控制流程和操作方式，这集中体现在控制的高度精确化和简约化，将运行人员从繁缛的操作细节中解放出来，更多地关注于电厂的经济和高效运行。同时，还带动了一批新技术、新思想的应用与推广。新型分散式全仿真机就是这样一种传统技术与新思想相结合的产品，其基于DCS的硬件和软件架构突破了传统仿真机开发与实施过程的种种技术弊端，并且通过与虚拟DCS技术的完美结合，使得仿真机更为贴近电厂培训和事故演练的实际需求，将这种以往集中于教培中心和高校的产品真正走入电厂的应用实际。
胜利电厂选用的新华控制工程有限公司新型分散式全仿真机SIMPANEL，全部采用了DCS一体化的软硬件结构，画面操作和热工组态与集控室现场完全一致，充分体现了分散式仿真机"量身定做"的特点，取得了很好的培训效果。
一、虚拟DCS技术
虚拟DCS就是现场真实DCS在一套非实时控制网络系统上的转移与再现，或者就是现场DCS的一套拷贝。从本质上说，虚拟DCS就是一套没有运行于现场的DCS系统，其I/0交互对象不是现场I/0，而是仿真机内的仿真模型。仿真机通过高精度的仿真模型构建了一个虚拟的现场，在仿真机上进行操作，犹如置身于真实的现场。操作员在仿真操作员站上的操作方法、运行方式以及设备的动态反应过程，和实际机组完全一致，保证了仿真机的准确性和培训的针对性。
由于虚拟DCS源自真实DCS，真实DCS上发生的各种操作、事故均可以在虚拟DCS上进行验证，在虚拟DCS上进行的参数整定、逻辑修改、画面变更等可直接移植到现场DCS中。凡基于DCS的控制系统组态，无需任何修改即可无缝移植在仿真机上运行;凡在仿真机上调试的DCS控制组态，也无需任何修改即可无缝移植在DCS系统上运行。相对而言，传统仿真机以仿真手段再现的DCS，在功能设置、操作特性、系统响应等方面显得大为逊色，并且通常存在不可忽视的仿真差异。
可以说，虚拟DCS能够真正有效、经济、广泛地实现人员培训、控制系统仿真试验和控制参数整定及系统反事故演练等一系列功能，这对仿真机技术的发展而言，是一个革命性的进步。
二、与DCS一体化
一体化仿真机架构又称为仿真机支撑系统，它对仿真全过程中的全部数据，包括模型、试验、仿真结果等进行统一管理，是以数据库为核心实现数据管理一体化的软件系统。它具有如下的本质特征:
(1)实时与全局性数据库;
(2)多种I/0接口管理和网络管理;
(3)底层数据化支持;
(4)图形化与模块化建模;
(5)在线修改仿真模型。
传统仿真机由于需要兼顾仿真DCS的功能，通常将仿真DCS作为控制侧仿真模型对待，这给仿真支撑系统提出了大量的兼容性和扩展性要求。对一个成熟的仿真公司而言，设各模型的仿真建模基本定型后，仿真DCS的建模和调试任务就显得相当繁重，通常要占据仿真机实施过程一半以上的工期。
以上内容同时也是DCS系统的基本要求，并且具有比仿真支撑系统更为丰富的内涵和工程经验。基于DCS的分散式仿真机，可以在DCS现有的这些特性的基础上进行各种教练员站功能的扩展，将虚拟DCS与仿真支撑系统存在于一个系统之中，形成一体化的结构。这不单纯是物理结构上的一体化，也是软件结构上的一体化。
基于DCS的分散式仿真机，相当于在DCS系统构架上将工业现场扩展为虚拟工业现场，在虚拟DCS的仿真控制SDPU基础上又增加了几个仿真过程SDPU，这些SDPU之间的数据通过虚拟的I/0测点上网实现通信，充分保持DCS系统的封装性及各项功能。其结构原理框图如图1。

在胜利电厂基于DCS的新型分散式仿真系统中，1～7、1l号DPU为原现场DCS的控制DPU,47、48、49号DPU分别是锅炉侧、汽机侧和电气侧SDPU。由于采用了虚拟DCS技术，原DCS的MMI软件功能保持不变，因此当所有DPU都进入仿真状态并下装运行之后，仿真系统便进入运行状态，用户就可以正常操作DCS。
基于DCS的分散式仿真机系统接收操作员从虚拟DCS上发出的各种操作指令。然后，通过数学模型计算出被控设备应有的动态特性作为仿真结果，同时将虚拟DCS需要的数据以测点的形式广播到数据网络上。虚拟DCS接收到这些数据后，再产生控制指令返回到过程仿真系统，从而实现了仿真支撑系统与虚拟DCS的无缝连接。
具体来说，操作员在MMI站上操作各种软操作器，虚拟DCS中的仿真控制DPU接收这些操作器信号，发出指令并送到实时全局数据网络。在现场，这些指令将会驱动现场的电机、阀门等设备，而在仿真系统中，这些指令驱动仿真DPU中的设备模型，使之做出相应反应。设备模型动作完毕后的反馈送回实时全局数据网络，由控制DPU进行接收，最终在MMI站上显示。



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DPU:分散处理单元，DistributedProcessUnit，是实现DCS功能的基本单元，包括实现这些功能的软件和硬件;
VDPU:虚拟分散处理单元，VirtualDistributedProcessUnit，是运行于DPU中的软件;
SDPU:仿真分散处理单元，SimulationDistributedProcessUnit，是用于仿真的VDPU;
MMI:人机接口站，Man-MachineInterface。

三、分散式仿真计算
传统仿真机受到一体化支撑环境的限制，所有控制与过程仿真必须在同一台服务器上运行，为了系统的稳定和正常运转，必须购买高价的服务器。
DCS的本质特点是把控制功能分散到各个DPU中分别实现，其核心是分布式交互计算技术。新型分散式仿真机SIMPANEL在DCS一体化架构的基础上，充分应用了这种技术优势，应用了业界公认的分布式交互计算技术，通过分布式交互仿真技术实现了分散式的仿真计算。
这种分布式交互仿真技术采用了协调一致的结构、标准、协议和数据库，通过实时全局性数据网络将分散配置的仿真硬件、软件和仿真环境综合成为任一网络节点上都可以参与交互作用的、时空一致的共用仿真环境。在体系结构上，由过去集中式、封闭式发展到分布式、开放式和交互式，构成可操作、可移植、可伸缩及可交互的分布式仿真体系结构。
仿真系统的"分散"与DCS的"分散"形式相同，又有不同的实际应用。DCS分散的是控制系统的控制功能，将潜在的可能出现的危险、危害降到最低;仿真机一般具有巨大的计算量，其分散的是大量的数据运算过程，借助网络技术使得分布于网络的各个仿真DPU之间实现共工和交互。
为了充分体现这种分布式交互仿真技术，在SIMPANEL的标准配置中提高了网络上各个计算机节点(教练员站、工程师站、操作员站)的档次，形成"分布式强力节点 100M以太网络"的结构体系。繁重的仿真计算过程和数据交互被分散到各个网络节点中进行，大大降低了对计算机性能的苛刻要求，这就使得:
(1)任何一台教练员站、工程师站、操作员站的角色可以相互切换，提高了系统的可用性;
(2)实现仿真机各对象系统的独立建模，提高软件调试效率;
(3)通过分布式节点冗余技术，单个节点故障时可以迅速恢复到正常状态。
这种分布式交互仿真技术完全兼容传统的"中心服务器 计算机节点"的体系，只要将其中的一个节点升级为服务器，即可实现传统的集中式结构体系，将所有控制与过程仿真集中在同一台服务器上运行。
四、全CRT纯软操作
随着计算机、网络技术的发展，特别是DCS系统的发展，电站集控室中的盘台、仪表等设备越来越少，趋向于取消，而代之以全CRT的DCS系统。在此基础上，可以实现取消盘台硬件的全计算机仿真。采用这种方式的仿真系统称之为全CRT纯软操作(CRT-BasedBTGOperator),它为仿真机的发展带来了巨大的进步。在本系统中，利用虚拟DCS的控制系统网络，通过工程师站和操作员站发送指令和接收仿真信息，共享网络上广播的所有数据。
仿真系统采用全CRT监视和操作，能逼真再现操作环境，而且将集控室硬盘台上的各种显示、指示仪表、开关、按钮和光字报警等均用软件设计，以虚拟软盘台方式实现，然后显示在CRT上。就地操作和就地监视数据也都在MMI站上通过CRT纯软操作方式实现。
采用虚拟软盘台技术，以全新的人机界面替代传统的操作盘台，不仅具有良好的用户界面、易于受训人员理解，而且降低了硬件成本，增强了系统维护与扩充的灵活性，提高了性能价格比。基于CRT的虚拟盘台技术，使得投资巨大的仪表盘台、操作器、信号灯、把手、按钮等硬设备能以二维或三维图形的方式再现于屏幕上，利用计算机多媒体技术尤其是动画技术，方便地进行诸如图形、图象、声响以及声光报警等的仿真。系统总体结构如图2所示。

由于采用了这种基于CRT的纯软仿真环境，使得在SIMPANEL系统中实施一机多模显得非常简单;由大屏幕显示器、投影仪等组成的虚拟盘台突破了硬件盘台不能多重使用的局限，提高了仿真机配置的灵活性。多模切换时，只需将SIMPANEL的软件配置作适当修改，开启、下装相应的SDPU后即可。
五、先进的管理功能
SIMPANEL涵盖了一般仿真系统的所有功能，包括数据的读取与保存、模型的运行与停止、模型的冻结与解冻、模型运行速度调整、故障设置、回退、追忆、运行状态显示等。另外，它还有一些新的功能，如多级冻结功能，可以实现对整个仿真系统(多个DPU)、单个DPU、单个设备模块的任一级冻结;又如在线调试、在线仿真功能，不但可以实现模型的自动生成，而且不需编译就可完成诸如数据显示、数据修改等仿真调试工作。
六、结束语
胜利电厂选用的新华控制工程有限公司基于DCS的新型分散式仿真机，全部采用了DCS一体化的软硬件结构，画面操作和热工组态与集控室现场完全一致，充分体现了分散式仿真机“量身定做”的特点，取得了很好的培训效果。
基于虚拟的仿真策略具有投资省、维护工作量小、系统灵活、便于升级等特点;图形图象、多媒体、虚拟现实等技术的应用，使得虚拟系统可以达到实体仿真的培训效果。从发展的角度看，这种仿真策略必将是今后的开发趋势。