核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法，该方法包括步骤：步骤一、建立热工模型；步骤二、建立控制系统模型；步骤三、组建实物DCS系统；步骤四、建立实时交互数据库；步骤五、进行半实物仿真平台的核电厂各种稳态、瞬态工况调试。本发明专利技术将工业DCS组态和机柜应用到核电站控制系统仿真平台，使得核电站控制系统仿真平台可以更加接近实际DCS现场控制模型，可以用对控制系统进行优化设计以及验证分析，还可以对核电站仪控系统进故障模式及影响进行分析。

Design and implementation of semi physical simulation platform for nuclear power plant control system

This invention discloses a semi physical simulation platform design and implementation method of nuclear power plant control system. The method includes steps: Step 1, establishing thermal model, step two, establishing control system model, step three, forming a physical DCS system; step four, establishing real-time interactive data base; step five, semi physical simulation. Various steady state and transient working conditions of nuclear power plants on the platform are debugged. The application of industrial DCS configuration and cabinet to the simulation platform of nuclear power station control system makes the simulation platform of the nuclear power plant control system more close to the actual DCS field control model. It can be used to optimize the design and verification analysis of the control system, and can also be divided into the fault modes and effects of the nuclear power plant system. Analysis.

【技术实现步骤摘要】
核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法
本专利技术涉及一种平台设计及实现方法，特别是涉及一种核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法。
技术介绍
随着核电工业发展，核电站仿真技术逐渐深入应用到核电工业中，从20世纪到现在，计算机技术、控制与信息技术不断发展并且越来越成熟，核电站控制也由原先的传统模拟仪表控制向全数字仪控及先进控制室系统技术过渡，然而目前核电站仿真系统大多数的研究方面是以纯计算机为主，这种纯模拟方式是将控制系统模型、热工模型仿真都交给计算机来实现，计算机建模很难将仿真对象的特性完全体现出来，特别是控制系统的仿真。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法，其能够将工业DCS组态和机柜应用到核电站控制系统仿真平台，使得核电站控制系统仿真平台可以更加接近实际DCS现场控制模型，可以用对控制系统进行优化设计以及验证分析，还可以对核电站仪控系统进故障模式及影响进行分析，能更加真实的模拟核电厂控制系统与核电厂控制对象之间的各种稳态和动态特性。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种系统半物理仿真平台设计的实现方法，其包括以下步骤：步骤一、建立热工模型；热工模型通过实时交互数据库为控制系统模型以及实物DCS系统提供仿真对象参数；步骤二、建立控制系统模型；完成其它控制系统的仿真，并通过实时交互数据库与热工模型进行数据交互；步骤三、组建实物DCS系统；实物DCS系统作为控制系统的一部分，能够通过实时交互数据库与热工模型进行交互，为仿真平台提供核电站主要控制系统的仿真；步骤四、建立实时交互数据库；所述实时交互数据库为热工模型、实物DCS系统以及控制系统模型提供数据交互平台；步骤五、进行半实物仿真平台的核电厂各种稳态、瞬态工况调试，获得各种工况点数据，并进行初始点的保存。优选地，所述热工模型采用安全分析程序作为模块的核心程序，对象模型包括反应堆本体、蒸汽发生器、稳压器、主泵、汽轮机、系统主要阀门和管道。优选地，所述控制系统模型采用图形化的建模工具完成核电厂的其他控制系统建模，与实物DCS系统共同完成核电厂控制系统整体建模。优选地，所述热工模型和控制系统模型存放在一个单独的仿真数据库，实物DCS系统需要读取或者产生的数据存放在另一个单独的DCS数据库，如果这两个数据库的信号需要相互通信则通过两个桥梁性质的数据库来进行，并且这连个桥梁数据库数据的接收、输出都是单向的。优选地，所述半实物物理仿真平台的核电厂主要采用实物DCS系统实现，其余对象采用计算仿真，构建了具备实际DCS系统特性的半实物物理仿真平台。优选地，所述实物DCS系统采用分布式控制柜，分布式控制柜内安装有传输控制装置、电源、以太网交换机、I/O控制站，实现数据采集、数据处理、回路控制和通信。优选地，所述实物DCS系统利用开放冗余的工业以太网和现场总线作为系统的通讯网络，其实时数据网用于连接传输控制装置与人机接口，负责实时数据的广播、报警、设备状态通告、传递组态信息、控制指令。优选地，，所述实物DCS系统设有虚拟变量和I/O模件，虚拟变量和I/O模件实现仿真模型和实物DCS系统中仿真数值信号和真实物理信号间的信号转换和通信。优选地，所述半物理仿真平台在进行瞬态调试前需要处于某一功率的稳态状态，先对核电站控制系统半实物仿真平台进行稳态调试，然后对核电站控制系统半实物仿真平台进行高功率工况下负荷阶跃降10％的瞬态工况调试，以验证此仿真平台的负荷跟踪能力和调节能力，瞬态引入以下方法：通过改变汽轮机主蒸汽阀门开度，改变汽机负荷，从而让反应堆核功率跟踪汽机负荷的变化，可以对核电站仪控系统进故障模式及影响进行分析。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术将工业DCS组态和机柜应用到核电站控制系统仿真平台，重点关注的核电厂主要控制系统采用实物DCS系统实现，使得核电站控制系统仿真平台可以更加接近实际DCS现场控制模型，可以用对控制系统进行优化设计以及验证分析，还可以对核电站仪控系统进故障模式及影响进行分析，能更加真实的模拟核电厂控制系统与核电厂控制对象之间的各种稳态和动态特性。本专利技术以计算机仿真平台为基础，在计算机仿真平台上嵌入实物DCS系统，实物DCS系统实现核电厂主要控制系统，核电厂系统仿真模型实现核电厂的主要对象模拟。实物DCS系统与热工模型以及控制系统仿真模型(除实物控制器外)通过数据库进行数据和信号的交互，实现核电厂控制系统半物理实时仿真。本专利技术将工业DCS组态和机柜应用到核电站控制系统仿真平台，提高了仿真平台的真实性，为实际的核电厂控制系统调试、优化、验证以及故障分析提供了依据。附图说明图1为本专利技术的所述的半物理仿真平台总体示意图。图2为本专利技术的所述实物DCS系统示意图。具体实施方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。如图1至图2所示，本专利技术核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法包括以下步骤：步骤一、建立热工模型；热工模型可以通过实时交互数据库为控制系统模型以及实物DCS系统提供仿真对象参数；步骤二、建立控制系统模型(除实物控制器外)，完成其它控制系统的仿真，并通过实时交互数据库与热工模型进行数据交互；步骤三、组建实物DCS(分布式控制)系统，实物DCS系统作为控制系统的一部分，能够通过实时交互数据库与热工模型进行交互，为仿真平台提供核电站主要控制系统的仿真；步骤四、建立实时交互数据库，所述实时交互数据库为热工模型、实物DCS系统以及控制系统模型(除实物控制器外)提供数据交互平台；步骤五、进行半实物仿真平台的核电厂各种稳态、瞬态工况调试，在前述四个步骤构建的仿真平台上进行各种稳态和瞬态工况调试，获得各种工况点数据，并进行初始点的保存。方便各种稳态工况下进行负荷阶跃变化、线性变化及甩负荷等瞬态工况模拟，以验证核电站半实物仿真平台控制系统的响应特性。由于采用了实物DCS系统，DCS机柜里面的控制运算是实时进行的，因此核电站控制系统半物理仿真平台采用实时仿真模式，与核电厂控制系统实际运行保持一致，仿真结果更具真实性。所述热工模型采用安全分析程序作为模块的核心程序，对象模型包括反应堆本体、蒸汽发生器、稳压器、主泵、汽轮机等主要设备及系统主要阀门和管道。所述控制系统模型采用图形化的建模工具(如Simulink)完成核电厂的其他控制系统建模，与实物DCS(分布式控制)系统共同完成核电厂控制系统整体建模。实物DCS系统(模拟核电厂主要控制系统)和计算机仿真实现的控制系统(模拟其它控制系统)共同形成了核电厂全部控制系统的仿真模拟，这样既实现了控制系统仿真范围的完整性，又实现了关键控制系统的实物仿真。所述热工模型和控制系统模型(除实物控制器)存放在一个单独的仿真数据库，实物DCS(分布式控制)系统需要读取或者产生的数据存放在另一个单独的DCS(分布式控制)数据库，如果这两个数据库的信号需要相互通信则通过两个桥梁性质的数据库来进行，并且这连个桥梁数据库数据的接收、输出都是单向的，确保仿真数据库和DCS数据库数据存储和读取时不会冲突。实物DCS系统与热工模型以及控制系统仿真模型(除实物控制器外)通过实时数据库进行数据和信号的交互，实现核电站控制系统半物理实时仿真平台。在实现过程中，热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电站控制系统半物理仿真平台设计的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立热工模型；热工模型通过实时交互数据库为控制系统模型以及实物DCS系统提供仿真对象参数；步骤二、建立控制系统模型；完成其它控制系统的仿真，并通过实时交互数据库与热工模型进行数据交互；步骤三、组建实物DCS系统；实物DCS系统作为控制系统的一部分，能够通过实时交互数据库与热工模型进行交互，为仿真平台提供核电站主要控制系统的仿真；步骤四、建立实时交互数据库；所述实时交互数据库为热工模型、实物DCS系统以及控制系统模型提供数据交互平台；步骤五、进行半实物仿真平台的核电厂各种稳态、瞬态工况调试，获得各种工况点数据，并进行初始点的保存。

【技术特征摘要】
2017.05.25 CN 20171037995601.一种核电站控制系统半物理仿真平台设计的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立热工模型；热工模型通过实时交互数据库为控制系统模型以及实物DCS系统提供仿真对象参数；步骤二、建立控制系统模型；完成其它控制系统的仿真，并通过实时交互数据库与热工模型进行数据交互；步骤三、组建实物DCS系统；实物DCS系统作为控制系统的一部分，能够通过实时交互数据库与热工模型进行交互，为仿真平台提供核电站主要控制系统的仿真；步骤四、建立实时交互数据库；所述实时交互数据库为热工模型、实物DCS系统以及控制系统模型提供数据交互平台；步骤五、进行半实物仿真平台的核电厂各种稳态、瞬态工况调试，获得各种工况点数据，并进行初始点的保存。2.如权利要求1所述的核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法，其特征在于，所述热工模型采用安全分析程序作为模块的核心程序，对象模型包括反应堆本体、蒸汽发生器、稳压器、主泵、汽轮机、系统主要阀门和管道。3.如权利要求1所述的核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法，其特征在于，所述控制系统模型采用图形化的建模工具完成核电厂的其他控制系统建模，与实物DCS系统共同完成核电厂控制系统整体建模。4.如权利要求1所述的核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法，其特征在于，所述热工模型和控制系统模型存放在一个单独的仿真数据库，实物DCS系统需要读取或者产生的数据存放在另一个单独的DCS数据库，如果这两个数据库的信号需要相互通信则通过两个桥梁性质的数据库来进行，并且这...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏飞，毕春雨，贺隆坤，匡波，宋新立，吴国旸，
申请(专利权)人：上海交通大学，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31