[发明专利]核电站控制系统半物理仿真平台设计及实现方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。