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              版權所有?北京大風天利科技有限公司

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              仿真系統

              產品名稱

              仿真系統

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              一、電站仿真系統   隨著電站自動化程度的提高和DCS的大量應用,熱控人員在DCS的運行、組態與調試能力的培訓方面日益重要起來。傳統培訓仿真機大都包含對DCS系統的仿真,其主要作用是維持機組的正常運行以配合對運行人員的培訓,不可能用于熱控人員的培訓。為了滿足熱控人員和運行人員的培訓需求,我們提出了一種以DCS為核心的仿真培訓系統,并稱之為新型電站仿真系統。 二、優勢與特點   1. 三十年的工程錘煉,模型穩定、精度高   2. 支持以一機多模,實現多流程仿真   3. 完全圖形化建模,開發周期短   4. 豐富的教練員功能,多樣化的教學手段   5. 建模工具產品化,用戶可自行修改仿真模型   6. 即可用于人員培訓,又可用于系統校驗   7. 科學的評分系統,合理的考核方法   8. 專業的服務團隊,一流的技術支持 三、DCS仿真方案   1. 虛擬DPU方式   2. 翻譯方式   3. 組態方式 四、硬件的構成及典型布局(以虛擬DPU方式為例)   1. 模型服務器   運行仿真支撐系統、各系統的仿真模型、OPC通訊軟件、教練員站軟件以及評分系統。   2. 虛擬DPU站   運行虛擬DPU軟件,實現DCS控制邏輯的仿真,并通過OPC通訊軟件與模型服務器進行數據通訊。   3. 工程師站   安裝仿真模型組態文件及DCS組態文件,用于汽機、鍋爐、電氣模型及DCS控制邏輯的修改。   4. DCS操作員站   運行實際機組DCS的人機界面軟件,通過網絡與虛擬DPU站進行數據通訊。   5. 就地操作員站   運行實際機組DCS的人機界面軟件,模擬就地操作。通過網絡與虛擬DPU站進行數據通訊。   6. 輔助設備   投影儀及屏幕、音響、打印機、UPS電源等。    ? 五、產品規格 ? ? 超臨界電站 1000MW 超臨界電站仿真系統 600MW 超臨界電站仿真系統 330MW 超臨界電站仿真系統 ? 循環流化床電站 600MW CFB電站仿真系統(國家“十一.五”攻關項目) 300MW CFB電站仿真系統 150MW CFB電站仿真系統 135MW CFB電站仿真系統(國內第一套CFB仿真,獲教育部科技進步二等獎) ? 常規電站 600MW 亞臨界電站仿真系統 300MW 亞臨界電站仿真系統 200MW 電站仿真系統 135MW 電站仿真系統 100MW 電站仿真系統 60MW 電站仿真系統 50MW 電站仿真系統 6MW 電站仿真系統 ? 垃圾焚燒電站 15MW CFB垃圾焚燒電站仿真系統(國內第一套CFB垃圾焚燒電站仿真) 12MW 垃圾焚燒電站仿真系統(國內第一套垃圾焚燒電站仿真) ? 新能源及潔凈能源電站 水力發電仿真系統 風力發電仿真系統 太陽能發電仿真系統 生物質發電仿真系統 ? 聯合循環電站 9F級燃氣-蒸汽聯合循環電站仿真系統 9E級燃氣-蒸汽聯合循環電站仿真系統 6B級燃氣-蒸汽聯合循環電站仿真系統 ?
              一、背景   隨著工業鍋爐的大型化,其控制系統也越來越復雜。同時對操作人員的要求也越來越高。操作人員除了需要熟悉操作規程外,還需要快速處理運行當中出現的各種故障。本軟件不但提供常規的操作,也提供大量的現場故障,供操作人員進行反事故的演習,以提高他們的操作技能和事故處理能力。    ? ? 二、特點   1.采用圖形化自動建模方法和實時流體網絡算法,建立工業鍋爐仿真動態模型   2.實現全工況的1:1仿真,包含水處理的仿真   3.全DCS畫面以及就地畫面實現人機的完美交互   4.可提供現實感更強的3D人機交互界面   5.上百個故障的仿真模擬   6.自帶評分系統,可實現對操作人員能力的考核    ?    ? 三、規格 ? 鍋爐仿真教學培訓軟件 DHL29工業鍋爐仿真培訓系統 SZL29工業鍋爐仿真培訓系統 3D工業鍋爐仿真培訓系統軟件 (采用3D虛擬現實技術) 3D工業鍋爐仿真培訓系統 鍋爐安全運行 計算機仿真培訓系統 WNS4?燃油鍋爐仿真培訓系統 WNS4?燃氣鍋爐仿真培訓系統 DZL4?工業鍋爐仿真培訓系統 QXL2.8?熱水鍋爐仿真培訓系統 SHL4?工業鍋爐仿真培訓系統 SG50_NDS_27型 注汽鍋爐仿真培訓系統 CFB10?循環流化床鍋爐仿真培訓系統 RZTGL3?液相有機熱載體爐仿真培訓系統 155T?燃煤電站鍋爐仿真培訓系統
              一、軟件的研究背景及意義   我國煤礦數目眾多,儲量豐富,但是由于我國煤層賦存和地質條件復雜多樣,并且煤炭生產95%以上是井下工作,因而容易受瓦斯突出、火災、瓦斯爆炸等礦井災害的嚴重威脅。我國煤礦尚未實現對各種災害事故的有效控制,重特大惡性礦井事故仍時有發生,特別是近些年來,由于電力用煤需求的大幅增加,煤礦往往是超負荷開采,管理上也有些松懈,煤礦事故發生的頻率大大增加,造成了嚴重的人員傷亡和財產損失。同時由于煤礦礦井系統是十分復雜,而新進礦井工人往往需要很長一段時間才能逐漸熟悉礦井的相關系統,這無疑給礦井安全造成了一定的不利影響。雖然現在煤礦礦井中已經安裝了一些自動監測和控制系統,但這些系統的作用往往只能用來監測礦井在正常工作時的狀態以及在事故發生后,進行一些相關的分析,無法預知在某些災害發生后礦井中的狀態,無法確定出在災害發生后,礦井中的危險區域和安全區域,也就無法給礦井工作人員的逃生提供指導。   針對我國較多的煤礦災難事故,國家逐漸重視對煤礦的安全生產重視起來。在煤炭科學研究總院重慶分院的組織下,國家在2006年審批并通過了一項“十一五” 國家科技支撐計劃項目——煤礦瓦斯、火災與頂板重大災害防治關鍵技術,而清華大學的 由長福教授 作為專題負責人承擔了“瓦斯煤塵爆炸預防及繼發性災害防治關鍵技術”。專題的研究目標之一就是通過建立動態的井下通風網絡系統來對當瓦斯突出、瓦斯爆炸、冒頂等災害發生時,礦井中的瓦斯擴散,壓力傳播,溫度改變等情況進行研究,以期發現各種災害條件下,礦井中的風流運移規律以及災害擴大的程度和所需用的時間。   正是在這樣的背景下,在項目的資助下,由清華大學熱能工程系和北京大風天利科技有限公司聯合進行軟件的開發。在此研究的基礎上,通過模擬礦井在不同災難條件下的工況,就可以對災害條件下,礦井中的狀態進行準確判定,清楚了解各種災害條件下礦井中的危險區域和安全區域,為礦井工作人員的逃生提供指導。同時,通過對煤礦系統的控制系統的模擬,可以對礦井工作人員進行培訓,使其在礦井中發生災害時,能夠及時地采取相應措施,及時避免災難的擴大,最大程度保護礦井工作人員的生命安全。而通過軟件的模擬,在得知礦井在災難條件下的危險區域后,在礦井正常工作時,要對這些區域進行重點監測和安全隔離措施,同時指出逃生路線,在適當的區域設立避難的場所。軟件的開發對煤礦的安全生產以及在災難發生后,最大程度地降低災難的危害程度和保存工作人員的生命提供了重要指導。 二、軟件的特點及功能   在清華大學熱能工程系與北京恒和大風軟件技術有限公司的聯合研究下,軟件已經基本開發完成,并可以在客戶有需求的情況之下再進行擴展,實現某些特殊的功能。軟件的主要特點如下:   1.仿真模型精度高   管道瓦斯計算的數學模型是在最新的理論研究基礎上建立起來的仿真數學模型,為了驗證該軟件的仿真精度,科研小組在清華大學建立了一個礦井的實驗平臺,通過不斷的在平臺上做全工況實驗,獲取不同運行工況下的數據,并利用實際的數據對數學模型進行不斷的驗證和修訂,確認了最終的仿真算法。   2.畫面形象   該仿真軟件的畫面能夠動態的顯示礦井的巷道內部瓦斯的濃度和該處的溫度,瓦斯的濃度用管道顏色的深淺來表示,顏色越深表示該處的濃度越大,顏色越淺表示瓦斯的濃度越小,如下圖所示:    ?   下圖是一個礦井系統瓦斯仿真的完整的系統圖,該狀態是瓦斯正在擴散的一個過程,在擴散的過程中,通過畫面我們就能很好的通過顏色的深淺來判斷瓦斯濃度的高低,在一些關鍵的點,該仿真軟件還可以自由的設定該處的報警值,當該處的瓦斯濃度達到報警值時,可以通過聲光報警來提醒人員注意。   模型的搭建方法:在通過對煤礦礦井通風系統的了解,對其進行分割部分處理之后,可以運用軟件中所提供的三種模塊,按照所劃分巷道的形式選擇相應的巷道模塊進行礦井通風系統的搭建,整個過程簡單方便。在系統搭建完成之后,仿真系統與實際礦井系統便緊密對應聯系起來,能夠形象地表示礦井系統。    圖2: 仿真系統圖 ?   3.模塊化建模   模塊化建模是將實際對象中獨立的物理設備作為基本研究對象,講大系統分解為數目合理、容易處理的基本部件,以一種規范化的標準建立這些基本部件和設備的數學模型,再將其開發成通用的基本模塊,然后將這些模塊進行連接組態,形成整個系統的仿真模型。   根據煤礦礦井巷道的特點,軟件將其主要分為三類:普通巷道、匯流巷道和分流巷道,并根據能量和質量守恒定律,分別建立這三種類型巷道的仿真模型如下:   a) 通過判斷進出后壓力,確定流動情況。該模型是模擬煤礦中大多巷道的模塊,其主要功能是計算巷道內壓力、溫度、流量、瓦斯濃度等參數的變化。下圖為普通巷道模型:    ?   b)通過判斷上下級巷道模塊的流量信息,充分分析巷道流動中在匯流處發生的所有倒流情況,并執行相應的功能,主要功能是在每一個時間步長,計算出分流模塊內已經均勻的壓力,溫度、流量和瓦斯濃度并傳遞到相應的上級或下級模塊。    ?   c)與匯流模塊相似,通過分析來自上下級模塊的流量信息進行判斷流動的情況,并執行相應的功能,計算所得的結果傳遞到上級或下級模塊。    ?   4.系統功能強大,擴展性好   當系統搭建完成之后,便可以開展災難條件下,礦井通風系統的模擬仿真。在現有系統的功能基礎上,可以進行瓦斯突出、瓦斯爆炸、頂板破壞等煤礦災害的模擬仿真,能夠計算得到礦井各處的瓦斯濃度、壓力、溫度和流量等重要參數。而在煤礦礦井系統發生變化時,系統能夠被及時做出調整,能夠與煤礦礦井通風系統保持一致。并且可以根據煤礦現場的實際需要,軟件功能進行相應的增加,擴展性能好。   5.仿真過程直觀形象,操作方便   在模擬災難條件下,在界面上能夠形象地表示出瓦斯、壓力以及溫度在巷道中的傳播或傳遞過程,并且能夠看到監測點數據的實時變化,并能繪畫出監測點一些重要參數如瓦斯濃度、壓力和溫度等的實時曲線和歷史曲線,并在瓦斯濃度超過一定值時,提示報警。在進行礦井災難模擬時,工作人員只需要在界面上修改數據,而無需在系統仿真模型界面進行修改,操作方面,特別適合新手進行培訓演練。 ? 三、軟件在現階段能夠完成的功能   1)對礦井工作人員進行培訓   通過模擬礦井災難,提高礦井工作人員的安全意識,并在災難發生后,能夠及時采取有效措施進行控制或者在軟件的指導下,進行逃生路徑的選擇并躲避危險。   2)對危險區域進行預知防范   通過模擬各種類型的礦井災難,在軟件的指導下,清楚了解礦井系統中的危險區域,并在平時生產中加強監控,并在危險區域進行一定的安全設施布置,以在災難發生后能夠及時啟動安全設施,防治災難的進一步擴大。   3)對降低災難危害或盡快消除災難提供指導   通過模擬某種礦井災難發生時礦井內的情況,在軟件嘗試各種辦法尋找控制災難擴大和盡快消除災難的措施,以期找出最快最有效的方法。   4)為在礦井中設置一些避難區域提供指導   通過模擬礦井災難,計算出災難在礦井中波及的范圍以及所需的時間,在災難波及所需時間較短的區域開辟避難場所以保護此區域的礦井工作人員的生命安全。 四、軟件的前景   軟件在現階段所能完成的功能能夠滿足煤礦培訓員工的需求,并在降低災難危害,減少人員傷亡方面提供一定的理論指導。由于軟件的擴展性較好,根據不同用戶的需求,使軟件的功能得到進一步擴展和增強,如實現仿真系統與煤礦地理信息系統以及一些監測系統的連接,從而達到監控的目的等。在我國煤礦數目眾多和礦井災害頻發的背景下,該軟件能夠為煤礦提供一定的幫助,有著廣泛的應用前景。
              一、系統概述   水電站仿真教學培訓系統基于SimuWorks?仿真支撐平臺開發完成,包括水輪發電機系統模型、主變及冷卻系統模型、線路模型、廠用電系統模型、斷路器及刀閘模型、調速系統模型、潮流計算模型、繼電保護模型及發電機故障、主變故障、線路故障及廠用變故障模型。仿真范圍主要針對參照機組的運行過程,包括水輪機、發電機和主變、線路、廠用電系統、輔機系統(包括供水泵、電氣公用系統)等。仿真系統包含了水電站的主要生產過程,可在水電相關專業的理論及實踐教學培訓中起到輔助作用。 二、系統功能   1.系統人機界面方便友好。操作員站的界面及操作,實際與水電站中控室操作員站相同,能改變外部參數、調用工況、設置故障,可滿足不同培訓場合的需要。   2.本系統可對學員進行多種類型的操作培訓及理論培訓:   1)正常運行操作過程(手、自動開停機操作、同期操作、負荷調整、輸電線路的停電、送電操作等)培訓;   2)異常運行操作過程培訓;   3)緊急事故處理操作培訓;   4)計算機監控系統培訓;   5)主要機械和電氣設備的現地操作培訓;   6)生產過程運行知識與專業理論培訓。   通過教練員臺提供的技術手段,可以啟動仿真培訓系統,加載初始工況、設置故障,監控培訓過程。   3.中控室操作模擬主要包括各機組的開停機、機端斷路器的分合、機組有功無功的調節、機組同期、機端電壓監視、機組轉速監視、母線開關操作等操作??杀O視整個水電站電氣主設備的運行狀態,包括機組的出力、機端電流、機組勵磁電流、母線開關狀態、母線電壓、全廠光字報警信號等。   4.學員可以在學員站計算機對水電站仿真機進行操作,學習。學員站在計算機上仿真再現了水電站的運行人員的實際工作環境,以及操作過程和對象。仿真系統模擬的中控室涉及到的畫面和現場人員監控操作的中控室畫面一致,基本復制了現場畫面。在中控室外的現地控制柜等系統采用形象的圖形來反映對象的外觀及操作特點??偟膩碚f畫面分為上位機監控畫面、廠房現地柜畫面、開關站畫面、繼保室畫面。在培訓站上的操作和真實電站運行環境相類似,讓學員有身臨其境的感受。 三、硬件組成    圖1 系統硬件結構圖 ?   系統運行方式: 客服端-服務器方式   服務器上運行仿真模型、數據庫軟件、教練員臺,主要完成計算功能。   客戶端運行培訓站軟件,提供人機界面,對計算過程進行監視和控制。   在服務器上可以同時運行多個流程(相當于多臺互不干擾的仿真機),學員分為多個小組,每個小組共享一個流程。此模式適用小組學習討論,如設置為1個流程帶3個客戶端,就可以供3個人作為一組進行配合學習討論。 四、系統畫面組成結構    圖2 監控系統畫面總結構    圖3 上位機監控系統畫面總結構    圖4 全廠監控畫面組成    圖5 1~9號機組監控畫面組成    圖6 廠用電監控畫面組成    圖7 公共系統監控畫面組成    圖8 教練員臺總體結構 ? 五、培訓站仿真畫面介紹   1.開停機流程操作    圖9 開機流程 ?   仿真機提供了多種啟停方式的培訓:自動停機、手動停機、自動開機、手動開機、半自動開機。   2.水系統操作畫面    圖10 機組供水系統主用供水閥門操作 ?   機組技術供水系統為單元供水,系統有兩種供水方式:減壓供水、水泵供水。正常運行時以減壓供水為主用供水,水泵供水為備用供水。 機組冷卻水系統具有正反向供水功能,以防機組冷卻器堵塞。 六、應用范圍   水電站仿真教學培訓系統利用計算機仿真技術模擬真實水電站的生產過程,并提供真實的培訓環境(水電站中央控制室),可對學員進行水電站正常工況運行操作過程培訓、水電站異常工況運行操作過程培訓、水電站事故處理操作培訓、水電站監控系統操作培訓。   水電站仿真教學培訓系統在西藏職業技術學院和云南能源職業技術學院已得到良好的應用,很大程度地提高了學生對水電站生產過程的認知,強化了對水電站正常運行、事故處理等技術的實操水平,對于提升學生的就業實力可以起到良好的促進作用。
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