新型通訊技術(shù)在600MW仿真機(jī)中的應(yīng)用(涉及ABB SemAPI).doc

新型通訊技術(shù)在600MW仿真機(jī)中的應(yīng)用（涉及ABB SemAPI）王劍平 浙江嘉華發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江，杭州，310009摘要: 本文介紹了一種采用OPC通訊和ICI+SemAPI通訊兩種方式相結(jié)合而形成的一種新型通訊技術(shù)，用于仿真機(jī)與ABB DCS(Symphony)的CONDUCTOR NT操作員站間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，不但滿足仿真機(jī)實(shí)時(shí)要求，并實(shí)現(xiàn)DCS監(jiān)控畫面和邏輯拷貝到仿真機(jī)上直接轉(zhuǎn)換使用，與現(xiàn)場高度一致，為培訓(xùn)人員提供了逼真的培訓(xùn)環(huán)境。關(guān)鍵詞: 仿真機(jī) 新型通訊技術(shù) 1、引言 浙江嘉興發(fā)電廠二期（4X600MW)工程是國家和浙江省十五期間重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，通過對(duì)國內(nèi)仿真機(jī)用戶和生產(chǎn)廠家充分調(diào)研后，確定仿真機(jī)的設(shè)計(jì)思路：以工程3和5火電機(jī)組為仿真對(duì)象研制開發(fā)了一套具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的一機(jī)雙?；痣姍C(jī)組仿真機(jī)。仿真機(jī)采用非激勵(lì)方式，將實(shí)際DCS監(jiān)控畫面不經(jīng)任何修改直接拷貝到仿真機(jī)上使用，實(shí)際DCS控制邏輯的組態(tài)信息通過仿真機(jī)直接轉(zhuǎn)換，從而在仿真機(jī)上實(shí)現(xiàn)監(jiān)控畫面和邏輯與現(xiàn)場高度一致，為培訓(xùn)人員提供了逼真的培訓(xùn)環(huán)境。本仿真機(jī)系統(tǒng)采用華仿科技有限公司STAR-90/for Windows 2000圖形化仿真支撐系統(tǒng)開發(fā)仿真模型。仿真機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用高速、可靠的以太網(wǎng)，由高性能的DELL POWEREDGE 4600服務(wù)器、DELLL系列PC機(jī)、Intel 100M網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（HUB）、網(wǎng)纜及Intel 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)適配器組成。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用通用的TCP/IP協(xié)議。仿真機(jī)主機(jī)通過與實(shí)際機(jī)組相同的操作員站和工程師站（北京ABB貝利控制有限公司的Symphony 系統(tǒng)的Conductor NT操作員站和COMPOSER工程師站）的通訊，組成仿真機(jī)系統(tǒng)。仿真機(jī)系統(tǒng)原則性配置如圖1。 2、Symphony系統(tǒng)簡介Symphony系統(tǒng)是ABB貝利公司于九十年代中期推出，融過程控制和企業(yè)管理為一體的過程集散控制系統(tǒng)。Composer NT 是Symphony系統(tǒng)的工程師站，Conductor NT操作員站是Symphony系統(tǒng)的人機(jī)接口設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)接口和控制系統(tǒng)建立通訊，為操作員和維護(hù)人員提供所有生產(chǎn)過程系統(tǒng)參數(shù)。它支持OPC通訊，可作為OPC Client。過程控制功能提供了監(jiān)視單個(gè)過程變量和設(shè)備的能力，以及完成設(shè)備手動(dòng)和自動(dòng)控制方式的能力。其主要的過程控制功能塊是：1）遠(yuǎn)程控制存儲(chǔ)器面板（RCM）：該面板表示了MFP中一個(gè)RCM功能塊，提供了復(fù)位和置位功能(如負(fù)荷的保持HOLD和進(jìn)行GO)，觸發(fā)儲(chǔ)存器去控制一個(gè)過程設(shè)備，同時(shí)一個(gè)RCM標(biāo)簽可以用來監(jiān)視和控制這個(gè)功能塊的輸出。2）遠(yuǎn)程手動(dòng)設(shè)定常數(shù)面板（RMSC）：該面板表示了MFP中一個(gè)RMSC功能塊，提供插入一個(gè)用在過程控制組態(tài)中的常數(shù)值，同時(shí)一個(gè)RMSC標(biāo)簽可以用來監(jiān)視和控制這個(gè)功能塊的輸出。3）多狀態(tài)設(shè)備驅(qū)動(dòng)器面板（MSDD）：MSDD功能塊有三個(gè)單獨(dú)的輸出條件供給三狀態(tài)過程設(shè)備控制（有時(shí)只有二個(gè)狀態(tài)），一個(gè)MSDD標(biāo)簽可以同時(shí)用來監(jiān)視和控制這個(gè)功能塊的輸出。主要用于電機(jī)的起停、閥門的開關(guān)和開關(guān)的分合，包括測(cè)點(diǎn)的選擇。此外MSDD增加了確認(rèn)功能（ENTER）。4）M/A站控制面板（STATION）：M/A站控制面板所對(duì)應(yīng)的功能塊為FC80。大量使用在過程調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，如溫度調(diào)節(jié)、風(fēng)量控制、水位調(diào)整。3、問題的提出仿真機(jī)主機(jī)采用Windows 2000操作系統(tǒng)。由于ABB公司的Symphony系統(tǒng)的操作員站采用CONDUTOR NT，雖支持OPC通訊，可作為OPC Client。但僅支持OPC STATION、OPC MSDD、OPC ANALOG、OPC EXTEND ANALOG、OPC DIGITAL、OPC TEXT六種類型，不支持機(jī)組DCS實(shí)際組態(tài)過程中使用的RCM、RMSC等數(shù)據(jù)類型OPC通訊。其提供的環(huán)路通訊方式采用環(huán)硬件ICI03和接口軟件SemAPI方式向環(huán)路寫數(shù)據(jù)，但僅支持ANALOG、DIGITAL、RCM、RMSC、STATION五種標(biāo)簽類型，不支持電廠控制中特別重要的MSDD標(biāo)簽類型，因此不能滿足操作員站和仿真機(jī)主機(jī)之間的實(shí)時(shí)通訊要求。我公司仿真系統(tǒng)立項(xiàng)時(shí)的原則要求是：數(shù)據(jù)庫10000點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊；能將參照機(jī)組DCS系統(tǒng)有關(guān)畫面修改的電子組態(tài)文本，經(jīng)過仿真機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)編譯轉(zhuǎn)換，直接被仿真機(jī)系統(tǒng)使用，而無需再次人工編程組態(tài)或重新修改畫面。從而達(dá)到仿真機(jī)操作員站的顯示畫面應(yīng)與參照機(jī)組DCS的CRT顯示畫面完全一樣。顯然現(xiàn)有的仿真系統(tǒng)滿足要不了要求，需要探討和研究新型通訊技術(shù)，來提高仿真度，實(shí)現(xiàn)我公司仿真系統(tǒng)目標(biāo)。4、原方案分析為了實(shí)現(xiàn)仿真機(jī)主機(jī)與操作員站間的實(shí)時(shí)通訊要求，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，與ABB貝利公司就仿真機(jī)與操作員站通訊，可能采用的兩種解決方案（OPC通訊方式和ICI+SemAPI通訊方式）的優(yōu)缺點(diǎn)和存在的問題進(jìn)行了全面分析和論證：41 OPC通訊方式 采用OPC通訊方式，ABB公司每個(gè)Conductor NT的OPC CLIENT最大容量為3000標(biāo)簽，由ABB公司提供三臺(tái)Conductor NT Server加3套OPC Client軟件，由華仿科技開發(fā)OPC Server，以完成二者數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互?，F(xiàn)場實(shí)際DCS總標(biāo)簽數(shù)不超過10000點(diǎn)，將系統(tǒng)中不必要的標(biāo)簽刪除、將同一信號(hào)不同測(cè)點(diǎn)的標(biāo)簽歸并簡化后，整體系統(tǒng)的DCS的標(biāo)簽數(shù)可以限制在9000以內(nèi)，三臺(tái)Conductor NT Server之間共享分布式數(shù)據(jù)庫，這樣采用3臺(tái)Conductor NT服務(wù)器基本滿足仿真要求。存在的問題主要在于實(shí)際機(jī)組現(xiàn)場DCS組態(tài)過程中常用的RCM（250余個(gè)）、RMSC（50余個(gè)）等類型不能支持OPC通訊。盡管RCM、RMSC等不能支持OPC通訊的標(biāo)簽類型可以分別拆解成模擬量和數(shù)字量方式來傳送，帶來的負(fù)面影響就是占用更多的標(biāo)簽點(diǎn)，并且CRT畫面中涉及這些標(biāo)簽類型的畫面必須進(jìn)行重新定義，使得該部分畫面與現(xiàn)場的畫面稍有差別。每次現(xiàn)場畫面和數(shù)據(jù)導(dǎo)入仿真系統(tǒng)后都要對(duì)部分畫面進(jìn)行修改，雖不會(huì)影響仿真機(jī)的正常培訓(xùn)使用，但這與原合同中要求的“實(shí)現(xiàn)實(shí)際DCS畫面不經(jīng)任何修改就能用于仿真機(jī)”有差異。42 ICI+SemAPI通訊方式ICI+SemAPI通訊方式是ABB貝利公司用于DCS操作員站和工程師站與環(huán)路的通訊方式，由于該方式通訊向環(huán)路寫數(shù)據(jù)僅支持ANALOG、DIGITAL、RCM、RMSC、STATION五種標(biāo)簽類型，而不支持電廠實(shí)際控制中特別重要的MSDD標(biāo)簽類型，電廠設(shè)備（如閥門、馬達(dá)、電氣開關(guān)等）均需要使用該標(biāo)簽，因此必須加入一個(gè)PCU（MFP+NIS+ NPM）才能實(shí)現(xiàn)通訊連接。采用上述方案后，DCS操作員站與STAR-90仿真支撐系統(tǒng)之間的通訊程序分雙通道進(jìn)行，通道一是MFP+NIS+NPM+C UTILITY（接口程序）通道，通道二是ICI+SemAPI通道。其存在的問題是若采用PCU+CUP通訊方式，完成全部MSDD的功能，則其中所有MSDD標(biāo)簽的環(huán)路地址（PCU、MODULE、BLOCK）都要修改，這種修改是在Conductor NT的標(biāo)簽庫中進(jìn)行。這樣會(huì)帶來的后果是：當(dāng)現(xiàn)場DCS畫面及組態(tài)修改后，需要進(jìn)行該數(shù)據(jù)庫的重新修改，相關(guān)的畫面也需要重新修改，與原合同要求的實(shí)現(xiàn)實(shí)際DCS畫面不經(jīng)任何修改就能用于仿真機(jī)也有差異，而且要增加不少投資。該方式與華仿科技應(yīng)用于吳涇第二發(fā)電廠仿真機(jī)激勵(lì)式小DCS系統(tǒng)的方案類似，但不完全一樣，吳涇第二發(fā)電廠仿真機(jī)激勵(lì)式小DCS系統(tǒng)采用MFP+NIS+ NPM+ICI+SEMAPI的方式，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)在MFP中運(yùn)行的效果，并與STAR-90仿真支撐系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊。但該方案在華仿科技的實(shí)踐過程中，發(fā)現(xiàn)在仿真機(jī)向INFI-90寫入數(shù)據(jù)過程中速度偏慢，而且為了實(shí)現(xiàn)MSDD標(biāo)簽的通訊問題需帶來較大的硬件、軟件費(fèi)用增加，得不償失。5新型通訊方式 經(jīng)過對(duì)OPC方式和ICI+SemAPI方式兩種方案的分析，我們探討、研究并實(shí)施了采用兩種方式相結(jié)合的技術(shù)方案，即同時(shí)使用OPC方式和ICI+SemAPI方式。其中Conductor NT加OPC Client方式，主要目的是傳送MSDD標(biāo)簽類型，解決原方案2中存在的問題； ICI03加SemAPI方式，傳送其他標(biāo)簽類型，解決原方案1中RCM等標(biāo)簽的通訊問題。如圖2所示，仿真系統(tǒng)服務(wù)器通過SCSI接口與Infi90數(shù)據(jù)環(huán)路連接，使用ABB提供的軟件接口SemAPI函數(shù)庫編程實(shí)現(xiàn)讀寫Infi90環(huán)路數(shù)據(jù)。裝有ABB 公司Conductor NT Server、Conductor NT Client和Composer軟件的三臺(tái)PC機(jī)與仿真服務(wù)器通過100M以太網(wǎng)連接，同時(shí)裝有Conductor NT Server軟件的PC 機(jī)通過SCSI和INICI03接口與Infi90數(shù)據(jù)環(huán)路連接。此方案的最大優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)現(xiàn)場DCS畫面及組態(tài)修改后，不需重新組態(tài)，不需進(jìn)行該數(shù)據(jù)庫的重新修改，畫面可以達(dá)到與現(xiàn)場一致，滿足合同規(guī)定的“不需修改就能用于DCS操作員站”的要求。解決了第一、二種方案中畫面和數(shù)據(jù)庫的問題。盡管寫環(huán)路數(shù)據(jù)較慢，每秒最多只能寫1500個(gè)點(diǎn)，但我們?cè)谲浖胁捎美鈭?bào)告方法，只有當(dāng)某個(gè)模擬量數(shù)值變化了0.1%以上或數(shù)字量發(fā)生變化，才進(jìn)行該點(diǎn)的寫操作，從而大大提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。6通訊軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)6.1 SemAPI協(xié)議通訊如圖3所示，Composer微機(jī)既是工程師站，可以修改熱工控制邏輯，同時(shí)也具有數(shù)據(jù)通訊的功能。如圖3所示，Composer微機(jī)通過SCSI電纜連接在Infi90數(shù)據(jù)環(huán)路，并通過以太網(wǎng)與仿真服務(wù)器連接。Composer微機(jī)上安裝了ABB公司的SemAPI運(yùn)行庫和開發(fā)庫，使用Microsoft VC+進(jìn)行編程開發(fā)數(shù)據(jù)通訊軟件對(duì)Infi90數(shù)據(jù)環(huán)路進(jìn)行讀寫 仿真服務(wù)器與操作員站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換基本思路：仿真服務(wù)器上運(yùn)行一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用程序，在仿真服務(wù)器數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)取出數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紺omposer微機(jī)，Composer微機(jī)上運(yùn)行一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用程序，接收到數(shù)據(jù)，調(diào)用SemAPI接口函數(shù)，對(duì)Infi90數(shù)據(jù)環(huán)路進(jìn)行寫操作；操作員站通過接口對(duì)數(shù)據(jù)環(huán)路發(fā)生變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀操作，更新畫面的數(shù)據(jù)顯示。用戶在操作員站的操作，通過接口寫入數(shù)據(jù)環(huán)路，Composer微機(jī)調(diào)用接口函數(shù)讀出數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到仿真服務(wù)器，寫入仿真模型數(shù)據(jù)庫。通過SemAPI接口讀寫的數(shù)據(jù)類型有RCM、RMSC、Digital和Analog。6.2 OPC協(xié)議通訊ABB公司的Conductor NT提供了OPC數(shù)據(jù)客戶端，只要按要求在Conductor NT上建立和配置OPC標(biāo)簽，就可以與標(biāo)準(zhǔn)OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。通過OPC接口讀寫的數(shù)據(jù)類型主要有MSDD、Station和Analog。OPC服務(wù)器運(yùn)行在仿真模型服務(wù)器上，通過內(nèi)存共享方式與仿真模型交換數(shù)據(jù)。OPC服務(wù)器使用林柯公司OPC服務(wù)器快速開發(fā)工具，用Microsoft VC+進(jìn)行編程開發(fā)實(shí)現(xiàn)。6.3 數(shù)據(jù)庫處理軟件為了實(shí)現(xiàn)整體標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫的分離需要一個(gè)數(shù)據(jù)庫處理軟件，當(dāng)現(xiàn)場標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫修改后，可以將OPC通訊方式標(biāo)簽與SemAPI通訊方式標(biāo)簽區(qū)分開來。7、調(diào)試和使用情況嘉電二期600MW仿真機(jī)項(xiàng)目（一機(jī)雙模）于2003年8月中旬啟動(dòng)，到2004年1中旬，所有硬件設(shè)備全部安裝到位，2月中旬3機(jī)組模型調(diào)試結(jié)束并投入試培訓(xùn)，#5機(jī)組模型于2005年1月中旬投入試培訓(xùn)。整個(gè)項(xiàng)目僅用了六個(gè)月時(shí)間（除去國慶、元旦和春節(jié)長期），就完全滿足了最初的建設(shè)要求（在實(shí)際機(jī)組投產(chǎn)之前使用仿真機(jī)）和合同確定的各項(xiàng)指標(biāo)。其經(jīng)驗(yàn)就是我們采用了新型的通訊技術(shù)和多項(xiàng)仿真新技術(shù)，同時(shí)借助高精度的機(jī)、電、爐本體仿真模型和與現(xiàn)場一致的仿真控制模型有機(jī)結(jié)合，形成了仿真程度高、培訓(xùn)效果好的仿真模型，達(dá)到了建設(shè)周期短、投資少的目的。在仿真機(jī)調(diào)試期間，我們檢查了從現(xiàn)場拷貝來的所有監(jiān)控畫面，在對(duì)