借助于分布式模拟硬件对发电站模拟的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于借助于分布式模拟硬件来模拟发电站过程和为其自动化提供的自动化解决方案(发电站模拟)的方法，特别地一但未必排他地一涉及用于测试目的的发电站模拟的方法。例如，该方法还适合于训练目的。
【背景技术】
[0002]对应于发电站过程的特定时间要求的精确重建是任何发电站模拟的目的。可以仅借助于又要求强大的计算机的复杂的软件功能来实现该目的。通常，首先包含发电站过程的过程工程模拟和其次包含控制工程装置/硬件的仿真的这些功能被执行在(单个)计算机上。两个功能(模拟和仿真)被紧密地耦合并且在这种类型的单个计算机内部彼此交换数据。在这种情况下，模拟、仿真、数据交换和耦合各自专有。因此，目前每个发电站模拟都是唯一的。这也尤其由基于过程工程模拟的提供者的因项目的不同而改变的各自使用的操作系统和/或编程语言造成。
[0003]在发电站模拟的情况下，仿真控制工程装置所要求的软件需要与在每种情况下以项目特定为基础的发电站过程的仿真相匹配。这不但与各自使用的操作系统有关，而且与数据的交换和整合到过程工程模拟的软件功能中有关，也就是说，使用过程模型来重建相应的物理过程。这种紧耦合对于控制工程仿真的生产者具有相当大的劣势。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的目的在于提出一种用于基于控制工程仿真的发电站模拟的方法，该控制工程仿真独立于相应模拟的特定性能。使用标准化数据交换以与过程模型的生产者的过程工程模拟进行通信并且独立于各种操作系统的仿真满足该目的。
[0005]利用具有权利要求1中的特征的模拟方法来相应地实现上述目的。在这种情况下，特别地用于测试目的的发电站模拟的方法具有以下的规定:借助于分布式模拟-仿真硬件(后续被简称为模拟硬件或模拟系统，其包括至少一个仿真单元和至少一个模拟单元，即计算机等)来影响发电站模拟。在至少一个模拟单元上实例化相应的过程模型。在所述或每个仿真单元上实例化至少一个仿真部件。当执行该方法时，每个仿真部件仿真设备(例如，以可编程逻辑控制器(PLC)形式的自动化系统)或者控制工程装置的功能。以对所有的仿真部件共同的周期以及共同的时基来周期地执行每个仿真部件。相应的周期由相应的仿真部件自动地使用以形成针对时间戳的值。该时间戳对时间信息进行编码。举例来说，这样的时间信息是随着每个新的周期递增或递减的计数器的瞬时值。在模拟操作的过程中根据恰当的命令由每个仿真部件保存的数据包被自动地提供有相应的时间戳，并且数据包所包括的数据根据规定的格式而被组织，并且包括信号图，即由针对相应的仿真部件的过程模型生成的所有数据的总量，以及由相应的仿真部件向过程模型输出的所有数据的总量。在这种情况下，信号图包括模拟数据和/或数字数据，以及在模拟数据的情况下存储的相应的数据的数字等同物。
[0006]本发明的优点首先在于分布式模拟硬件、个体硬件单元的使用，也就是说至少第一仿真单元和第二仿真单元以及具有过程模型的至少一个模拟单元，这些单元被通信地互相连接，并且以本身根本上已知的方式经由相应的通信连接来交换数据。迄今为止，模拟(过程模型)和仿真(过程工程装置、自动化硬件)的刚性耦合因此被偏移，并且从短期来看过程工程仿真的生产者可以专注于相应的仿真单元，并且如此一来规定分别使用的计算机硬件，使得在硬件领域中对开发进展的连续匹配成为可能。此外，仿真可以涉及未必需要与为执行过程模型提供的操作系统或编程语言/环境相同的操作系统和编程语言/环境的使用。该去耦合因此允许用于在软件领域中对开发进展的连续匹配的选项。
[0007]分布式模拟硬件还允许在相对严格的时间限制(例如，10ms的周期)下执行发电站模拟。发电站模拟需要实时地并且以足够短的周期运行。该周期必须由过程模型和仿真二者监测。只有当遇到这种情况，实际上才可以确保根据特定命令由个体仿真部件存储的数据包之间的一致性。由于每个存储的数据包被提供有由相应的仿真部件自动生成的时间戳并且与该时间戳一起被存储，因此个体数据包之间的附属关系可以被自动确定。基于所存储的数据包之间(即在由模拟系统所包括的仿真部件存储的数据包之间)的这种自动地可确定的附属关系，可以在某种程度上在周期精确的基础上在稍后时刻恢复模拟的冻结状态(一致地)。为此，时间戳用于自动地确定所附属的数据包，并且再次向相应的仿真部件并且向过程模型提供这些数据包所包括的数据。
[0008]发电站装置的复杂度现今意味着必需的结果是用于模拟系统的对应的复杂度。在这种情况下，复杂度的一个方面仅仅是在模拟系统中也被映射的自动化硬件中的设备的纯数目。同样对于真实硬件或预计的硬件(原始系统)，仿真重建了原始系统所包括的设备和单元，例如，可编程逻辑控制器、局部场设备等，即以相应的仿真部件的形式。在这种情况下，自动化水平的仿真以不变的形式使用由工程系统产生的自动化软件，并且在重建的自动化水平的情境内对其进行编辑。每个仿真部件因此执行为其真实或者预计的配对物提供的自动化软件。这涉及与原始系统类似的方式通过相应的仿真部件来周期地编辑模拟系统内的自动化软件的性能，该相应的仿真部件充当被称为用于该目的的软PLC，例如，也就是说包括至少一个以解译器(PLC解译器)形式的软件功能，所述软件功能意在并且被建立用于将PLC程序的计算机代码指令转换为可以由仿真部件的相应的目标硬件和其中的微处理器执行的程序代码指令。在这种情况下，根据项目规划来在基本周期或者在多个基本周期中执行程序编辑。
[0009]为了用于状态的后续恢复的目的而保存模拟系统的状态，要求与其有关的数据的捕获和可取回的存储。原则上，系统以及因此模拟系统的特性状态的标识要求相当大的努力，并且首先必须针对每个系统执行相应状态的个体标识。这里所提出的方法因此采用了不同的路径，并且为要被存储的相应的信号图做出规定。每个信号图包括由针对相应的仿真部件的过程模型生成的所有数据的总量，以及由相应的仿真部件被输出或者向过程模型输出所需的所有数据的总量。由于每个仿真部件被提供有来自相应的信号图的针对其的数据，并且过程模型被提供有来自仿真部件的信号图的数据，因此恢复了由信号图的总量指定的信号状态(系统状态)。
[0010]由于系统状态的保存和后续调用要求要被存储的不是无关紧要的数据卷，即基于精确周期的每个仿真部件的系统图，此外针对包括相应的系统图的每个数据包做出规定以仅包括实际有用的数据，即仅仅由过程模型向相应的仿真部件输出的数据以及仅仅来自仿真部件的为过程模型提供的数据。可选地，系统图可以进一步包括有用的数据。在这种情况下，由于每个仿真部件分别处理和产生的个体数据，因此数据包的格式/布局特定于相应的仿真部件。然而，在模拟期间，针对来自仿真部件的数据包的这种布局是不变的。为此，例如基于针对工程系统的项目规划数据，可以针对每个数据包使用不变的布局，以及针对明确地指定数据包内的数据的位置及其数据类型的每个数据的相应的布局。当加载数据包时，使用相同的布局，使得之前存储的数据在模拟内再一次可用。
[0011]被存储的数据(即信号图的数据)减少到纯有用的数据允许模拟的状态的精确周期的保存以及这种状态的后续恢复。存储被影响为对恰当的信号的反应，例如，即来自控制站的命令。在这种情况下，应当记住基于要被仿真的通常数目的自动化系统(几十个设备，在给定的情况下，大于200个设备)和对应数目的仿真部件以及要被处理的通常数目的信号(通常几千个信号，在给定的情况下，大于25000个信号)，相当大的数据卷结果造成需要基于周期精确而被管理。例如，仅被存储的数据减少到纯有用的数据允许10ms的要求的周期。
[0012]该模拟方法的有利的实施例是从属权利要求的主题。其中使用的向后引用指示通过相应的从属权利要求的特征对独立权利要求的主题的进一步的发展。它们不是意在被理解为免除独立的从属权利要求中的特征的合并的独立的、实质保护范围的获得。此外，关于从属权利要求中的特征的更详细的说明的权利要求的解释，可以假定这样的限定没有呈现在相应的前述权利要求中。
[0013]在该方法的一个实施例中，恢复发电站模拟的过去的状态涉及自动使用时间戳来确定关联的数据包，并且向相应的仿真组件和过程模型提供所述数据包所包括的数据。由于数据包所包括的数据表示模拟系统的部分状态，即到相应的仿真部件对全部状态的影响的程度，在记录的时刻，即存储数据包的时刻，所有附属的数据包的恢复导致在记录个体数据包的时刻整个模拟系统的状态的恢复。在这种情况下，由于附属的数据包仅用于恢复过去的系统状态，因此确保了时间的一致性。在这种情况下，基于每个数据包所包括的时间戳来获得附属关系。
[0014]如果不能针对至少一个仿真部件利用适合的时间戳来确定数据包的情形出现，则