面向工业控制系统的仿真沙盘与生产现场快速移植的方法与流程

本发明涉及工业自动化仿真技术领域，尤其涉及一种面向工业控制系统的仿真沙盘与生产现场快速移植的方法。

背景技术：

随着控制系统在现代工业中的广泛应用，其自动化程度大幅度提高，为此对操作人员也提出了更高的要求，伴随着这个要求，仿真取得了很大的发展。但是传统仿真建模大多是基于高级语言建模，而且在人机界面组态方面,仿真系统都是利用自身的软件进行界面的组态，与实际运行过程的操作界面差异较大；另外，由于仿真厂家往往无从获得实际控制系统的控制策略，这也就造成仿真厂家和控制系统厂家之间的相互独立，导致传统仿真系统较难满足仿真透明化和高逼真度的要求，即使经过了仿真系统培训，运行人员在实际操作时也感到生疏，在遇到紧急情况时无法迅速地正确处理。

现有的工业控制系统都只能通过界面操作来仿真控制流程和工艺流程，沙盘上的设施也都是固定不可调节的，例如阀门的开启和关闭，只能在操作界面上模拟“打开”或者“关闭”阀门，学员不能亲自动手去调节沙盘上的阀门，教学培训缺乏必要的真实感。进一步来说，因为沙盘上的设施不可以调节，仿真程序也就不能动态地反应操作的实际效果，仿真同样难以实现预想的目的。同时因为仿真系统与实际的系统存在较大差异，其在控制策略优化、机组改造方案验证方面也存在极大的不确定性，导致仿真结果的可移植性低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题，在于提供一种面向工业控制系统的仿真沙盘与生产现场快速移植的方法，用于提高仿真培训的实际效果，同时解决在实验环境下通过验证的仿真系统与实际使用的控制面向工业控制系统存在较大差异，难以快速移植的问题，极大地缩短了系统开发周期。

本发明是这样实现的：一种面向工业控制系统的仿真沙盘与生产现场快速移植的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1、对现场实际生产设备进行等比例微缩，将制作的微缩设备移植至仿真沙盘，所述微缩设备的控制端口与实际生产设备的控制端口一致；

步骤2、在仿真沙盘中引入数显仪表用于显示生产参数，生产参数数据来源于仿真机中与仿真沙盘镜像运行的数学模型；

步骤3、在仿真机的控制级中接入真实的控制站或工控机，通过硬接线将工业标准信号传送至现场的仿真机，控制仿真沙盘上的微缩设备运行；

步骤4、控制级与仿真沙盘间利用硬接线进行连接，采用工业级信号标准进行信号传输，能直接挂载和控制现场实际生产设备，提高可移植性和通用性。

进一步的，控制站包括PLC控制站或者IPC控制站。

进一步的，所述步骤1具体为：设置一个用于模拟实际生产工艺流程的仿真沙盘，一个用于采集仿真沙盘上系统状态、设备状态的控制器，以及一个用于控制控制器的工程师站和操作员站；

将实际生产设备进行等比例微缩，在将微缩后的设备连接至仿真沙盘上；

操作人员在操作员站进行的操作将通过控制器，控制沙盘上的微缩设备进行相应运动；微缩设备在接收到控制信号时，会体现出开、关、升速、或降速的动作，这些动作也将通过控制器反馈给操作员站，在人机界面上显示。

进一步的，所述实际生产设备包括锅炉系统、阀门、或者开关。

进一步的，所述步骤2具体为：在操作员站中构建数学模型，用于对控制器所采集的仿真设备状态、系统状态数据、微缩设备状态进行获取；

将获取结果通过控制器反馈给数显仪表，将生产过程中的生产参数直观的显示出来；所述生产参数包括：火电站锅炉温度、压力或者流量。

进一步的，所述步骤4具体为：控制级与仿真沙盘之间采用硬接线的方式进行连接，实现工业级信号的输入与输出；

连接微缩设备的控制端口与实际生产中连接实际生产设备的端口类型和数量是一致的；

在必要时，将微缩设备替换成对应的现场实际生产设备，将现场实际生产设备挂载在仿真沙盘上，利用仿真机实现对现场实际生产设备的快速调试。

本发明具有如下优点：本发明可以通过工业标准信号控制仿真沙盘上的微缩设备运行。这种运行方式同实际工业生产过程一模一样，用户可以将在仿真环境下调试成功的控制系统直接移植，极大地提高了系统移植效率。也可以在仿真沙盘上挂载现场设备，实现针对该现场设备的快速调试。且本发明引入大量数显仪表用于显示重要生产参数，这便于用户对控制面向工业控制系统进行调试，提高现场调试效率，降低控制面向工业控制系统调试的费用和风险。

附图说明

图1现有技术的逻辑结构与本发明的逻辑结构的比较图。

图2为本发明的方法流程图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明的一种面向工业控制系统的仿真沙盘与生产现场快速移植的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1、对现场实际生产设备进行等比例微缩，将制作的微缩设备移植至仿真沙盘，所述微缩设备的控制端口与实际生产设备的控制端口一致；

步骤2、在仿真沙盘中引入数显仪表用于显示生产参数，生产参数数据来源于仿真机中与仿真沙盘镜像运行的数学模型；

步骤3、在仿真机的控制级中接入真实的控制站或工控机，通过硬接线将工业标准信号传送至现场的仿真机，控制仿真沙盘上的微缩设备运行；控制站包括PLC控制站或者IPC控制站。

步骤4、控制级与仿真沙盘间利用硬接线进行连接，采用工业级信号标准进行信号传输，能直接挂载和控制现场实际生产设备，提高可移植性和通用性。

在本发明中，利用微缩型设备模拟实际生产过程设备运行状态，在仿真过程中可以直观的展示被控设备的控制和运行状态，仿真过程与实际生产过程更为相似。

具体实施步骤如下：

1)设置一个用于模拟实际生产工艺流程的沙盘，一个用于采集沙盘上系统状态、设备状态的控制器，以及一个用于控制控制器的工程师站和操作员站；

2)将实际生产设备进行等比例微缩，在将微缩后的设备连接至仿真沙盘上。该生产设备可以大到一个锅炉系统，也可以小到一个阀门、开关；

3)操作人员在操作员站进行的操作将通过控制器，控制沙盘上的微缩设备进行相应运动；微缩设备在接收到控制信号时，会体现出开、关、升速、降速等动作，这些动作也将通过控制器反馈给操作员站，在人机界面上显示。

在仿真沙盘中引入大量的数显仪表，用于显示生产过程中的重要生产参数(如火电站锅炉温度、压力以及流量)，也能用于显示微缩设备的运行情况。所述生产参数来源于数学模型，更为接近实际生产情况。

具体实施步骤如下：

1)在操作员站中构建数学模型，用于对控制器所采集的仿真设备状态、系统状态数据、微缩设备状态进行获取；

2)将获取结果通过控制器反馈给数显仪表，将生产过程中的重要生产参数直观的显示出来。

微缩设备上配置的数据I/O端口类型和数量与实际设备是一致的，同时在仿真控制层中预设的数据I/O类型和数量也与实际生产系统是一致的。在控制级中接入真实PLC控制站或工控机，用于控制仿真沙盘。同时控制级与仿真沙盘之间采用硬接线进行连接，利用工业级信号标准进行信号传输，这与生产现场是一致的，必要时可以直接挂载和控制现场设备，提高了仿真系统的可移植性和通用性。

具体实施步骤如下：

1)在控制级中接入真实PLC控制站或工控机，用于控制仿真沙盘；

2)控制级与沙盘之间采用硬接线的方式进行连接，实现工业级信号的输入与输出；

3)连接微缩设备的控制端口与实际生产中连接实际设备的端口类型和数量是一致的；

4)在必要时，可以将微缩设备替换成对应的现场设备，将现场设备挂载在沙盘上，利用仿真系统实现对现场设备的快速调试。

以火电站仿真沙盘为一实施例，具体实施步骤如下：

1)将火电站系统中的给水泵、送风机进行等比例缩放，制作相应的微缩模型；

2)将微缩后的给水泵、送风机连接至仿真沙盘上,替代旧有的仿真模型；其中微缩后的给水泵、送风机通过仿真沙盘利用硬接线与真实的控制站(如PLC控制站、IPC控制站)或工控机相连；

3)在仿真沙盘上引入大量数显仪表，所述数显仪表的数据来源于操作员站中的数学模型，用于显示仿真过程中的重要生产参数，如各节点的蒸汽压力、温度和流量以及各设备的工作情况；

4)操作员可以在操作员站中通过仿真系统控制给水泵、送风机的运动，从而控制沙盘上微缩模型实现相应的运动，以直观的展示其控制效果；

5)在需要的时候，用户可以用实际生产过程中所使用的给水泵、送风机替换相应的微缩模型，无需做其它调整，便能直接用仿真系统对该给水泵、送风机进行调试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。