新型通讯技术在600MW仿真机中的应用(涉及ABB SemAPI).doc

新型通讯技术在600MW仿真机中的应用（涉及ABB SemAPI）王剑平 浙江嘉华发电有限责任公司，浙江，杭州，310009摘要: 本文介绍了一种采用OPC通讯和ICI+SemAPI通讯两种方式相结合而形成的一种新型通讯技术，用于仿真机与ABB DCS(Symphony)的CONDUCTOR NT操作员站间的实时数据通讯，不但满足仿真机实时要求，并实现DCS监控画面和逻辑拷贝到仿真机上直接转换使用，与现场高度一致，为培训人员提供了逼真的培训环境。关键词: 仿真机 新型通讯技术 1、引言 浙江嘉兴发电厂二期（4X600MW)工程是国家和浙江省十五期间重点建设项目，通过对国内仿真机用户和生产厂家充分调研后，确定仿真机的设计思路：以工程3和5火电机组为仿真对象研制开发了一套具有国内领先水平的一机双模火电机组仿真机。仿真机采用非激励方式，将实际DCS监控画面不经任何修改直接拷贝到仿真机上使用，实际DCS控制逻辑的组态信息通过仿真机直接转换，从而在仿真机上实现监控画面和逻辑与现场高度一致，为培训人员提供了逼真的培训环境。本仿真机系统采用华仿科技有限公司STAR-90/for Windows 2000图形化仿真支撑系统开发仿真模型。仿真机网络采用高速、可靠的以太网，由高性能的DELL POWEREDGE 4600服务器、DELLL系列PC机、Intel 100M网络交换机（HUB）、网缆及Intel 10/100M自适应网络适配器组成。网络协议采用通用的TCP/IP协议。仿真机主机通过与实际机组相同的操作员站和工程师站（北京ABB贝利控制有限公司的Symphony 系统的Conductor NT操作员站和COMPOSER工程师站）的通讯，组成仿真机系统。仿真机系统原则性配置如图1。 2、Symphony系统简介Symphony系统是ABB贝利公司于九十年代中期推出，融过程控制和企业管理为一体的过程集散控制系统。Composer NT 是Symphony系统的工程师站，Conductor NT操作员站是Symphony系统的人机接口设备，通过网络接口和控制系统建立通讯，为操作员和维护人员提供所有生产过程系统参数。它支持OPC通讯，可作为OPC Client。过程控制功能提供了监视单个过程变量和设备的能力，以及完成设备手动和自动控制方式的能力。其主要的过程控制功能块是：1）远程控制存储器面板（RCM）：该面板表示了MFP中一个RCM功能块，提供了复位和置位功能(如负荷的保持HOLD和进行GO)，触发储存器去控制一个过程设备，同时一个RCM标签可以用来监视和控制这个功能块的输出。2）远程手动设定常数面板（RMSC）：该面板表示了MFP中一个RMSC功能块，提供插入一个用在过程控制组态中的常数值，同时一个RMSC标签可以用来监视和控制这个功能块的输出。3）多状态设备驱动器面板（MSDD）：MSDD功能块有三个单独的输出条件供给三状态过程设备控制（有时只有二个状态），一个MSDD标签可以同时用来监视和控制这个功能块的输出。主要用于电机的起停、阀门的开关和开关的分合，包括测点的选择。此外MSDD增加了确认功能（ENTER）。4）M/A站控制面板（STATION）：M/A站控制面板所对应的功能块为FC80。大量使用在过程调节控制系统，如温度调节、风量控制、水位调整。3、问题的提出仿真机主机采用Windows 2000操作系统。由于ABB公司的Symphony系统的操作员站采用CONDUTOR NT，虽支持OPC通讯，可作为OPC Client。但仅支持OPC STATION、OPC MSDD、OPC ANALOG、OPC EXTEND ANALOG、OPC DIGITAL、OPC TEXT六种类型，不支持机组DCS实际组态过程中使用的RCM、RMSC等数据类型OPC通讯。其提供的环路通讯方式采用环硬件ICI03和接口软件SemAPI方式向环路写数据，但仅支持ANALOG、DIGITAL、RCM、RMSC、STATION五种标签类型，不支持电厂控制中特别重要的MSDD标签类型，因此不能满足操作员站和仿真机主机之间的实时通讯要求。我公司仿真系统立项时的原则要求是：数据库10000点，能实现实时通讯；能将参照机组DCS系统有关画面修改的电子组态文本，经过仿真机系统的自动编译转换，直接被仿真机系统使用，而无需再次人工编程组态或重新修改画面。从而达到仿真机操作员站的显示画面应与参照机组DCS的CRT显示画面完全一样。显然现有的仿真系统满足要不了要求，需要探讨和研究新型通讯技术，来提高仿真度，实现我公司仿真系统目标。4、原方案分析为了实现仿真机主机与操作员站间的实时通讯要求，在充分调研的基础上，与ABB贝利公司就仿真机与操作员站通讯，可能采用的两种解决方案（OPC通讯方式和ICI+SemAPI通讯方式）的优缺点和存在的问题进行了全面分析和论证：41 OPC通讯方式 采用OPC通讯方式，ABB公司每个Conductor NT的OPC CLIENT最大容量为3000标签，由ABB公司提供三台Conductor NT Server加3套OPC Client软件，由华仿科技开发OPC Server，以完成二者数据的实时交互。现场实际DCS总标签数不超过10000点，将系统中不必要的标签删除、将同一信号不同测点的标签归并简化后，整体系统的DCS的标签数可以限制在9000以内，三台Conductor NT Server之间共享分布式数据库，这样采用3台Conductor NT服务器基本满足仿真要求。存在的问题主要在于实际机组现场DCS组态过程中常用的RCM（250余个）、RMSC（50余个）等类型不能支持OPC通讯。尽管RCM、RMSC等不能支持OPC通讯的标签类型可以分别拆解成模拟量和数字量方式来传送，带来的负面影响就是占用更多的标签点，并且CRT画面中涉及这些标签类型的画面必须进行重新定义，使得该部分画面与现场的画面稍有差别。每次现场画面和数据导入仿真系统后都要对部分画面进行修改，虽不会影响仿真机的正常培训使用，但这与原合同中要求的“实现实际DCS画面不经任何修改就能用于仿真机”有差异。42 ICI+SemAPI通讯方式ICI+SemAPI通讯方式是ABB贝利公司用于DCS操作员站和工程师站与环路的通讯方式，由于该方式通讯向环路写数据仅支持ANALOG、DIGITAL、RCM、RMSC、STATION五种标签类型，而不支持电厂实际控制中特别重要的MSDD标签类型，电厂设备（如阀门、马达、电气开关等）均需要使用该标签，因此必须加入一个PCU（MFP+NIS+ NPM）才能实现通讯连接。采用上述方案后，DCS操作员站与STAR-90仿真支撑系统之间的通讯程序分双通道进行，通道一是MFP+NIS+NPM+C UTILITY（接口程序）通道，通道二是ICI+SemAPI通道。其存在的问题是若采用PCU+CUP通讯方式，完成全部MSDD的功能，则其中所有MSDD标签的环路地址（PCU、MODULE、BLOCK）都要修改，这种修改是在Conductor NT的标签库中进行。这样会带来的后果是：当现场DCS画面及组态修改后，需要进行该数据库的重新修改，相关的画面也需要重新修改，与原合同要求的实现实际DCS画面不经任何修改就能用于仿真机也有差异，而且要增加不少投资。该方式与华仿科技应用于吴泾第二发电厂仿真机激励式小DCS系统的方案类似，但不完全一样，吴泾第二发电厂仿真机激励式小DCS系统采用MFP+NIS+ NPM+ICI+SEMAPI的方式，实现控制系统在MFP中运行的效果，并与STAR-90仿真支撑系统实时通讯。但该方案在华仿科技的实践过程中，发现在仿真机向INFI-90写入数据过程中速度偏慢，而且为了实现MSDD标签的通讯问题需带来较大的硬件、软件费用增加，得不偿失。5新型通讯方式 经过对OPC方式和ICI+SemAPI方式两种方案的分析，我们探讨、研究并实施了采用两种方式相结合的技术方案，即同时使用OPC方式和ICI+SemAPI方式。其中Conductor NT加OPC Client方式，主要目的是传送MSDD标签类型，解决原方案2中存在的问题； ICI03加SemAPI方式，传送其他标签类型，解决原方案1中RCM等标签的通讯问题。如图2所示，仿真系统服务器通过SCSI接口与Infi90数据环路连接，使用ABB提供的软件接口SemAPI函数库编程实现读写Infi90环路数据。装有ABB 公司Conductor NT Server、Conductor NT Client和Composer软件的三台PC机与仿真服务器通过100M以太网连接，同时装有Conductor NT Server软件的PC 机通过SCSI和INICI03接口与Infi90数据环路连接。此方案的最大优点，是当现场DCS画面及组态修改后，不需重新组态，不需进行该数据库的重新修改，画面可以达到与现场一致，满足合同规定的“不需修改就能用于DCS操作员站”的要求。解决了第一、二种方案中画面和数据库的问题。尽管写环路数据较慢，每秒最多只能写1500个点，但我们在软件中采用例外报告方法，只有当某个模拟量数值变化了0.1%以上或数字量发生变化，才进行该点的写操作，从而大大提高了系统的实时性。6通讯软件设计和开发6.1 SemAPI协议通讯如图3所示，Composer微机既是工程师站，可以修改热工控制逻辑，同时也具有数据通讯的功能。如图3所示，Composer微机通过SCSI电缆连接在Infi90数据环路，并通过以太网与仿真服务器连接。Composer微机上安装了ABB公司的SemAPI运行库和开发库，使用Microsoft VC+进行编程开发数据通讯软件对Infi90数据环路进行读写 仿真服务器与操作员站进行数据交换基本思路：仿真服务器上运行一个网络通讯应用程序，在仿真服务器数据库实时取出数据，通过网络传输到Composer微机，Composer微机上运行一个网络通讯应用程序，接收到数据，调用SemAPI接口函数，对Infi90数据环路进行写操作；操作员站通过接口对数据环路发生变化的数据进行读操作，更新画面的数据显示。用户在操作员站的操作，通过接口写入数据环路，Composer微机调用接口函数读出数据，通过网络发送到仿真服务器，写入仿真模型数据库。通过SemAPI接口读写的数据类型有RCM、RMSC、Digital和Analog。6.2 OPC协议通讯ABB公司的Conductor NT提供了OPC数据客户端，只要按要求在Conductor NT上建立和配置OPC标签，就可以与标准OPC服务器进行数据通讯。通过OPC接口读写的数据类型主要有MSDD、Station和Analog。OPC服务器运行在仿真模型服务器上，通过内存共享方式与仿真模型交换数据。OPC服务器使用林柯公司OPC服务器快速开发工具，用Microsoft VC+进行编程开发实现。6.3 数据库处理软件为了实现整体标签数据库的分离需要一个数据库处理软件，当现场标签数据库修改后，可以将OPC通讯方式标签与SemAPI通讯方式标签区分开来。7、调试和使用情况嘉电二期600MW仿真机项目（一机双模）于2003年8月中旬启动，到2004年1中旬，所有硬件设备全部安装到位，2月中旬3机组模型调试结束并投入试培训，#5机组模型于2005年1月中旬投入试培训。整个项目仅用了六个月时间（除去国庆、元旦和春节长期），就完全满足了最初的建设要求（在实际机组投产之前使用仿真机）和合同确定的各项指标。其经验就是我们采用了新型的通讯技术和多项仿真新技术，同时借助高精度的机、电、炉本体仿真模型和与现场一致的仿真控制模型有机结合，形成了仿真程度高、培训效果好的仿真模型，达到了建设周期短、投资少的目的。在仿真机调试期间，我们检查了从现场拷贝来的所有监控画面，在对