SVDU模拟器基于仿真技术的研究和实现

文摘

安全视频显示单元(SVDU),显示机器的反应堆保护系统,执行的功能显示反应堆的安全参数和发送控制命令。为了满足核电安全标准数字控制系统(DCS),像设计验证、操作员培训,和意外演习,的SVDU NASPIC平台由中国核工业集团公司独立开发一个虚拟的嵌入式系统技术提出了基于微x86工业主机软件模拟SVDU物理与原有的外观完全相同的硬件控制器。SVDU刺激意识到通过本研究可以达到100%的模拟SVDU物理设备的逻辑功能和刺激器之间的同步升级功能和真正的设备。随着多个工程应用的发展需求,如配置验证和操作员培训,这个刺激器已经应用于多个虚拟DCS项目安全水平。

1。介绍

核电站(NPP)安全标准仪表和控制(仪)系统经历了两个阶段:仪表控制系统以及semidigital控制系统已经完全变成了DCS的时代。伴随着技术的升级NPP的仪控系统仿真技术尤其是对仪控系统的发展。多种技术增长通常从最初的纯模拟、模拟、仿真、模拟、翻译和物理刺激(1]。考虑到复杂的结构和多样性功能,旧的纯模拟和翻译模拟不能匹配高重复的最新要求,快速验证,操作员培训、偶然的演习,或设计优化综合和集成方面。仿真技术,使用简单的计算系统来取代复杂的物理硬件系统通过计算机模拟嵌入式硬件操作环境(2),适用于操作软件和配置数据完全相同的在现实世界,并且可以复制硬件,软件,和控制功能特性,较高的现实和操作和维护成本较低,可以满足多维模拟仪控系统的应用需求。

仪控系统的模拟被广泛研究和应用于各个行业。模拟器的基础上完整的范围,l . Daogang等人使用RELAP5 /国防部3.4代码的模型来研究二次电路,实现实时全范围仿真下的瞬态动力改变和事故场景(3]。并行设计和施工的重点管道,横加公司和Telvent开发了一个完全集成的仿真环境,包括一个动态水力模型(4]。Kozlovaet人使用收集的数据在控制室杜库凡核电站全范围仿真机可靠性分析人的因素(5]。Golsa等人提出了一种车载信道模拟器在硬件实现架构旨在要求最小的硬件复杂性与安全相关的车辆场景的模拟通道(6]。约瑟夫Mallal等人提出的光伏模拟器的设计和实现研究太阳能光伏板的特点,和模拟器能够准确表现研究光伏面板(7]。

也有许多模拟器的研究领域的核安全标准DCS。研究NASPIC核工业体系,飞飞等人设计了一个高精度的虚拟DCS平台基于虚拟奴隶计算机技术(8]。通过分析期核电技术的特点,Peijin等人提出了一种DCS仿真模式结合虚拟仿真和功能仿真(1)和Weichang等人提出了一个虚拟仿真方法,首先建立了虚拟仿真前的控制逻辑模型(2]。Hanjun等人提出的方法使用虚拟DCS控制器代替物理控制器在DCS逻辑测试原型(9]。

作为一种重要的安全标准DCS的一部分,SVDU为运营商提供了一个直接交互工具来理解和控制反应堆的运行状态。其模拟的准确性的关键安全标准DCS仿真器的设计。大多数安全标准DCS模拟器模拟SVDU少或只采用模拟或翻译模拟,而很少有人关注SVDU高精度仿真和SVDU[的安全特性10,11]。本文提出了一种虚拟嵌入式系统技术来模拟SVDU物理控制器基于微观x86工业主机。的硬件和结构SVDU设计1:1 SVDU之间达到最佳的模拟性能模拟器和真正的机器。仿真等功能加强,运行,冻结,快和慢速度、工作条件,实现与环境的要求配置验证,操作员培训、偶然的演习,模拟测试,及其它建筑工程项目的需求。

2。SVDU NASPIC的

NASPIC由核工业安全标准的分布式控制系统独立开发。它由现场控制站、传输单元、安全视频显示器,门户站,和维护测试站。SVDU之间的关系和其他组件的NASPIC平台如图1。

SVDU是一个集成的结构与ARM和FPGA作为主要处理器,它可以安装在面板或字段的内阁主要控制室。集成机器SVDU形式如图2。

3所示。SVDU模拟器的功能需求

SVDU模拟器是一个安全标准DCS仿真系统的一部分。它不仅可以配合安全标准DCS仿真系统实现全范围仿真功能,也可以独立应用于其他业务场景,如功能初步和数字的双胞胎。核电站全范围的业务场景模拟器,SVDU模拟器和安全标准DCS仿真系统界面与流程模型的关系,仪控教练站,nonsafety-level DCS在全范围仿真。SVDU模拟器之间的接口关系和其他部分全范围仿真图所示3。

SVDU模拟器需要模拟的所有核心功能SVDU物理设备,与仿真交互,数据管理功能和相应的仿真管理功能以满足工程应用的需要。为了满足上述要求,SVDU模拟器需要实现如下:(我)几乎是虚拟现实接近100%。SVDU仿真不仅要实现高度近似的外观和结构也完全仿真的逻辑功能和人机交互功能SVDU物理设备。(2)完全兼容SVDU实际DCS的配置文件,并达到相同的配置屏幕实际SVDU和控制功能。(3)SVDU模拟器需要实现丰富的仿真管理功能,包括启动、停止、步骤,运行,冻结,快,慢,急,回溯,回放,场景模拟、控制和故障仿真。(iv)有不少于5000小时的历史数据深度。SVDU模拟器需要支持100个场景文件存储,和每个场景文件可以节省50个小时的不间断运行数据。

4所示。SVDU模拟器的设计

4.1。总体设计

SVDU模拟器主要由微观x86工业主机,一个集成的抗震结构,硬件外围设备,配置模拟器和仿真管理器,如图所示4。

4.2。硬件和结构设计

microindustrial主机体积小,计算速度快,可扩展性和优秀的应用实现的逻辑处理和数据通信功能的胳膊,FPGA和满足计算要求大容量数据阅读和写作或模拟调度管理功能。

硬件外围设备提供电源、数据显示、通信、命令输入,和其他功能。一个重要的一个是扩张对大量固态硬盘,用于支持许多数据仿真过程中创建的。SVDU模拟器的总体硬件设计框图如图5主要由microindustrial主机,电源滤波器,I / O信号传输板、驱动板、触摸屏和液晶。

模拟器使用了完全相同的液晶显示屏,键盘,电阻触摸屏作为真正的SVDU重建外观和操作类型的真正的一个。一体化结构用于模拟器减少不同组件之间的接口和进一步减少故障点增加稳定性。SVDU模拟器的结构分为两个部分:主体和封底。三维装配图如图6。屏幕组件和键固定腔的主体,和微观x86主机和电源模块是固定盖板。

4.3。软件设计

4.3.1。软件框架

SVDU模拟器软件主要由两部分组成:配置模拟器和仿真管理器,如图7。配置模拟器的仿真实现SVDU核心功能,和仿真管理器主要实现通信的功能,调度、仿真管理和数据管理。

4.3.2。配置模拟器

配置模拟器使用虚拟嵌入式系统技术,移植嵌入式代码运行在SVDU实体设备微x86平台,实现配置数据的分析和仿真运行配置编译器生成的,并能够记录运行过程数据很长一段时间。SVDU配置模拟器的总体架构如图8。

配置模拟器可以运行在仿真运行阶段和重播运行阶段。指令控制模块转换控制调度指令模拟经理到相应模拟生成的指令和实现模拟在不同的阶段。配置模拟器和物理机有相同的逻辑仿真过程中行为和时间特征。所不同的是,内存变量和人机输入定期SVDU模拟器的配置解析器生成的发送到输出缓冲区和存储,而这些数据不会存储在SVDU物理设备。在重播运行阶段,人机输入,存储的配置解析器加载内存变量和其他数据存储在仿真运行阶段,执行相应的操作和显示实现的回放过程完成。

4.3.3。仿真管理器

(1)主要调度服务。SVDU模拟器软件的表层结构、主要的调度服务实现功能如下:(我)操作控制每个模块和模块之间的数据交换(2)接收指令数据的通信模块,并根据指令做出反应(3)封装SVDU内核数据,减少内核和其他模块之间的联系

(2)模拟指令控制模块。SVDU模拟器模拟有许多指令,指令之间的状态转换是复杂的。模拟指令控制模块负责SVDU仿真过程的状态切换和控制,确保准确的模拟过程的状态切换。的设计模拟过程如图9。在模拟器上电后,它等待模拟指令开始,进入不同的模拟状态根据最新的设置模式。

(3)通信模块。通信模块负责接收网络数据包,根据接收到的网络分组数据模拟指令数据格式,数据和发送数据包到调度服务。此外,通信模块提供通信服务的下载接口数据文件、配置文件和工程文件与MTS交流。SVDU模拟器和MTS之间的联系是通过一个开关,实现和使用TCP / IP协议的通信协议,如图10。

(4)存储设计。SVDU是一个人机交互的设备需要大量的内部变量信息支持的正确显示和交互图形单元在运行。SVDU模拟器需要的数据管理和存储可分为人机操作数据,配置屏幕数据,根据数据功能和内部变量数据类型。没有一个数据服务器,SVDU模拟器本身需要存储5000小时的过程和历史数据。

为了减少数据量,在满足功能需求的前提下,发现数据微分存储方法。这种方法使用15分钟数据块由SVDU模拟器作为一个数据块。每个数据块包含集合时间戳、内部变量基本数据,使消费者改变数据,1分钟的周期屏幕数据,并在15分钟内人机操作数据。数据结构如图11。

5。SVDU模拟器的实现

的外观和结构SVDU模拟器基于上述设计几乎是相同的SVDU物理设备。实际的外观如图12。

SVDU模拟器可以直接运行维护的DCS配置文件下载测试站。它可以在独立的模拟工作模式和联合仿真模式。在使用独立的模拟模式时,它生成模拟指令本身执行相应的模拟功能;在cosimulation模式下工作时,它接收来自全范围仿真说明模拟器。经过测试和工程应用验证,SVDU模拟器的性能符合表的要求1。

根据测试和验证,SVDU模拟器可以完全模拟SVDU物理设备的所有功能,如数据显示、控制命令传输模式切换、下载,和仿真管理函数准确地运行,满足工程应用的要求配置确认,操作员培训、偶然的演习,模拟测试,等等。

FangJiaShan田湾核电站全范围仿真系统和单元5和6全范围仿真系统广泛应用为核电站操作员培训模拟器系统。本文选择两个SVDU模拟器和SVDU模拟器开发本文对某些功能的性能比较。比较结果如表所示2。

基于NASPIC SVDU模拟器不仅可以重现SVDU的软件和控制功能,但在模拟控制和性能也有良好的性能。此外,它符合真正的SVDU硬件外形仿真,硬件,和软件的安全性能。

6。结论

摘要功能需求的SVDU安全标准全范围仿真机DCS进行了分析,以及SVDU模拟器方面的研究总体来说,硬件结构和软件设计。根据这些研究,SVDU模拟器的设计方案基于微x86工业提出了主机和虚拟嵌入式系统技术和实现的。目前,SVDU模拟器已经应用在英国《金融时报》测试NASPIC平台和应用在全范围仿真系统的反应堆。作为一种模拟设备,SVDU模拟器可以用作全范围仿真执行模拟的一部分功能。它也可以被用作一个软件新功能的初步研究平台。此外,它可以进一步提高到一个图形界面的nonsafety安全标准DCS的一部分,它有一个光明的未来的功能初步和工程应用。

数据可用性

本文使用的数据属于实验室的知识产权,这是专有的和不能被披露。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由四川省科学技术杰出青年基金(项目号2020 jdjq0068)。

引用

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