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仿真技术的工厂验证方法

1软件仿真

对于功能复杂的大中型功率管理系统来说,其控制的发电机至少5台以上,多电制、分区供电的配电板有几十屏,侧推与重载工程设备很多,被控对象间关联密切,需要模拟的信号很多,物理仿真实现困难,采用软件仿真则能很好地解决这一问题。软件仿真只需1台普通电脑,安装组态软件,并与功率管理系统建立通讯。在组态软件中以画面的形式建立发电机、配电板、用电设备等图形模型,并在图形中设置输入输出人机对话窗口。输入值对应于设备被控后的特征,如发电机的功率值;输出值对应于设备的运行参数,如发电机运行信号,这样就建成了软件仿真设备。仿真验证时,以开关合闸为例,合闸前PMS需检测开关位置(运行参数),故仿真设备需送出开关位置信号,经逻辑运算后PMS发出合闸命令,仿真设备画面则由分闸状态显示为合闸状态(被控后的特征),这样,仿真设备就可替代实际设备验证PMS。以软件建立的仿真设备,其数量几乎不受限制,验证操作全部在电脑上完成,反应速度快,图形直观,非常适合于验证大型功率管理系统,并且投资费用少。

2软件仿真的关键技术

PMS基本由信号采集输入、逻辑运算、逻辑输出3部分构成,其中逻辑运算是主体部分,是PMS的功能所在,也是需要验证的对象。保证仿真验证的逻辑运算能直接应用于工程系统,是软件仿真的关键技术。在实际工程系统中,PMS是通过物理输入接口采集发电机、配电板、负载设备的运行参数,如发电功率、电网状态、用电负荷等,经过逻辑运算后,再通过物理输出接口输出指令来控制相应的实际设备。在软件仿真中,仿真设备的运行参数是通过通信接口被功率管理系统采集,经过逻辑运算后,控制指令又以通信的方式输出给被控的仿真设备。两者的区别是输入、输出信号流向不同,实际工程系统的输入输出信号是通过物理接口与实际设备关联,仿真时是通过通讯接口与仿真设备关联,见图1。所以解决信号流向的转换问题,保证逻辑运算部分不受信号流向转换的影响,就能使仿真验证的逻辑运算直接用于工程系统,这点成为软件仿真的关键技术。信号流向的转换实质是接口的切换。要想达到接口切换不影响逻辑运算的目的,则接口不能直接参与逻辑运算,所以可以设中间变量,由中间变量来参与逻辑运算,其原理示意如图2所示。仿真时,接通仿真输入接口,仿真设备的运行参数传递给变量A,由变量A参与逻辑运算,逻辑运算的结果为变量B,变量B经仿真输出接口控制仿真设备。实际工程应用时,接通的是物理接口,但实际设备的输入信号也只与变量A关联,输出信号只与变量B关联,与逻辑运算部分无关。这样,只要在PMS中增加接口转换控制程序,经仿真验证的PMS,就能直接应用于工程系统,工厂仿真验证变为现实。

3仿真的效果

以仿真技术实现PMS的工厂验证后,能取得如下效果:(1)功能正确性达95%以上。(2)系泊实验时间缩短至1~2天。(3)节约燃油、节省人力等达几十万元。按照以上方法,作者以软件仿真的方法实现了多套PMS的工厂验证,并应用于实船。如2011年仿真验证了1套PMS,成功应用于11888m3绞吸式挖泥船上。该船2套主机为一拖三形式,主电网为690V与400V2种电制,另配有辅助发电机和停泊发电机;供电模式共8种,其中7种要求互切,水泵、风机也要求纳入PMS管理。PMS输入输出点数近900点,属于中型PMS。系泊实验过程非常顺利,一天内完成所有供电模式切换与辅机泵组的自动控制,较常规一周以上的系泊实验时间,效率提高数倍。本文来自于《江苏船舶》杂志。江苏船舶杂志简介详见

4结语

以软件建立仿真设备验证PMS,方法简单,投资小,效果好,是设计开发的有力工具,在船舶自动化领域具有广泛的应用前景。

作者:吴道丞 单位:镇江船舶电器有限责任公司


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