Simulation和Emulation方式模拟机性能对比分析

王栋

摘要

模拟机DCS是核电系统操作人员不可缺少的工具，其常用Simulation（全模拟）、Emulation（虚拟实物模拟）和Stimulation（实物模拟）来建造，业内较为普遍应用的是Emulation和Simulation两种方式。本文对常用仿真方式的特点进行了介绍，并根据实际应用对Emulation和Simulation两种模拟机的性能从多个角度出发进行了对比分析，对日常工作中模拟机的应用选择提供了参考，具有一定的应用价值。

【关键词】Simulation Emulation 模拟机 对比

1概述

随着计算机和网络技术的发展和应用，DCS在核电领域也得到了广泛应用。核电站仪控系统，即集散式数字化仪控系统DCS，除承担电站机组的安全与经济运行等控制任务以外，还承担重要的电站核安全监控与保护任务，因此核电站仪控系统具有设计多重性、功能多样化、系统庞大、结构复杂、造价昂贵以及工程周期长等特点，这给新建电站的全范围模拟机的DCS仿真以及工程实施带来了困难。也正因为DCS的重要性和其仿真方法的不同，模拟机的技术路线也出现了不同。

2模拟机的性能对比分析

2.1仪控仿真的常用方式

2.1.1Simulation方式

Simulation，称之为全仿真或全模拟，其主要特點有：

（1）受实际DCS进度制约最小的方法，可根据实际电厂仪控系统的变更对模拟机模型软件做部分修改；不受仪控厂家的软件版本和软件费用等影响。

（2）只要完成DCS控制功能和逻辑设计，就可以根据设计图纸进行仿真。

（3）根据上游DCS工程进展情况，结合用户培训计划，在开发后期需要进行二次开发更新。

（4）投用后更新或升级的工作量大、周期长。

（5）可作为缓解上游DCS工程进度压力的临时措施，即为满足机组装料前1年交付的要求，先向用户提交采用这种仿真方法实现的临时版本用于用户培训，或将该临时版本暂时与FSS工艺过程模型集成，以满足模型测试的进度要求。

2.1.2 Emulation方式

Emulation，称之为虚拟实物模拟，其主要特点如下：

（1）该方法应用前提是DCS设计己基本固化，己完成组态成果输出。

（2）采用编译转化方式获得一层控制逻辑代码，模拟机与机组的一致性较高，且引入附加偏差的几率很低；二层画面采用实物模拟方式运行在与参考机组仪控高度一致的仪控网络上，带给操纵人员的体验更加真实，且可以直接实现历史站、报警、电子化规程等功能。

（3）Emulation仿真的功能优势：

1.控制精度和画面逼真度相比Simulation更优，能从深度和广度上还原电厂仪控的功能，例如控制逻辑图、点信息、趋势等。

2.无需改动即可直接使用仪控应用软件（CPS、APS等），确保各类参数和性能与电厂一致，保证培训效果。

3.能快速应用大批量的电厂仪控变更，最短时间内迁移到模拟机。

4.翻译机制生成的模拟机仪控代码，装载到模拟机后主要用于培训，另可扩展其用途用来验证电厂规程。但验证仪控设计或改进，一般使用专门搭建的仪控工程验证机，而不是全范围模拟机。

2.2不同路线模拟机性能对比

（1）两种模拟机的主要差异在于用户体验，操纵员的感官感受以及功能软件的使用上，特别是电厂应用软件功能细节、完整性、响应速度等方面，Simulation模拟机与Emulation模拟机相比还存在差距，需要进一步完善。

（2）对于APS、CPS的修改升级，Emulation模拟机直接拷贝仪控或者现场更新版本，模拟机维护人员不能进行零星修改维拆Simulation模拟机由模拟机维护人员随时修改更新，批量升级时工作量较大。

（3）从教学功能上看，希望教学场景、教练员站统一，便于教员熟悉和使用，也便于教学成果共享。考虑模拟机教练员台教学功能，建议采用Simulation方式。

（4）翻译工具的开发技术难度大、周期长，且有可能存在知识产权纠纷的潜在风险。翻译机制尤其适合建造开发和和大规模的改造升级。对个别参数的修改，反而效率不如Simulation方式来的更直接和便捷。

（5）从项目成本看，采用Simualtion方式不用考虑仪控授权，比Emulation方式具有很高的性价比。

（6）从项目进度考虑，采用Simulation可比采用Emulation提前至少半年以上可用于培训。

（7）从系统维护升级考虑，从模拟机软件日常维护看，采用Simulation较为方便，可以随时对一些小的逻辑、模型进行修改，而对于批量升级，电子化规程更新和设计验证Emulation更具有优势。从模拟机硬件日常维护看，采用Simulation所用的设备相对少些，备件多数属于市场通用、易于购买，而采用Emulation需与机组一致，备件筹措渠道单一。

（8）从系统功能扩展性考虑。从与主控室一致性，对现场仪控的继承性来说，使用Emulation开发的模拟机用于I&C设计验证更有优势。如果与严重事故、多功模拟机开发相结合，基于Simulation开发的全范围模拟机在移植性、开放性和成本上更有优势。

3结论

模拟机DCS仿真一方面需要考虑精度和逼真度来提高培训质量，避免带来负面培训效应；另一方面需要考虑工程造价和交付工期等以满足操纵人员按计划培训及时考取执照。尤其是面对目前日趋成熟和广泛应用的数字化仪控技术，需要充分考虑实际需求来选择合适的技术路线来建造模拟机。

参考文献

[1]王立志，封官斌，翟永杰.虚拟DCS技术及实现[J].山东电力技术，2008（05）：39-44.

[2]毛伟.核电站人员培训中仿真技术的应用[J].科技信息，2012，12（04）：412-413.

[3]毛伟.红沿河一期全范围模拟机设计和开发[J].系统仿真技术.2011，7（03）：238-241.endprint