基于虚拟机技术的DCS仿真系统设计与实现

2010-06-04 23:30:00来源: 王 平

  摘  要: 提出了基于虚拟机技术的DCS仿真系统的实现方式,描述了虚拟控制器的具体实现方法及虚拟机技术的其他应用。

  随着工业的发展,DCS(Distributed Control System)的应用越来越广,但是由于DCS本身的分散控制集中管理的特点必然导致其存在一定的复杂性,不会像普通系统那样容易使用,所以在DCS产生的同时,相应的仿真系统也应运而生。

  1 现有DCS仿真系统

  DCS仿真系统是将真实DCS在非DCS的计算机系统中重现(纯软件),不会涉及到底层硬件,完全可以运行在普通的PC环境中。基于这种与硬件无关的特性,仿真系统可应用于操作人员的培训和前期的工程调试。所以,DCS仿真系统的仿真程度直接影响到后期的实际操作。

  目前主要存在两种方式:(1)保留原有的集散控制系统软件和硬件,接入一个只限于实现过程仿真的仿真计算机,即激励(Stimulation)方式;(2)全范围各个部分的仿真,用软件模拟硬件的方式仿真其人机界面,而不必复制其所有功能,即仿真(Simulation)方式[1]。

  上述两种方式中,激励方式的软硬件仿真程度较高,但实现复杂,与模型连接也很困难。相对来说仿真方式比较容易实现,软件实现整个过程灵活性较强,可以运用于不同的环境,同时便于系统升级。

  2 基于虚拟机技术的DCS仿真系统

  在各个环节使用软件实现对DCS的仿真,然而DCS中很多软件已经运行在PC机上,尤其是操作人员使用的上位机软件,这部分完全可以直接使用,不必额外仿真,具体操作在实际DCS中与DCS仿真系统中都完全一样,并使得硬件及其相关硬件也能得到完全模拟。基于虚拟机技术的DCS系统实现的是硬件以及与硬件相关部分的仿真,即可以在PC环境中再现DCS。图1所示为DCS结构图。

  图1中Level 2的工程师站、操作员站均运行在PC环境中,Level 1及Level 0是硬件相关的部分。控制器是整个DCS中最为重要的环节,对上起着接受操作命令和反馈现场数据的作用;对下起着传递命令和采集现场数据的作用。目前最简单的控制器仿真是将控制器程序移植到PC环境中,这样不仅改变了控制器程序,也丢失了一部分硬件特性,同时会随着控制器程序的不断升级而频繁升级,并需要时刻保持与控制器程序对齐。

  而基于虚拟机技术的DCS仿真系统则是把仿真目标放在了控制器本身,而不是控制器程序。在PC中实现一个虚拟的主控制器,控制器程序可以直接运行在虚拟控制器中,使得控制器程序的升级只需要简单的替换镜像文件。只有当硬件出现升级的时候,才需要对虚拟控制器进行升级。硬件稳定性相对较高,不会出现频繁地升级。

  Level 0的硬件模块内部逻辑比较简单,可以使用LabVIEW实现虚拟设备。虚拟控制器将输出值传送给虚拟设备,最终虚拟设备根据输出值在显示面板中作相应的显示,同时虚拟设备也可以将自身的某些值传给虚拟控制器。

  综上所述,整个基于虚拟机技术的DCS仿真系统,是由Level 2的实际软件、Level 1虚拟控制器以及实际的控制器软件和Level 0虚拟设备模块组成。由此可以看出,难点是虚拟控制器的实现。

[1] [2] [3]

关键字:虚拟机  DCS  仿真

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2010/0604/article_1258.html
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