一种新的虚拟仿真HMI技术研究及实现.pdf

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1、1296化工自动化及仪表第40卷一种新的虚拟仿真HMI技术研究及实现王继华1周建章1张伟1严明2(1．北京四方继保自动化股份有限公司，北京100085，2．华北电力大学，北京102206)摘要为了适应目前电站仿真机对HMI仿真提出的更高需求，提出了一种全新的虚拟仿真HMI技术。首先归纳总结了现有的电站HMI仿真实现策略，分析给出了每种策略的优劣之处；提出了虚拟仿真HMI技术的概念及特点；然后详细阐述了该技术的设计思路；进而给出了虚拟仿真HMI技术的实现方法及案例，验证了该技术的成功应用；最终给出了结论。关键词电站仿真机虚拟仿真技术HMICyberCo

2、ntrol中图分类号TH89文献标识码A文章编号1000-3932(2013)10-1296-04电站仿真机(SimulatorforPowerPlant)是采用数字技术模拟各种类型发电站机组，将其用于培训和研究的计算机系统⋯。自1958年首台电子管模拟机构构成的电站仿真机问世以来，用户对仿真机研制的周期、成本及逼真度等方面提出了更高的要求。仿真机的用户操作部分——HMI(HumanMachineInterface)是仿真机在操作人员面前最直观的展现，也直接决定了仿真机研制的成功与否。因此HMI仿真实现策略的研究便成为了仿真机领域尤为重要的环节。目前

3、大量文献对真实DCS在非DCS的计算机系统中再现的形式进行了研究心。]，但是对仿真机HMI部分的深入探讨却鲜有人涉及。笔者针对此问题进行研究，进而填补此领域的空白。笔者首先归纳总结了现有HMI仿真实现策略；结合现有策略的优劣，提出了虚拟仿真HMI技术的概念及特点，具体介绍了虚拟仿真HMI技术的实现方法；通过案例证实了虚拟仿真HMI技术的成功应用；最终给出结论。1电站HMI仿真策略根据从电站HMI的设计、组态及运行等生命周期的不同阶段获取系统资源而进行仿真实现的不同，将真实HMI在非HMI计算机上的实现的方式分为仿真HMI、虚拟HMI、真实HMI。现有

4、HMI仿真技术框架如图1所示。HMI生命周期群№计图州组HM态I№态文州器№彭．第三方幽第三方HMI设备可执行、≮熬图1HMI仿真技术框架仿真HMl只需HMI静态底图与动态设备设计完成，就可以根据设计图纸进行仿真实现。根据收资图纸所描述内容，在第三方平台上手工组态。运行第三方平台，读取重新组态后的文件，最终实现和电站真实HMI一样的运行结果。此策略可以和现场组态同时进行，实现了未投产先培训的效果，且在第三方平台上的灵活组态决定了其具有根据仿真需求灵活修改界面的优点。但其在第三方平台上组态工作量大、耗时过长、且在画面以及操作方式等方面难以与真实系统完全

5、一致，因此不利于广泛应用。虚拟HMI在厂家HMI组态工具上完成HMI组态之后，导出HMI组态文件，即可进行仿真。结合二进制文件识别技术与某种程序开发环境的图形界面开发技术，通过对组态文件的读取与分收稿日期：2013-08-29(修改稿)船彰第lO期王继华等．一种新的虚拟仿真HMI技术研究及实现1297析，将其编译转换为图形可操作界面，最终生成可执行程序，从而实现界面在非HMI机上的显示。此策略实现了组态文件到可视化操作界面的快速转换。但是策略中所用到的编译转换工具严重依赖于HMI厂家的版本，一旦HMI厂家版本有所更新，编译转换工具将需要重新开发，且最

6、终展现效果与现场HMI是否一致依赖于编译转换工具的开发细化程度。此工具针对性较强，优秀编译转换工具的开发周期较长。真实HMI必须在电站完全完成HMI组态并提供相应软件、硬件的基础上进行仿真。采用厂家提供的HMI虚拟设备(操作平台、系统网络等)、组态文件再现HMI界面。此策略可以实现与现场一致的操作界面，但难以实现仿真机所具备的特殊的功能，并且其实现依赖于HMI厂家的技术支持，且需投入大量资金成本。因此较少在目前的仿真领域占据市场。2虚拟仿真HMl技术为了适应目前电站仿真机对HMI仿真提出的更高需求，笔者避免了上述3种HMI实现策略的缺点，同时又保留了

7、各种实现策略的优点，提出了虚拟仿真HMI技术的概念。虚拟仿真HMI技术的特点为：a。避免了仿真HMI的组态工作量巨大的缺点，同时保留了仿真HMI对界面灵活修改的特性以及未投产先培训的优点；b．避免了虚拟HMI编译转换工具开发周期长的缺点，同时保留了组态文件可快速转换为可视化操作界面的优点；c．避免了真实HMI价格昂贵以及难以实现仿真机所需特殊功能的缺点，同时又保留了仿真逼真度高的优点。2．1设计思路2．1．1建立HMI组态与常规元件的映射关系结合二进制解析技术，分析HMI组态文件，建立其与常规元件的映射关系。不同HMI组态文件格式会有较大的差别，但所

8、包含的元件类型基本一致，比如点、直线、弧线、多折线、圆、椭圆、矩形、多边形、字符串以及图片等基本元件(图2)