一种核电厂虚拟仪表创建方法、存储介质及计算机

技术领域

本发明涉及核电厂仪表仿真领域，更具体地说，涉及一种核电厂虚拟仪表创建方法、存储介质及计算机。

背景技术

核能行业及核电厂目前使用的仿真平台从范围上来看主要有以下两种类型，一是主要用于运行人员培训和教学用的全范围模拟机FSS，二是工程技术人员用来对控制、热动和电气等回路进行局部建模和仿真的工具和平台。

第一类FSS模拟和仿真系统主要用于培训核电运行人员，提高核电站运行人员的素质和能力，该系统伴随各核电厂的初始设计和工程建设同步进行，其内部的回路/模型和所在电厂的现场系统设备是准确的一一对应关系，使用灵活性和适用范围上具有一定的局限性，通用性较差。

第二类建模和仿真工具主要是计算机仿真，就是在计算机上实现代表系统物理过程的数学模型，并在这个模型上对系统进行定量的研究和实验。这种仿真方法常用于系统的方案设计阶段和某些不适合做实物仿真的场合(包括某些故障模式)。它的特点是重复性好、精度高、灵活性大、使用方便、成本较低。

常见的全范围模拟机仿真系统FSS和计算机仿真系统的模型库中缺少核电厂现场使用的传感器和指示仪表等设备，在计算机建模仿真过程中无法对其进行直观的数字化和虚拟化显示，不便于提供一个友好的建模仿真环境，有必要在核电领域的计算机建模仿真系统中对部分常见的传感器和指示仪表进行数字化和虚拟化构建。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种核电厂虚拟仪表创建方法、存储介质及计算机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂虚拟仪表创建方法，包括：

获取核电厂中实体仪表的仪表参数信息；

从所述仪表参数信息中提取仪表建模所需的建模信息；

使用MWorks平台的虚拟仪表模型并根据所述建模信息创建虚拟仪表模型。

进一步，在本发明所述的核电厂虚拟仪表创建方法中，所述获取核电厂中实体仪表的仪表参数信息包括：

从核电厂的EOMM设备运行和维修手册、SDM系统设计手册中的仪表清单、维修文件中的仪表校验单和仪表校验报告中获取实体仪表的仪表参数信息。

进一步，在本发明所述的核电厂虚拟仪表创建方法中，所述建模信息包括：

所述实体仪表的外观信息，所述外观信息包括形状、尺寸和颜色；

所述实体仪表的工作原理以及所测量的对象和工作介质；

所述实体仪表的物理接口、电气接口和通讯方式；

所述实体仪表的物理信号类型和量程；

所述实体仪表的电气信号类型和量程；

所述实体仪表的物理信号、电气信号和画面读数之间的对应关系。

进一步，在本发明所述的核电厂虚拟仪表创建方法中，所述使用MWorks平台的虚拟仪表模型并根据所述建模信息创建虚拟仪表模型包括：

在MWorks平台中新建一个package模型或者model模型；

参照所收集所述外观信息，使用绘图工具绘制仪表界面；

通过修改图元annotation中的动态属性，实现动态组件的自定义；

创建RealInput和RealOutput仪表相关的接口和显示变量；

创建各个变量之间的equation方程；

在图元的annotation动态属性中引用相关的变量；

进行模型编译得到虚拟仪表模型。

进一步，在本发明所述的核电厂虚拟仪表创建方法中，在所述使用MWorks平台的虚拟仪表模型并根据所述建模信息创建虚拟仪表模型之后包括：

在MWorks平台中创建TEST测试模型，使用所述TEST测试模型对所述虚拟仪表模型进行仿真测试，并根据仿真结果调整所述虚拟仪表模型，直至所述虚拟仪表模型与所述实体仪表在外表和功能上一致。

进一步，在本发明所述的核电厂虚拟仪表创建方法中，所述在MWorks平台中创建TEST测试模型包括：创建TEST测试模型，并为所述TEST测试模型链接相应的测试对象的输入信号和仪表的输出信号；

所述使用所述TEST测试模型对所述虚拟仪表模型进行测试包括：在所述TEST测试模型的仿真界面设置仿真参数，所述TEST测试模型执行所述仿真参数得到仿真结果，所述仿真参数包括仿真算法、开始时间、终止时间、步长、步数。

进一步，在本发明所述的核电厂虚拟仪表创建方法中，在所述使用MWorks平台的虚拟仪表模型并根据所述建模信息创建虚拟仪表模型之后还包括：

将所述虚拟仪表模型保存至虚拟仪表数据库中。

进一步，在本发明所述的核电厂虚拟仪表创建方法中，在所述将所述虚拟仪表模型保存至虚拟仪表数据库中之后还包括：

若在核电厂进行整体建模或局部建模过程中包含实体仪表，则从所述虚拟仪表数据库选择与所述实体仪表对应的虚拟仪表模型，并为所述虚拟仪表模型配置输入输出接口和变量，将所述虚拟仪表模型接入核电厂模型中。

另外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行如上述的核电厂虚拟仪表创建方法的步骤。

另外，本发明还提供一种计算机，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，执行如上述的核电厂虚拟仪表创建方法的步骤。

实施本发明的一种核电厂虚拟仪表创建方法、存储介质及计算机，具有以下有益效果：本发明实现对核电厂仪表的虚拟仿真，使核电厂仿真系统更加完备，提高核电厂仿真能力。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的核电厂虚拟仪表创建方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的核电厂虚拟仪表创建方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的核电厂虚拟仪表创建方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的核电厂虚拟仪表创建方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的核电厂虚拟仪表创建方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

在一个优选实施例中，参考图1，本实施例的核电厂虚拟仪表创建方法应用于核电厂虚拟建模中，特别是压水堆核电厂虚拟建模中的仪表建模。核电厂有各种功能的仪表，主要包括以下几大类：温度测量和指示仪表、压力测量和指示仪表、液位测量指示仪表、转速测量和指示仪表、电导率测量和指示仪表、气体浓度测量和指示仪表、湿度测量和指示仪表、电流/电压测量和指示仪表等。不同核电厂使用的仪表类型和品牌型号可能略有不同，用户可以根据自身需求选择需要进行数字化建模的仪表。

参考图1，本实施例的核电厂虚拟仪表创建方法对核电厂各种仪表均适用，具体的，该核电厂虚拟仪表创建方法包括下述步骤：

步骤S1：获取核电厂中实体仪表的仪表参数信息。

具体的，经过识别和筛选选择出需要建模的核电厂实体仪表，该实体仪表是指真实应用于核电厂的仪表，选择实体仪表后获取核电厂中实体仪表的仪表参数信息。在获取仪表参数信息时，需结合核电厂对系统设备和技术文件的管理体系及管理要求，例如从核电厂的EOMM设备运行和维修手册、SDM系统设计手册中的仪表清单、维修文件中的仪表校验单和仪表校验报告中获取实体仪表的仪表参数信息。作为选择，除了查找技术文件，还可以前往现场各个核电厂厂房和备件仓库拍摄仪表的实物外观以及铭牌上的相关信息等。

步骤S2：从仪表参数信息中提取仪表建模所需的建模信息。

具体的，获取实体仪表的仪表参数信息后，需要将仪表参数信息转化为建模所需信息，即从仪表参数信息中提取仪表建模所需的建模信息，以实现对仪表建模。因本实施例既需要对仪表的外观结构进行建模，还需要对仪表的功能进行建模，因此从仪表参数信息中提取仪表建模所需的建模信息包括用于仪表外观结构建模的外观建模信息，以及用于对仪表功能进行建模的功能建模信息。

作为选择，本实施例从仪表参数信息中提取仪表建模所需的建模信息包括但不限于下述信息：

信息1：实体仪表的外观信息，外观信息包括形状、尺寸和颜色。外观信息用于建模时绘制虚拟仪表模型的外观，即根据形状、尺寸和颜色绘制虚拟仪表模型的外观。作为选择，若在实体仪表的资料信息中未查找到外观信息，则可到核电厂仪表安装位置或到仓库拍摄实体仪表的外观信息。

信息2：实体仪表的工作原理以及所测量的对象和工作介质。获取实体仪表的工作原理以及所测量的对象和工作介质后，根据工作原理选择适当的公式或算法来实现该工作原理，使用信号源或信号发生器来模拟实体仪表所测量的对象，使用算法或虚拟介质来模拟工作介质。通过对实体仪表的工作原理、所测量的对象和工作介质的模式，使建模所得虚拟仪表模型具有实体仪表的功能。

信息3：实体仪表的物理接口、电气接口和通讯方式。为使建模所得虚拟仪表模型与实体模型更为接近，方便工作人员准确识别和使用虚拟仪表模型，本实施例在根据实体仪表的外观信息绘制虚拟仪表模型的外观后，还获取实体仪表的物理接口、电气接口和通讯方式。在虚拟仪表模型上设置虚拟物理接口来模拟实体仪表的物理接口，并使虚拟物理接口在位置上与实体仪表保持一致。在虚拟仪表上设置虚拟电气接口来模拟实体仪表的电气接口，并使虚拟电气接口在位置上与实体仪表保持一致。使用公式或算法来模拟实体仪表的通讯方式，使虚拟仪表模型实现实体仪表的通讯方式。

信息4：实体仪表的物理信号类型和量程。根据获取的实体仪表的物理信号类型来定义虚拟仪表模型的物理信号类型，并根据实体仪表的量程来设置虚拟仪表模型的量程，即虚拟仪表模型的量程与实体仪表的量程一致，且虚拟仪表模型的量程显示方式与实体仪表一致。

信息5：实体仪表的电气信号类型和量程。根据获取的实体仪表的电气信号类型定义虚拟仪表模型的电气信号类型，并根据实体仪表的量程来设置虚拟仪表模型的量程，即虚拟仪表模型的量程与实体仪表的量程保持一致，且虚拟仪表模型的量程显示方式与实体仪表一致。

信息6：实体仪表的物理信号、电气信号和画面读数之间的对应关系。仪表的主要功能就是将获取的物理信号或电气信号转化为读数并实时显示出来，所以为实现虚拟仪表模型实时显示读数，需要获取实体仪表的物理信号、电气信号和画面读数之间的对应关系，根据实体仪表的物理信号、电气信号和画面读数之间的对应关系设置虚拟仪表模型的对应关系。则在虚拟仪表模型获取到对应物理信号或电气信号后，便可根据该对应关系得到物理信号或电气信号对应的读数，并显示读数。

上述信息仅是对建模信息的举例说明，并不用于限定建模信息，且可以理解，不同功能的实体仪表所需要获取的建模信息不同，有些实体仪表可能包括上述全部建模信息，有些实体仪表可能包括上述部分建模信息，还有些实体仪表可能包括其他建模信息，当包含上述实施例未列明的其他建模信息时，本领域技术人员可根据本实施例获取建模信息的构思和原理提取所需建模信息即可。

步骤S3：使用MWorks平台的虚拟仪表模型并根据建模信息创建虚拟仪表模型。

具体的，本实施例所使用的建模仿真平台为基于Modelica的MWorks建模仿真工具。Modelica基于非因果建模思想，采用数学方程(组)和面向对象结构来促进模型知识的重用，是一种面向对象的结构化数学建模语言，支持类、继承、方程、组件、连接器和连接。MWorks是新一代多领域工程系统建模、仿真、分析与优化通用CAE平台，基于多领域统一建模规范Modelica，提供从可视化建模、仿真计算到结果分析的完整功能，支持多学科多目标优化、硬件在环(Hardware-In-the-Loop，HIL)仿真以及与其他工具的联合仿真。

通过上述仪表对象的选取、技术文件和技术参数的收集、建模信息的提取，已经具备了使用MWorks建模仿真平台进行数字化虚拟仪表建模的信息和数据基础，仪表模型的创建主要分为以下几个主要步骤。

参考图2，使用MWorks平台的虚拟仪表模型并根据建模信息创建虚拟仪表模型包括下述步骤：

步骤S31：在MWorks平台中新建一个package模型或者model模型。

步骤S32：参照所收集外观信息，使用绘图工具绘制仪表界面。

步骤S33：通过修改图元annotation中的动态属性，实现动态组件的自定义。

步骤S34：创建RealInput和RealOutput仪表相关的接口和显示变量。

步骤S35：创建各个变量之间的equation方程。

步骤S36：在图元的annotation动态属性中引用相关的变量。

步骤S37：进行模型编译得到虚拟仪表模型。

上述建模过程中使用MWorks平台的接口、方程、属性、图元等工具，可参考现有技术中MWorks平台，此处不再进行详细介绍。

本实施例实现对核电厂仪表的虚拟仿真，使核电厂仿真系统更加完备，提高核电厂仿真能力。

在一些实施例的核电厂虚拟仪表创建方法中，在建立虚拟仪表模型后，需要验证该虚拟仪表是否能够实现与实体仪表的功能一致，即虚拟仪表是否能够实现实体仪表的功能。本实施例在MWorks平台中创建TEST测试模型，使用该TEST测试模型对新建的虚拟仪表模型进行测试。参考图3，在使用MWorks平台的虚拟仪表模型并根据建模信息创建虚拟仪表模型之后包括：

步骤S4：在MWorks平台中创建TEST测试模型，使用TEST测试模型对虚拟仪表模型进行仿真测试，并根据仿真结果调整虚拟仪表模型，直至虚拟仪表模型与实体仪表在外表和功能上一致。

具体的，在MWorks平台中创建TEST测试模型时首先创建TEST测试模型，并为TEST测试模型链接相应的测试对象的输入信号和仪表的输出信号，以模拟出仪表的温度、压力、液位、转速等测量对象的输入信号，以及仪表的电流、电压、开关量阈值等输出信号。之后将TEST测试模型与虚拟仪表模型建立连接，包括虚拟物理接口和虚拟电器接口的连接，以及将TEST测试模型产生的测试信号对应输入至虚拟仪表模型的对应接口。

进一步，在创建TEST测试模型并完成TEST测试模型与虚拟仪表模型连接后，在TEST测试模型的仿真界面设置仿真参数。作为选择，仿真参数包括但不限于仿真算法、开始时间、终止时间、步长、步数等，可根据虚拟仪表模型测试需求设置对应的仿真参数。测试开始后，TEST测试模型将仿真参数转化为对应的测试信号，并将测试信号传输至虚拟仪表模型，并接收虚拟仪表模型产生的输出结果，当然虚拟仪表模型自身的仪表显示区也会显示部分测试结果，即TEST测试模型和虚拟仪表模型执行仿真参数得到仿真结果。

将仿真结果与实际仪表的性能指标或功能指标进行对比，若仿真结果达到实际仪表的各项指标要求，则说明虚拟仪表模型符合设计需求。若仿真结果未达到实际仪表的事项指标要求，调根据差别调整虚拟仪表模型并在调整后重新进行仿真测试，反复修改直至仿真结果达到实际仪表的各项指标要求。

本实施例创建专用的TEST测试模型来测试虚拟仪表模型，确保虚拟仪表模型符合设计需求。

在一些实施例的核电厂虚拟仪表创建方法中，参考图4，在使用MWorks平台的虚拟仪表模型并根据建模信息创建虚拟仪表模型之后还包括：

步骤S5：将虚拟仪表模型保存至虚拟仪表数据库中。

具体的，上述实施例提供的虚拟仪表创建方法可用于创建核电厂各种类型仪表的虚拟仪表模型，不同仪表只需进行适应性调整即可。按照上述实施例创建虚拟仪表模型后，将虚拟仪表模型保存至虚拟仪表数据库中。另外，在保存虚拟仪表模型同时保存虚拟仪表的相关信息，以方便使用时能快速查找到所需虚拟仪表模型。作为选择，在保存虚拟仪表模型同时保存虚拟仪表的相关信息时，可选用下述方式：建立虚拟仪表模型与仪表名称的对应关系，保存虚拟仪表模型以及虚拟仪表模型与仪表名称的对应关系；或者，建立虚拟仪表模型与仪表型号的对应关系，保存虚拟仪表模型以及虚拟仪表模型与仪表型号的对应关系；或者，建立虚拟仪表模型与仪表功能的对应关系，保存虚拟仪表模型以及虚拟仪表模型与仪表功能的对应关系等。

本实施例将虚拟仪表模型保存至虚拟仪表数据库中，方便使用时能快速查找到所需虚拟仪表模型，方便用户使用虚拟仪表模型。

在一些实施例的核电厂虚拟仪表创建方法中，参考图5，在将虚拟仪表模型保存至虚拟仪表数据库中之后还包括：

步骤S6：若在核电厂进行整体建模或局部建模过程中包含实体仪表，则从虚拟仪表数据库选择与实体仪表对应的虚拟仪表模型，并为虚拟仪表模型配置输入输出接口和变量，将虚拟仪表模型接入核电厂模型中。

具体的，在核电厂人员培训或项目技术验证过程中，均需要对核电厂进行建模，本发明的上述实施例提供了核电厂虚拟仪表的创建方法，并将创建的虚拟仪表模型存储在虚拟仪表数据库中。若在核电厂进行整体建模或局部建模过程中包含实体仪表，则可从虚拟仪表数据库选择与实体仪表对应的虚拟仪表模型，并为虚拟仪表模型配置输入输出接口和变量，将虚拟仪表模型接入核电厂模型中。

本实施例将虚拟仪表模型应用于核电厂模型中，使核电厂模型更加丰富，更加贴近核电厂实际结构和运行情况，提高核电厂人员培训和技术验证水平。

在一个优选实施例中，本实施例的计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序适于处理器进行加载，以执行如上述实施例的核电厂虚拟仪表创建方法的步骤。

在一个优选实施例中，本实施例的计算机包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器通过调用存储器中存储的计算机程序，执行如上述实施例的核电厂虚拟仪表创建方法的步骤。

综合上述实施例，本发明使用的基于Modelica的国产化MWorks建模仿真平台，可以在常用的个人电脑上进行安装和应用，极大的方便了核电厂工程技术人员的日常使用。使用本发明所创建的虚拟仪表模型或模型库可以为核电厂的热能动力、仪控、电气等系统回路的模型创建和仿真提供快速和便捷的仪表子模型创建方法和子模型库，可以协助系统模型的创建人员更加方便和快速的完成大模型的创建，并且提供更为标准和符合人因设计的仪表子模型。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。