一种集成化水电站模型开发系统及方法

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，具体涉及一种集成化水电站模型开发系统及方法。

背景技术

现有的水电站模型开发方法有两种：

一种是程序建模方式，该方法的缺点是它不仅要求建模人员具有丰富的专业知识、数学知识，还要求其有建模、仿真及计算机等方面的技术；由于生成的模型是以程序形式存在，非常不便于分析和维护：模型需要经过编译、链接后才能运行，修改调试起来也不方便。

另一种是模块化建模方法，它将大系统按级别、层次、功能分解成由若干个基本单元构成的子系统(这些单元就是模块)；该建模方法与程序建模相比有了很大进步；但它的建模过程复杂，模型整体比较分散，模块之间的连接关系不直观，这对于分析与维护模型不太方便。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种集成化水电站模型开发系统及方法解决了现有的水电站模型开发方法存在建模不直观、模块分散和功能分裂的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种集成化水电站模型开发系统，包括：算法定义编辑子系统、算法编译子系统、图元定义子系统、模块定义子系统、图形化模型搭建子系统、模型运行与在线调式子系统、仿真培训子系统和控制逻辑验证子系统；

所述算法定义编辑子系统用于提供用户定义模型模块内在算法的编辑功能；

所述算法编译子系统采用VC6.0集成编译器，用于检查用户采用算法定义编辑子系统编辑和定义的模型模块内在算法的语法及逻辑是否错误，并在无误的情况下将模型模块内在算法编译为可执行文件型模型模块；

所述图元定义子系统用于将可执行文件型模型模块可视化，输出图元型模型模块；

所述模块定义子系统用于提供用户编辑图元型模型模块参数变量的功能支持；

所述图形化模型搭建子系统用于提供用户可视化的使用其建构的图元型模型模块进行引脚连线形式的水电站模型搭建的功能支持；

所述模型运行与在线调式子系统用于通过计算引擎，对用户通过图形化模型搭建子系统搭建的水电站模型进行工程有限元法迭代运算，动态监视水电站模型的参数状态；

所述仿真培训子系统包括工况列表、抽点、回退、故障设置和曲线监视的人机交互接口，用于支持仿真断面数据的保存、加载和故障复现的仿真培训功能；

所述控制逻辑验证子系统用于运算水电站模型在PLC控制下的参数状态，实现水电站控制逻辑的仿真，验证水电站控制逻辑的正确性和完整性。

进一步地，所述算法定义编辑子系统提供的编辑功能包括：符合C语言函数标准的代码脚本式顺序执行语句编辑功能、代码行号显示功能、代码关键字高亮显示功能、当前选中行显示功能和码块折叠功能。

进一步地，所述图元型模型模块包括以下属性：图元名称、图元描述、关联的图符文件、输入参数、输出参数、系数参数定义和链接引脚定义；所述图元型模型模块属性均由图元定义子系统根据用户所绘的关联的图符文件以及可执行文件型模型模块的输入输出及传递特征而生成。

一种集成化水电站模型开发方法，包括以下步骤：

S1、通过算法定义编辑子系统定义待建立的水电站模型的各模块的内在算法；

S2、通过算法编译子系统编译各模块的内在算法，得到各个可执行文件型模型模块；

S3、绘制各个可执行文件型模型模块应关联的图符文件，通过图元定义子系统关联各个可执行文件型模型模块及其图符文件，得到各个图元型模型模块；

S4、通过模块定义子系统设定各个图元型模型模块的参数变量；

S5、通过图形化模型搭建子系统，以引脚连线的形式，根据各个图元型模型模块搭建水电站模型；

S6、通过模型运行与在线调式子系统运行和调试水电站模型；

S7、通过控制逻辑验证子系统验证水电站模型在PLC控制下的运转情况，并通过仿真培训子系统对运转情况进行实时监测，以此实现集成化水电站模型开发。

综上，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的集成化水电站模型开发系统及方法，可以可视化的一站式完成水电站模型开发及调试，整个系统采用一套工作区，功能和流程直观明了，改变了原有的建模不直观、模块分散、功能分裂的状况。

2、水电站设备系统结构复杂，系统耦合性强、变量多，对系统整体建模求解困难，所以本发明通过模块化的分解方式，将其层层分解直到基本的设备、部件以及过程单元，将复杂系统数学模型的开发转变为对系统中各独立过程设备或环节的算法建模，降低建模难度，极大的简化了对建模人员的编程要求。

3、模型标准化程度高，可读性性高，且易组合、易拆分、易修改。通过补充和修改模型库，也可用于其他技术领域的模型开发。

4、本发明支持模型在线调试，可以在线增删改设备模块，对设备模块的参数修改可以立即生效并观察到效果变化。

5、本发明支持C语言、Fortran语言算法的在线编写、编译、生成动态库，并装入模型驱动。

6、本发明支持外部实时数据、历史数据的接入，并参与到仿真模型的运算中来。

附图说明

图1为一种集成化水电站模型开发系统的系统框图；

图2为一种集成化水电站模型开发方法的流程图；

图3为算法定义编辑子系统的编译过程图；

图4为图元定义过程示意图；

图5为图元分类管理示意图；

图6为以引脚连线的形式搭建水电站模型图；

图7为水电站模型在线调试图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种集成化水电站模型开发系统，包括：算法定义编辑子系统、算法编译子系统、图元定义子系统、模块定义子系统、图形化模型搭建子系统、模型运行与在线调式子系统、仿真培训子系统和控制逻辑验证子系统；

所述算法定义编辑子系统用于提供用户定义模型模块内在算法的编辑功能；

所述算法编译子系统采用VC6.0集成编译器，用于检查用户采用算法定义编辑子系统编辑和定义的模型模块内在算法的语法及逻辑是否错误，并在无误的情况下将模型模块内在算法编译为可执行文件型模型模块；

所述图元定义子系统用于将可执行文件型模型模块可视化，输出图元型模型模块；

所述模块定义子系统用于提供用户编辑图元型模型模块参数变量的功能支持；

所述图形化模型搭建子系统用于提供用户可视化的使用其建构的图元型模型模块进行引脚连线形式的水电站模型搭建的功能支持；

所述模型运行与在线调式子系统用于通过计算引擎，对用户通过图形化模型搭建子系统搭建的水电站模型进行工程有限元法迭代运算，动态监视水电站模型的参数状态；

所述仿真培训子系统包括工况列表、抽点、回退、故障设置和曲线监视的人机交互接口，用于支持仿真断面数据的保存、加载和故障复现的仿真培训功能；

所述控制逻辑验证子系统用于运算水电站模型在PLC控制下的参数状态，实现水电站控制逻辑的仿真，验证水电站控制逻辑的正确性和完整性。

所述算法定义编辑子系统提供的编辑功能包括：符合C语言函数标准的代码脚本式顺序执行语句编辑功能、代码行号显示功能、代码关键字高亮显示功能、当前选中行显示功能和码块折叠功能。

算法定义编辑子系统集成了标准C的编译器，在模型开发工作区的算法编辑窗口，编写完算法并保存后，直接点击”编译”按钮，即可进行当前算法的编译。编译过程的输出信息，会在工作区的输出窗口进行显示，以便于检查编译错误及输出结果，如图3所示。

所述图元型模型模块包括以下属性：图元名称、图元描述、关联的图符文件、输入参数、输出参数、系数参数定义和链接引脚定义；

所述图元型模型模块属性均由图元定义子系统根据用户所绘的关联的图符文件以及可执行文件型模型模块的输入输出及传递特征而生成。

图元是模型中模块实例的抽象表示，代表了某一类设备定义，比如水轮机、风机、阀门、开关、刀闸等。

如图2所示，一种集成化水电站模型开发方法，包括以下步骤：

S1、通过算法定义编辑子系统定义待建立的水电站模型的各模块的内在算法；

S2、通过算法编译子系统编译各模块的内在算法，得到各个可执行文件型模型模块；

S3、绘制各个可执行文件型模型模块应关联的图符文件，通过图元定义子系统关联各个可执行文件型模型模块及其图符文件，得到各个图元型模型模块。图4为设计各个图元型模块的过程中通过图元定义子系统设计加法器模块的人机交互过程，图5为设计完成的各个图元型模块；

S4、通过模块定义子系统设定各个图元型模型模块的参数变量；

S5、通过图形化模型搭建子系统，以引脚连线的形式，根据各个图元型模型模块搭建水电站模型，如图6所示；

S6、通过模型运行与在线调式子系统运行和调试水电站模型；

水电站模型搭建完成后，点击工作区的‘模型运行’按钮，即可启动模型计算引擎。模型计算引擎根据各个模块所属的算法图元的关联算法名，定位到加载到系统算法库的具体算法函数地址，并将模块定义的各类参数作为函数实参，进而调用该函数执行，根据模块输入、系数参数，计算出模块输出参数。整体水电站模型的所有模块迭代计算完成，则完成了一次模型运算。周而复始进行模型运算，则可以进行动态监视模型数据变化，以及进行模型在线调试，如图7所示。

S7、通过控制逻辑验证子系统验证水电站模型在PLC控制下的运转情况，并通过仿真培训子系统对运转情况进行实时监测，以此实现集成化水电站模型开发。