基于虛擬機技術的DCS仿真系統設計與實現

隨著工業的發展，DCS(Distributed Control System)的應用越來越廣，但是由于DCS本身的分散控制集中管理的特點必然導致其存在一定的復雜性，不會像普通系統那樣容易使用，所以在DCS產生的同時，相應的仿真系統也應運而生。

1 現有DCS仿真系統

DCS仿真系統是將真實DCS在非DCS的計算機系統中重現(純軟件)，不會涉及到底層硬件，完全可以運行在普通的PC環境中。基于這種與硬件無關的特性，仿真系統可應用于操作人員的培訓和前期的工程調試。所以，DCS仿真系統的仿真程度直接影響到后期的實際操作。

目前主要存在兩種方式：(1)保留原有的集散控制系統軟件和硬件，接入一個只限于實現過程仿真的仿真計算機，即激勵(Stimulation)方式；(2)全范圍各個部分的仿真，用軟件模擬硬件的方式仿真其人機界面，而不必復制其所有功能，即仿真(Simulation)方式[1]。

上述兩種方式中，激勵方式的軟硬件仿真程度較高，但實現復雜，與模型連接也很困難。相對來說仿真方式比較容易實現，軟件實現整個過程靈活性較強，可以運用于不同的環境，同時便于系統升級。

2 基于虛擬機技術的DCS仿真系統

在各個環節使用軟件實現對DCS的仿真，然而DCS中很多軟件已經運行在PC機上，尤其是操作人員使用的上位機軟件，這部分完全可以直接使用，不必額外仿真，具體操作在實際DCS中與DCS仿真系統中都完全一樣，并使得硬件及其相關硬件也能得到完全模擬。基于虛擬機技術的DCS系統實現的是硬件以及與硬件相關部分的仿真，即可以在PC環境中再現DCS。圖1所示為DCS結構圖。



圖1中Level 2的工程師站、操作員站均運行在PC環境中，Level 1及Level 0是硬件相關的部分。控制器是整個DCS中最為重要的環節，對上起著接受操作命令和反饋現場數據的作用；對下起著傳遞命令和采集現場數據的作用。目前最簡單的控制器仿真是將控制器程序移植到PC環境中，這樣不僅改變了控制器程序，也丟失了一部分硬件特性，同時會隨著控制器程序的不斷升級而頻繁升級，并需要時刻保持與控制器程序對齊。