本發(fā)明涉及核電站全范圍模擬機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核電站全范圍模擬機(jī)控制算法的加速計算方法。

背景技術(shù)：

核電站全范圍模擬機(jī)是模擬的核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)，主要用于電站操縱人員培訓(xùn)和考試，以考核操縱人員按照核電廠有關(guān)規(guī)程對核電廠控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際操作或指導(dǎo)他人操作的能力。下位機(jī)算法模擬機(jī)是可在模擬機(jī)環(huán)境中運(yùn)行下位機(jī)算法邏輯的任務(wù)，將參考機(jī)組的系統(tǒng)的軟件移植到模擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境下工作(其硬件平臺可以是模擬主機(jī)，也可以是獨(dú)立的計算機(jī))，來復(fù)現(xiàn)參考機(jī)組的系統(tǒng)。目前，核電站全范圍模擬機(jī)的下位機(jī)模擬機(jī)算法應(yīng)用很少，一般僅實(shí)現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)輸入輸出功能，或者周期性運(yùn)算特定的算法。對于可調(diào)速率的支持，由于windows系統(tǒng)平臺自身限制，業(yè)界對運(yùn)算周期最快支持到100毫秒的分辨率，而對于100毫秒以下的快速運(yùn)算周期，一般用局部快速或者丟棄數(shù)據(jù)包來模擬。

局部快速方式，指對模擬機(jī)中的某一個或者少數(shù)幾個下位機(jī)，進(jìn)行快速50ms周期的運(yùn)算。這種方式能實(shí)現(xiàn)少數(shù)一兩個下位機(jī)加速計算，但核電站下位機(jī)規(guī)模通常超過10個，該方式無法實(shí)現(xiàn)整體下位機(jī)的加速計算。

丟棄數(shù)據(jù)包方式，指在加速計算過程中，丟棄掉一部分?jǐn)?shù)據(jù)包來避免計算數(shù)據(jù)擁堵。比如說，對于50ms的計算輸入數(shù)據(jù)，采用算一包丟一包的方式來進(jìn)行計算。該方式的計算周期實(shí)際為100ms，用犧牲分辨率的方式來保證計算速度。

如附圖1和附圖2所示，為現(xiàn)有技術(shù)中常見的核電站全范圍模擬機(jī)系統(tǒng)中下位機(jī)算法模擬機(jī)連接總體結(jié)構(gòu)圖。下位機(jī)算法模擬機(jī)接入系統(tǒng)網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)網(wǎng)，工程師站通過系統(tǒng)網(wǎng)向下位機(jī)算法模擬機(jī)下裝算法工程，模型網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)關(guān)網(wǎng)向下位機(jī)算法模擬機(jī)提供算法工程所需的輸入數(shù)據(jù)，并接收下位機(jī)算法模擬機(jī)的輸出數(shù)據(jù)。下位機(jī)算法模擬機(jī)周期向?qū)崟r庫提供數(shù)據(jù)庫點(diǎn)值。教控臺和模型通過模型網(wǎng)為模型網(wǎng)關(guān)提供數(shù)據(jù)，操作員站和歷史服務(wù)器通過管理網(wǎng)向?qū)崟r服務(wù)器請求數(shù)據(jù)。

附圖3為下位機(jī)算法運(yùn)行的過程圖，下位機(jī)算法運(yùn)行的過程主要包括算法工程下裝、算法啟動、接收算法數(shù)據(jù)和執(zhí)行算法邏輯等。工程師站組態(tài)模擬機(jī)算法工程，組態(tài)完畢后對算法工程進(jìn)行編譯，然后將編譯后的算法工程文件下裝給下位機(jī)算法模擬機(jī)。下裝結(jié)束后啟動下位機(jī)算法模擬機(jī)的算法任務(wù)。下位機(jī)算法模擬機(jī)周期等待模型網(wǎng)關(guān)的算法輸入數(shù)據(jù)，若無數(shù)據(jù)輸入，則持續(xù)等待。若有算法輸入數(shù)據(jù)，則執(zhí)行一次算法邏輯運(yùn)算。執(zhí)行完畢后將算法輸出數(shù)據(jù)提供給模型網(wǎng)關(guān)，繼續(xù)等待下一次算法輸入數(shù)據(jù)。通過模型網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)輸入來激勵算法運(yùn)行，在運(yùn)行過程中，如果收到退出指令則停止下位機(jī)算法模擬機(jī)算法任務(wù)。

附圖4是下位機(jī)算法模擬機(jī)的運(yùn)行過程中，執(zhí)行算法邏輯過程示意圖，算法任務(wù)接收到模型網(wǎng)關(guān)輸入數(shù)據(jù)后，將輸入數(shù)據(jù)中的算法數(shù)據(jù)解析出來，按照算法格式放入輸入數(shù)據(jù)區(qū)域，之后進(jìn)行一次算法邏輯，得到運(yùn)算后的輸出數(shù)據(jù)，最后將輸出數(shù)據(jù)取出，處理成模型網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)格式發(fā)送給模型網(wǎng)關(guān)。這種方式通過模型網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送頻率實(shí)現(xiàn)了算法速率控制，可實(shí)現(xiàn)快速(50ms)，慢速(200ms～2s)，步進(jìn)式算法運(yùn)算。對于100ms～2s周期范圍的算法控制，進(jìn)行簡單的輸入數(shù)據(jù)驅(qū)動算法即可實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)算法模擬機(jī)在運(yùn)行時會周期接收到模型網(wǎng)關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，對windows系統(tǒng)而言，在100ms以上的周期，可以完成整個算法過程包括數(shù)據(jù)接收、計算、數(shù)據(jù)發(fā)送。對于50ms周期的算法控制，windows由于自身系統(tǒng)的局限性，無法保證完成整個算法過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中windows系統(tǒng)平臺的運(yùn)算周期最快只能支持到100毫秒的分辨率，而對于100ms以下的快速運(yùn)算周期，只能通過局部快速或者丟棄數(shù)據(jù)包的方式來模擬，但是這兩種快速運(yùn)算方式，存在著無法實(shí)現(xiàn)整體下位機(jī)加速計算或者犧牲分辨率的問題。

為了實(shí)現(xiàn)全范圍多個下位機(jī)算法模擬機(jī)同時加速計算，且加速計算周期提升到50ms的技術(shù)目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案包括：一種核電站全范圍模擬機(jī)控制算法加速計算方法，所述加速計算方法包括：

一、所述系統(tǒng)接收模型網(wǎng)關(guān)發(fā)來的數(shù)據(jù)并發(fā)送給n個下位機(jī)算法模擬機(jī)，周期為100ms～2s，發(fā)送的數(shù)據(jù)包括算法輸入數(shù)據(jù)和/或加速指令標(biāo)志，n≥1；

二、下位機(jī)算法模擬機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，解析當(dāng)前數(shù)據(jù)，提取算法輸入數(shù)據(jù)和/或加速指令標(biāo)志；

三、根據(jù)提取的數(shù)據(jù)，下位機(jī)算法模擬機(jī)判斷是否存在加速指令標(biāo)志，如果存在加速指令標(biāo)志，下位機(jī)算法模擬機(jī)將加速指令返回至模擬網(wǎng)關(guān)進(jìn)行確認(rèn)；

四、根據(jù)算法輸入數(shù)據(jù)，下位機(jī)算法模擬機(jī)執(zhí)行第一次算法邏輯，若存在加速指令標(biāo)注，則執(zhí)行步驟五，否則執(zhí)行步驟六；

五、下位機(jī)算法模擬機(jī)執(zhí)行第二次算法邏輯；

六、各下位機(jī)算法模擬機(jī)將算法結(jié)果發(fā)送到所述系統(tǒng)；

七、所述系統(tǒng)將算法結(jié)果打包處理，并放入模型網(wǎng)關(guān)的輸出數(shù)據(jù)區(qū)；

八、結(jié)束本次算法。

在所述步驟一之前，還要進(jìn)行以下步驟：

一、所述下位機(jī)算法模擬機(jī)啟動后需先進(jìn)行初始化處理；

二、向模擬網(wǎng)關(guān)發(fā)出所述系統(tǒng)模擬狀態(tài)指令；

三、獲取所述系統(tǒng)模擬狀態(tài)指令后，所述下位機(jī)算法模擬機(jī)自身狀態(tài)與所述系統(tǒng)模擬機(jī)同步，完成后運(yùn)行加速計算方法。

核電站全范圍模擬機(jī)系統(tǒng)依次發(fā)送數(shù)據(jù)給n個下位機(jī)算法模擬機(jī)。所述下位機(jī)算法模擬機(jī)將算法結(jié)果依次發(fā)送到所述系統(tǒng)。

發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且部分地從說明書變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)和/或流程來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中核電站的下位機(jī)算法模擬機(jī)連接總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中下位機(jī)算法模擬機(jī)與其他節(jié)點(diǎn)的關(guān)系圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中下位機(jī)算法模擬機(jī)運(yùn)行過程圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)中下位機(jī)算法模擬機(jī)執(zhí)行算法邏輯過程示意圖；

圖5為本發(fā)明一種核電站全范圍模擬機(jī)控制算法加速計算方法中對于快速指令的運(yùn)算處理具體過程圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種核電站全范圍模擬機(jī)環(huán)境示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種加速算法的啟動流程圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種加速算法的啟動時序圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種單步算法執(zhí)行過程時序圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種加速算法執(zhí)行過程時序圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種模型網(wǎng)關(guān)與下位機(jī)算法模擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，這些具體的說明只是讓本領(lǐng)域普通技術(shù)人員更加容易、清晰理解本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定性解釋；并且只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

下面通過附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述：

如圖5所示，本發(fā)明的加速計算方法包括五個過程，分別為：

1、接收輸入數(shù)據(jù)

由模型網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)絡(luò)套接字發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中包括算法輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)指令標(biāo)志等信息，數(shù)據(jù)發(fā)送周期由模型網(wǎng)關(guān)指定，一般在100ms～2s之間。該數(shù)據(jù)包發(fā)送至下位機(jī)算法模擬機(jī)接收。

2、處理輸入數(shù)據(jù)

下位機(jī)算法模擬機(jī)接收到數(shù)據(jù)包后，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行有效性檢測，提取出數(shù)據(jù)包中主要的兩個信息：算法數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)指令標(biāo)志位，前者用于算法邏輯執(zhí)行的數(shù)據(jù)輸入，后者用來判別是否進(jìn)行加速計算處理。算法數(shù)據(jù)輸入有時會根據(jù)下位機(jī)站間通訊、三方外部數(shù)據(jù)或者下位機(jī)模擬故障等特殊情況進(jìn)行二次數(shù)據(jù)處理，最終將處理后的數(shù)據(jù)放入下位機(jī)算法模擬機(jī)的算法數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)。

3、執(zhí)行算法邏輯

由下位機(jī)算法模擬機(jī)執(zhí)行算法邏輯，該過程主要是將算法數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)作為算法邏輯的輸入，運(yùn)行用戶組態(tài)的算法邏輯指令合集，運(yùn)行后得到算法邏輯的輸出數(shù)據(jù)。若數(shù)據(jù)指令標(biāo)志位解析為加速計算，則額外再執(zhí)行一次算法邏輯。執(zhí)行算法邏輯的最終目的是獲得輸出數(shù)據(jù)；

4、處理輸出數(shù)據(jù)

與處理輸入數(shù)據(jù)的過程對應(yīng)，下位機(jī)算法模擬機(jī)將輸出數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)指令反饋合并，按照與模型網(wǎng)關(guān)約定的返回協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)打包；

5、發(fā)送輸出數(shù)據(jù)

下位機(jī)算法模擬機(jī)將打包好的數(shù)據(jù)發(fā)送給模型網(wǎng)關(guān)，完成一次算法通訊。

加速計算要求所有5個過程在50ms內(nèi)處理完成，而windows由于自身非實(shí)時系統(tǒng)的限制，無法保證處理完全部5個過程。本發(fā)明的思路就是在加速計算時，2個周期(100ms)中舍棄1個周期5個過程中的一部分過程，使得加速計算功能得以實(shí)現(xiàn)。具體的實(shí)現(xiàn)方式是舍棄5個過程中的1、2、4、5，只保留核心過程3，也就是2個算法周期只進(jìn)行1次數(shù)據(jù)輸入輸出，執(zhí)行2次算法邏輯。也就是說，快速計算時，模型網(wǎng)關(guān)的輸入數(shù)據(jù)庫發(fā)送周期仍是100ms，下位機(jī)接收到輸入數(shù)據(jù)后，自身執(zhí)行2次算法邏輯，將計算后的輸出數(shù)據(jù)發(fā)送至模型網(wǎng)關(guān)。為了區(qū)別100ms周期的數(shù)據(jù)是快速計算和普通計算，模型網(wǎng)關(guān)發(fā)送的數(shù)據(jù)中需要包括1個指令標(biāo)志位。運(yùn)行過程中，

一、所述系統(tǒng)接收模型網(wǎng)關(guān)發(fā)來的數(shù)據(jù)并發(fā)送給n個下位機(jī)算法模擬機(jī)，周期為100ms～2s，發(fā)送的數(shù)據(jù)包括算法輸入數(shù)據(jù)和/或加速指令標(biāo)志，n≥1；

二、下位機(jī)算法模擬機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，解析當(dāng)前數(shù)據(jù)，提取算法輸入數(shù)據(jù)和/或加速指令標(biāo)志；

三、根據(jù)提取的數(shù)據(jù)，下位機(jī)算法模擬機(jī)判斷是否存在加速指令標(biāo)志，如果存在加速指令標(biāo)志，下位機(jī)算法模擬機(jī)將加速指令返回至模擬網(wǎng)關(guān)進(jìn)行確認(rèn)；

四、根據(jù)算法輸入數(shù)據(jù)，下位機(jī)算法模擬機(jī)執(zhí)行第一次算法邏輯，若存在加速指令標(biāo)注，則執(zhí)行步驟五，否則執(zhí)行步驟六；

五、下位機(jī)算法模擬機(jī)執(zhí)行第二次算法邏輯；

六、各下位機(jī)算法模擬機(jī)將算法結(jié)果發(fā)送到所述系統(tǒng)；

七、所述系統(tǒng)將算法結(jié)果打包處理，并放入模型網(wǎng)關(guān)的輸出數(shù)據(jù)區(qū)；

八、結(jié)束本次算法。

這種加速計算的實(shí)現(xiàn)方式，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

對操作系統(tǒng)的計算周期精度要求低，計算數(shù)據(jù)驅(qū)動周期100ms，可實(shí)現(xiàn)50ms的加速計算；對下位機(jī)算法模擬機(jī)的資源利用率高，可保證核電站全范圍模擬機(jī)環(huán)境下多個下位機(jī)算法模擬機(jī)實(shí)現(xiàn)加速計算。

如圖6所示，在核電站全范圍模擬機(jī)環(huán)境中，下位機(jī)算法模擬機(jī)通?？梢阅M控制站，使用本發(fā)明可使所有的下位機(jī)算法模擬機(jī)都支持加速計算，達(dá)到核電站全范圍模擬機(jī)環(huán)境加速計算的效果。

以下為本發(fā)明的一個實(shí)施例，本發(fā)明已應(yīng)用于某項(xiàng)目中speedysim-rts控制站(simrts)軟件的實(shí)現(xiàn)，與加速算法實(shí)現(xiàn)相關(guān)的設(shè)計如下。包括啟動，單步算法執(zhí)行，加速算法執(zhí)行的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。

如圖7所示，為項(xiàng)目啟動過程的流程圖，

步驟一：啟動simrts軟件；

步驟二：對simrts進(jìn)行初始化處理；

步驟三：向模擬網(wǎng)關(guān)發(fā)出請求模擬機(jī)狀態(tài)指令；

步驟四：獲取模擬機(jī)狀態(tài)指令，自身狀態(tài)與模擬機(jī)同步；

步驟五：周期性接收網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)包。

如圖8所示，

1、本實(shí)施例simfactory工業(yè)模擬系統(tǒng)不支持用戶手動啟動，采用開機(jī)自啟動的方式啟動。

2、simfactory啟動后獲取配置文件，啟動對應(yīng)的控制站(下位機(jī)算法模擬機(jī))。

3、simrts控制站(下位機(jī)算法模擬機(jī))啟動后，向simfactory獲取模擬機(jī)當(dāng)前狀態(tài)。

4、simfactory周期向模型網(wǎng)關(guān)請求，同步當(dāng)前模擬機(jī)狀態(tài)。

啟動過程中，若收到狀態(tài)改變指令，simfactory返回指令執(zhí)行失敗。

若啟動過程中獲取模擬機(jī)狀態(tài)失敗，則阻塞在獲取狀態(tài)環(huán)節(jié)并記錄錯誤調(diào)試日志，直至獲取狀態(tài)成功后啟動。

如圖9所示，為本實(shí)施例的單步算法執(zhí)行過程。

1、模型網(wǎng)關(guān)向simfactory發(fā)送數(shù)據(jù)包；

2、simfactory接收數(shù)據(jù)包，拆解數(shù)據(jù)并提取算法，然后輸入數(shù)據(jù)；

3、simfactory將i區(qū)數(shù)據(jù)依次發(fā)送到各simrts控制站(下位機(jī)算法模擬機(jī))；

4、simrts對接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行一次算法邏輯；

5、simrts將得到的q區(qū)數(shù)據(jù)，各控制站(下位機(jī)算法模擬機(jī))依次進(jìn)行反饋到simfactory；

6、simfactory將接收到的各控制站數(shù)據(jù)進(jìn)行打包合并；

7、simfactory將數(shù)據(jù)包寫入至模型網(wǎng)關(guān)。

simrts接收到simfactory的ai(模擬量輸入)、di(數(shù)字量輸入)數(shù)據(jù)，寫入算法任務(wù)的i區(qū)，并觸發(fā)執(zhí)行一次算法邏輯，算法邏輯將運(yùn)算后的數(shù)據(jù)更新至q區(qū)，simrts將q區(qū)數(shù)據(jù)獲取后發(fā)送至simfactory。整個過程要保證在50ms以內(nèi)完成。

如圖10所示，為本實(shí)施例的加速算法執(zhí)行過程。

1、工程人員向模型網(wǎng)關(guān)發(fā)送加速計算(fast)指令；

2、模型網(wǎng)關(guān)向simfactory發(fā)送數(shù)據(jù)包；

3、simfactory接收數(shù)據(jù)包，拆解數(shù)據(jù)并提取指令；

4、simfactory向simrts控制站(下位機(jī)算法模擬機(jī))發(fā)送fast指令；

5、simrts控制站接收到fast指令后，將fast指令返回至simfactory進(jìn)行確認(rèn)；

6、simfactory將fast指令返回至模型網(wǎng)關(guān)；

7、simfactory將i區(qū)數(shù)據(jù)向各控制站依次發(fā)送；

8、simrts控制站對接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行第一次算法邏輯；

9、simrts控制站對接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行第二次算法邏輯；

10、simrts將各控制站的q區(qū)數(shù)據(jù)依次反饋至simfactory；

11、simfactory將接收到的q區(qū)數(shù)據(jù)打包合并處理；

12、simfactory數(shù)據(jù)包寫入至模型網(wǎng)關(guān)。

fast與step的區(qū)別在于，fast收到一包ai、di數(shù)據(jù)后，執(zhí)行兩次算法，用來模擬快速算法運(yùn)行。

如附圖11所示的模型網(wǎng)關(guān)與下位機(jī)算法模擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議包含4部分內(nèi)容。

1、數(shù)據(jù)頭標(biāo)志(2字節(jié)startflag)

2、數(shù)據(jù)頭明細(xì)(16字節(jié)dataheader)

3、不定長數(shù)據(jù)區(qū)(applicationdata)

4、數(shù)據(jù)尾標(biāo)志(2字節(jié)dataend)

其中3部分的不定長數(shù)據(jù)包括了傳輸信息的主要數(shù)據(jù)內(nèi)容。又分為4部分

a、時間戳秒(4字節(jié)fsstimestamp)

b、時間戳毫秒(2字節(jié)fsstimestampmilliseconds)

c、指令數(shù)據(jù)及指令返回(10字節(jié)commanddataandresponsedata)

d、不定長數(shù)據(jù)主體(informationdata)

其中算法輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)容，都在d中。

其中c的指令數(shù)據(jù)及指令返回，又分為2部分

1、指令標(biāo)志位(2字節(jié)commandid)

2、信息類型(8字節(jié)informationdata1～informationdata4)

指令標(biāo)志位的內(nèi)容表明了該包數(shù)據(jù)是正常計算(0)或是加速計算(22)，以此來作為是否進(jìn)行加速計算的依據(jù)。

下位機(jī)算法模擬機(jī)接收到模型網(wǎng)關(guān)的一包數(shù)據(jù)協(xié)議時，會通過協(xié)議解析獲得算法輸入數(shù)據(jù)和指令標(biāo)志位，再根據(jù)指令標(biāo)志位判斷是否進(jìn)行加速計算。

最后需要說明的是，上述說明僅是本發(fā)明的最佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，都可利用上述揭示的做法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和簡單的替換等，這些都屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍。