电厂加药系统半实物仿真平台设计

图1 系统总体设计框图图2 输出信号示意图1 基于LabVIEW的半实物虚拟仿真平台系统总体方案设计本设计中，各种被测信号经过传感器、放大整形滤波、现场单片机（MSP430）采集缓存等处理后，输送到单片机中，通过单片机计算处理后，实现与上位机的通信。

同时，来自上位机的信号经RS232总线传输到采集节点，驱动数据采集。

基于LabVIEW的半实物虚拟仿真平台系统整体结构框图如图1所示。

其中电源电路使用24V稳压电源，保障电源的稳定，霍尔传感器的输出脉冲信号要先进行放大滤波处理后再送入A/D转换器转换成数字量。

驱动电路通过隔离电路达到弱电控制强电，从而驱动电机。

温度传感器输出的是数字量，直接被MSP430采集，采集到的数据缓存供单片机调用。

采集节点通过RS232总线与上位机通讯，实现各项数据的实时显示、存储和越限报警等功能。

2 系统硬件设计2.1 单片机控制部分在指令的控制下打开或关闭，从而使单片机执行相应的程序，达到控制目的。

2.2 电机驱动模块BLD-300B直流无刷电机驱动器是针对中功率低压直流无刷电机的高性能无刷驱动产品。

该直流无刷电机驱动器采用高性价比的解决方案设计而成，适用于功率为48V、440W，或24V、300W的三相直流无刷电机的转速调节。

BLD-300B可提供内置电位器RV调速、外接电位器调速、外部模拟电压调速、上位机（PLC，单片机等）PWM调速等功能。

同时该驱动器具备大转矩启动、快速启动及制动、正反转切换、手动及自动调速相结合、异常报警信号输出等特点。

输入电压为图3 串口硬件原理图图4 通讯方式示意图能同时收发数据，这样的传送方式称为半双工。

采用半双工方式时，通信系统每一端的发送器和接收器通过收发开关分时转接到通信线上进行方向的切换。

当数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工传送方式。

在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传输。

•机械研究与应用• 2020年第6期（第33卷，总第170期）电机工程doi ： 10.16576/ki. 1007-4414.2020.06.048风力发电机控制系统半实物仿真平台的设计与应用蒋登科(湖南农业大学，湖南长沙4丨0100)摘要：风力发电产业快速发展，风机运行时环境复杂，风机的主控控制系统的控制策略如果存在问题，将直接导致出现重大故障。

针对风力发电机控制程度的升级及版本更换问题，提出建立半实物仿真平台，对风力发电机控制系统进行仿真测试，实践应用验证了风力发电机控制系统半实物仿真平台能有效的测试控制系统的控制逻辑、控制策略的正确性，确保风力发电机安全可靠运行。

关键词：风力发电机；半实物仿真；测试；逻辑；策略中图分类号：TP15 文献标志码：A 文章编号：1007-4414(2020)06-0177-02Design and Application of Semi-Physical Simulation Platform for Wind Power Generator Control SystemJIANG Deng-ke(Hunan Agricultural University, Changsha Hunan 410100, China)A bstract：Nowadays, the wind power generation and its model upgrading develop rapidly；in view of the upgrading of windturbine control degree and version replacement problem, the semi-physical simulation platform is proposed in this article. The simulation test is carried out on the wind turbine control system ；the practical application proves that the semi-physical simu­lation platform of wind turbine control system can effectively test the correctness of the control logic and control strategy of the control system, and ensure the safe and reliable operation of wind turbines.Key w ords：wind power generator；semi-physical simulation；test；logic; strategy〇引言风能作为一种无污染、可再生的能源，蕴藏量丰 富，全球的风能约为2.74xl〇9M W,其中可利用的风 能为2xl〇7M W,比地球上可开发利用的水能总量还 要大10倍。

华中科技大学硕士学位论文摘要近年来，现代工业控制系统逐步发展，引入大量IT技术，如TCP/IP通信协议，通用软硬件等，同时IT技术的安全漏洞也被引入到工业控制系统中。

工业控制系统的漏洞和脆弱性不断增加，安全形势日趋严重。

由于工业控制系统是持续运行生产系统，运行中不允许间断，所以信息安全防护研究工作一般无法直接在运行的系统上展开，故需要融合工业控制系统结构和功能的特点搭建一个适用的仿真实验平台，提供有效的实验验证环境。

在分析研究工业控制系统信息安全以及其仿真实验平台的搭建技术后，本文提出结合真实硬件设备与物理仿真模型的设计方案搭建工业控制系统信息安全半实物仿真实验平台。

半实物仿真实验平台的网络控制部分采用真实设备构成，物理过程仿真模型采用MATLAB软件实现。

在实验室环境下，利用计算机、BeagleBone开发板和基于TMS320F2812的DSP板实现了Modbus TCP/IP监控网络和CAN总线控制网络的搭建，并设计了HMI攻击、控制器/传感器攻击两种攻击实验方法。

最后本文结合田纳西仿真模型，在工业控制系统信息安全半实物仿真实验平台上展开HMI 攻击实验和传感器攻击实验。

关键词：工业控制系统，信息安全，半实物仿真平台，Modbus TCP/IP，CAN总线华中科技大学硕士学位论文AbstractIn recent years, the industrial control systems have a big development, it has being integrated with a large number of IT technologies, such as TCP/IP protocol, Windows operate system etc. However, IT technologies not only bring benefits to industrial control systems but also cyber-threats. Industrial control systems are growing vulnerable and fragile. The security situation is worsening. Since the industrial control systems are continuous operation systems, research works and testing can’t be performed directly in the running systems. So building a simulation platform of industrial control system is an important means to study the security of industrial control systems.Based on the analysis of the security of industrial control systems and the technology used to build a simulation platform for the security of industrial control systems, this thesis proposes a design of a hardware-in-the-loop simulation platform integrated with real hardware devices and a physical plant simulation model. The network control system uses real devices and the physical layer uses a simulation plant. In laboratory, computers, BeagleBone boards and DSP boards based on TMS320F2812 are used to build Modbus TCP/IP network and CAN bus network. Two attack sceneries are designed in this thesis, they are HMI attack and controller/sensor attack. In the last part of the thesis, the Tennessee-Eastman simulation model is used to test the HLP simulation platform with HMI attack experiment and pressure sensor attack experiment.Keywords: Industrial Control System; Cyber Security; Hardware-in-the-Loop; Modbus TCP/IP; CAN bus华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论1.1 选题背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 论文结构及研究内容 (5)2 工业控制系统信息安全仿真实验平台需求分析与总体设计2.1 工业控制系统信息安全分析 (6)2.2 工业控制系统信息安全仿真实验平台需求 (8)2.3 工业控制系统信息安全仿真实验平台总体设计 (9)2.4 本章小结 (12)3半实物仿真实验平台控制网络的详细设计与实现3.1 半实物仿真实验平台控制网络结构设计 (13)3.2 过程监控层网络实现 (14)3.3 现场控制网络实现 (20)3.4 现场控制层信息安全防护框架详细设计 (26)3.5 本章小结 (28)4 基于MATLAB的仿真模型框架构建及系统攻击实验设计华中科技大学硕士学位论文4.1 基于MATLAB的仿真模型框架构建 (29)4.2 半实物仿真平台攻击模拟实验设计 (31)4.3 本章小结 (34)5工业控制系统信息安全半实物仿真实验平台的应用与测试5.1 田纳西仿真模型 (35)5.2 攻击模拟实验 (38)5.3 本章小结 (44)6总结和展望6.1 工作总结 (45)6.2 研究展望 (45)致谢 (47)参考文献 (48)附录1 (攻读学位期间发表的论文) (52)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 选题背景及意义现代工业控制系统引入大量IT技术形成集控制、调度、管理和经营为一体的新自动化控制系统，然而IT领域的信息安全风险同时也被引入到工业领域中。

八年级物理上册6.4密度与社会生活自测题一、选择1.体积相同的铁球和铜球质量也相等，则(ρ铁＜ρ铜) ( )A．铜球一定是空心的B．铁球一定是空心的C．两球一定都是空心的D．条件不足，无法判断2.上体育课时，体育老师发现同学们要用的篮球瘪了，于是他用打气筒给篮球打气。

篮球变圆后，仍继续给它打气，则篮球内气体的质量、体积、密度的变化情况是( )A．质量增大，体积增大，密度增大B．质量增大，体积不变，密度增大C．质量增大，体积增大，密度不变D．无法判断3.如图所示是我国自行研制即将首飞的C919大型喷气客机，它的机身和机翼均采用了极轻的碳纤维材料。

这种材料的优点是（）A．密度小B．弹性小C．体积小D．硬度小4. A、B两物体，它们的质量相等，已知ρA：ρB=4：3，且两物体体积V A：V B=5：4，则下述结论正确的是（）A．A物体肯定是空心的B．B物体肯定是空心的C．两物体肯定是空心的D．两物体肯定是实心的5.有一块厚铁板M，冲下圆柱体N（N能很紧密地塞回原孔）．现把铁板和铁柱同时放到炉内加热较长时间，在取出的瞬间（）A.N仍能紧密的塞进原孔B.原孔变大，N很容易塞进C.原孔变小，N不能塞进D.N变粗，塞不进原孔6.一捆粗细均匀的铜线，质量约为9kg，铜线的横截面积是25mm2．这捆铜线的长度约为( )A. 4mB. 40mC. 400mD. 4000m二、填空7.长春的冬天，房间里的暖气一般都安装在窗户的下面，这是因为暖气片周围的空气受热体积变_____________，密度变___________而上升，靠近窗户的冷气下沉到暖气片周围，使冷热空气形成对流，房间变暖和起来。

8.用量杯盛某种液体，测得的液体与量杯的总质量m和液体体积V的关系如图所示，根据图像可知，量杯的质量是________g；该液体的密度是______kg/m3；当液体的体积为50 cm3时，液体的质量为________g。

9.水具有反常膨胀的特性，如图所示为水在0～10 ℃时的密度随温度变化的曲线。

电力系统虚拟仿真实验平台设计与实现随着科技的进步和电力行业的发展，电力系统的虚拟仿真实验平台应运而生。

这种平台可以模拟真实的电力系统运行环境，通过虚拟仿真技术，对电力系统的运行进行实时模拟和监测，提供有效的实验与培训手段。

本文将详细介绍电力系统虚拟仿真实验平台的设计与实现。

一、设计目标为了满足电力系统的教学和研究需求，电力系统虚拟仿真实验平台应具备以下设计目标：1. 实时仿真：平台能够实时模拟电力系统的各种运行情况，包括电压、电流、功率等参数的计算和显示。

2. 多场景支持：平台应支持各种电力系统的仿真实验需求，包括电力传输、配电、短路、过电压等多种场景。

3. 灵活可调：平台能够根据用户需求进行参数调整，包括电力系统元件的连接方式、参数设置等。

4. 数据可视化：平台具备数据可视化功能，能够通过图表、曲线等方式直观展示电力系统运行结果。

5. 用户友好：平台的操作界面简单直观，用户可以轻松上手，进行实验仿真操作。

6. 可扩展性：平台应具备良好的扩展性，能够根据需求增加新的电力系统场景和功能。

二、平台实现1. 软件选型：平台的设计与实现可以选择使用MATLAB、PSIM等仿真软件进行开发。

这些仿真软件具备强大的仿真能力和用户友好的界面，适合电力系统虚拟仿真平台的开发和实现。

2. 前端设计：平台的前端设计是用户与平台进行交互的界面，应该具备良好的用户体验和友好的操作界面。

界面上可以包括电力系统的拓扑结构、元件的图示、参数的设置和实时模拟结果的显示等功能。

3. 后端开发：平台的后端开发是实现电力系统运行的核心部分。

通过编程语言如Python或MATLAB，可以实现电力系统的计算和数据处理，如节点电流计算、矩阵运算等。

后端开发还可以实现电力系统的仿真参数调整、故障注入等功能。

4. 数据库设计：为了保存和管理用户的实验数据和结果，需要设计数据库进行数据存储和查询。

数据库可以使用MySQL、SQLite等关系型数据库进行设计，并通过编程语言的API进行数据的读写操作。

电厂烟气脱硫控制系统半实物仿真平台黄昕昀【摘要】针对火电厂烟气脱硫系统,采用半实物仿真技术设计了烟气脱硫半实物"虚机实电"仿真平台,文章详细介绍了仿真平台的硬件构成、软件系统以及仿真界面,该仿真平台不受现场各种条件的约束,大大简化了系统设计、试验以及节省了优化时间和经费,提高了脱硫系统的运行经济性.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2010(032)006【总页数】3页(P28-29,34)【关键词】烟气脱硫;控制系统;半实物仿真【作者】黄昕昀【作者单位】高斯图文印刷系统(中国)有限公司,上海,200062【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言我国经济的蓬勃发展对电力能源提出了迫切性需求，国家在新建电厂项目和旧厂改造方面投入了大量资金，根据我国电力发展的规划，到2020年我国装机总容量将达到900，000MW，其中火电占到70.6%。

随着装机容量的递增，SO2的排放量不断递增。

目前我国的SO2排放量己严重超过环境容量，这种污染对可持续发展及人类居住生态环境都造成不可逆转的影响[1]。

2005年5月19日，国家发展改革委印发了《关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见》。

《意见》的发布将对规范火电厂烟气脱硫产业市场，提高烟气脱硫设施建设、运行水平，加快烟气脱硫产业的健康快速发展产生积极的促进作用。

目前，我国烟气脱硫技术的研发力量主要集中在专业院校和科研院所，由于受资金和生产场所等条件限制，绝大部分自主开发的新技术仅停留在小试或中试阶段，难以在大型火电厂烟气脱硫工程中得到实际应用。

以企业为主体的烟气脱硫工程创新体系尚未形成，且没有一家企业能够对烟气脱硫过程控制、优化控制和状态监控、大型机电设备状态监控进行有机的整合，做脱硫控制的多侧重脱硫过程控制情况，做脱硫机电设备的多侧重状态监控和优化，往往忽略了各系统间的联系，很难发挥其应有的效益。

仿真可分为计算机仿真和半实物仿真。

电力系统仿真平台的建设与应用随着电力系统的不断发展和智能化的推进，电力系统仿真平台的建设与应用变得越来越重要。

电力系统仿真平台是一种基于计算机技术的虚拟仿真环境，可以模拟电力系统的运行情况，帮助电力系统运行人员进行系统分析、优化调度和故障诊断等工作。

本文将介绍电力系统仿真平台的建设与应用，并探讨其在电力系统运行中的作用和意义。

一、电力系统仿真平台的建设1. 硬件设备的建设电力系统仿真平台的建设首先需要一定的硬件设备支持。

这包括计算机服务器、网络设备、存储设备等。

计算机服务器需要具备足够的计算能力和存储空间，以支持大规模的仿真计算。

网络设备需要保证平台内各个模块之间的通信畅通，以及与外部系统的数据交互。

存储设备需要提供足够的存储空间，以保存仿真数据和结果。

2. 软件系统的建设电力系统仿真平台的建设还需要一套完善的软件系统。

这包括仿真软件、数据库管理系统、数据可视化软件等。

仿真软件是平台的核心，需要具备强大的仿真计算能力和稳定的运行性能。

数据库管理系统用于存储和管理仿真数据，以便后续的数据分析和查询。

数据可视化软件可以将仿真结果以图表等形式展示，方便用户进行数据分析和决策。

3. 数据库的建设电力系统仿真平台需要建立一个完善的数据库，用于存储和管理各种仿真数据。

数据库需要具备高效的数据存储和查询能力，以满足平台的数据管理需求。

同时，数据库还需要具备一定的安全性和可靠性，以保护仿真数据的安全和完整性。

二、电力系统仿真平台的应用1. 系统分析与优化电力系统仿真平台可以模拟电力系统的运行情况，帮助电力系统运行人员进行系统分析和优化。

通过对电力系统的仿真计算，可以得到系统的各种运行参数和指标，如电压、电流、功率等。

运行人员可以根据这些数据进行系统分析，找出系统中存在的问题，并提出相应的优化方案。

通过不断的仿真计算和优化调整，可以提高电力系统的运行效率和稳定性。

2. 调度与控制电力系统仿真平台还可以帮助电力系统运行人员进行调度和控制。

0 引言在火电厂发电过程中，由于有时水质不纯会有杂质，如果不及时清理可能会腐蚀锅炉引起爆炸，当炉水中的pH 浓度过高时，会出现锅炉结垢现象；当炉水中的pH 浓度过低时，会出现锅炉腐蚀现象[1]，这些现象都对电厂安全造成隐患，由于手动控制调节pH 波动大，难以满足要求，且电厂炉水具有大时滞、变负荷的特点[2]，单以一个或两个参数无法适应工况变化的需要，因此有必要开发多参数控制的电厂自动加药系统。

本文从原理出发，研究电厂加药的控制部分，从硬件以及软件两方面阐述了加药系统的功能以及设计思路，使用WinCC 实现监控界面的设计，通过触摸屏可以调整系统参数并实时监测pH 曲线。

1 电厂加药控制原理以及控制指标1.1 控制原理在锅炉运行过程中，炉水的pH 会出现波动，会结垢或者腐蚀炉壁，通常采取给水加氨、炉水加碱化剂（如磷酸盐，氢氧化钠等）的一系列防腐处理手段来解决这种现象[3]。

在炉水加药化学水处理的过程中，磷酸盐浓度需要精准的把控，因此系统需要有自动调整加药量的能力。

在多参数控制加药系统中，加药泵接收来自炉水磷酸根表、电导率表(DD 表)、pH 表、给水流量表4个4~20mA 的信号。

以多参数控制加药系统在某公司的应用来介绍系统结构。

某公司共有4台600MV 燃煤机组，1#机组和2#机组共用一个控制器，3#机组和4#机组共用一个控制器，它们均有两个加药罐，各有两台搅拌机、使用三个加药泵，其中1#机与2#机各使用4#泵与6#泵，5#泵备用，3#机与4#机各使用3#泵以及1#泵，2#泵备用，当正常使用的加药泵出故障时，切换至备用泵。

4台机组各配置有磷酸根表、电导率表（DD 表）、pH 表以及给水流量表。

本装置采用的多参数控制方式，将炉水磷酸根表、电导率表（DD 表）、pH 表、给水流量表同时接入控制系统，机组控制手段分为以下两种。

当机组稳定负荷工作时：pH 值作为主控参数，电导率、磷酸盐的值、给水流量作为辅控参数，在化学方面计算出炉水pH 的数学模型，结合pH 随时间变化的微分方程，与pH 设定浓度进行比较、计算后，输出模拟量控制变频器，改变加药量[4]。

电动变桨距半实物控制系统仿真测试平台设计严刚峰;严秀华;徐宁璟【摘要】叙述了构建电动变桨距半实物控制系统仿真测试平台的意义，以及该平台应具备的功能，提出了一种电动变桨距半实物控制系统仿真测试平台的设计方案。

%This article briefly describes the significance of the modeling and simulating platform of electric pitch control system .This platform should have some functions .Then this article presents a design scheme for modeling and simulating platform of electric pitch control system .【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2013(000)007【总页数】3页(P87-89)【关键词】风力发电;电动变桨;半实物仿真系统【作者】严刚峰;严秀华;徐宁璟【作者单位】成都大学电子信息工程学院，四川成都 610106;陕西飞机工业集团有限公司，陕西汉中 723213;成都大学电子信息工程学院，四川成都 610106【正文语种】中文【中图分类】TK831 电动变桨距控制系统测试需求风力发电是当前新能源开发利用较为成熟的技术［1］。

为了提高风力发电的效率和质量，变速恒频发电技术于20世纪90年代开始兴起，目前已成为风力发电的主流技术。

变桨技术与变频变流技术是变速恒频发电的两大关键技术［2－4］，其中变桨技术对提高风力发电效率、发电质量以及发电机组的安全运行起着十分重要的作用。

因此，变桨距控制系统的性能是决定风力发电系统正常运行的关键因素。

与液压式变桨控制系统相比，电动变桨距控制系统具有结构简单、体积较小、响应速度更快、控制精度较高［5－8］的特点，且不存在液压式变桨系统普遍存在的液压油和滤清器更换维护困难、漏油、卡塞等问题，因而具有更高的可靠性［9－10］。