在计算机信息网络技术的促进下，为适应对大型工业过程及其控制系统的分析、优化和训练的需求，集散控制系统DCS的全范围仿真正在向所谓“虚拟”技术方向发展。 虚拟DPU 由于它使用与真实 DPU 相同的算法,模块,时间片和位号。因此具有更高的软件逼真度。它能够和真实DPU 相联网运行，实现机组的性能计算,在线诊断,优化运行等**功能。相信虚拟DPU技术将在大型工业过程仿真中有着越来越广泛的应用。目前，虚拟DCS的实现主要包括三种方式，激励型DCS、仿真DCS和虚拟DCS。[1]其中基于虚拟DPU(分散处理单元)技术的虚拟DCS介于另外两者之间，其控制参数和算法完全来自于下载文件，使用与实际DPU相同的算法、模块、时间片、位号等,可以同步修改更新，软件功能逼真度较高，实现成本低。因此，虚拟DPU技术能够真正有效、经济和广泛地应用于人员培训、在线检测、故障诊断和设计调试DPU，满足火力发电等过程工业“数字化”的需求。

　　1 虚拟DPU技术

　　SYMPHONY集散控制系统和其他DCS控制系统一样，主要有DPU来完成，虚拟DPU技术将实际DCS系统中的DPU的处理功能移植到虚拟DPU的软件上，脱离硬件设备，采用软件仿真在计算机上实现一个或多个DPU工作过程的模拟。这样就可以直接运行设计人员组态好的文件，执行其控制策略。然后，通过与操作员站人机界面(HMI)的通讯接口相连，就可以完成整个DCS流程动态数学模型仿真系统。

　　从图中可以看出虚拟DPU完全取代了真实的DPU，对下载好的组态文件进行处理，然后在操作员站显示出执行的结果。这样既能完成设计调试、人员培训等离线功能，又能进行在线检测和诊断。

　　2 虚拟DPU仿真软件的实现

　　结合华北电力大学仿真与控制技术实验室引进的Symphony系统，运用虚拟DPU技术对Symphony集散控制系统实现模型仿真。

　　2.1面向对象方法

　　面向对象方法(Object-Oriented Method)是一种把面向对象的思想应用于软件开发过程中，指导开发活动的系统方法，简称OO(Object-Oriented)方法，是建立在“对象”概念基础上的方法学。对象是由数据和容许的操作组成的封装体，与客观实体有直接对应关系，一个对象类定义了具有相似性质的一组对象。继承性是对具有层次关系的类的属性和操作进行共享的一种方式。所谓面向对象就是基于对象概念，以对象为中心，以类和继承为构造机制，来认识、理解、刻画客观世界和设计、构建相应的软件系统。

　　面向对象方法支持三种基本的活动：识别对象和类，描述对象和类之间的关系，以及通过描述每个类的功能定义对象的行为。面向对象的**个原则是把数据和对该数据的操作都封装在一个类中，在程序设计时要考虑多个对象及其相互间的关系。有些功能并不一定由一个程序段完全实现，可以让其它对象来实现，面向对象的另外一个好处是实现代码的重复使用。

　　2.2虚拟DPU控制算法模块

　　Symphony分散控制系统包含255种软件模块，即255个功能码。这些功能码可以分为四种类型，执行块、系统常数块、输入/输出块、用户可组态块。[3][4] 它们主要完成五大功能：1. 输入输出。完成模拟量、逻辑量和脉冲量等输入输出功能。2.模拟控制。完成模拟量的运算及其控制。3.逻辑控制。完成逻辑量的运算及其控制。4.顺序控制。完成提供设备的自动手动顺序切换等功能。5.特殊计算。提供特殊的计算功能。根据对其算法、模块、时间片、位号等的分析，对虚拟DPU控制算法模块进行开发。在VC++中，采用面向对象的模块编程技术，创建虚拟DPU基类库。这五个大模块在运行过程中，通过不同的功能调用，完成了DPU的基本功能。同时，五大模块下层又有一些小模块来辅助其实现该功能。

　　2.3虚拟DPU智能编译部分

　　智能编译部分主要是对DPU组态后下载文件的代码进行扫描解释，然后建立完整的虚拟DPU组态语义库。结合控制算法模块，把控制算法模块以库文件的形式与扫描得到的代码编译链接，得到虚拟DPU控制程序。

　　2.3.1组态文件的结构

　　ABB公司推出的Symphony分散控制系统是通过其系统工程工具Composer进行DCS组态的。对Composer编译后的下载文件结构的分析,不同模块有着不同的二进制结构，但大体上有着相似性。它们都是先标明该模块所占的字节数，接着依次是块地址、常数块号、输入地址、输入值、输出地址、输出值等通过对这些二进制结构的识别，进行进一步的编译工作。

　　2.3.2编译部分的实现

　　编译部分在整个虚拟DPU的过程中，主要的作用是连接组态文件和算法类库，把二者对应起来，然后得出显示的结果。如图3是对这几个部分所在位置和功能的说明。

　　3 软件封装与测试

　　为了对模块进行测试，采用对话框形式的图形操作界面建立一个测试环境。在这个测试环境中，以实际系统可能出现的各种情况对模块进行初始化和赋值，以实际系统相同的时间片调用模块，使测试环境尽量接近于实际的系统。

　　测试的重点在：1)模块接口——模块能否被正确的初始化和赋值，能否正确地输出数据;2)异常处理——软件对异常情况的特殊处理是否到位，是否能够达到准确无误。

　　测试方法采用黑盒测试和白盒测试。黑盒测试即已知产品的功能设计规格，可以进行测试证明每个实现了的功能是否符合要求。它意味着测试要在软件的接口处进行。白盒测试即已知产品的内部工作过程，可以通过测试证明每种内部操作是否符合设计规格要求，所有内部成分是否已经过检查。它是对软件的过程性细节做细致的检查。

　　组态图完成后，首先对组态图下载，然后运用所编的软件一步步执行，得出结果，于实际DPU的运行结果相对照，看虚拟DPU系统能否做到设备的正确启停，对变化及事故的处理能否做出正确响应。其次观察其调试速度是否与真是DPU相同。通过多次的反复测试、调试使其仿真软件能够正确可靠地运行，这样就完成了软件的开发。