[发明专利]一种液体管道仿真系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管道仿真领域，特别涉及一种具有实时物理信号输入输出功能，并按管道系统站点分别设置信号接口与操作界面的液体管道仿真系统及方法。

背景技术

    目前，液体管道仿真系统及方法主要采用两种方法实现。一种是依据相似理论构建管道及相关设备的实体模型，通过真实的物理实验模拟管道的各种动态过程，得到相关的流量、压力信号。这种方法涉及的管道及相关设备的建设及维护费用较高，设备的占地面积较大，而且由于管道、设备及实验流体性质的局限性，仿真系统能够有效模拟的实际工况范围受到很大限制。另一种是使用管道系统的数学模型，通过仿真程序实现对管道系统各种工况的仿真，这种方法不需要真实的管道、流体及相关设备，可以在较大范围内设置各种相关性能参数，灵活性强，适用范围宽，但是这种方法缺少有效的物理信号接口，其仿真结果以数字信号的形式存储于仿真计算机，在仿真过程中也不能接收物理信号输入。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种液体管道仿真系统及方法，该系统不仅灵活性强，适用范围宽，而且设置了与虚拟管道系统站点相对应的仿真操作单元，每各操作单元都配有实时物理信号接口及操作界面，具有参数设置功能、实时曲线显示功能、模拟站点手动操作功能、实时物理信号输入输出功能，能够模拟压力、流量测量仪表输出仿真系统的实时压力、流量信号，并能接收真实的控制信号。

本发明提到的一种液体管道仿真系统，包括虚拟管道系统和仿真操作系统，所述的虚拟管道系统由管道（1）、首站（2）、中间站（3）及末站（4）构成，首站（2）的设备包括首站储罐（5）、首站离心泵（6）及首站调节阀（7），首站调节阀（7）的出口设有首站出站信号检测点（8），中间站（3）的设备包括中间站离心泵（11）、中间站阀门A（10）、中间站阀门B（12）及中间站阀门C（13），中间站（3）的两端分别安装中间站进站信号检测点（9）和中间站出站信号检测点（14），开启中间站阀门A（10）及中间站阀门B（12），关闭中间站阀门C（13），可通过中间站离心泵（11）增压；关闭中间站阀门A（10）及中间站阀门B（12），开启中间站阀门C（13），可实现压力越站；末站（4）的设备包括末站阀门（16）及末站储罐（17），末站（4）的进站口设有末站进站信号检测点（15）；

所述的仿真操作系统包括一台PC机（18）、若干台PLC与触摸屏、路由器（19）、网线（20）及串口线（21）构成，PLC与触摸屏通过串口线相连构成仿真操作单元， PC机（18）通过局域网络与各个仿真操作单元相连，实现数据传输，PC机（18）运行管道仿真程序，计算虚拟管道系统的压力、流量值；虚拟管道系统的首站（2）、中间站（3）及末站（4）分别对应一个仿真操作单元，在仿真过程中，通过特征线仿真算法计算首站出站信号检测点（8）、中间站进站信号检测点（9）、中间站出站信号检测点（14）及末站进站信号检测点（15）处的压力与流量值。

优选的，本发明的仿真操作单元包括首站PLC（22）和首站触摸屏（23）组成的首站仿真操作单元，中间站PLC（24）、中间站触摸屏（25）组成的中间站仿真操作单元，末站PLC（26）、末站触摸屏（27）组成的末站仿真操作单元。

优选的，本发明的首站PLC（22）、首站触摸屏（23）与虚拟管道系统的首站（2）相对应，其中，首站PLC（22）接收首站出站信号检测点（8）压力、流量仿真信号并通过信号输出端口输出实时物理信号，同时，通过信号输入端口可输入首站离心泵（6）转速控制信号及首站调节阀（7）开度控制信号；首站触摸屏（23）可显示首站出站压力、流量信号的实时曲线，设置首站储罐（5）的液位高度、首站离心泵（6）H-Q特性曲线的回归系数，首站调节阀（7）的阻力系数等参数，并能在线手动调整首站调节阀（7）的开度。

优选的，本发明的中间站PLC（24）、中间站触摸屏（25）与虚拟管道系统的中间站（3）相对应，其中，中间站PLC（24）接收中间进站信号检测点（9）及中间站出站信号检测点（14）的压力、流量仿真信号，并通过信号输出端口输出实时物理信号，同时，通过信号输入端口可输入中间站离心泵（11）转速控制信号；中间站触摸屏（25）可显示中间站进出站压力、流量信号的实时曲线，设置中间站离心泵（11）H-Q特性曲线的回归系数，中间站各阀门的阻力系数等参数，并能在线手动开启或关闭中间站各阀门。