[发明专利]一种大型氦低温系统实时仿真平台

说明书

本发明公开了一种大型氦低温系统实时仿真平台，在软件中建立压缩机模型，冷箱模型和负载模型，采用序贯法集成为低温系统模型。基于EPICS架构，建立控制模型，基于OPC通讯协议实现低温模型与控制系统模型实时通讯。本发明相对于其他低温系统模拟平台具有更好的集成性，特别针对于大型氦低温系统具有的典型的非线性、时变，多变量耦合特性，系统运行模式复杂等特点。

技术领域

本发明涉及低温系统仿真平台领域，具体是一种大型氦低温系统实时仿真平台。

背景技术

大型氦低温系统是具有超导设备的大科学实验装置必不可少的重要子系统之一，为实验装置提供稳定、可靠的低温运行环境，系统的效率和稳定性关系整个大科学装置的能耗和运行状态。大型低温系统本身能耗大，效率低，运行模式复杂。

由于大型低温系统的多变量、强耦合性，动态运行中涉及到的控制系统十分复杂，要想直观地进行流程优化，稳定分析难度较大。通过进行大型低温系统仿真技术研究可以有助于解决这一问题。动态仿真研究通过系统建模的方式，在计算机上搭建虚拟流程，利用部件模型代替实际设备，从而再现设备的运行状态。这样不但可以提高人们对系统的整体认知，而且无需设备实际运行，减少了不必要的能源、人力和物力的浪费。随着仿真技术在工业上的快速发展，研究人员逐渐将过程仿真技术应用到大中型氦低温系统上。动态仿真技术得以广泛应用于大型低温系统，旨在提高实际系统动态特性的认识，流程的动态过程优化设计，验证新的控制方法及策略，安全保护和故障诊断预测，系统虚拟过程调试和操作员培训等。

对于大科学装置氦低温系统的仿真，已经从单一的低温系统的模拟发展为大型制冷机及带负载用户的整个设备的模拟，主要集中于整个系统的温度场、压力场、控制策略方面的研究。目前的动态仿真仍然存在一些关键问题需要解决，首先，国际上的化工模拟软件Hysys以及Ecosimpro等包含了可以应用于大型低温系统中的单元模块，但是，通用软件的模拟精度、模型设置不能完全满足实际的低温系统模拟的需要。此外，大型低温系统的动态仿真集中于过程模型以及部分控制回路实现，缺少控制系统模拟平台。

发明内容 本发明的目的是提供一种大型氦低温系统实时仿真平台，以解决现有技术在大型氦低温系统模拟中无法将流程模拟与控制系统模拟集成的问题，以及实时仿真过程中存在数据同步缺陷的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种大型氦低温系统实时仿真平台，其特征在于：包括在Ecosimpro软件中根据机理建模和系统辨识方法建立的氦低温系统模型，所述氦低温系统模型包括压缩机模型、冷箱模型和负载模型；压缩机模型、冷箱模型和负载模型基于序贯方法连接构建成低温过程模型；在Ecosimpro软件中还建立有基于机理建模的测量传感器模型，且测量传感器模型加入低温过程模型中；

还包括基于EPICS架构建立的控制系统模型，控制系统模型包括PID控制模块，模拟量信号模块，数字量信号模块，其中PID控制回路采用IOC作为虚拟控制器以处理数据和实现控制逻辑；

在Ecosimpro软件中建立有OPC服务器，在IOC虚拟控制器中建立有OPC客户端，基于OPC通讯协议实现低温过程模型和控制系统模型的实时通讯。

控制系统模型中，模拟量信号模块与PID控制模块连接，实现控制回路控制。模拟量信号模块和数字信号模块基于OPC通讯协议通过OPC客户端与低温过程模型通讯连接。

所述的一种大型氦低温系统实时仿真平台，其特征在于：所述压缩机模型包括但不限于螺杆压缩机、中压氦储气罐模型、高压和低压管道模型以及气动调节阀模型。

所述的一种大型氦低温系统实时仿真平台，其特征在于：所述冷箱模型包括但不限于透平膨胀机模型、多股流换热器、吸附器、管道和气动调节模型。

所述的一种大型氦低温系统实时仿真平台，其特征在于：所述负载模型包括但不限于相位分离器、冷压机和调节阀模型。