[发明专利]一种液体管道仿真系统及方法

权利要求书

1.一种液体管道仿真系统，其特征是：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。

2.根据权利要求1所述的液体管道仿真系统，其特征是：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。

3.根据权利要求1所述的液体管道仿真系统，其特征是：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。

4.根据权利要求1所述的液体管道仿真系统，其特征是：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。

5.根据权利要求1所述的液体管道仿真系统，其特征是：末站PLC（26）、末站触摸屏（27）与虚拟管道系统的末站（4）相对应，其中末站PLC（26）接收末站进站信号检测点（15）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；末站触摸屏（27）可显示末站进站压力、流量信号的实时曲线，设置末站储罐（17）液位高度，末站阀门（16）的阻力系数等参数，并能在线调整末站阀门（16）开度。

6.一种采用权利要求1-5中任一项所述的液体管道仿真系统的方法，其特征是包括以下步骤：

在仿真开始前进行参数设置，分为两步进行，首先，在PC机（18）仿真程序中进行基本参数设置，然后通过各触摸屏设置相对应的站点参数，具体是在首站触摸屏（23）设置首站离心泵（6）H-Q特性曲线的回归系数首站参数，在中间站触摸屏（25）设置中间站离心泵（11）H-Q特性曲线的回归系数中间站参数；

完成参数设置后即可开始仿真，运行PC机（18）中的仿真程序，仿真程序根据各个参数、手动操作输入、控制信号输入计算各信号检测点的压力、流量信号，并将计算结果以数字信号形式发送至各相关PLC，在仿真过程中可进行四种基本操作，即分析实时曲线、站点手动操作、读取输出信号及输入控制信号，分析实时曲线是指基于触摸屏实时曲线显示功能，分析各站点压力、流量信号的取值及变化规律；站点手动操作是指使用触摸屏在线调整各站点相关设备的装态以模拟实际站点中对设备的手动操作，具体是手动调整首站调节阀（7）的开度，开启或关闭中间站各阀门；读取输出信号与输入控制信号是指基于仿真系统的标准物理信号输入、输出功能，将实际的信号采集设备及过程控制设备与仿真系统直接相连，实现实时物理信号的输入输出，以模拟真实管道系统中信号采集与控制输入；

在仿真过程中基于以上四种基本操作可进一步分析管道系统或测试相关系统，分析管道系统是指分析管道系统的运行规律，特别是在各种手动操作及控制输入条件下管道动态过程的变化规律，具体是分析首站调节阀（7）开度变化后或首站离心泵（6）转速调整后各站点压力、流量的动态变化规律；测试相关系统是指检验、调试与管道系统相关的各种自动化系统，包括控制方案、算法及硬件设备，在所有分析与测试工作完成后可停止运行PC机（18）中的仿真程序，结束仿真。