CN114035493A - 一种大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低温系统仿真平台领域，具体涉及一种大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台。该平台通过将在多学科系统仿真工具中对构建好的动态仿真模型进行模块化封装，得到封装后的S函数模块；基于实验管理软件对S函数模块进行实时化检测，得到模块检测数据；将模块检测数据下载至NI仿真机中进行处理，输出标准模拟量信号以及标准数字量信号；基于PLC硬件对标准模拟量信号以及标准数字量信号进行采集，以实现实时动态仿真模型与控制系统模型之间的数据交互。本发明大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台能够保证仿真模拟的可靠性、实用性以及计算复杂度低。
Description
技术领域
本发明涉及低温系统仿真平台领域，具体而言，涉及一种大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台。
背景技术
氢能源是一种富裕的、可获取的能源，被公认为最终的最佳燃料。液态氢相比气态氢具有一些独特性质，比如更低的重量和体积、更高的含能量等。因此，氢能被视为最有前途的能量载体。而获得液氢的途径是通过氢液化器将原料氢气进行液化。小型氢液化装置的生产能力一般不超过20L/h，中型氢液化装置的生产能力为20～3000L/h，大型氢液化装置的生产能力在3000L/h以上。
氢液化器属于复杂的多参数热动力系统，各设备间互相耦合，工况复杂，运行费用昂贵，对其进行动态仿真研究可以减少试验费用，缩短调试时间，同时可以为系统的优化和控制系统设计提供理论支持。
近年来国内外多见针对大型氦低温制冷系统的动态仿真系统研究，针对大型氢液化器的动态仿真系统研究，国内外尚未见相关报道。文献1(J Li*,L Q Liu,L Y Xiong,NPeng,K R Li and C L Ke,Dynamic simulations of medium-sized hydrogenliquefiers based on EcosimPro simulation software,IOP Conf.Series:MaterialsScience and Engineering 755(2020)012070doi:10.1088/1757-899X/755/1/012070)首次报道了利用过程模拟软件EcosimPro进行中型氢液化器的动态仿真研究，涉及了两个流程，分别是单透平膨胀的氦制冷氢液化器动态仿真和双级透平膨胀的氦制冷氢液化器动态仿真，而利用过程模拟软件EcosimPro进行大型氢液化器/制冷机的动态仿真，国内外尚未见相关报道。
其中，专利CN201710377911.X，技术路线是基于OPC通讯协议，将利用过程模拟软件EcosimPro开发的大型氦低温系统与基于EPICS架构的控制模型之间实现数据交互，需要基于多台PC机实现仿真模拟，计算复杂度高，成本较高。
其中，专利CN201911199389.6综合能源能量管理系统的测试方法及其测试系统公开了在仿真上位机上基于Matlab/Simulink建立综合能源系统中电力网络系统离线模型，没有针对于大型氢液化器/制冷机的相关应用。
发明内容
本发明实施例提供了一种大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，以至少解决现有的大型氢液化器仿真技术中缺乏实时动态模拟以及仿真模拟复杂度较高的问题。
根据本发明的实施例，提供了一种大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其仿真方法包括：
在多学科系统仿真工具中对构建好的动态仿真模型进行模块化封装，得到封装后的S函数模块；
基于实验管理软件对S函数模块进行实时化检测，得到模块检测数据；
将模块检测数据下载至NI仿真机中进行处理，输出标准模拟量信号以及标准数字量信号；
基于PLC硬件对标准模拟量信号以及标准数字量信号进行采集，以实现实时动态仿真模型与控制系统模型之间的数据交互。
进一步地，PLC硬件包括PLC处理器模块以及分别用于采集标准模拟量信号以及标准数字量信号的PLC模拟量输入输出模块以及PLC数字量输入输出模块。
进一步地，该平台还包括用于同时运行基于实验管理软件进行实时化的S函数模块以及控制系统模型的计算机设备。
进一步地，该平台还包括：基于实验管理软件构建的用于检测动态仿真模型的动态仿真模型监控界面，动态仿真模型监控界面与NI仿真机之间采用以太网通讯连接。
进一步地，NI仿真机包括NI机箱、用于进行数据处理并输出标准模拟量信号以及标准数字量信号的NI处理器板卡、用于接收标准模拟量信号的NI模拟量输出输入板卡，以及用于接收标准数字量信号的NI数字量输出输入板卡。
进一步地，PLC模拟量输入输出模块以及PLC数字量输入输出模块分别与NI模拟量输出输入板卡以及NI数字量输出输入板卡之间采用直接连接，以实现动态仿真模型与控制系统模型之间的数据交互。
进一步地，动态仿真模型包括压缩机站模型、冷箱模型以及负载模型，压缩机站模型与冷箱模型以及负载模型相互连接；其中
压缩机站模型包括氢储罐模型或氦储罐模型、高压以及低压管道模型、气动调节阀、开关阀模型以及至少一台氢螺杆压缩机或氦螺杆压缩机；
冷箱模型包括氢氦换热器、氢氮换热器、吸附器、管道模型、调节阀模型、节流阀模型、正仲氢转换器模型以及至少一台氢透平膨胀机模型或氦透平膨胀机模型；
负载模型包括氢相分离器模型、加热器模型以及调节阀模型。
进一步地，控制系统模型包括：
控制程序，控制程序包括用于定义控制程序的硬件组态以及用于支持控制程序运行的软件程序；其中
硬件组态包括用于定义控制程序的可编程逻辑控制器硬件模块，其中，硬件模块之间通讯连接；
软件程序包括模拟量模块、通讯模块、顺序控制模块、控制回路程序模块以及联锁程序模块，模拟量模块、通讯模块、顺序控制模块、控制回路程序模块以及联锁程序模块之间相互连接。
进一步地，控制系统模型还包括：
用于监控动态仿真模型以及数据采集的控制系统上位机组态软件，控制系统上位机组态软件与PLC硬件之间采用以太网通讯连接；以及
采用控制系统上位机组态软件构建的交互界面，交互界面运行在控制系统上位机组态软件上。
进一步地，动态仿真模型还包括：
用于进行数据检测的测量传感器模型以及用于对各个过程量进行规律控制的控制回路程序模型；其中
测量传感器模型包括压力传感器、差压传感器、温度传感器、流量传感器、压缩机、透平等的转速传感器、液位传感器以及加热量传感器。
本发明实施例中的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，通过在多学科系统仿真工具中对构建好的动态仿真模型进行模块化封装，并通过基于实验管理软件对封装后的S函数模块进行实时化检测，得到模块检测数据，能够实现动态仿真模型的实时化；然后，通过将模块检测数据下载至NI仿真机中进行处理，输出成标准模拟量信号以及标准数字量信号，并基于PLC硬件对标准模拟量信号以及标准数字量信号进行采集，能够基于硬件在环技术，以实现大型氢液化器或制冷机的动态仿真模型与控制系统模型的集成，从而实现实时动态仿真模型与控制系统模型之间的数据交互，不仅能够保证仿真模拟过程中动态仿真模型的动态特性，还能够保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，同时满足操作员培训和虚拟运行的需求。本发明大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台能够保证仿真模拟的可靠性、实用性以及计算复杂度低。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台的一流程图；
图2为本发明大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台的示意图；
附图说明：101、动态仿真模型；102、控制系统模型；103、NI仿真机；104、PLC硬件；105、计算机设备。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明一实施例，提供了一种大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，参见图1及图2，其仿真方法包括：
S1：在多学科系统仿真工具中对构建好的动态仿真模型101进行模块化封装，得到封装后的S函数模块；
S2：基于实验管理软件对S函数模块进行实时化检测，得到模块检测数据；
S3：将模块检测数据下载至NI仿真机103中进行处理，输出标准模拟量信号以及标准数字量信号；
S4：基于PLC硬件104对标准模拟量信号以及标准数字量信号进行采集，以实现实时动态仿真模型101与控制系统模型102之间的数据交互。
在本实施例中，多学科系统仿真工具是采用EcosimPro多学科系统仿真工具，是能够应用于环控系统、热控系统、能源系统以及推进系统等系统的建模分析工具，能够提供便捷的图形化环境进行物理模型的搭建，可用于进行稳态和暂态的分析；还能够提供面向对象的编程语言EL进行自定义元件库的建立；以及提供系统模型和元件库可以方便地与C++、Excel、MATLAB/Simulink双向调用等丰富的技术支持服务。
其中，构建好的动态仿真模型101是本实施例根据大型氢液化器或制冷机的流程和设计参数进行参考来设置的模型参数，如压缩机模型参数、冷箱模型参数以及负载模型参数等，本实施例分别向EcosimPro软件中输入压缩机模型、冷箱模型和负载模型对应的基本设计参数；不但可以利用EcosimPro软件提供的通用模型输入设计参数，还可以根据大型氢液化器/制冷机实验结果拟合获得部件的特性方程，修改源代码，生成自定义部件模型，更加适合实际情况，增强实用性以及广泛性，以保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，从而保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性。
其中，S函数模块是本实施例通过利用EcosimPro软件的Deck平台对构建好的动态仿真模型101进行模块化封装，生成能在Matlab/Simulink中运行的S函数模块，该S函数模块具有输出和输入接口单元。
其中，模块检测数据是本实施例通过采用实验管理软件VeriStand对封装后的S函数模块进行实时化检测中生成的数据。
其中，NI仿真机103用于对检测到的模块检测数据进行数据处理以及信号转换。
其中，PLC硬件104是可编程逻辑控制器，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程，在本实施例通过对NI仿真机103输出的标准模拟量信号以及标准数字量信号进行采集，以实现实时动态仿真模型101与控制系统模型102之间的数据交互，以保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，从而保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性。
其中，控制系统模型是本实施例采用西门子PLC编程软件以及人机界面软件来建立的。
具体地，通过采用EcosimPro软件建立大型氢液化器/制冷机的动态仿真模型101，并通过采用西门子PLC编程软件以及人机界面软件来建立控制系统模型102；然后，通过在多学科系统仿真工具中对构建好的动态仿真模型101进行模块化封装，并通过基于实验管理软件对封装后的S函数模块进行实时化检测，得到模块检测数据，能够实现动态仿真模型101的实时化；然后，通过将模块检测数据下载至NI仿真机103中进行处理，输出标准模拟量信号以及标准数字量信号，并基于PLC硬件104对标准模拟量信号以及标准数字量信号进行采集，能够基于硬件在环技术，以实现大型氢液化器或制冷机的动态仿真模型101与控制系统模型102的集成，从而实现实时动态仿真模型101与控制系统模型102之间的数据交互，不仅能够保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，还能够保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，同时满足操作员培训和虚拟运行的需求。
本发明实施例中的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台方法，通过在多学科系统仿真工具中对构建好的动态仿真模型101进行模块化封装，并通过基于实验管理软件对封装后的S函数模块进行实时化检测，得到模块检测数据，能够实现动态仿真模型101的实时化；然后，通过将模块检测数据下载至NI仿真机103中进行处理，输出成标准模拟量信号以及标准数字量信号，并基于PLC硬件104对标准模拟量信号以及标准数字量信号进行采集，能够基于硬件在环技术，以实现大型氢液化器或制冷机的动态仿真模型101与控制系统模型102的集成，从而实现实时动态仿真模型101与控制系统模型102之间的数据交互，不仅能够保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，还能够保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，同时满足操作员培训和虚拟运行的需求。本发明大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台能够保证仿真模拟的可靠性以及实用性；本发明计算复杂度低，简便实用，成本低。
作为优选的技术方案中，PLC硬件104包括PLC处理器模块以及分别用于采集标准模拟量信号以及标准数字量信号的PLC模拟量输入输出模块以及PLC数字量输入输出模块。
具体地，本实施例采用的PLC硬件104上包含有PLC处理器模块如CPU、能够进行数据采集以及转换处理的PLC模拟量输入输出模块以及PLC数字量输入输出模块，用于实时对NI仿真机103输出的标准模拟量信号以及标准数字量信号进行采集，以使本实施例能够基于硬件在环技术，以实现对大型氢液化器或制冷机的动态仿真模型101与控制系统模型102的集成，从而实现实时动态仿真模型101与控制系统模型102之间的数据交互，不仅能够保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，还能够保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，同时满足操作员培训和虚拟运行的需求，增加大型氢液化器或制冷机动态仿真的实用性以及广泛性。
作为优选的技术方案中，该平台还包括用于同时运行基于实验管理软件进行实时化的S函数模块以及控制系统模型102的计算机设备105。
在本实施例中，计算机设备105具体可以是PC机，用于将封装后的大型氢液化器或制冷机的动态仿真模型101以及控制系统模型102可以同时运行在具有两个网口的工作站、工控机或PC机上。
进一步地，如果PC机只有一个网口，则本实施例可以采用交换机分别分配IP地址给NI仿真机103和PLC硬件104，即可以理解为，同一台具有一个网口的PC机也可以适用。
具体地，本实施例可以将封装后的大型氢液化器或制冷机的动态仿真模型101作为可以运行在Matlab/Simulink下的S函数被实验管理软件VeriStand实时化，以及控制系统模型102的人机界面软件可以运行在同一台工作站、工控机或PC机上，以使得后续在交互界面上可以实现对过程数据的监测和控制，或者在VeriStand软件的动态仿真模型监控界面上也可以实时观测到动态仿真模型101的运行趋势，能够降低计算复杂度，减少设备投入，降低成本，同时保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，增加大型氢液化器或制冷机动态仿真的实用性以及广泛性。
作为优选的技术方案中，该平台还包括：基于实验管理软件构建的用于检测动态仿真模型101的动态仿真模型监控界面，动态仿真模型监控界面与NI仿真机103之间采用以太网通讯连接。
具体地，为了能够实时观测到动态仿真模型101的运行趋势，本实施例通过采用VeriStand软件构建动态仿真模型监控界面，并将该动态仿真模型监控界面与NI仿真机103之间采用以太网通讯连接，实现与NI仿真机之间的数据交互，进而在一定程度上保证动态仿真模型101与控制系统模型102之间的数据交互，从而保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，增加大型氢液化器或制冷机动态仿真的实用性以及广泛性。
作为优选的技术方案中，NI仿真机103包括NI机箱、用于进行数据处理并输出标准模拟量信号以及标准数字量信号的NI处理器板卡、用于接收标准模拟量信号的NI模拟量输出输入板卡，以及用于接收标准数字量信号的NI数字量输出输入板卡。
具体地，本实施例采用的NI仿真机103包括NI机箱、NI处理器板卡、NI模拟量输出输入板卡以及NI数字量输出输入板卡，其中，NI处理器板卡用于进行数据处理从而输出成标准模拟量信号以及标准数字量信号给后续的NI模拟量输出输入板卡以及NI数字量输出输入板卡，能够实时对检测到的模块检测数据进行实时下载，并进行数据处理以及信号转换，从而输出模块检测数据对应的标准模拟量信号以及标准数字量信号，以使本实施例能够基于硬件在环技术，实现对大型氢液化器或制冷机的动态仿真模型101与控制系统模型102的集成，从而实现实时动态仿真模型101与控制系统模型102之间的数据交互，不仅能够保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，还能够保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，同时满足操作员培训和虚拟运行的需求，增加大型氢液化器或制冷机动态仿真的实用性以及广泛性。
作为优选的技术方案中，PLC模拟量输入输出模块以及PLC数字量输入输出模块分别与NI模拟量输出输入板卡以及NI数字量输出输入板卡之间采用直接连接，以实现动态仿真模型101与控制系统模型102之间的数据交互。
具体地PLC模拟量输入输出模块以及PLC数字量输入输出模块分别与NI模拟量输出输入模块以及NI数字量输出输入模块之间采用直接连接具体可以是采用I/0直连，即硬接线直接连接，能够实现动态仿真模型101与控制系统模型102的数据交互，不仅能够保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，还能够保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，同时满足操作员培训和虚拟运行的需求，增加大型氢液化器或制冷机动态仿真的实用性以及广泛性。
作为优选的技术方案中，动态仿真模型101包括压缩机站模型、冷箱模型以及负载模型，压缩机站模型与冷箱模型以及负载模型相互连接；其中：
压缩机站模型包括氢储罐模型或氦储罐模型、高压以及低压管道模型、气动调节阀、开关阀模型以及至少一台氢螺杆压缩机或氦螺杆压缩机；
冷箱模型包括氢氦换热器、氢氮换热器、吸附器、管道模型、调节阀模型、节流阀模型、正仲氢转换器模型以及至少一台氢透平膨胀机模型或氦透平膨胀机模型；
负载模型包括氢相分离器模型、加热器模型以及调节阀模型。
具体地，该压缩机站模型包括但不限于单台氢螺杆压缩机或氦螺杆压缩机，其中，多台氢螺杆压缩机串联或者并联；或者多台氦螺杆压缩机串联或者并联；以及氢储罐模型或氦储罐模型，高压和低压管道模型，气动调节阀以及开关阀模型。
进一步地，冷箱模型包括但不限于单台氢透平膨胀机模型或氦透平膨胀机模型，其中，多台氢透平膨胀机模型串联或者并联或者混合连接；或多台氦透平膨胀机模型串联或者并联或者混合连接；以及多股流氢氦换热器，多股流氢氮换热器，吸附器，管道模型，调节阀模型，节流阀模型和正仲氢转换器模型。
进一步地，负载模型包括但不限于氢相分离器模型，加热器模型，调节阀模型。
作为优选的技术方案中，控制系统模型102包括：
控制程序，控制程序包括用于定义控制程序的硬件组态以及用于支持控制程序运行的软件程序；其中：
硬件组态包括用于定义控制程序的可编程逻辑控制器硬件模块，其中，硬件模块之间通讯连接；
软件程序包括模拟量模块、通讯模块、顺序控制模块、控制回路程序模块以及联锁程序模块，模拟量模块、通讯模块、顺序控制模块、控制回路程序模块以及联锁程序模块之间相互连接。
在本实施例中，西门子PLC编程软件是可进行远程编程、诊断或数据传输的软件；西门子PLC编程软件的控制器功能中已集成了Profibus DP Master/Slave,ProfibusFMS和LONWorks，能够通过利用web server进行监控，以及储存HTML网页、图片、PDF文件等到控制器里供通用浏览器查看扩展操作系统功能。
进一步地，控制回路程序模块具体可以是能够进行PID(比例，积分，微分)控制的程序模块。
具体地，控制系统模型102是通过采用西门子PLC编程软件STEP 7或博图和人机界面软件WINCC来建立的，控制系统模型102包括用西门子PLC编程软件STEP 7或博图编写的控制程序，控制程序中包括硬件组态和软件部分；硬件组态定义控制程序中的PLC硬件模块以及这些硬件模块之间的通讯连接方式，软件部分包括模拟量模块，通讯模块，顺序控制模块，PID控制回路程序模块和联锁程序模块，以使后续能够通过将控制程序下载到PLC硬件104中运行，并通过将WINCC软件开发的交互界面运行在控制系统上位机组态软件上，来实现对过程数据的监测以及控制，能够保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，同时满足操作员培训和虚拟运行的需求，增加大型氢液化器或制冷机动态仿真的实用性以及广泛性。
作为优选的技术方案中，控制系统模型102还包括：
用于监控动态仿真模型101以及数据采集的控制系统上位机组态软件，控制系统上位机组态软件与PLC硬件104之间采用以太网通讯连接；以及
采用控制系统上位机组态软件构建的交互界面，交互界面运行在控制系统上位机组态软件上。
在本实施例中，通过西门子PLC编程软件STEP 7或博图设置硬件组态，定义网络和通讯连接，将西门子PLC硬件104与上位机105之间采用以太网通讯连接，进而将控制程序下载到PLC硬件104的PLC处理器模块即CPU中运行，然后通过采用西门子人机界面软件WINCC开发监控界面，来实现监控动态仿真模型101以及数据采集。
其中，交互界面是本实施例采用西门子人机界面软件WINCC编写的人机交互界面，可以实现对仿真模拟过程中的过程值的监视和控制。
具体地，通过在控制系统上位机组态软件上运行采用西门子人机界面软件WINCC编写的交互界面，以通过该交互界面可以实现对仿真模拟过程中的过程值的监视和控制，从而保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，同时满足操作员培训和虚拟运行的需求。
作为优选的技术方案中，动态仿真模型101还包括：
用于进行数据检测的测量传感器模型以及用于对各个过程量进行规律控制的控制回路程序模型；其中
测量传感器模型包括压力传感器、差压传感器、温度传感器、流量传感器、压缩机、透平等的转速传感器、液位传感器以及加热量传感器。
具体地，测量传感器模型包括但不限于压力传感器，差压传感器，温度传感器，流量传感器，压缩机，透平等的转速传感器，液位传感器和加热量传感器。
进一步地，控制回路程序模型具体可以是对各个过程量，比如压缩机转速，透平转速，透平进出口温度、压力等过程量进行PID(比例，积分，微分)控制的PID控制回路程序模型。
在本实施例中，PID控制回路程序模型是应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，本实施例采用的PID控制回路程序模型结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。
例如，在使用过程中，当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，以及控制理论的其它技术难以采用时，本实施例能够通过采用PID控制回路程序模型来确定动态仿真平台控制器的结构和参数，以保证动态仿真平台运行的稳定性以及可靠性。
与现有的氢液化器或制冷机的仿真平台相比，本发明大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台的优点在于：
1.本实施例通过采用EcosimPro软件建立大型氢液化器/制冷机的动态仿真模型101，以及采用西门子PLC编程软件和人机界面软件建立控制系统模型102，以及进行数据信号输出的NI仿真机103，以及大型氢液化器或制冷机动态仿真模型101、控制系统模型102、NI仿真机103之间采用PLC硬件104进行数据交互，在进行仿真模拟运行的过程中，用户不仅可以在控制系统模型102的交互界面上实现对过程数据的监测和控制，还可以在VeriStand软件的动态仿真模型监控界面上实时观测到动态仿真模型101的运行趋势；
2.本实施例可以将封装后的大型氢液化器或制冷机的动态仿真模型101以及控制系统模型102同时运行在同一台具有两个网口的工作站、工控机或PC机上，或者当PC机只有一个网口时，则可通过采用交换机分别分配IP地址给NI仿真机103和PLC硬件104，即可以理解为，同一台具有一个网口的PC机也可以适用，从而降低计算复杂度，降低成本；
3.本实施例通过基于硬件在环技术，以实现大型氢液化器或制冷机的动态仿真模型101与控制系统模型102的集成，从而实现实时动态仿真模型101与控制系统模型102之间的数据交互，不仅能够保证仿真模拟过程中动态仿真模型101的动态特性，还能够保证高度仿真模拟过程的稳定性和可靠性，同时满足操作员培训和虚拟运行的需求；
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，其仿真方法包括：
在多学科系统仿真工具中对构建好的动态仿真模型进行模块化封装，得到封装后的S函数模块；
基于实验管理软件对所述S函数模块进行实时化检测，得到模块检测数据；
将所述模块检测数据下载至NI仿真机中进行处理，输出标准模拟量信号以及标准数字量信号；
基于PLC硬件对所述标准模拟量信号以及所述标准数字量信号进行采集，以实现实时动态仿真模型与控制系统模型之间的数据交互。
2.根据权利要求1所述的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，所述PLC硬件包括PLC处理器模块以及分别用于采集标准模拟量信号以及标准数字量信号的PLC模拟量输入输出模块以及PLC数字量输入输出模块。
3.根据权利要求1所述的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，所述平台还包括用于同时运行基于实验管理软件进行实时化的所述S函数模块以及所述控制系统模型的计算机设备。
4.根据权利要求1所述的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，所述平台还包括：基于所述实验管理软件构建的用于检测动态仿真模型的动态仿真模型监控界面，所述动态仿真模型监控界面与所述NI仿真机之间采用以太网通讯连接。
5.根据权利要求2所述的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，所述NI仿真机包括NI机箱、用于进行数据处理并输出标准模拟量信号以及标准数字量信号的NI处理器板卡、用于接收所述标准模拟量信号的NI模拟量输出输入板卡，以及用于接收所述标准数字量信号的NI数字量输出输入板卡。
6.根据权利要求5所述的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，所述PLC模拟量输入输出模块以及所述PLC数字量输入输出模块分别与所述NI模拟量输出输入板卡以及所述NI数字量输出输入板卡之间采用直接连接，以实现所述动态仿真模型与所述控制系统模型之间的数据交互。
7.根据权利要求1所述的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，所述动态仿真模型包括压缩机站模型、冷箱模型以及负载模型，所述压缩机站模型与所述冷箱模型以及所述负载模型相互连接；其中
所述压缩机站模型包括氢储罐模型或氦储罐模型、高压以及低压管道模型、气动调节阀、开关阀模型以及至少一台氢螺杆压缩机或氦螺杆压缩机；
所述冷箱模型包括氢氦换热器、氢氮换热器、吸附器、管道模型、调节阀模型、节流阀模型、正仲氢转换器模型以及至少一台氢透平膨胀机模型或氦透平膨胀机模型；
所述负载模型包括氢相分离器模型、加热器模型以及调节阀模型。
8.根据权利要求1所述的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，所述控制系统模型包括：
控制程序，所述控制程序包括用于定义控制程序的硬件组态以及用于支持所述控制程序运行的软件程序；其中
所述硬件组态包括用于定义控制程序的可编程逻辑控制器硬件模块，其中，所述硬件模块之间通讯连接；
所述软件程序包括模拟量模块、通讯模块、顺序控制模块、控制回路程序模块以及联锁程序模块，所述模拟量模块、所述通讯模块、所述顺序控制模块、所述控制回路程序模块以及联锁程序模块之间相互连接。
9.根据权利要求1所述的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，所述控制系统模型还包括：
用于监控所述动态仿真模型以及数据采集的控制系统上位机组态软件，所述控制系统上位机组态软件与所述PLC硬件之间采用以太网通讯连接；以及
采用所述控制系统上位机组态软件构建的交互界面，所述交互界面运行在所述控制系统上位机组态软件上。
10.根据权利要求1所述的大型氢液化器或制冷机实时动态仿真平台，其特征在于，所述动态仿真模型还包括：
用于进行数据检测的测量传感器模型以及用于对各个过程量进行规律控制的控制回路程序模型；其中
所述测量传感器模型包括压力传感器、差压传感器、温度传感器、流量传感器、压缩机、透平等的转速传感器、液位传感器以及加热量传感器。
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