CN204576107U - 化工过程控制的半实物仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种化工过程控制的半实物仿真系统，包括：仿真服务器、数据输入输出板卡、现场实物状态模拟量采集器、现场实物状态数字量采集器、PLC控制器和现场实物状态调节设备；其中，所述数据输入输出板卡集成有模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、数字量输入板卡和数字量输出板卡。优点为：体积小、易布置和维护、成本低、可接入的实物状态采集器种类丰富、采集到的实物状态精度高等优点，可广泛应用于化工控制领域的半实物仿真。

Description

化工过程控制的半实物仿真系统

技术领域

本实用新型属于仿真控制技术领域，具体涉及一种化工过程控制的半实物仿真系统。

背景技术

化工过程控制是提高产品产量和质量、节约原料和能源、改善劳动强度和节省劳力等方面有力的手段。化工生产过程大多涉及高温高压、易燃易爆和有毒有害的物质，因此，新的控制技术和控制方案不能直接应用到实际的化工过程，否则，由于技术本身不成熟或工人现场操作技术不熟练等原因，将可能造成重大的安全事故，并且浪费了实验费用。

近年来，出现了对化工过程控制进行实物仿真和数字仿真两种方案，可解决上述问题。其中，实物仿真是指：将整套生产装置缩小到一定比例，从而建立实物仿真系统。该种方案存在的主要问题为：成本过于昂贵，设计周期也比较长。数字仿真是指：完全依靠数字模型的方式，对化工过程控制进行仿真。该种方案存在的主要问题为：仿真结果精度非常有限。

为解决上述问题，目前出现少量的半实物仿真系统，然后，现有的半实物仿真系统，普遍具有体积大、不易布置和维护、可接入的实物状态采集器种类有限等问题，从而限制了半实物仿真系统在化工控制领域的应用。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种化工过程控制的半实物仿真系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种化工过程控制的半实物仿真系统，包括：仿真服务器、数据输入输出板卡、现场实物状态模拟量采集器、现场实物状态数字量采集器、PLC控制器和现场实物状态调节设备；

其中，所述数据输入输出板卡集成有模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、数字量输入板卡和数字量输出板卡；所述现场实物状态模拟量采集器的输出端通过所述模拟量输入板卡连接到所述仿真服务器的第1输入接口；所述现场实物状态数字量采集器的输出端通过所述数字量输入板卡连接到所述仿真服务器的第2输入接口；所述仿真服务器的第1输出接口通过所述模拟量输出板卡连接到所述PLC控制器的输入端；所述仿真服务器的第2输出接口通过所述数字量输出板卡连接到所述PLC控制器的输入端；

所述PLC控制器的第1输出端反馈连接到所述仿真服务器的输入端；所述PLC控制器的第2输出端反馈连接到所述现场实物状态调节设备。

优选的，所述模拟量输入板卡包括串联的模拟量采集端口、第1信号调理电路和A/D转换电路；所述现场实物状态模拟量采集器依次通过所述模拟量采集端口、所述第1信号调理电路和所述A/D转换电路后，连接到所述仿真服务器；

所述数字量输入板卡包括串联的数字量采集端口、第2信号调理电路和第1数字滤波电路；所述现场实物状态数字量采集器依次通过所述数字量采集端口、所述第2信号调理电路和所述第1数字滤波电路后，连接到所述仿真服务器；

所述模拟量输出板卡包括串联的D/A转换电路、第1放大电路、第3信号调理电路和模拟量输出端口；所述仿真服务器依次通过所述D/A转换电路、所述第1放大电路、所述第3信号调理电路和所述模拟量输出端口后，连接到所述PLC控制器；

所述数字量输出板卡包括串联的第2数字滤波电路、第2放大电路、第4信号调理电路和数字量输出端口；所述仿真服务器依次通过所述第2数字滤波电路、所述第2放大电路、所述第4信号调理电路和所述数字量输出端口后，连接到所述PLC控制器。

优选的，所述现场实物状态模拟量采集器包括：用于采集现场化工单元温度的传感器、用于采集现场化工单元压力的传感器、用于采集现场化工单元中泵运行速度的传感器、用于采集现场化工单元搅拌速度的传感器；

所述现场实物状态数字量采集器包括：用于采集现场化工单元不同管道阀门开或关状态的传感器；用于采集现场化工单元不同按钮开或关状态的传感器；

所述现场实物状态调节设备包括：安装于现场化工单元不同管道位置的调节阀门。

本实用新型提供的化工过程控制的半实物仿真系统具有以下优点：

具有体积小、易布置和维护、成本低、可接入的实物状态采集器种类丰富、采集到的实物状态精度高等优点，可广泛应用于化工控制领域的半实物仿真。

附图说明

图1为本实用新型提供的化工过程控制的半实物仿真系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明：

结合图1，本实用新型提供一种化工过程控制的半实物仿真系统，包括：仿真服务器、数据输入输出板卡、现场实物状态模拟量采集器、现场实物状态数字量采集器、PLC控制器和现场实物状态调节设备；

其中，所述数据输入输出板卡集成有模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、数字量输入板卡和数字量输出板卡；所述现场实物状态模拟量采集器的输出端通过所述模拟量输入板卡连接到所述仿真服务器的第1输入接口；所述现场实物状态数字量采集器的输出端通过所述数字量输入板卡连接到所述仿真服务器的第2输入接口；所述仿真服务器的第1输出接口通过所述模拟量输出板卡连接到所述PLC控制器的输入端；所述仿真服务器的第2输出接口通过所述数字量输出板卡连接到所述PLC控制器的输入端；

所述PLC控制器的第1输出端反馈连接到所述仿真服务器的输入端；所述PLC控制器的第2输出端反馈连接到所述现场实物状态调节设备。

可见，本实用新型提供的数据输入输出板卡，集成丰富的板卡类型，包括：模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、数字量输入板卡和数字量输出板卡；一方面，减小了整套系统的占用空间，节约了系统成本；另一方面，还具有易布置和维护的优点。

另外，本发明人对每一种具体板卡均进行了精细设计，从而达到提高实物状态采集精度以及提高仿真服务器下发信息精度的目的。

各种板卡具体结构为：

所述模拟量输入板卡包括串联的模拟量采集端口、第1信号调理电路和A/D转换电路；所述现场实物状态模拟量采集器依次通过所述模拟量采集端口、所述第1信号调理电路和所述A/D转换电路后，连接到所述仿真服务器；

所述数字量输入板卡包括串联的数字量采集端口、第2信号调理电路和第1数字滤波电路；所述现场实物状态数字量采集器依次通过所述数字量采集端口、所述第2信号调理电路和所述第1数字滤波电路后，连接到所述仿真服务器；

所述模拟量输出板卡包括串联的D/A转换电路、第1放大电路、第3信号调理电路和模拟量输出端口；所述仿真服务器依次通过所述D/A转换电路、所述第1放大电路、所述第3信号调理电路和所述模拟量输出端口后，连接到所述PLC控制器；

所述数字量输出板卡包括串联的第2数字滤波电路、第2放大电路、第4信号调理电路和数字量输出端口；所述仿真服务器依次通过所述第2数字滤波电路、所述第2放大电路、所述第4信号调理电路和所述数字量输出端口后，连接到所述PLC控制器。

通过上述板卡，实现对各类实物状态采集器的采集，以及，对各类实物状态调节设备的调节。例如，(1)所述现场实物状态模拟量采集器包括：用于采集现场化工单元温度的传感器、用于采集现场化工单元压力的传感器、用于采集现场化工单元中泵运行速度的传感器、用于采集现场化工单元搅拌速度的传感器；(2)所述现场实物状态数字量采集器包括：用于采集现场化工单元不同管道阀门开或关状态的传感器；用于采集现场化工单元不同按钮开或关状态的传感器；(3)所述现场实物状态调节设备包括：安装于现场化工单元不同管道位置的调节阀门。

本实用新型提供的化工过程控制的半实物仿真系统具有以下优点：

具有体积小、易布置和维护、成本低、可接入的实物状态采集器种类丰富、采集到的实物状态精度高等优点，可广泛应用于化工控制领域的半实物仿真。

在上述硬件设备的基础上，本领域技术人员可以理解，还可以在仿真服务器上，安装各类数字仿真软件，为更为全面的理解本实用新型，以下介绍一种具体的实施例，但需要强调，本实用新型仅对硬件创新，并未对软件进行改进：

对人身安全比较有危险性的化工过程(即虚拟对象)通过服务器用MATLAB/Simulink数字仿真软件模拟，该软件有良好的扩展性和开发性，积木式的编程方式避免了用复杂的数值计算方法求取系统动态特性的过程，另外配合RTW工具箱里的模块，可非常方便地与外部的硬件进行实时地通讯。其他控制装置由实际的物理本体构成，通过数据采集卡与虚拟对象实时通讯。

本实用新型能够逼真模拟化工过程控制的半实物动态仿真系统，本仿真环境力图给操作者以全真实的空间位置感觉、全真实的操作力度感觉和过程变化的时间特性感觉。关键的流量、温度、液位、压力与组分现场数字或光柱显示。

因此，本实用新型将化工过程的计算机数字仿真和实际的控制装置物理本体有机融合，建立能够逼真模拟化工过程控制的半实物动态仿真系统，为缩短控制技术设计周期、减少实验成本，提高技术人员培训效率提供平台，具体优点为：

(1)整个系统有良好的实时性，和实际工况运行状况保持很高的一致性。

(2)在本平台上，工人可进行实际的技能操作，比如开关阀门，自动控制的投运等，更能体会技术的操作。

(3)计算机仿真软件用MATLAB/simulink，有良好的扩展性和开发性，积木式的编程方式避免了用复杂的数值计算方法求取系统动态特性，同时便于不同控制方案在系统中的应用实验。

(4)可进行先进控制技术的开发(如模型预测、智能控制、自适应控制等)。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种化工过程控制的半实物仿真系统，其特征在于，包括：仿真服务器、数据输入输出板卡、现场实物状态模拟量采集器、现场实物状态数字量采集器、PLC控制器和现场实物状态调节设备；

其中，所述数据输入输出板卡集成有模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、数字量输入板卡和数字量输出板卡；所述现场实物状态模拟量采集器的输出端通过所述模拟量输入板卡连接到所述仿真服务器的第1输入接口；所述现场实物状态数字量采集器的输出端通过所述数字量输入板卡连接到所述仿真服务器的第2输入接口；所述仿真服务器的第1输出接口通过所述模拟量输出板卡连接到所述PLC控制器的输入端；所述仿真服务器的第2输出接口通过所述数字量输出板卡连接到所述PLC控制器的输入端；

所述PLC控制器的第1输出端反馈连接到所述仿真服务器的输入端；所述PLC控制器的第2输出端反馈连接到所述现场实物状态调节设备。

2.根据权利要求1所述的化工过程控制的半实物仿真系统，其特征在于，所述模拟量输入板卡包括串联的模拟量采集端口、第1信号调理电路和A/D转换电路；所述现场实物状态模拟量采集器依次通过所述模拟量采集端口、所述第1信号调理电路和所述A/D转换电路后，连接到所述仿真服务器；

所述数字量输入板卡包括串联的数字量采集端口、第2信号调理电路和第1数字滤波电路；所述现场实物状态数字量采集器依次通过所述数字量采集端口、所述第2信号调理电路和所述第1数字滤波电路后，连接到所述仿真服务器；

所述模拟量输出板卡包括串联的D/A转换电路、第1放大电路、第3信号调理电路和模拟量输出端口；所述仿真服务器依次通过所述D/A转换电路、所述第1放大电路、所述第3信号调理电路和所述模拟量输出端口后，连接到所述PLC控制器；

所述数字量输出板卡包括串联的第2数字滤波电路、第2放大电路、第4信号调理电路和数字量输出端口；所述仿真服务器依次通过所述第2数字滤波电路、所述第2放大电路、所述第4信号调理电路和所述数字量输出端口后，连接到所述PLC控制器。

3.根据权利要求1所述的化工过程控制的半实物仿真系统，其特征在于，所述现场实物状态模拟量采集器包括：用于采集现场化工单元温度的传感器、用于采集现场化工单元压力的传感器、用于采集现场化工单元中泵运行速度的传感器、用于采集现场化工单元搅拌速度的传感器；

所述现场实物状态数字量采集器包括：用于采集现场化工单元不同管道阀门开或关状态的传感器；用于采集现场化工单元不同按钮开或关状态的传感器；

所述现场实物状态调节设备包括：安装于现场化工单元不同管道位置的调节阀门。