一种油气集输虚拟控制实训系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种油气集输虚拟控制实训系统及方法，涉及虚拟现实领域。该系统包括虚拟PLC、OPC、3D虚拟场景、数学计算后台、GUI图形界面系统和三维虚拟引擎。其中虚拟PLC用于处理系统中的数据；OPC用于连接系统中的数据通信；3D虚拟场景用于提供直观的油气集输过程；数学计算后台用于计算处理系统变量，处理用户与虚拟场景及GUI图形界面系统的交互信息；GUI图形界面系统用于给用户提供操作界面；三维虚拟引擎用于将3D虚拟场景、数学计算后台、GUI图形界面系统聚合在一起。该发明专利技术设计了一种新的油气集输虚拟控制实训系统及方法，易操作、便于维护、成本低，能达到最佳实训效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及虚拟现实领域，特别涉及。
技术介绍
PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。虚拟PLC，即PLC仿真软件，通过运行该软件可以模拟在实际情况中，PLC的运行状况，可以起到投资少、效果好、效率高的作用。0PCC0LE for Process Control，用于过程控制的OLE)，是一个工业标准，它可以实现应用程序和工业控制设备之间高效、灵活的数据读写，可以编制符合标准0PC接口的客户端应用软件完成数据的采集任务。3Ds MAX，是一种基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，它可以制作逼真的三维模型。0penGL(0pen Graphics Library，开放图形库)是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业的图形程序接口。它用于三维图像(二维的亦可)，是一个功能强大，调用方便的底层图形库。GUI (Graphical User Interface，图形用户界面)是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面，便于非专业人员对系统进行操作。油气集输是指把分散的油井所生产的石油、伴生天然气和其他产品集中起来，经过必要的处理、初加工，合格的油和天然气分别外输到炼油厂和天然气用户的工艺全过程。主要包括油气分离、油气计量、原油脱水、天然气净化、原油稳定、轻烃回收等工艺。油气集输是油田生产中的重要环节之一，涉及的设备众多，工艺流程复杂。其是否能够平稳，安全的运行，影响着成品原油的质量和原油生产的经济效益。我国较早投入生产的一部分老油田逐渐步入中后期，开采难度随之逐步提升，对油气集输工序等等后期的生产步骤精细化控制程度提出了更高要求。所以油气集输产业对技术人员的相关专业知识和技能都有着很尚的要求。现有的油气集输的虚拟仿真控制系统，硬件方面普遍由实体沙盘，PLC，计算机，流程板等组成，软件方面普遍由2d流程动画和教学演示动画为主。就这些方法而言，首先技术人员需要专门去配有沙盘的实验室进行模拟仿真，增加了时间成本，二是配置一套模拟仿真系统的价格不菲，沙盘容易损坏且需要专人维护，三是不够直观简洁，操作人员需要不断切换电脑端沙盘端和触屏端的操作对象。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了，该系统易操作、便于维护、成本低，使技术人员快速了解实际操作流程，达到最佳实训效果。本专利技术采用的技术方案如下: 一种油气集输虚拟控制实训系统，其特征在于，所述系统包括:虚拟PLC、0PC、3D虚拟场景、数学计算后台、GUI图形界面系统、三维虚拟引擎； 所述虚拟PLC，用于接收用户通过GUI图形界面系统发出的操作请求并进行处理;将操作请求经0PC发送给数学计算后台，进而控制3D虚拟场景的显示;接收来自数学计算后台处理后的数据，进行各种控制规律的运算;控制整个油气集输系统的工艺流程和控制油气集输系统中的控制量； 所述OPC，用于连接虚拟PLC与数学计算后台之间的数据通信；以及连接GUI图形界面系统与PLC之间的数据通信； 所述3D虚拟场景，用于展示整个油气集输的工艺流程，提供直观的油气集输过程，根据虚拟PLC传递过来的指令改变场景中的显示效果与现实油气集输系统一致； 所述数学计算后台，用于读取计算3D虚拟场景中的各变量，将计算结果传递给GUI图形界面系统，进而显示;将计算后用于控制的变量经0PC传递给虚拟PLC用于控制规律的调节；利用OpenGL图形程序接口直接控制3D虚拟场景中模型的显示效果； 所述GUI图形界面系统，用于接收来自数学计算后台计算后的结果并显示；用户通过GUI图形界面系统执行操作指令，将操作指令经0PC发送给虚拟PLC; 所述三维虚拟引擎，用于将3D虚拟场景、数学计算后台、GUI图形界面系统聚合在一起。所述虚拟PLC能够和0PC进行连接； 所述虚拟PLC包括PLC数据通信模块、操作请求处理模块、控制规律调节模块、流程控制模块、逻辑控制模块;其中PLC数据通信模块用于接收来自GUI的操作请求和接收来自数学计算后台计算后的结果，以及将逻辑控制信息、流程控制信息和控制规律调节结果经0PC发送至数学计算后台；操作请求处理模块用于处理用户通过GUI发送来的操作请求;控制规律调节模块用于根据数学计算后台传递过来的信息和用户设定的预设值进行比较后进行控制规律调节;流程控制模块用于根据系统当前状态控制整个油气集输的流程。所述数学计算后台是对油气集输系统中的各种设备以及管道进行数学建模，建立数学模型后，利用程序语言编写的对应程序； 所述数学模型是以油气集输系统中的管道、加热炉、调节阀、电机、分离器、中转罐、电磁阀，手动阀设备为对象建立的数学模型，主要建立被控变量，操作变量，干扰变量之间的数学关系； 所述程序包括:接口模块、计算模块、后台数据通信模块，其中接口模块用于连接OpenGL图形程序接口，调用3D虚拟场景中的3D模型；计算模块用于计算传递过程中变量之间相互作用后的结果;后台数据通信模块用于将结果传递给GUI显示以及将结果经0PC传递给PLC进行处理以及接收来自PLC的处理结果。所述GUI图形界面系统包括:界面显示模块，操作响应模块、GUI数据通信模块，其中界面显示模块用于显示用户可以进行的操作选项以及显示系统当前状态的参数;操作响应模块用于响应用户点击某操作选项后的操作请求;GUI数据通信模块用于将操作响应模块处理后的操作请求经0PC发送给PLC，和接收来自数学计算后台传递过来的信息。所述三维虚拟引擎是采用OpenGL图形程序接口和编程语言编写的计算机程序。—种基于权利要求1至5之一的系统的油气集输虚拟控制实训方法，其特征在于，所述方法具体步骤为: 步骤1:配置虚拟PLC与OPC之间的通讯； 步骤2:技术人员根据给出的10参考点编写PLC程序，并将程序下载到虚拟PLC系统中运行； 步骤3:在GUI图形界面系统上点击设置参数选项，设定预设值，然后点击启动系统选项，整个系统启动;此时，GUI图形界面会显示系统初始状态值； 步骤4:用户点击GUI图形界面系统界面手动控制或者自动控制按钮，进行手动和自动控制的切换； 手动控制方式为:通过手动点击GUI面板中相应的开启和停止按钮，手动控制总进油罐，中转油罐，用户供油管线，加热炉水介质，加热炉被加热流体，待三相分流油气，观察相应的数据显示面板并进行调节； 自动控制方式为:点击参数设置并在弹出的参数设置面板中点击控制参数，设定用户目标变量参数及相应控制规律的控制参数，点击确定输入参数，然后观察数据显示面板；步骤5: PLC进行控制规律调节，用户可点击参数设置面板中的控制规律过程数据按钮，在弹出的窗口中观看调节过程； 步骤6:导出实验数据，单击数据窗口的打开按钮，数据自动复制到弹出的记事本窗口，自动保存，并分析处理。所述点击操作经由操作响应模块进行处理，然后将该操作请求由GUI数据通信模块经0PC发送给PLC数据通信模块;操作请求处理模块对该操作请求进行处理，涉及到系统流程处理则发送请求至流程处理模块进行处理;处理完毕后由PLC数据通信模块经0PC发送给本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油气集输虚拟控制实训系统，其特征在于，所述系统包括：虚拟PLC、OPC、3D虚拟场景、数学计算后台、GUI图形界面系统、三维虚拟引擎；所述虚拟PLC，用于接收用户通过GUI图形界面系统发出的操作请求并进行处理；将操作请求经OPC发送给数学计算后台，进而控制3D虚拟场景的显示；接收来自数学计算后台处理后的数据，进行各种控制规律的运算；控制整个油气集输系统的工艺流程和控制油气集输系统中的控制量；所述OPC，用于连接虚拟PLC与数学计算后台之间的数据通信；以及连接GUI图形界面系统与PLC之间的数据通信；所述3D虚拟场景，用于展示整个油气集输的工艺流程，提供直观的油气集输过程，根据虚拟PLC传递过来的指令改变场景中的显示效果与现实油气集输系统一致；所述数学计算后台，用于读取计算3D虚拟场景中的各变量，将计算结果传递给GUI图形界面系统，进而显示；将计算后用于控制的变量经OPC传递给虚拟PLC用于控制规律的调节；利用OpenGL图形程序接口直接控制3D虚拟场景中模型的显示效果；所述GUI图形界面系统，用于接收来自数学计算后台计算后的结果并显示；用户通过GUI图形界面系统执行操作指令，将操作指令经OPC发送给虚拟PLC；所述三维虚拟引擎，用于将3D虚拟场景、数学计算后台、GUI图形界面系统聚合在一起。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石明江，李魏，米玲，陈成波，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51