一种工业过程仿真系统及仿真方法技术方案

本发明专利技术公开了一种工业过程的仿真系统及仿真方法，本仿真系统既可以通过在终端设备上输入的工程参数结合仿真设备内的建模算法对工业过程系统进行建模，也可以通过对实际控制系统的输出控制信号以及工业过程系统的响应信号进行采集，通过终端设备中模型参数识别算法利用采集的数据对模型参数进行识别和建模，并根据建立的数学模型，计算在实际控制系统的输出控制信号的作用下模型的输出以实现工业过程系统的仿真，并且两种建模方式可由终端设备切换，实现操作方便、建模便捷、以及与真实工业过程系统匹配的仿真。

【技术实现步骤摘要】
一种工业过程仿真系统及仿真方法
本专利技术涉及工业过程仿真
，特别是涉及一种工业过程的仿真系统及仿真方法。
技术介绍
目前工业控制系统的工程调试基本还是依赖于控制实际工业过程系统进行直接调试，而不是采用先仿真分析、再实际投入的流程，例如：如果工程师调试一套锅炉温度系统，则工程师会将控制器、传感器和执行器组成的控制系统连接至实际的锅炉对象系统。为了达到温度控制的性能要求，工程师需要通过对实际工业过程系统的控制和观察来调整优化工业控制器中控制参数。对于一个锅炉系统，在调试过程中每次升温、降温的过程比较缓慢(几个小时甚至几天)，调试时间漫长。一旦一套控制参数效果不满意，则整个调试过程需要重新进行。一套达到控制要求的控制参数，往往需要对实际工业过程系统对象进行长时间的操作、控制、调试才能得到。在这样反复调试过程中将浪费大量的资金、能源和时间。更突出的，在调试过程中由于工业过程系统处于过渡状态或非稳定状态，工业过程系统存在过压、过温、危险合成物溢出等安全隐患，所以使用实际被控系统直接进行调试存在高投入、高风险、耗时间的情况。而如果在调试控制器控制参数时，使用本工业过程仿真设备进行建模并仿真真实工业系统的输出响应，从而通过观察仿真所得到的工业过程系统的响应和动态变化对控制器的控制参数进行调试，使控制器连接控制仿真设备而非直接控制实际系统，避免实际工业系统的物理束缚和安全隐患问题，则可以经济、安全、高效的调试工业过程系统。建模仿真系统包含模型和仿真两个主要部分。模型是进行良好仿真的基础。目前，主流的工业过程的建模仿真软件有ProModel，SIMIT等。此类系统建模和仿真软件所使用的模式大多依赖于其内置预设的模型，使得此类预设的模型与真实系统的匹配程度有限，造成通过此类模型得到的仿真结果无法完美的复现实际工业过程系统的真实响应。仿真系统与实际工业过程系统的“匹配”方面，目前此类仿真软件仍旧无法很好实现。另外，此类系统建模和仿真软件虽然功能强大，但其价格昂贵，使得中小企业和个人难以支付得起。且使用者上手使用困难，短时间内无法得心应手的使用此类软件。第三，由于此类软件几乎都是基于计算机的软件系统，在某些工业调试一线的现场对笔记本电脑没有空间和没有供电电源的场合，此类基于计算机的软件系统对于一线调试工程师使用起来很不方便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种工业过程的仿真系统及仿真方法，以实现操作方便、建模便捷、以及与真实工业过程系统匹配的仿真。为达到上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种工业过程的仿真系统，所述工业过程的仿真系统包括：便携式工业过程系统仿真设备和终端设备，所述便携式工业过程系统仿真设备包括：信号输入模块、算法处理控制器、通信控制器、信号输出模块以及供电模块，其中：所述终端设备与所述便携式工业过程系统仿真设备的通信控制器通过蓝牙通信连接，所述终端设备用于向所述便携式工业过程系统仿真设备输入工程参数及操作建模模式的切换，即通过所述输入工程参数结合仿真设备内的建模算法进行建模的工程参数输入建模模式；与通过终端设备中模型参数识别算法利用采集的数据对模型参数进行识别和建模的模型参数在线自动识别建模模式，实现两种建模模式的切换；所述信号输入模块作为所述工业过程的仿真系统的数据采集输入端与所述实际控制器的控制变量输出端相连，用于采集所述实际控制器的控制变量U，所述信号输入模块同时也作为所述工业过程的仿真系统的数据采集输入端与所述实际工业过程系统的响应变量输出端相连，用于采集所述实际工业过程系统的实际输出变量V，所述便携式工业过程系统仿真设备根据所述控制变量U和所述实际输出变量V，通过所述模型参数在线自动识别建模模式进行建模；所述便携式工业过程系统仿真设备根据所述工程参数输入建模模式或模型参数在线自动识别建模模式建立的模型，结合所述信号输入模块所采集的所述实际控制器的控制变量U，进行计算并输出所述实际工业过程系统的仿真响应输出值Y；所述信号输出模块作为所述工业过程的仿真系统的输出端与所述实际控制器的接收反馈变量输入端相连，用于将所述工业过程的仿真系统的响应输出值Y对被控对象的实际输出变量V进行仿真；所述算法处理控制器与所述通信控制器之间采用UART串口进行数据交互，所述算法处理控制器结合实时操作系统，用于进行建模算法运算；所述供电模块分别与所述算法处理控制器和所述通信控制器相连，为所述算法处理控制器和所述通信控制器提供电源。优选的，所述便携式工业过程系统仿真设备还包括：与所述通信控制器相连的以太网接口，通过通信处理器通信协议处理实现ModbusTCP/IP通信协议、Profinet-IO通信协议、Ethernet/IP通信协议、TCP/IP通信协议、OPCUA通信协议。优选的，所述便携式工业过程系统仿真设备还包括：与所述通信控制器相连的RS485接口或A/B端子接口，通过通信处理器通信协议处理实现ModbusRTU通信协议、Profibus-DP通信协议、DeviceNet通信协议、CAN通信协议。优选的，所述便携式工业过程系统仿真设备还包括：分别与所述算法处理控制器和所述通信控制器相连的存储模块，用于存储所述便携式工业过程系统仿真设备的历史归档数据。优选的，所述供电模块为两路供电24VDC和5VDC，包括：24V电压输入的接口为供电端子，5V电压输入的接口为与移动终端接口兼容的mini-USB接口。优选的，所述供电模块还包括：内置锂电池，所述内置锂电池的供电电压为4.2V。优选的，所述终端设备为智能手机、平板电脑或个人数字助理。一种工业过程的仿真方法，应用于所述的工业过程的仿真系统，所述工业过程的仿真系统包括：便携式工业过程系统仿真设备和终端设备，该仿真方法包括：所述终端设备向所述便携式工业过程系统仿真设备输入工程参数及操作建模模式的切换；所述便携式工业过程系统仿真设备根据所述工程参数结合仿真设备内的建模算法进行系统建模，得到工业过程系统仿真模型，或，所述便携式工业过程系统仿真设备根据对所述实际控制器的控制变量U和所述实际工业过程系统的实际输出变量V进行采集，并利用采集来的数据进行模型参数在线自动识别建模，自动得到工业过程系统模型，基于所述两种建模模式所建立的模型，所述工业过程系统模型接收所述实际控制器的控制变量U，并将所述工业过程的仿真系统的计算输出值Y对被控对象的实际输出变量V进行仿真。优选的，还包括：将仿真得到的所述工业过程的仿真系统的响应输出值Y在所述终端设备上进行显示。优选的，还包括：将仿真得到的所述工业过程的仿真系统的响应输出值Y通过所述便携式工业过程系统仿真设备的模拟量输出接口以及通信的方式输出给外部设备。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开了一种工业过程的仿真系统及仿真方法，该仿真系统用于仿真实际工业过程系统，所述工业过程的仿真系统包括：便携式工业过程系统仿真设备和终端设备，所述便携式工业过程系统仿真设备包括：信号输入模块、算法处理控制器、通信控制器、信号输出模块以及供电模块，本仿真系统通过在终端设备上输入的工程参数结合仿真设备内的建模算法对工业过程系统进行建模，也可以通过对实际控制系统的输出控制信号以及工业过程系统的响应信号进行采集，通过终端设备中模型参数识别算法利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业过程的仿真系统，其特征在于，所述工业过程的仿真系统包括：便携式工业过程系统仿真设备和终端设备，所述便携式工业过程系统仿真设备包括：信号输入模块、算法处理控制器、通信控制器、信号输出模块以及供电模块，其中：所述终端设备与所述便携式工业过程系统仿真设备的通信控制器通过蓝牙通信连接，所述终端设备用于向所述便携式工业过程系统仿真设备输入工程参数及操作建模模式的切换，即通过所述输入工程参数结合仿真设备内的建模算法进行建模的工程参数输入建模模式；与通过终端设备中模型参数识别算法利用采集的数据对模型参数进行识别和建模的模型参数在线自动识别建模模式，实现两种建模模式的切换；所述信号输入模块作为所述工业过程的仿真系统的数据采集输入端与所述实际控制器的控制变量输出端相连，用于采集所述实际控制器的控制变量U，所述信号输入模块同时也作为所述工业过程的仿真系统的数据采集输入端与所述实际工业过程系统的响应变量输出端相连，用于采集所述实际工业过程系统的实际输出变量V，所述便携式工业过程系统仿真设备根据所述控制变量U和所述实际输出变量V，通过所述模型参数在线自动识别建模模式进行建模；所述便携式工业过程系统仿真设备根据所述工程参数输入建模模式或模型参数在线自动识别建模模式建立的模型，结合所述信号输入模块所采集的所述实际控制器的控制变量U，进行计算并输出所述实际工业过程系统的仿真响应输出值Y；所述信号输出模块作为所述工业过程的仿真系统的输出端与所述实际控制器的接收反馈变量输入端相连，用于将所述工业过程的仿真系统的响应输出值Y对被控对象的实际输出变量V进行仿真；所述算法处理控制器与所述通信控制器之间采用UART串口进行数据交互，所述算法处理控制器结合实时操作系统，用于进行建模算法运算；所述供电模块分别与所述算法处理控制器和所述通信控制器相连，为所述算法处理控制器和所述通信控制器提供电源。...

【技术特征摘要】
1.一种工业过程的仿真系统，其特征在于，所述工业过程的仿真系统包括：便携式工业过程系统仿真设备和终端设备，所述便携式工业过程系统仿真设备包括：信号输入模块、算法处理控制器、通信控制器、信号输出模块以及供电模块，其中：所述终端设备与所述便携式工业过程系统仿真设备的通信控制器通过蓝牙通信连接，所述终端设备用于向所述便携式工业过程系统仿真设备输入工程参数及操作建模模式的切换，即通过所述输入工程参数结合仿真设备内的建模算法进行建模的工程参数输入建模模式；与通过终端设备中模型参数识别算法利用采集的数据对模型参数进行识别和建模的模型参数在线自动识别建模模式，实现两种建模模式的切换；所述信号输入模块作为所述工业过程的仿真系统的数据采集输入端与所述实际控制器的控制变量输出端相连，用于采集所述实际控制器的控制变量U，所述信号输入模块同时也作为所述工业过程的仿真系统的数据采集输入端与所述实际工业过程系统的响应变量输出端相连，用于采集所述实际工业过程系统的实际输出变量V，所述便携式工业过程系统仿真设备根据所述控制变量U和所述实际输出变量V，通过所述模型参数在线自动识别建模模式进行建模；所述便携式工业过程系统仿真设备根据所述工程参数输入建模模式或模型参数在线自动识别建模模式建立的模型，结合所述信号输入模块所采集的所述实际控制器的控制变量U，进行计算并输出所述实际工业过程系统的仿真响应输出值Y；所述信号输出模块作为所述工业过程的仿真系统的输出端与所述实际控制器的接收反馈变量输入端相连，用于将所述工业过程的仿真系统的响应输出值Y对被控对象的实际输出变量V进行仿真；所述算法处理控制器与所述通信控制器之间采用UART串口进行数据交互，所述算法处理控制器结合实时操作系统，用于进行建模算法运算；所述供电模块分别与所述算法处理控制器和所述通信控制器相连，为所述算法处理控制器和所述通信控制器提供电源。2.根据权利要求1所述的工业过程的仿真系统，其特征在于，所述便携式工业过程系统仿真设备还包括：与所述通信控制器相连的以太网接口，通过通信处理器通信协议处理实现ModbusTCP/IP通信协议、Profinet-IO通信协议、Ethernet/IP通信协议、TCP/IP通信协议、OPCUA通信协议。3.根据权利要求1所述的工业过程的仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：何安，吴秀冰，余明，董晓婉，
申请(专利权)人：何安，吴秀冰，
类型：发明
国别省市：北京,11