用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统及其控制方法，该系统包括被控对象、控制柜、控制主机，被控对象、控制柜、控制主机三者之间相互连接，被控对象为基于Matlab/Simulink搭建的模型系统，调节阀组用于控制多段管道组内水流量大小，控制柜主要包括PLC模块及相关的电气设备，控制柜对被控对象中的压力、流量、温度进行控制，控制主机主要用来搭建Matlab管网组及与控制柜进行通讯。本发明专利技术用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统能够建立符合实际供能管网系统的模型，为管网系统调试人员提供了良好的模拟实验平台，也为无法接触真实供能管网系统的在校学生研究供能系统提供了良好的支持。

Hardware-in-the-loop simulation system and its control method for simulation of energy supply pipeline system

The invention discloses a hardware-in-the-loop simulation system for the simulation of energy supply pipeline network system and its control method. The system includes controlled object, control cabinet, control host, controlled object, control cabinet and control host connected with each other. The controlled object is a model system based on matlab/Simulink, and the control valve group is used to control the water flow in multi-section pipeline group. The cabinet mainly includes PLC module and related electrical equipment. The control cabinet controls the pressure, flow and temperature of the controlled object. The control host is mainly used to build the network of MATLAB and communicate with the control cabinet. The hardware-in-the-loop simulation system used for the simulation of the energy supply pipeline system can establish a model of the actual energy supply pipeline system, provide a good simulation experimental platform for the Commissioner of the pipeline system, and provide a good support for the students who can not contact the real energy supply pipeline system to study the energy supply system.

【技术实现步骤摘要】
用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统及其控制方法
本专利技术涉及一种半实物仿真系统及其控制方法，特别是涉及一种用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统及其控制方法。
技术介绍
在供能管网系统调试过程中，仿真装置可以在实际的系统调试之前，验证控制方案的控制效果。由于供能系统的迟滞性及管网长度的较长的、流量较大的原因，在现场，一次调试控制方案的时间很长，如果完全依靠现场调试，则需要很长的调试周期，从而极大提高了调试的难度与成本。通过半实物仿真装置，可以减轻现场调试的难度及便于优化控制方案。在工业控制现场，有多种硬件设备，包括各种传感器、调节阀等，为了存取现场设备的数据信息，每个应用软件开发商都需要编写专用的接口程序，由于现场设备众多，且产品不断升级，从而给用户和软件开发商造成了巨大的负担。OPC(ObjectLinkingandEmbeddingforProcessControl)是一中数据交换的工业标准，可以为基于Windows的应用程序和现场过程应用建立桥梁，基于客户端/服务器模式，为现场设备和应用软件之间数据交换提供支持。过程控制中的主要控制对象为生产过程中的温度、压力、流量等变量，PID（比例、积分、微分）控制方法被广泛的运用在过程控制中，PID控制具有结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便的优点而成为过程控制的主要方法之一。西门子公司的S7-300系列PLC内部集成了PID调节功能模块，能够根据输入的温度、压力等参数，输出一个阀门开度值控制管道中的调节阀，实现控制管道中流量、温度、压力等变量的控制目标。通过OPC接口，控制柜中的PLC模块连接到Matlab中的供能系统管网模型，形成半实物仿真装置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统及其控制方法，其能够建立符合实际供能管网系统的模型，为管网系统调试人员提供了良好的模拟实验平台，也为无法接触真实供能管网系统的在校学生研究供能系统提供了良好的支持。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统，其特征在于，其包括被控对象、控制柜、控制主机，被控对象、控制柜、控制主机三者之间相互连接，被控对象为基于Matlab/Simulink搭建的模型系统，调节阀组用于控制多段管道组内水流量大小，控制柜主要包括PLC模块及相关的电气设备，控制柜对被控对象中的压力、流量、温度进行控制，控制主机主要用来搭建Matlab管网组及与控制柜进行通讯。优选地，所述控制柜包括PLC模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、交换机模块、人机交互模块、外围电路器件模块、电源模块、电源指示模块：PLC模块由315型处理器组成，用于实现与执行控制策略，PLC模块接收到温度、压差信号后，按照控制策略，经处理器逻辑处理，给出阀门开度信号，经过通信接口模块发送至阀门开度控制模块，控制阀门模块的开度；交换机模块通过网线将PLC模块、人机交互模块与控制主机连接到交换机不同的接口上，三者之间便可建立通信；人机交互模块由触摸屏组成，通过该模块可以设置总管供、回水压差、换热器一次侧回水温度与二次侧供水温度目标值；电源模块为西门子系列PLC专用供电模块，将220V交流电转变为24V5A直流电，用于PLC模块供电；被控对象包括通信接口模块、阀门开度反馈模块、阀门开度控制模块、温度反馈模块、压力反馈模块、管网模块、压差反馈模块、阀门模块：通信接口模块用于实现被控对象与控制柜之间的通信；阀门开度反馈模块用于测量阀门模块中阀门开度信号，并经过通信接口模块反馈阀门开度信号至PLC模块；阀门开度控制模块用于传递PLC模块阀门控制信号至阀门模块，用于控制阀门开度；温度反馈模块用于测量管网模块中温度信号，并经过通信接口模块反馈温度信号至PLC模块；压力反馈模块用于测量管网模块中压力信号，并经过通信接口模块反馈压力信号至PLC模块；压差反馈模块用于接收压力反馈模块压力反馈值，并根供水管道压力与回水管道压力，计算总管供、回水压差，经通信接口模块将压差信号反馈至PLC模块；阀门模块接收阀门开度控制模块的输出信号，以改变阀门开度，用于控制管网模块的流量。优选地，所述控制主机包括一台计算机、Matlab平台装置、OPC接口平台装置、PLC开发平台装置，Matlab平台装置、OPC接口平台装置、PLC开发平台装置均与计算机相连，控制主机通过一个以太网通信模块与控制柜相连。优选地，所述以太网通信模块将多个多段管道组中的温度信号、压差信号、阀门开度信号传送至PLC模块，获得阀门开度控制信号，并传送至多段管道组，以调节阀门的开度。优选地，所述多段管道组用于根据获得的阀门开度值，产生流量、温度、压差、阀门开度等过程变量值，供PLC模块处理使用。优选地，所述被控对象应用于多种控制实验，多种控制实验包括基于Matlab的PID控制实验、基于S7-300型PLC控制器与Matlab的半实物PID控制实验。优选地，所述PLC模块用于实现控制策略，根据模型中反馈的阀门开度、温度、压力、压差等信号与设定值得误差，输出阀门开度调节信号，控制模型中换热器一次侧回水、二次侧供水温度及总管供、回水压差。本专利技术还提供一种用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统的控制方法，其包括以下步骤：步骤一，多段管道组根据一次侧总管供水温度、总管流量、总管供水压力、总阀开度、分阀开度、换热器二次侧回水温度、二次侧流量及二次侧回水压力值，产生一次侧总管回水温度、一次侧总管回水压力、换热器二次侧供水温度过程变量信号；步骤二，压力反馈模块组根据总管供水压力与回水压力，产生总管压差信号；步骤三，压力反馈模块组采集总管供、回水压力与压差信号，并将上述信号值传递至KEPServer软件；步骤四，通过KEPServer软件，将步骤三中的变量信号发送至PLC模块，PLC模块根据控制策略及压差设定值与反馈值的误差，输出阀门开度信号；步骤五，PLC模块通过KEPServer软件将阀开度信号输送至多段管道组，调节总阀的开度；步骤六，压力反馈模块组采集总管压差信号，并通过KEPServer软件发送至PLC模块；步骤七，判读总管压差反馈值与实际值是否相同，是则转步骤八，否则转步骤二；步骤八，总管压差控制结束；步骤九，温度反馈模块采集换热器二次侧供水温度信号，并将上述信号值传递至KEPServer软件；步骤十，通过KEPServer软件，将步骤九中的变量信号发送至PLC模块，控制器根据控制策略及二次侧供水温度设定值与反馈值的误差，输出阀门开度信号；步骤十一，PLC模块通过KEPServer软件将阀开度信号输送至多段管道组，调节分阀的开度；步骤十二，温度反馈模块采集二次侧供水温度信号，并通过KEPServer软件发送至PLC模块；步骤十三，判读二次侧供水温度是否符合要求，是则转步骤十四，否则转步骤九；步骤十四，二次侧供水温度控制结束；步骤十五，温度反馈模块采集换热器一次侧回水温度信号，并将上述信号值传递至KEPServer软件；步骤十六，通过KEPServer软件，将步骤十五中的变量信号发送至PLC模块，控制器根据控制策略及换热器一次侧回水温度设定值与反馈值的误差，输出阀门开度信号；步骤十七，PLC模块通过KEPServe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统，其特征在于，其包括被控对象、控制柜、控制主机，被控对象、控制柜、控制主机三者之间相互连接，被控对象为基于Matlab/Simulink搭建的模型系统，调节阀组用于控制多段管道组内水流量大小，控制柜主要包括PLC模块及相关的电气设备，控制柜对被控对象中的压力、流量、温度进行控制，控制主机主要用来搭建Matlab管网组及与控制柜进行通讯。

【技术特征摘要】
1.一种用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统，其特征在于，其包括被控对象、控制柜、控制主机，被控对象、控制柜、控制主机三者之间相互连接，被控对象为基于Matlab/Simulink搭建的模型系统，调节阀组用于控制多段管道组内水流量大小，控制柜主要包括PLC模块及相关的电气设备，控制柜对被控对象中的压力、流量、温度进行控制，控制主机主要用来搭建Matlab管网组及与控制柜进行通讯。2.如权利要求1所述的用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统，其特征在于，所述控制柜包括PLC模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、交换机模块、人机交互模块、外围电路器件模块、电源模块、电源指示模块：PLC模块由315型处理器组成，用于实现与执行控制策略，PLC模块接收到温度、压差信号后，按照控制策略，经处理器逻辑处理，给出阀门开度信号，经过通信接口模块发送至阀门开度控制模块，控制阀门模块的开度；交换机模块通过网线将PLC模块、人机交互模块与控制主机连接到交换机不同的接口上，三者之间便可建立通信；人机交互模块由触摸屏组成，通过该模块可以设置总管供、回水压差、换热器一次侧回水温度与二次侧供水温度目标值；电源模块为西门子系列PLC专用供电模块，将220V交流电转变为24V5A直流电，用于PLC模块供电；被控对象包括通信接口模块、阀门开度反馈模块、阀门开度控制模块、温度反馈模块、压力反馈模块、管网模块、压差反馈模块、阀门模块：通信接口模块用于实现被控对象与控制柜之间的通信；阀门开度反馈模块用于测量阀门模块中阀门开度信号，并经过通信接口模块反馈阀门开度信号至PLC模块；阀门开度控制模块用于传递PLC模块阀门控制信号至阀门模块，用于控制阀门开度；温度反馈模块用于测量管网模块中温度信号，并经过通信接口模块反馈温度信号至PLC模块；压力反馈模块用于测量管网模块中压力信号，并经过通信接口模块反馈压力信号至PLC模块；压差反馈模块用于接收压力反馈模块压力反馈值，并根供水管道压力与回水管道压力，计算总管供、回水压差，经通信接口模块将压差信号反馈至PLC模块；阀门模块接收阀门开度控制模块的输出信号，以改变阀门开度，用于控制管网模块的流量。3.如权利要求2所述的用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统，其特征在于，所述控制主机包括一台计算机、Matlab平台装置、OPC接口平台装置、PLC开发平台装置，Matlab平台装置、OPC接口平台装置、PLC开发平台装置均与计算机相连，控制主机通过一个以太网通信模块与控制柜相连。4.如权利要求2所述的用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统，其特征在于，所述以太网通信模块将多个多段管道组中的温度信号、压差信号、阀门开度信号传送至PLC模块，获得阀门开度控制信号，并传送至多段管道组，以调节阀门的开度。5.如权利要求4所述的用于供能管网系统仿真的半实物仿真系统，其特征在于，所述多段管道组用于根据获得的阀门开度值，产生流量、温度、压差、阀门开度...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐平，王建平，汪飞，陈通，洪超，
申请(专利权)人：上海虹桥商务区能源服务有限公司，上海大学，上海虹桥商务区新能源投资发展有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31