本發(fā)明涉及壓縮機組仿真，具體涉及一種壓縮機組氣路系統(tǒng)動態(tài)機理建模方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、壓縮機組是流程工業(yè)中重要的壓力系統(tǒng)，氣路系統(tǒng)是其核心組成部分。在實際生產(chǎn)過程中，壓縮機組往往操作繁瑣，且機組工作產(chǎn)生的輻射噪聲對現(xiàn)場操作員身體損傷巨大。壓縮機控制系統(tǒng)ccs(compressor?control?system)是面對壓縮機機組工作的節(jié)能自動化控制系統(tǒng)，它基于壓縮機組的控制特點，通過一系列控制程序?qū)崿F(xiàn)壓縮機組一體化、自動化控制，操作員可通過壓縮機控制系統(tǒng)ccs對壓縮機組進行遠端控制，是大型壓縮機組控制技術(shù)的重大進步。壓縮機控制系統(tǒng)ccs系統(tǒng)主要包括壓縮機組的負荷調(diào)節(jié)、喘振控制、汽輪機轉(zhuǎn)速控制、內(nèi)部單元設(shè)備控制、機組安全聯(lián)鎖，以及其他輔助程序、軸側(cè)等機組各處的儀表監(jiān)測等，實現(xiàn)對壓縮機組全流程的穩(wěn)定控制。

2、學(xué)習(xí)氣路系統(tǒng)的工藝流程和控制邏輯是熟悉壓縮機組操作的前提。ots(operatortraining?system，操作員培訓(xùn)系統(tǒng))是結(jié)合計算機仿真軟件，模擬真實生產(chǎn)工藝過程，并主要服務(wù)于操作員培訓(xùn)學(xué)習(xí)的軟件模型，其領(lǐng)域涵蓋化工、石化、煉油等各流程行業(yè)。ots利用計算機仿真模擬技術(shù)和組態(tài)工具如分布式控制系統(tǒng)dcs(distributed?control?system)仿真系統(tǒng)，可對壓縮機組氣路系統(tǒng)進行建模還原，給予操作員更安全、有效的培訓(xùn)平臺和機會。壓縮機組氣路系統(tǒng)的仿真還原度將直接影響操作員的培訓(xùn)效果，從而關(guān)系著流程工業(yè)的安全、高效生產(chǎn)。因此，高還原度地仿真壓縮機組氣路系統(tǒng)以及其壓縮機控制系統(tǒng)ccs控制系統(tǒng)對流程工業(yè)非常重要。

3、目前，壓縮機組仿真建模策略主要有以下三類。

4、1)單純的數(shù)學(xué)模型仿真。

5、單純的數(shù)學(xué)模型仿真，通常僅建立部分的數(shù)學(xué)模型，缺少人機互動，也缺乏實際工藝流程的聯(lián)系，還原度低。

6、例如，結(jié)合地源熱泵空調(diào)壓縮機的特點，用自適應(yīng)模糊算法與pid算法優(yōu)化壓縮機仿真模型，提高仿真壓縮機的控制效果和效率。但仿真數(shù)學(xué)模型與工藝流程聯(lián)系性不強，還原度不夠高。(石建華、楊杰，自適應(yīng)模糊pid控制在地源熱泵空調(diào)壓縮機系統(tǒng)的仿真[j]，武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016，15(3):4.doi:cnki:sun:whzb.0.2016-03-017)

7、又如，結(jié)合壓縮機性能方程，使用modelica語言和dymola編譯器搭建數(shù)學(xué)模型，并進行了壓縮流體的仿真驗證。然而其數(shù)學(xué)模型不僅缺少可視化人機交互界面，不利于操作員培訓(xùn)學(xué)習(xí)，且模擬方程僅停留在數(shù)學(xué)擬合層面，未結(jié)合實際工藝，并且模型只針對于壓縮機氣路壓縮過程。(王廷興、李防戰(zhàn)、孟光等，基于modelica和dymola的壓氣機系統(tǒng)的建模與仿真方法[j]，燃氣渦輪試驗與研究，2004，17(3):6.doi:10.3969/j.issn.1672-2620.2004.03.009.)

8、2)利用組態(tài)模型軟件模擬壓縮機組的工作過程。

9、此類仿真建模，僅結(jié)合某一工藝流程，不能完整模擬壓縮機組的實際工作，也存在還原度不高的問題。

10、例如，借助hysys動態(tài)模塊搭建了壓縮機，并研究開車過程，或者利用hysys動態(tài)模塊研究了停車過程。但這些模型均只涉及某單一工況，動態(tài)模型具有較大局限性。

11、再如，利用ifix?4.0組態(tài)軟件模擬壓縮機組的實際工作狀態(tài)(王力、蔡文軒，往復(fù)式壓縮機組教學(xué)仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)[j]，煤炭技術(shù)，2011，30(4):3.doi:cnki:sun:mtjs.0.2011-04-100.)，實現(xiàn)機組氣路系統(tǒng)的教學(xué)仿真，很大程度上解決了使用和維護壓縮機組操作員的培訓(xùn)難題。但其底層機理數(shù)據(jù)庫不完善，僅輔以數(shù)學(xué)模型來擬合，一定程度上降低了仿真程度。

12、還有研究人員通過hysys軟件搭建了兩級壓縮動態(tài)模型，并研究了多種工況下機組的運行情況，仿真模型更具有完整性和較大的進步性(王力、蔡文軒，往復(fù)式壓縮機組教學(xué)仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)[j]，煤炭技術(shù)，2011，30(4):3.doi:cnki:sun:mtjs.0.2011-04-100)?；蛘呷绻嫣枮閏n115206152a的專利在結(jié)合模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)壓縮機組仿真教學(xué)系統(tǒng)。但總體上來說，這一類類仿真策略仍缺少真實生產(chǎn)環(huán)境的程序控制模塊，例如，聯(lián)鎖程序、啟停邏輯程序等，仿真還原度不夠高。

13、3)對壓縮機組程序的仿真模擬。

14、此類仿真模擬，如公告號為cn208270980u的專利結(jié)合壓縮機控制系統(tǒng)ccs和仿真控制器模擬了透平壓縮機組，但其缺少完整的工藝，不利于操作員對系統(tǒng)流程的認(rèn)知。

15、總之，壓縮機組氣路仿真策略在模型或程序等還原度上尚有較大提升空間。而其策略的改善有利于進一步提高人們對壓縮機組氣路系統(tǒng)操作規(guī)程的認(rèn)識，便于更高效地提升操作員的專業(yè)能力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在現(xiàn)有的壓縮機組氣路系統(tǒng)仿真研究的基礎(chǔ)上，本發(fā)明采用虛擬仿真技術(shù)，提供一種機理化、程序化以及還原程度高的壓縮機組氣路系統(tǒng)的動態(tài)機理建模策略，解決仿真度不高、人機交互不友好的問題，為此提供如下技術(shù)方案：

2、第一方面，本發(fā)明提供一種壓縮機組氣路系統(tǒng)動態(tài)機理建模方法，包括，

3、搭建壓縮機工藝模型，包括，根據(jù)工藝流程建立壓縮機氣路系統(tǒng)工藝模型，根據(jù)壓縮機設(shè)計資料設(shè)置壓縮機參數(shù)，根據(jù)汽輪機設(shè)計條件來設(shè)定蒸汽屬性；

4、搭建虛擬控制器，實現(xiàn)仿真壓縮機組氣路系統(tǒng)的控制邏輯，包括，搭建汽輪機轉(zhuǎn)速邏輯模塊，進行汽輪機轉(zhuǎn)速控制；搭建汽輪機功率關(guān)聯(lián)模塊，使汽輪機的轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)汽輪機的輸出功率；搭建壓縮機的輸出功率模塊，建立高壓蒸汽在汽輪機所作的功與壓縮機機械能之間的動態(tài)平衡關(guān)系；搭建壓縮機的啟停程序模塊，能夠根據(jù)汽輪機轉(zhuǎn)速以及狀態(tài)條件自識別相應(yīng)的啟停階段；搭建壓縮機一、二段喘振閥程序模塊進行防喘振控制；搭建聯(lián)鎖程序以及其他輔助模塊；

5、將壓縮機工藝模型數(shù)據(jù)和虛擬控制器之間進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)壓縮機組氣路系統(tǒng)動態(tài)機理建模。

6、第二方面，本發(fā)明提供一種壓縮機組氣路系統(tǒng)動態(tài)機理建模系統(tǒng)，包括，

7、壓縮機工藝仿真模型，用于根據(jù)設(shè)計資料在仿真建模平臺中搭建壓縮機工藝模型；

8、數(shù)據(jù)通訊模塊，用于將分布式控制系統(tǒng)dcs及壓縮機控制系統(tǒng)ccs組態(tài)位號與壓縮機工藝仿真模型數(shù)據(jù)建立通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸；

9、虛擬控制器，用于模擬仿真控制器運算，實現(xiàn)壓縮機控制邏輯運算，并把數(shù)據(jù)反饋到分布式控制系統(tǒng)dcs和壓縮機控制系統(tǒng)ccs監(jiān)控畫面上。

10、本發(fā)明的有益效果：

11、1)本發(fā)明利用工藝仿真建模平臺軟件、分布式控制系統(tǒng)dcs組態(tài)軟件以及數(shù)據(jù)通信軟件來搭建仿真度高的壓縮機氣路系統(tǒng)，包括底層機理模型搭建和壓縮機控制系統(tǒng)ccs程序翻譯，在工藝仿真建模平臺底層，內(nèi)置設(shè)備所需要滿足的數(shù)學(xué)方程，實現(xiàn)壓縮機組氣路系統(tǒng)的高仿真度。

12、2)本發(fā)明提供對真實壓縮機組氣路系統(tǒng)還原的壓縮機控制系統(tǒng)ccs人機交互界面，提升人機交互畫面的友好程度。

13、3)本發(fā)明可模擬壓縮機組氣路系統(tǒng)的多種工作狀態(tài)，提升仿真模型的真實度和應(yīng)用性。

14、4)本發(fā)明通過組建虛擬控制器，還原壓縮機組氣路系統(tǒng)各位號信號的輸入輸出，提升仿真還原度。