专利名称：长距离管道输煤DMS管网仿真系统(SimS)的制作方法
技术领域：
本发明属管道运输调度管理领域，具体涉及长距离管道输煤的调度管理及SimS管网仿真系统。
背景技术：
近年来，我国的输油、气等管道领域在管网仿真系统的构建中，多相流仿真软件得到了一定的应用，但存在与输煤管道工程中的应用的缺陷。本发明在对原有管道多相流仿真软件优化改进的基础上，建立了输煤管道仿真系统的预测模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构合理，操作简便，自动化程度高，可操作性强的管网·仿真系统，并通过输煤管道仿真预测模型，管理输煤管道运行状况。本发明在对原有管道多相流仿真软件优化改进的基础上，建立了输煤管道仿真系统的预测模型的长距离管道输煤的调度管理及SimS管网仿真系统。为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的长距离管道输煤的调度管理及SimS管网仿真系统由一个模拟管道系统、一个实际管道系统、一个仿真模型、一个监控系统、远程终端控制系统、一个可编程逻辑控制系统组成，本发明的特殊之处在于所述模拟管道系统与仿真模型连接，所述仿真模型与监控系统连接，所述监控系统分别与一远程终端控制系统、可编程逻辑控制系统、另一远程终端控制系统连接；所述可编程逻辑控制系统与实际管道系统连接；所述仿真模型与图形建模工具连接，所述图形建模工具依次分别与界面显示、综合布站、在线仿真器、在线预测分析、数据文件、商用数据库、现场数据、实验室数据连接；所述商用数据库与实时仿真数据库连接。所述监控系统与实时数据接口后，接收SCADA系统采集的现场实时数据，并通过SCADA发送到在线仿真器。所述仿真模型以文本形式保存各种工况数据，需要时可直接进入该种工况，对SCADA系统的相关数据进行修正和仿真运算，并提供给监控中心。所述现场仿真系统通过检查管道中压力、流量，对管网运行状况进行监控。本发明与现有技术相比，具有结构合理，操作简便，自动化程度高，可操作性强，通过输煤管道仿真预测模型管理输煤管道运行状况的优点，同时，还具有以下特点I)开放性选择专业工作站、工业以太网、TCP/IP网络通讯协议、Windows XP/ 7操作系统、VC2005窗口开发环境、专业数据库、0PC/API接口，为系统的开放性打下了基础。2)采用面向对象技术在系统的分析、设计、编程中，采用的面向对象技术提高了系统的稳定性、可靠性、可扩充性和可维护性；采用C++编程语言开发系统软件，大大减少了编程工作量。3)多相流针对煤浆的物理特性，采用多相流仿真内核算法，使仿真系统具备可组态流体物性功能。
4)时步可调模型动态仿真工程中的时步可调功能，使操作者可根据需要确定仿真时间。5)可操作性图形系统的交互性取决于系统人机界面的设计，在系统的设计中，充分利用了 GUI界面的优点，使操作者只需使用一个鼠标即可完成全部操作。6)实时性在图形数据结构中采用的一系列加速方法和局部刷新方法可以满足仿真系统对图形系统的实时要求，且实现了图形的平滑无级放大和快速滚动。
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图I为本发明输煤管网仿真过程结构示意框图；图2为图I的仿真设计逻辑框图；图3为程序界面图；图4为仿真参数设置界面图；图5为布站基本数据界面图；图6为生成管路连接界面图；图7为添加线路截断阀室界面图；图8为添加脚本命令界面图；图9为控制脚本界面图；图10为各点压力和全线流量曲线图；图11为仿真进程的速度界面图；图12为位置以及流量的变化情况界面图；图13为压力-流量特性曲线图；图14为截止阀特性参数设置曲线图；图15为管输特性参数设置曲线图；图16为程序启动画面界面图；图17为显示临界流速表中的所有记录界面图；图18为界面显示添加记录区域界面图；图19为添加浆体记录界面图；图20为添加水力坡度记录界面图；图21为添加粒度级配记录界面曲线图。
具体实施例方式附图为本发明的实施例。下面结合附图及实施例对发明内容作进一步详细说明参照图I、图2所示，长距离管道输煤的调度管理及SimS管网仿真系统，该仿真系统由一个模拟管道系统、一个实际管道系统、一个仿真模型、一个监控系统、一个RTU远程终端控制系统、一个PLC可编程逻辑控制系统组成，所述模拟管道系统I与仿真模型3连接，所述仿真模型3与监控系统4连接，所述监控系统4分别与RTU远程终端控制系统5、PLC可编程逻辑控制系统6、另一 RTU远程终端控制系统7连接；所述PLC可编程逻辑控制系统6与实际管道系统2连接；所述仿真模型3与图形建模工具12连接，所述图形建模工具12依次分别与界面显示11、综合布站8、在线仿真器9、在线预测分析10、数据文件13、商用数据库16、现场数据15、实验室数据14连接；所述商用数据库16与实时仿真数据库17连接。所述监控系统与实时数据接口后，接收SCADA系统采集的现场实时数据，并通过SCADA发送到在线仿真器。所述仿真模型以文本形式保存各种工况数据，需要时可直接进入该种工况，对SCADA系统的相关数据进行修正和仿真运算，并提供给监控中心。 所述现场数据通过检查管道中压力、流量，对管网运行状况进行监控。下面分别介绍
I.系统功能I)、建立仿真环境，以启动针对本项目工程各项参数的仿真模型。①、接收调度中心SCADA系统采集的现场实时数据；②、将在线仿真器/漏堵探测器的输出数据发送给SCADA系统；③、将仿真预测数据发送给SCADA系统。2)、保存工况数据管道仿真系统以文本形式保存各种工况数据，以便在所需时直接进入该种工况。3)、监测管网的运行状态通过自动调整和校正来自于SCADA系统的数据，检查管道中的压力、流量等，实现对管网运行状态的监控，并可设定报警的数据极限值。4)、对SCADA系统的扩展在线仿真器通过对来自于SCADA系统的相关数据的修正和仿真运算，持续提供管道沿线不同部位的压力、流量等参数，从而起到扩展SCADA系统功能的作用。 管道仿真过程如图2所示。5)、在线预测分析在线预测的工作机制是以在线仿真器的当前运算结果为管网的起始状态及预测计算起点，设定一系列的压力、流量变化值，仿真要在真实情况发生前对管网的运行状态做出预测。①、自动预测根据设定的压力、流量等参数的变化结果，预测分析器仿真计算出管网运行状态随这些参数变化的结果。根据预设的报警条件，可在真实事件发生之前采取应对措施。②、规划预测依据不同设定，分析管网在未来不同控制策略下的运行状态，从而优选出最佳控制方案。6)、参数报警可以根据要求设置参数自动报警。当仿真参数超过报警值时，就会自动报警。7)、控制逻辑可以实现联锁保护、联锁控制、PID控制，以及顺序控制功能。实施例I管道输煤模拟建立管道输煤模型，显示各站点相关设备参数及实时运行状态；完成各参数的联动显示及煤浆运行状态参数的显示；完成输煤的相关计算和统计；对异常工况进行报警和记录。(一)仿真环境的建立
I、新建一个仿真工程图3所示，点击快捷栏中的“新建”按钮口或“文件”菜单中的“新建”选项，即
可新建一个仿真工程程序界面。图4所示，点击快捷栏中的“仿真参数设置”按钮或“仿真”菜单中的“仿真参数设置”选项，进入参数设置界面。(I)导入布站文件点击“导入布站文件”项，即可读取所选择的布站文件，该文件有布站辅助设计程序生成，成功导入后，布站基本数据如图5。( 2 )选择泵站内工作泵数量和备用泵数量后，即可生成管路连接图，如图6。(3)根据管道设计可在管路连接图中加入截断阀室，点击线路截断阀室位置设置 栏中的“添加”项，可在指定的位置添加线路截断阀室，如图7。按“确认”按钮后，添加线路截断阀室如图8所示。(4)导入泵性能参数、截断阀性能参数和管输性能参数。分别点击屏幕下方的三个导入参数项，导入泵、截止阀和管输特性参数，以上三个文件均由仿真特性参数设定程序生成。( 5 )编制仿真控制脚本。点击仿真控制脚本栏内的“添加”项，可添加脚本命令，如图9。从设备列表中选择一个要控制的设备，选择对该设备的控制动作、执行时刻、动作时的参数，按“确定”按钮即可将该命令添加到控制脚本中。如图10。上述参数全部设置完毕后，点击“确定”按钮返回仿真程序的主界面，并显示管道的稳态下的各点压力和全线流量。如图11。2、打开一个仿真工程可在仿真程序的主界面下点击快捷栏中的“打开”按钮IZt或“文件”菜单中的“打
开”选项，选择一个仿真工程文件，可直接进入到图9界面。(二)启动仿真运行点击快捷栏中的“启动仿真”按钮□或“仿真”菜单中的“启动仿真”项，仿真运
算即可按照控制脚本进行，并随时间的变化显示管路中各点的压力变化情况。I、调整仿真时速通过调整仿真时速可加快或减小仿真进程的速度，如图12。2、设置观察窗口仿真过程中可选择不同的管道区域进行全线或局部管路显示。并显示管道中最大压力和最小压力值及其出现的位置以及流量的变化情况，如图13。3、仿真的暂停与终止点击快捷栏中的“暂停仿真”按钮口和“终止仿真”按钮口或“仿真”菜单
中的“暂停仿真”和“终止仿真”项，即可控制仿真运算暂停或终止。实施例2设备参数设定程序模拟本程序主要完成仿真运算时设备特性参数以及管输参数的设定，包括活塞隔膜泵的流量压力特性曲线、截止阀开度比与流量比特性曲线、水力坡度等参数。生成相关数据文件供仿真程序调用。(一)程序启动为保证程序的正常启动，应先对程序安装目录下的net. ini文件进行必要的配置，设置服务器IP地址与侦听端口，保证程序与计算服务器建立网络连接，文件中的服务器IP项应设置为计算服务器的IP地址，通常为实验室数据库管理系统所在计算机的IP地址，侦听端口应和实验室数据库管理程序的侦听端口相同。该程序工作时要向计算服务器请求数据和计算，应首先启动实验室数据库管理程序。(二)文件的新建与打开泵特性参数文件的扩展名为.PUMP，阀特性参数文件的扩展名为.VALV，管输特性参数文件的扩展名为PIPE。点击开捷栏中的“新建”或“打开”按钮，即可新建或打开一个特性参数文件。通过“文件”菜单操作也可实现相同的功能。
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(三)隔膜活塞泵特性参数设置通过新建或打开一个泵特性参数文件即可即如泵特性参数设置，如图14。I、压力-流量特性曲线在特性曲线编辑栏内输入不同的压力和流量值，点击“添加”项，即可将该点加入到特性曲线中，程序自动连接各点，以得到一条平滑的曲线。从样值点中选择一组参数，点击“删除”项，即可从特性曲线中删除该样值点。2、泵的相关参数包括泵的最大输出压力、最大流量、最小入口压力、流量出现减小时的拐点压力，泵启动的启动历时。数据输入完毕后点击“保存”按钮，即可将上述数据存入泵的特性参数文件中。(四)截止阀特性参数设置通过新建或打开一个截止阀特性参数文件即可即如截止阀特性参数设置，如图15。输入阀的不同开度比和流量比，点击“添加”项，即可将该点添加到阀的特性曲线中，输入阀的内径、阻力系数和关闭历时，点击“保存”按钮，即可将上述数据保存到阀特性参数文件中。(五)管输参数设置通过新建或打开一个管输特性参数文件即可即如管输特性参数设置，如图16。I、管输参数设定输入仿真计算所选择的管道内径、壁厚、管壁弹性模量。在浆体名称下拉栏里选择仿真计算所使用的浆体名称，选择后会从实验室数据库中查询该浆体的相关参数并显示在界面上。2、获取临界流速和水力坡度输入和得到上述数据后即可点击“获取实验室参数”项，即可从计算服务器中获取该管输条件下的临界流速和水力坡度变化曲线。点击“保存”按钮，即可将上述数据存入管输特性文件中。实施例3实验室数据库管理软件实验室数据库为实验室提供实验数据的存储、管理和计算功能，同时为布站辅助设计和仿真程序提供计算服务功能。并根据SCADA系统提供的实时数据不断自动修正。
(一)程序启动程序启动画面当选择本地数据库时，使用的是本机所带的Access数据库，选择网络数据库时要求通过ODBC连接远程网络数据库，必须进行必要的网络和ODBC配置。I、使用本地数据库本机的设备数据库存放程序安装目录下，名为laboratory,mdb，使用本地数据库时程序将直接对该数据库进行查询和操作。2、使用网络数据库网络数据库位于数据库服务器，必须对ODBC进行正确的配置方能实现对网络数据库的访问和操作，配置数据存储于程序安装目录下的DB. CFG文件中，其中Data Source项设置为用户数据源名称。
(二)浏览数据库表屏幕左侧显示栏内显示实验室数据库中的所有表名，鼠标点击某个表名，则主窗口显示该表中所有的记录，如点击打开“临界流速”时显示临界流速表中的所有记录，如图17。继续点击“临界流速”下的某个浆体名称，则只显示该浆体在不同内径管道中的临界流速。添加记录在浏览某个表的时候，点击快捷栏内的“添加记录”按钮或“数据管理”菜单中的“添加记录”项，即可向该表中添加新的记录，也可将光标移至记录显示区域内按下鼠标右键，选择“添加记录”项实现相同的操作。界面将显示添加记录区域，如图18。I、添加浆体记录在如图19所示的对话框中输入新添加的浆体名称、固体颗粒密度、浆体密度、体积浓度、粘度参数，在下拉列表中选择颗粒级配名称，点击“添加”按钮即可完成新记录的添加。2、添加临界流速记录在如图20所示的对话框中选择浆体名称、数据来源，输入管道内径和浆体流速，如果此临界流速是实验得到的数据可直接填入临界流速输入栏内，按“添加”按钮。如果要添加计算或预测数据，则在选择计算方法后按“计算”按钮，程序会通过计算得到临界流速值，并将其填入临界流速输入栏内，操作人员按“添加”按钮即可完成新记录的添加操作。3、添加水力坡度记录方法同临界流速新记录的添加方法。4、添加浓度与粘度记录选择浆体名称和数据来源，输入浓度参数，实验数据可直接填入粘度的输入栏内，按“添加”按钮，生成预测数据时则先按“计算”按钮，程序以最小二乘法完成拟合计算，并将计算得到的粘度数值填入粘度的输入栏内，按“添加”按钮完成新记录的添加。5、添加温度与粘度记录方法同浓度与粘度新记录的添加方法。6、添加粒度级配记录在如图21所示对话框中输入颗粒级配名称、以含量依次从大到小输入各个粒度的规格和最大、最小含量，共7组数据，输入完毕后按“添加”按钮。删除记录
在某个表的浏览状态下，单击某条记录，按鼠标右键选“删除”选项，或按快捷栏的“删除”按钮或“数据管理”菜单中的“删除记录”项，经确认后即可删除所选中的记录。数据库查询在某个表的浏览状态下，鼠标单击某个显示的字段，在查询栏内会显示所选中的字段名称，程序将以该字段名为查询条件，输入查询范围，按“查询”按钮，即可在记录显示区域显示查询结果。参数设置I、计算公式系数设置数据库管理程序在计算时会用到临界流速和水力坡度计算公式，可通过参数设置界面完成这些系数的输入和修改。2、网络参数设置用于设置服务器的侦听端口，以便与布站辅助设计程序，仿真参数设置程序建立网络连接，提供计算服务。·
权利要求
1.长距离管道输煤的调度管理及SimS管网仿真系统，该仿真系统由一个模拟管道系统、一个实际管道系统、一个仿真模型、一个监控系统、远程终端控制系统、一个可编程逻辑控制系统组成，其特征在于所述模拟管道系统(I)与仿真模型(3)连接，所述仿真模型(3)与监控系统(4)连接，所述监控系统(4)分别与一远程终端控制系统(5)、可编程逻辑控制系统(6)、另一远程终端控制系统(7)连接；所述可编程逻辑控制系统(6)与实际管道系统(2)连接；所述仿真模型(3)与图形建模工具(12)连接，所述图形建模工具(12)依次分别与界面显示(11)、综合布站(8)、在线仿真器(9)、在线预测分析(10)、数据文件(13)、商用数据库(16)、现场数据(15)、实验室数据(14)连接；所述商用数据库(16)与实时仿真数据库(17)连接。
2.根据权利要求I所述的长距离管道输煤的调度管理及SimS管网仿真系统，其特征在于所述监控系统与实时数据接口后，接收SCADA系统采集的现场实时数据，并通过SCADA发送到在线仿真器。
3.根据权利要求I所述的长距离管道输煤的调度管理及SimS管网仿真系统，其特征在于所述仿真模型以文本形式保存各种工况数据，需要时可直接进入该种工况，对SCADA系统的相关数据进行修正和仿真运算，并提供给监控中心。
4.根据权利要求I所述的长距离管道输煤的调度管理及SimS管网仿真系统，其特征在于所述仿真系统通过检查管道中压力、流量，对管网运行状况进行监控。
全文摘要
本发明公开了长距离管道输煤DMS管网仿真系统(SimS)，该系统由一个模拟管道系统、实际管道系统、仿真模型、监控系统、远程终端控制系统、可编程逻辑控制系统组成，模拟管道系统与仿真模型连接，仿真模型与监控系统连接，监控系统分别与远程终端控制系统、可编程逻辑控制系统、另一远程终端控制系统连接；可编程逻辑控制系统与实际管道系统连接；仿真模型与图形建模工具连接，图形建模工具依次分别与界面显示、综合布站、在线仿真器、在线预测分析、数据文件、商用数据库、现场数据、实验室数据连接；商用数据库与实时仿真数据库连接。结构合理，操作简便，自动化程度高，可操作性强，通过预测模型管理输煤管道运行，适用于管道运输。
文档编号G05B17/02GK102902205SQ201210395809
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者吴嘉林, 胡家运, 张建民, 涂昌德, 刘睿 申请人:中煤科工集团武汉设计研究院