專利名稱：天然氣發(fā)動機(jī)-往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿真系統(tǒng)，尤其是天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，仿真是利用模型對系統(tǒng)特性實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)并對系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門技術(shù)。1982年，我國研制成功了第一套火電仿真機(jī)組，1990年研制出第一臺東 北電網(wǎng)仿真系統(tǒng)。較早出現(xiàn)的電網(wǎng)仿真系統(tǒng)主要為帶盤臺的模式，它占用空間 較大， 一般在培訓(xùn)中心集中布置。電網(wǎng)仿真系統(tǒng)研究也只側(cè)重于調(diào)度員的曰常 搡作，而故障診斷和處理的研究不深，暫態(tài)過程的仿真也只能釆用"事故再現(xiàn)" 和"事故預(yù)想"的方法，不能隨意仿真電網(wǎng)的事故。另外事故處理的答案完全 由教練員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出，缺乏智能性，很難得到最佳的處理措施，加上國內(nèi)現(xiàn) 場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)普遍較差，系統(tǒng)維護(hù)水平不高，有時(shí)產(chǎn)生不正確的仿真結(jié)果會誤導(dǎo) 運(yùn)行人員。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有仿真系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供一套完整的天然氣發(fā)動機(jī)一往 復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)，提供了一種高效、真實(shí)的用于天然氣發(fā)動機(jī)-往復(fù)式 壓縮機(jī)運(yùn)行、維護(hù)技術(shù)人員培訓(xùn)的教學(xué)手段，并給出了天然氣發(fā)動機(jī)-往復(fù)式 壓縮機(jī)組對象的數(shù)學(xué)模型。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案是天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮 機(jī)組仿真系統(tǒng)，它的仿真系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括仿真計(jì)算機(jī)、就地控制柜、外部 設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、學(xué)員機(jī)；仿真系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)包括仿真系統(tǒng)軟件主界面、啟動子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、潤滑子系統(tǒng)、燃料氣子系統(tǒng)、工藝氣子系統(tǒng)、機(jī)組 故障處理子系統(tǒng)。機(jī)組就地控制柜包含仿真PLC、操作面板和觸摸屏，仿真PLC負(fù)責(zé)管理觸摸 屏及搡作面板，實(shí)現(xiàn)機(jī)組邏輯控制。PLC和軟件模擬的各個(gè)系統(tǒng)、觸摸屏通過 0PC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。仿真計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的模擬以及各種操作界面的實(shí) 現(xiàn)；PLC與仿真計(jì)算機(jī)之間底層的通訊方式采用RS485,應(yīng)用層由iFix的驅(qū)動 程序提供；仿真計(jì)算機(jī)與各學(xué)員機(jī)之間底層通訊方式采用以太網(wǎng)，應(yīng)用層遵循 0PC規(guī)范。燃料氣子系統(tǒng)主要模擬燃料供給及燃燒系統(tǒng)工藝流程。由下列數(shù)學(xué)模型組 成燃料氣手動球閥模型、燃料氣孔板模型、儀表氣手動球閥模型、燃料氣針 閥模型、安全閥模型、止回闔模型、分離器模型、液位計(jì)模型、調(diào)壓閥模型、 燃料氣控制閥模型、燃料氣壓力控制閩模型、渦輪透平模型、壓氣機(jī)模型、膨 脹節(jié)模型、消音器模型。模擬的參數(shù)包括燃料氣進(jìn)氣溫度、壓力；燃料氣空 燃比；發(fā)動機(jī)排氣溫度；渦輪壓縮機(jī)排氣壓力、溫度；中冷器進(jìn)口空氣溫度； 中冷器出口空氣溫度等。潤滑油子系統(tǒng)主要模擬潤滑系統(tǒng)工藝流程和工藝參數(shù)。由分配塊、注油器、 壓縮機(jī)、油泵、調(diào)壓閥、安全閩、油水換熱器、溫控閥、過濾器、針閥、排油 球閥、Y型過濾器、手動球閥、加熱器電機(jī)、加熱器、止回閥、高位油箱、排油 球閥、撓性接管、等元件的數(shù)學(xué)模型組成。模擬的參數(shù)包括壓縮機(jī)油溫、油 壓、油位；發(fā)動機(jī)油溫、油壓、油位；自勵(lì)式三通調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口油溫等。啟動子系統(tǒng)模擬啟動系統(tǒng)的操作工藝流程和工藝參數(shù)。啟動系統(tǒng)由啟動氣 手動控制球閥、啟動氣Y型過濾器、啟動氣撓性接管、啟動氣氣控繼動閥、馬 達(dá)、啟動氣電磁閥、啟動氣手動控制互鎖閩、預(yù)后潤滑電磁閩、預(yù)后潤滑氣控繼動閥、預(yù)后潤滑調(diào)壓閥、預(yù)后潤滑安全閥、預(yù)后潤滑油霧器、預(yù)后潤滑油泵等元件的數(shù)學(xué)模型組成。模擬的參數(shù)包括各控制閥的開關(guān)狀態(tài)、氣動馬達(dá)轉(zhuǎn) 速、預(yù)后潤滑泵轉(zhuǎn)速等。冷卻子系統(tǒng)模擬冷卻系統(tǒng)工藝流程和工藝參數(shù)。由夾套水泵、撓性接管、 溫控閱、蝶閥、手動球閥、空冷器、膨脹水箱、手動球閥、加熱器電機(jī)、加熱 器、止回閥、輔助水泵、透平換熱、發(fā)動機(jī)油水換熱器、壓縮機(jī)油水換熱器、 手動球閥、溫控閥、蝶閎、膨脹水箱等元件的數(shù)學(xué)模型組成。模擬的參數(shù)包括 夾套冷卻水溫度；輔助水溫度、中冷器入口、出口水溫；冷油器出口、入口水 溫；冷卻器出口、入口水溫等。工藝氣子系統(tǒng)模擬工藝氣系統(tǒng)工作流程，主要由洗滌氣罐，壓縮機(jī)組，遠(yuǎn) 控閥門，換熱器等。工藝氣子系統(tǒng)可分為濾氣系統(tǒng)，壓縮機(jī)組和換熱系統(tǒng)。濾 氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣管，洗滌(氣)罐，此系統(tǒng)主要完成對進(jìn)入壓縮機(jī)組內(nèi)的工藝 氣進(jìn)行凈化；壓縮機(jī)組模擬完成對工藝氣壓縮的操作，壓縮機(jī)和發(fā)動機(jī)同軸連 動，當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動，壓縮機(jī)也開始啟動，若氣路中有氣體供給，壓縮機(jī)將對氣 體壓縮加壓，使其壓力增高，待進(jìn)入輸氣主管道；換熱系統(tǒng)包括換熱器和風(fēng)扇， 模擬完成壓縮機(jī)加壓后氣體的冷卻操作。仿真系統(tǒng)的報(bào)警功能是這樣實(shí)現(xiàn)的首先，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PLC不斷掃描事 先定義好的一些重要參數(shù)(掃描是通過PLC和仿真計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn) 的，并遵循OPC協(xié)議規(guī)范)。當(dāng)仿真計(jì)算機(jī)中的某個(gè)工藝參數(shù)超過報(bào)警上限時(shí)， 一方面模型機(jī)會在畫面上顯示報(bào)警信息，另一方面，PLC也很快就會知道，立即 顯示在觸摸屏上。如果某個(gè)工藝參數(shù)達(dá)到停機(jī)動作值，PLC將立即向模型機(jī)發(fā)出 停機(jī)信號，整個(gè)系統(tǒng)將會進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。各參數(shù)的報(bào)警上限值和停機(jī)值是在觸 摸屏上設(shè)置并保存在PLC中的。此仿真系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)相對獨(dú)立，又相互影響，能夠完整的模擬天然氣 發(fā)動機(jī)-往復(fù)式壓縮機(jī)組的運(yùn)行工況，和實(shí)際機(jī)組的運(yùn)行工況完全一致。各個(gè) 子系統(tǒng)都設(shè)置了在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)可能遇到的故障，供學(xué)員在培訓(xùn)時(shí)學(xué)習(xí)怎么 處理機(jī)組運(yùn)行時(shí)遇到的故障。實(shí)際系統(tǒng)就地控制盤面板包括兩部份 一部分為壓縮機(jī)控制盤，另一部分 為發(fā)動機(jī)控制盤。在仿真系統(tǒng)中將實(shí)際系統(tǒng)控制盤面板的兩部分都放到一個(gè)PLC 控制柜上，為了區(qū)別兩個(gè)部分，將它們分為兩個(gè)區(qū)域，如附圖3所示。其中下 面的部分為發(fā)電機(jī)控制盤，上面的部分為壓縮機(jī)組控制盤。在觸摸屏主界面上 集成了機(jī)組觸摸屏的所有界面，以及發(fā)動機(jī)的顯示屏界面。在主界面的最左下 角，有一個(gè)隱藏的進(jìn)入觸摸屏設(shè)置的按鈕，如果在特殊情況需要設(shè)置觸摸屏的 相關(guān)參數(shù)，按主界面的最左下角進(jìn)入。緊急停機(jī)是一種非正常停機(jī)，包括壓縮機(jī)組就地緊急停機(jī)、遠(yuǎn)程PC緊急停 機(jī)和站控ESD緊急停機(jī)及DCS (北京調(diào)度中心)緊急停機(jī)。機(jī)組緊急停機(jī)的過程如 下當(dāng)機(jī)組由于保護(hù)系統(tǒng)動作或釆取緊急停機(jī)措施后，機(jī)組將自動完成下列動 作切斷燃料氣供給，關(guān)閉空氣冷卻器，機(jī)組將打開加載閥，關(guān)閉進(jìn)口閥、出 口閥，然后打開泄放閥進(jìn)行放空。緊急停機(jī)后，發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī)沒有后潤滑。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種高效、真實(shí)的用于天然氣發(fā)動機(jī)-往復(fù) 式壓縮機(jī)運(yùn)行、維護(hù)技術(shù)人員培訓(xùn)的教學(xué)手段，并給出了天然氣發(fā)動機(jī)-往復(fù) 式壓縮機(jī)組對象的數(shù)學(xué)模型。其能運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)將天然氣發(fā)動機(jī)一 往復(fù)式壓縮機(jī)組的操作、運(yùn)行及故障的現(xiàn)場狀況在實(shí)驗(yàn)室的仿真計(jì)算機(jī)上演示 出來，為培訓(xùn)人員提供一個(gè)連續(xù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行的環(huán)境，培訓(xùn)人員可在該環(huán)境下進(jìn) 行搡作、監(jiān)控和故障處理。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)的就地控制柜結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)的機(jī)組緊急停機(jī)流程示意圖。圖中l(wèi).仿真計(jì)算機(jī)，2.就地控制柜，3.外部設(shè)備，4.網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，5.學(xué)員 機(jī)，6.仿真系統(tǒng)軟件主界面，7.啟動子系統(tǒng)，8.冷卻子系統(tǒng)，9.潤滑子系統(tǒng)， IO.燃料氣子系統(tǒng)，11.工藝氣子系統(tǒng)，12.機(jī)組故障處理子系統(tǒng)，13.壓縮機(jī)組 控制盤，14.發(fā)動機(jī)控制盤，15.得到機(jī)組緊急停機(jī)命令，16.切斷燃料氣供給， 17.關(guān)閉空氣冷卻器，18.打開加載閥，19.關(guān)閉進(jìn)口閩、出口閥，20.打開泄放 閥放空。
具體實(shí)施方式
在圖l、 2、 3中，天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)，它是仿真計(jì) 算機(jī)(1)通過網(wǎng)線與仿真機(jī)組就地控制柜(2)相連的同時(shí)還連接有計(jì)算機(jī)外 部設(shè)備(3)以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(4),網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)又和學(xué)員機(jī)(5)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)通信。仿真系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)部分主要分七個(gè)大的模塊仿真系統(tǒng)主界面(6) 和啟動子系統(tǒng)、(7)冷卻子系統(tǒng)(8)、潤滑子系統(tǒng)(9)、燃料氣子系統(tǒng)(10)、 工藝氣子系統(tǒng)(ll)、機(jī)組故障處理子系統(tǒng)(12),六個(gè)子系統(tǒng)是并列的，都包 含在仿真系統(tǒng)軟件主界面內(nèi)，通過一定的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。機(jī)組就地控制柜 包含兩個(gè)部分壓縮機(jī)組控制盤U3)和發(fā)動機(jī)控制盤(14),它們相對獨(dú)立，都通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和仿真計(jì)算機(jī)相連。在圖4中，當(dāng)機(jī)組由于保護(hù)系統(tǒng)動作或釆取緊急停機(jī)措施后，首先機(jī)組將 接到緊急停機(jī)命令U5),然后機(jī)組將自動完成下列動作切斷燃料氣供給(16)， 關(guān)閉空氣冷卻器U7),機(jī)組將打開加載閥(18),關(guān)閉進(jìn)口閥、出口閥(19)， 然后打開泄放閥(20)進(jìn)行放空。緊急停機(jī)后，發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī)沒有后潤滑。
權(quán)利要求
1、 一種天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)，其特征是它的仿真系 統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括仿真計(jì)算機(jī)、就地控制柜、外部設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、學(xué)員機(jī); 仿真系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)包括仿真系統(tǒng)軟件主界面、啟動子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、潤 滑子系統(tǒng)、燃料氣子系統(tǒng)、工藝氣子系統(tǒng)、機(jī)組故障處理子系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)，其特 征是就地控制柜包含壓縮機(jī)組控制盤。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)，其特 征是就地控制柜包含發(fā)動機(jī)控制盤。
全文摘要
一種天然氣發(fā)動機(jī)—往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)。它的仿真系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括仿真計(jì)算機(jī)、就地控制柜、外部設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、學(xué)員機(jī)；仿真系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)包括仿真系統(tǒng)軟件主界面、啟動子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、潤滑子系統(tǒng)、燃料氣子系統(tǒng)、工藝氣子系統(tǒng)、機(jī)組故障處理子系統(tǒng)。這種天然氣發(fā)動機(jī)一往復(fù)式壓縮機(jī)組仿真系統(tǒng)，提供了一種能顯著提高培訓(xùn)效率的方法，使得用戶能在仿真系統(tǒng)上為培訓(xùn)人員提供一個(gè)直觀的、連續(xù)的、實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境。在該環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)天然氣發(fā)動機(jī)—往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)組的啟停機(jī)操作、運(yùn)行工況監(jiān)控和故障處理、培訓(xùn)及技術(shù)考核等內(nèi)容。
文檔編號G09B25/02GK101311988SQ20071001561
公開日2008年11月26日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者任福建, 馮曉東, 青 劉, 劉彥花, 尹小彬, 白雪峰, 趙安新, 鄒振春, 鄭鴻宇, 郝建勛, 陸丕明, 韋榮方 申請人:中國石油天然氣管道局;德州中油管道天然氣壓縮技術(shù)有限公司