热风炉动态仿真系统、方法及电子设备与流程

本发明涉及工业仿真技术领域，尤其是涉及热风炉动态仿真系统、方法及电子设备。

背景技术：

目前，对于工业过程中常见的热风炉系统，为了更好地监测热风炉的工作情况，常见的技术主要通过计算机技术仿真模拟热风炉系统，由于该技术只能监控热风炉现场数据，监测不到热风炉内部的燃烧情况，因此，现有的模拟仿真技术与热风炉系统存在较大误差，导致仿真效果较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供热风炉动态仿真系统、方法及电子设备，以缓解现有的模拟仿真技术仿真效果差的技术问题，提高了热风炉的仿真效果，便于操作人员掌握热风炉内部的燃烧情况。

第一方面，本发明实施例提供了一种热风炉动态仿真系统，所述系统包括：上位机、仿真控制器、二级模型和虚拟终端；其中，所述仿真控制器预先设置有热风炉的工作模式，所述上位机配置有热风炉的仿真界面，所述虚拟终端设置有热风炉的剖面模型；

所述仿真控制器、所述二级模型和所述虚拟终端均与所述上位机通信连接；

所述仿真控制器，用于当监测到所述上位机发送的启动信号时，根据所述启动信号运行所述工作模式；其中，所述工作模式包含有对应的阀门动作数据和对应的热风炉的初始参数信息，以及将所述阀门动作数据和所述初始参数信息发送至所述上位机；

所述上位机，用于接收所述阀门动作数据和所述初始参数信息，并根据所述阀门动作数据控制所述仿真界面上的阀门动作，得到阀门状态信息，以及将所述阀门状态信息和所述初始参数信息发送至所述二级模型；

所述二级模型，用于根据所述阀门状态信息和所述初始参数信息计算得到结果参数信息，并将所述结果参数信息发送至所述上位机，以使所述上位机将所述结果参数信息发送至所述虚拟终端；

所述虚拟终端，用于将所述结果参数信息渲染至所述剖面模型，并将渲染后的剖面模型进行展示。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述热风炉包括燃烧、焖炉和送风三种工作状态，所述工作模式包括第一工作模式和第二工作模式；其中，所述第一工作模式为燃烧-焖炉-送风的工作模式，所述第二工作模式为送风-焖炉-燃烧的工作模式。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述系统还包括led灯；

所述上位机，还用于通过所述led灯表示所述阀门状态信息。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述led灯还包括红灯、黄灯和绿灯；

所述上位机，还用于通过所述绿灯表示阀门打开状态信息，通过所述红灯表示阀门关闭状态信息，通过所述黄灯表示阀门动作状态信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述结果参数信息包括拱顶温度信息和烟道温度信息；

所述二级模型，还用于根据所述阀门状态信息和所述初始参数信息分别计算得到所述拱顶温度信息和所述烟道温度信息。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述初始参数信息包括以下一种或多种数据信息：送风时间、送风量、空气过剩系数、空煤比、co2量和修正系数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述系统还包括所述热风炉的实物模型，所述实物模型与所述仿真控制器通信连接；

所述仿真控制器，还用于将所述阀门动作数据发送至所述实物模型，以使所述实物模型根据所述阀门动作数据切换相应的状态。

第二方面，本发明实施例还提供一种热风炉动态仿真方法，所述方法应用于第一方面所述的热风炉动态仿真系统，所述系统包括：上位机、仿真控制器、二级模型和虚拟终端；其中，所述仿真控制器预先设置有热风炉的工作模式，所述上位机配置有热风炉的仿真界面，所述虚拟终端设置有热风炉的剖面模型，所述方法包括：

当监测到所述上位机发送的启动信号时，所述仿真控制器根据所述启动信号运行所述工作模式；其中，所述工作模式包含有对应的阀门动作数据和对应的热风炉的初始参数信息，以及将所述阀门动作数据和所述初始参数信息发送至所述上位机；

所述上位机接收所述阀门动作数据和所述初始参数信息，并根据所述阀门动作数据控制所述仿真界面上的阀门动作，得到阀门状态信息，以及将所述阀门状态信息和所述初始参数信息发送至所述二级模型；

所述二级模型根据所述阀门状态信息和所述初始参数信息计算得到结果参数信息，并将所述结果参数信息发送至所述上位机，以使所述上位机将所述结果参数信息发送至所述虚拟终端；

所述虚拟终端将所述结果参数信息渲染至所述剖面模型，并将渲染后的剖面模型进行展示。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第二方面所述的热风炉动态仿真方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行第二方面所述的热风炉动态仿真方法的步骤。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了热风炉动态仿真系统、方法及电子设备，包括：上位机、仿真控制器、二级模型和虚拟终端；其中，仿真控制器预先设置有热风炉的工作模式，上位机配置有热风炉的仿真界面，虚拟终端设置有热风炉的剖面模型；仿真控制器、二级模型和虚拟终端均与上位机通信连接；仿真控制器，用于当监测到上位机发送的启动信号时，根据启动信号运行工作模式；其中，工作模式包含有对应的阀门动作数据和对应的热风炉的初始参数信息，以及将阀门动作数据和初始参数信息发送至上位机；上位机，用于接收阀门动作数据和初始参数信息，并根据阀门动作数据控制仿真界面上的阀门动作，得到阀门状态信息，以及将阀门状态信息和初始参数信息发送至二级模型；二级模型，用于根据阀门状态信息和初始参数信息计算得到结果参数信息，并将结果参数信息发送至上位机，以使上位机将结果参数信息发送至虚拟终端；虚拟终端，用于将结果参数信息渲染至剖面模型，并将渲染后的剖面模型进行展示，缓解了现有的模拟仿真技术仿真效果差的技术问题，提高了热风炉的仿真效果，便于操作人员掌握热风炉内部的燃烧情况。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种热风炉动态仿真系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种热风炉动态仿真系统的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种热风炉动态仿真系统的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种热风炉动态仿真方法的流程图。

图标：

10-上位机；20-仿真控制器；30-二级模型；40-虚拟终端；50-实物模型；60-操作台。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有的模拟仿真技术与热风炉系统存在较大误差，导致仿真效果较差的技术问题，本发明实施例提供了一种热风炉动态仿真系统、方法及电子设备，以缓解现有的模拟仿真技术仿真效果差的技术问题，提高了热风炉的仿真效果，便于操作人员掌握热风炉内部的燃烧情况。

为便于对本实施例进行理解，下面首先对本发明实施例提供的一种热风炉动态仿真系统进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种热风炉动态仿真系统，图1为本发明实施例提供的一种热风炉动态仿真系统的示意图，如图1所示，该系统包括：上位机10、仿真控制器20、二级模型30和虚拟终端40；其中，仿真控制器预先设置有热风炉的工作模式，上位机配置有热风炉的仿真界面，虚拟终端设置有热风炉的剖面模型；且，仿真控制器、二级模型和虚拟终端均与上位机通信连接。

在实际应用中，上述仿真控制器用于当监测到上位机发送的启动信号时，根据启动信号运行工作模式；其中，工作模式包含有对应的阀门动作数据和对应的热风炉的初始参数信息，以及将阀门动作数据和初始参数信息发送至上位机。

具体地，热风炉包括燃烧、焖炉和送风三种工作状态，工作模式则包括第一工作模式和第二工作模式；其中，第一工作模式为燃烧-焖炉-送风的工作模式，第二工作模式为送风-焖炉-燃烧的工作模式。为了便于理解，这里以四座热风炉为例进行说明。这里，四座热风炉分别命名为1#热风炉、2#热风炉、3#热风炉和4#热风炉，其中，两座热风炉燃烧，另外两座热风炉送风，如1#热风炉和2#热风炉按照第一工作模式运行，3#热风炉和4#热风炉按照第二工作模式运行。需要说明的是，在实际应用中，热风炉的具体数量和运行模式可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

此外，上述热风炉的初始参数信息包括以下一种或多种数据信息：送风时间、送风量、空气过剩系数、空煤比、co2量和修正系数，上述仿真控制器包括但不仅限于plc(programmablelogiccontroller，可编程控制器)，可根据实际应用情况进行设置。

上述阀门动作数据包括阀门打开数据和阀门关闭数据，其中，阀门包括热风炉实际应用中所需的多个多种类型的阀门。为了便于理解，这里举例说明。当热风炉的工作状态由送风转为燃烧时，其阀门动作顺序包括：首先，根据冷风阀关闭数据关闭冷风阀，根据热风阀关闭数据关闭热风阀，然后，根据废气阀打开数据打开废气阀，此时，当烟道阀前后压差小于等于5kpa时，根据烟道阀打开数据打开第一烟道阀和第二烟道阀，并根据废气阀关闭数据关闭废气阀，以及根据煤气燃烧阀打开数据打开煤气燃烧阀，同时根据煤气放散阀关闭数据关闭煤气放散阀；接着，根据氮气阀打开数据打开氮气阀，并吹扫10～30秒；并根据空气切断阀打开数据打开空气切断阀，且，根据空气调节阀打开数据打开空气调节阀，根据煤气切断阀打开数据打开煤气切断阀；最后，根据煤气调节阀打开数据打开煤气调节阀，并根据氮气阀关闭数据关闭氮气阀，从而实现该热风炉由送风工作状态转为燃烧工作状态。此外，热风炉其余工作状态的转换，可以参考上述过程，本发明实施例在此不再详细赘述。

进一步的，上位机还用于接收阀门动作数据和初始参数信息，并根据阀门动作数据控制仿真界面上的阀门动作，得到阀门状态信息，以及将阀门状态信息和初始参数信息发送至二级模型；此时，二级模型则用于根据阀门状态信息和初始参数信息计算得到结果参数信息，并将结果参数信息发送至上位机，以使上位机将结果参数信息发送至虚拟终端；最后，虚拟终端用于将结果参数信息渲染至剖面模型，并将渲染后的剖面模型进行展示。

本发明实施例提供的热风炉动态仿真系统，包括：上位机、仿真控制器、二级模型和虚拟终端；其中，仿真控制器预先设置有热风炉的工作模式，上位机配置有热风炉的仿真界面，虚拟终端设置有热风炉的剖面模型；仿真控制器、二级模型和虚拟终端均与上位机通信连接；仿真控制器，用于当监测到上位机发送的启动信号时，根据启动信号运行工作模式；其中，工作模式包含有对应的阀门动作数据和对应的热风炉的初始参数信息，以及将阀门动作数据和初始参数信息发送至上位机；上位机，用于接收阀门动作数据和初始参数信息，并根据阀门动作数据控制仿真界面上的阀门动作，得到阀门状态信息，以及将阀门状态信息和初始参数信息发送至二级模型；二级模型，用于根据阀门状态信息和初始参数信息计算得到结果参数信息，并将结果参数信息发送至上位机，以使上位机将结果参数信息发送至虚拟终端；虚拟终端，用于将结果参数信息渲染至剖面模型，并将渲染后的剖面模型进行展示，缓解了现有的模拟仿真技术仿真效果差的技术问题，提高了热风炉的仿真效果，便于操作人员掌握热风炉内部的燃烧情况。

此外，上述系统还包括led(lightemittingdiode，发光二极管)灯；此时，上位机还用于通过该led灯表示阀门状态信息。具体地，上述led灯还包括红灯、黄灯和绿灯；上位机通过绿灯表示阀门打开状态信息，通过红灯表示阀门关闭状态信息，以及，通过黄灯表示阀门动作状态信息，从而便于操作人员根据led灯的灯光颜色即可知道每个阀门的阀门状态信息，且，便于操作人员掌握热风炉内部的燃烧情况。

进一步的，结果参数信息包括拱顶温度信息和烟道温度信息；此时，二级模型还用于根据阀门状态信息和初始参数信息分别计算得到拱顶温度信息和烟道温度信息。

具体地，当热风炉根据阀门状态信息处于燃烧工作状态时，则可以根据公式(1)得到拱顶温度信息：

t1＝1000(1+βt)(1)

其中，t1为拱顶温度信息，β为修正系数，t为燃烧时间。

此时，如果烟道温度满足150°～250°，且，空气过剩系数为1.05，则根据公式(2)得到烟道温度信息：

t2＝150(1+0.222t)(2)

其中，t2为烟道温度信息，t为燃烧时间。

如果烟道温度满足250°～400°，且，空气过剩系数满足1.20～1.25，则根据公式(3)得到烟道温度信息：

t2＝250(1+0.02t)(3)

其中，t2为烟道温度信息，t为燃烧时间。

等上述拱顶温度信息和烟道温度信息达到最大值时，此时，热风炉根据阀门状态信息处于送风工作状态时，则可以根据公式(4)得到拱顶温度信息：

t1＝1350(1-βt1)(4)

其中，t1为拱顶温度信息，β为修正系数，t1为送风时间。

以及，根据公式(5)得到烟道温度信息：

t2＝400(1-0.0104t1)(5)

其中，t2为烟道温度信息，t1为送风时间。

进一步的，二级模型根据阀门状态信息和初始参数信息计算得到结果参数信息后，将该结果参数信息发送至上位机，以使上位机将结果参数信息发送至虚拟终端，此时，虚拟终端中unity3d通过基于opc(oleforprocesscontrol)协议的数据得到结果参数信息，并根据等比转换公式将结果参数信息转换为实时结果参数信息，并将该实时结果参数信息渲染至剖面模型，并将渲染后的剖面模型通过shader进行展示，从而便于操作人员掌握热风炉内部的燃烧情况。

这里，等比转换公式如下式所示：

其中，x为等比转换公式转换后的实时信息，u3d0为unity3d的起始值，u3d1为unity3d的结束值，x0为传递起始值，x1为传递实际值，x2为传递结束值。为了便于理解，这里以拱顶温度信息为例说明，传递起始值为上位机传递至虚拟终端的拱顶温度上限值，传递实际值为上位机传递至虚拟终端的实时拱顶温度值，传递结束值为上位机传递至虚拟终端的拱顶温度下限值。

此外，为了更好的显示热风炉内部的燃烧情况，在上述结果参数信息发送至虚拟终端之前，上位机还将初始参数信息发送至虚拟终端，以使虚拟终端根据等比转换公式将初始参数信息转换为实时参数信息，并将实时参数信息和实时结果参数信息同时渲染至剖面模型，从而以使渲染后的剖面模型更好的展示热风炉内部的燃烧情况，从而便于操作人员掌握热风炉内部的燃烧情况。

进一步的，如图2所示，上述系统还包括热风炉的实物模型50，实物模型与仿真控制器通信连接；仿真控制器，还用于将阀门动作数据发送至实物模型，以使实物模型根据阀门动作数据切换相应的状态。

具体地，上述实物模型是按照实际应用中的热风炉设备等比例缩放得到的，当接收到仿真控制器发送的阀门动作数据时，还可以根据阀门动作数据切换相应的状态，从而模拟现有的热风炉设备根据阀门动作数据切换相应的状态的过程。

此外，如图3所示，上述系统还包括操作台60，以便操作人员通过操作台实现对仿真控制器的操作处理，从而实现热风炉动态仿真系统的仿真功能，以及掌握热风炉内部的燃烧情况。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种热风炉动态仿真方法，该方法应用于上述热风炉动态仿真系统，该系统包括：上位机、仿真控制器、二级模型和虚拟终端；其中，仿真控制器预先设置有热风炉的工作模式，上位机配置有热风炉的仿真界面，虚拟终端设置有热风炉的剖面模型。图4为本发明实施例提供的一种热风炉动态仿真方法的流程图，如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤s102，当监测到上位机发送的启动信号时，仿真控制器根据启动信号运行工作模式；其中，工作模式包含有对应的阀门动作数据和对应的热风炉的初始参数信息，以及将阀门动作数据和初始参数信息发送至上位机；

步骤s104，上位机接收阀门动作数据和初始参数信息，并根据阀门动作数据控制仿真界面上的阀门动作，得到阀门状态信息，以及将阀门状态信息和初始参数信息发送至二级模型；

步骤s106，二级模型根据阀门状态信息和初始参数信息计算得到结果参数信息，并将结果参数信息发送至上位机，以使上位机将结果参数信息发送至虚拟终端；

步骤s108，虚拟终端将结果参数信息渲染至剖面模型，并将渲染后的剖面模型进行展示。

本发明实施例提供的热风炉动态仿真方法，应用于上述热风炉动态仿真系统，其中，热风炉动态仿真系统包括：上位机、仿真控制器、二级模型和虚拟终端；其中，仿真控制器预先设置有热风炉的工作模式，上位机配置有热风炉的仿真界面，虚拟终端设置有热风炉的剖面模型；仿真控制器、二级模型和虚拟终端均与上位机通信连接；仿真控制器，用于当监测到上位机发送的启动信号时，根据启动信号运行工作模式；其中，工作模式包含有对应的阀门动作数据和对应的热风炉的初始参数信息，以及将阀门动作数据和初始参数信息发送至上位机；上位机，用于接收阀门动作数据和初始参数信息，并根据阀门动作数据控制仿真界面上的阀门动作，得到阀门状态信息，以及将阀门状态信息和初始参数信息发送至二级模型；二级模型，用于根据阀门状态信息和初始参数信息计算得到结果参数信息，并将结果参数信息发送至上位机，以使上位机将结果参数信息发送至虚拟终端；虚拟终端，用于将结果参数信息渲染至剖面模型，并将渲染后的剖面模型进行展示，缓解了现有的模拟仿真技术仿真效果差的技术问题，提高了热风炉的仿真效果，便于操作人员掌握热风炉内部的燃烧情况。

本发明实施例还提供一种服务器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的热风炉动态仿真方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的热风炉动态仿真方法的步骤。

本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。