热工自动控制数字孪生实验系统

在当今热工自动控制领域，数字孪生技术正发挥着越来越重要的作用。热工自动控制数字孪生技术应用广泛，为热工实验带来了全新的变革。长沙理工大学、青岛科技大学等高校已率先采用。

热工自动控制数字孪生实验系统将真实控制系统软硬件与虚拟实验对象巧妙结合，构成半实物仿真。这体现了热工实验中的数字孪生模拟技术，各种控制算法和调节规律都能在开放的实验软件平台上轻松实现。实验数据及图表可在上位机软件系统中方便地存储及调用，便于实验者进行实验后的比较和分析。

该系统具有广泛的扩展性和后续开发功能，可以扩充不同的实验对象数学模型和控制模型。这为探索热工自动控制中的数字孪生创新提供了可能，也符合数字孪生在热工自动控制中的优势体现。其次，采用最小化 DCS 系统，对项目中采用的控制系统软硬件，运用最小化 DCS 的方案。真实的 DCS 软硬件采用国电智深主流工业产品，易于升级，使用方便。系统可以进行控制组态与调试、运行监视，是一个小型化的监控系统，支持火电过程控制的算法与方案，包括联锁、顺控、模拟量控制。再者，系统实现了虚实结合，真实控制系统软硬件与虚拟实验对象结合构成半实物仿真。学生在编程环境中编制控制逻辑，然后下装到硬件中运行，与三维软件系统之间进行通讯，控制虚拟环境下的热工设备的运行，组成半实物仿真系统，这也是热工自动控制数字孪生技术应用的重要体现。另外，系统采用一机双屏设计，一个屏幕查看 DCS 控制系统，搭建 SAMA 图，调节参数；另一个屏幕查看三维场景中控制对象的动画变化，极大地提升了实验的直观性和便捷性。

该系统涵盖了单容水箱系统对象特性实验、单容水箱液位 PID 控制系统、双容水箱系统对象特性测试、炉膛负压控制、除氧器水位控制、给水泵启停顺控、高压加热器连锁保护、引风机启停顺控、双容水箱系统液位 PID 控制系统、串级控制系统的设计与调试、前馈 - 反馈控制系统的设计与调试等。这些丰富的实验内容为学生提供了全面的实践机会，也能更好地验证热工自动控制数字孪生的理论基础。

该系统还能支撑多门课程，如热工自动化技术、自动控制原理、热工自动控制系统等。通过该系统的实践操作，学生能更好地理解和掌握这些课程的知识。