一种面向余热发电的三维动态监控系统的建立方法技术方案

本发明专利技术提供了一种面向余热发电的三维动态监控系统的建立方法，首先对前台余热发电工业过程中的各实验对象和场景进行三维虚拟设计与实现；然后建立后台余热发电工业过程的数据模型；最后在前台余热发电工业过程的各实验对象和场景的相应位置设置采集参数输入界面和输出参数显示界面，将采集参数输入界面、输出参数显示界面通过数据传递组件与后台余热发电工业过程的数据模型建立联系；当输入的监控参数实时变动时，余热发电工业过程所控制的过程指标变量会随之实时计算并在前台实时显示。本发明专利技术可对余热发电生产过程进行模拟和再现，加深操作人员对实际过程与环境的认识，大大改善生产调度手段，提高工厂管理水平。

【技术实现步骤摘要】
一种面向余热发电的三维动态监控系统的建立方法
本专利技术涉及一种面向余热发电工业过程的三维动态监控系统的建立方法，属于虚拟技术监控系统

技术介绍
冶金流程烧结工序能耗约占钢铁企业总能耗的9％～12％，其排放的余热约占烧结总能耗热能的50％。烧结矿在冷却过程中，通过冷却机空气带走的热量占烧结总能耗的30％左右。回收利用这部分热能，对烧结工序的节能降耗具有举足轻重的作用。目前，大部分钢铁企业都在考虑用余热发电节能工艺，来进一步降低烧结能耗。由于计算机技术、网络技术仪表技术等的迅速发展，使工业控制技术发生了空前的变化，一系列技术已广泛地应用在工业控制上，如现场总线、无线通讯智能控制、基于Web的三层或多层B/S监控模型等。针对冶金、化工等企业数据测点分散的特点，用智能数据采集前端实现生产数据的实时数据采集，并用现场总线通计网络将现场采集前端连接起来构成数据采集网络，通过网络接口将实时生产数据传送到工厂管理网络中，从而构成一个完整的生产调度分布式监控系统，可大大改善生产调度手段，提高工厂管理水平。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中去。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术、前沿学科和研究领域。监控是一门涉及到多学科的交叉性科学，它包括计算机、控制、仿真、通讯、图像处理等多学科，其中任何一门科学研究的突破，都会给监控系统的建立带来新的发展。虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃，它为监控系统提供了一种全新的实现途径。将虚拟现实技术应用到监控系统中，可以构造一个形象直观、实时性好、具有较强机器智能特点的虚拟三维动态监控系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何将虚拟现实技术应用到监控系统中，以模拟余热发电工业过程，提供一种可对余热发电生产过程进行模拟和再现的三维动态监控系统，加深操作人员对实际过程与环境的认识。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种面向余热发电的三维动态监控系统的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对前台余热发电工业过程中的各实验对象和场景进行三维虚拟设计与实现；步骤2：建立后台余热发电工业过程的数据模型，完成整个余热发电工业过程的数据计算和分析；步骤3：在前台余热发电工业过程的各实验对象和场景的相应位置设置采集参数输入界面、预测指标输出界面、实时曲线显示界面，将采集参数输入界面通过数据传递组件与后台余热发电工业过程的数据模型的相应输入参数建立联系，将预测指标输出界面、实时曲线显示界面通过数据传递组件与后台余热发电工业过程的数据模型的相应输出参数建立联系；当输入的监控参数实时变动时，余热发电工业过程所控制的过程指标变量会随之实时计算并在前台实时显示。优选地，所述步骤1中，前台余热发电工业过程中的实验对象包括热烧结矿输送装置、烧结矿破碎机、竖式冷却炉、鼓风装置、旋转排矿阀、冷烧结矿输送装置、除尘器、引风机、余热锅炉、汽包、除氧器、压力阀门、汽轮发电机。优选地，所述步骤1的具体实现方法如下：步骤1.1：选取余热发电工艺设备的基本截面进行草绘，利用几何构型的方式建立余热发电工艺设备各部件的外观属性；步骤1.2：综合已有的图像信息和图形信息，布置一个三维虚拟工业过程平台场景；根据真实的余热发电生产过程设备的位置、大小、遮挡关系，制作热烧结矿输送装置、烧结矿破碎机、竖式冷却炉、鼓风装置、旋转排矿阀、冷烧结矿输送装置、除尘器、引风机、余热锅炉、汽包、除氧器、压力阀门、汽轮发电机的三维模型；步骤1.3：将步骤1.2中制作的所有三维模型配合三维实验室地形摆放到场景中，摄像机正对整个三维模型场景，并将整个三维场景囊括进摄像机镜头中；步骤1.4：在虚拟余热发电工艺过程场景中，制作监控余热发电生产过程中烧结矿传送速度、破碎机转动速度、鼓风装置转动速度、高低压蒸汽参数、余热锅炉参数的脚本；鼠标左键控制场景摄像机旋转脚本；鼠标滚轮控制场景的放大缩小、场景摄像机的上下移动脚本；参数传递控制三维模型位置、方向、删除、添加脚本：文本框显示脚本。步骤1.5：将脚本附着于对应的三维余热发电工艺生产过程模型上，按照余热发电工业过程的工序串行、并行地将脚本融合在一起；在场景中添加摄像机、灯光、预置模型，并设置模型属性和父子关系；步骤1.6：设计交互属性可更新的执行脚本，打包发布为可供人机交互操作界面调用的组件。优选地，所述步骤2中，后台余热发电工业过程的数据模型用于反映高压蒸汽温度和压力、低压蒸汽温度和压力、高压接近点和节点温差、低压接近点和节点温差、以及余热发电系统的发电功率和余热锅炉效率之间的特性关系。优选地，所述步骤2的具体实现方法如下：将高压蒸汽温度和压力、低压蒸汽温度和压力、高压接近点温差和节点温差、低压接近点温差和节点温差作为实时输入参数变量，将余热锅炉效率、系统发电功率作为过程指标，建立后台余热发电数据和计算模型。优选地，所述步骤2中，采用支持向量机的学习方法对已有工业数据进行机器学习，该学习方法在MATLAB中进行打包，在VisualStudio中进行调用，进行余热发电工业过程指标的预测。优选地，所述步骤3的具体实现方法如下：步骤3.1：将后台余热发电数据模型中的监控参数：高压蒸汽压力和温度、低压蒸汽压力和温度、高压接近点温差和节点温差、低压接近点温差和节点温差，通过数据传递组件传递到前台余热发电三维模拟对象中，建立采集参数输入界面，作为人机交互模块用于输入监控参数；步骤3.2：将输入的监控参数以数据库存入再读取的方式传递给后台余热发电数据模型；当输入的监控参数进行实时变动时，所控制的过程指标变量会随之实时计算；将余热发电工艺过程采集及计算的参数存入数据库中，在前台建立预测指标输出界面，读取数据库中输入、输出数据，进行三维监控系统的外观显示和参数输出界面文字及数码字体显示。步骤3.3：读取数据库中的余热发电工业参数蒸汽压力、温度、节点和接近点温差，利用曲线显示工具进行二维曲线绘制，并在前台建立实时曲线显示界面，进行二维曲线显示。更优选地，所述步骤3.1中，采集参数输入界面中，将高压蒸汽温度输入参数范围设定为6MPa～10MPa，高压蒸汽温度输入参数范围设定为480℃～520℃，低压蒸汽压力输入参数范围设定为0.4MPa～0.8MPa，低压蒸汽温度输入参数范围设定为280℃～330℃，高压节点温差输入参数范围设定为5℃～25℃，高压接近点温差输入参数范围设定为5℃～25℃，低压节点温差输入参数范围设定为5℃～25℃，低压接近点温差的输入参数范围设定为5℃～25℃。更优选地，所述步骤3.1中，当监控参数输入超出其边界限定值时，数据监控界面将弹出文本框警示，如果无警告，将输入的监控数据存入数据库中。更优选地，所述步骤3.3中，二维曲线显示具有数据选点、滚动条、波形刷新的功能。虚拟现实是通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向余热发电的三维动态监控系统的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对前台余热发电工业过程中的各实验对象和场景进行三维虚拟设计与实现；步骤2：建立后台余热发电工业过程的数据模型，完成整个余热发电工业过程的数据计算和分析；步骤3：在前台余热发电工业过程的各实验对象和场景的相应位置设置采集参数输入界面、预测指标输出界面、实时曲线显示界面，将采集参数输入界面通过数据传递组件与后台余热发电工业过程的数据模型的相应输入参数建立联系，将预测指标输出界面、实时曲线显示界面通过数据传递组件与后台余热发电工业过程的数据模型的相应输出参数建立联系；当输入的监控参数实时变动时，余热发电工业过程所控制的过程指标变量会随之实时计算并在前台实时显示。

【技术特征摘要】
1.一种面向余热发电的三维动态监控系统的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对前台余热发电工业过程中的各实验对象和场景进行三维虚拟设计与实现；步骤2：建立后台余热发电工业过程的数据模型，完成整个余热发电工业过程的数据计算和分析；步骤3：在前台余热发电工业过程的各实验对象和场景的相应位置设置采集参数输入界面、预测指标输出界面、实时曲线显示界面，将采集参数输入界面通过数据传递组件与后台余热发电工业过程的数据模型的相应输入参数建立联系，将预测指标输出界面、实时曲线显示界面通过数据传递组件与后台余热发电工业过程的数据模型的相应输出参数建立联系；当输入的监控参数实时变动时，余热发电工业过程所控制的过程指标变量会随之实时计算并在前台实时显示。2.如权利要求1所述的一种面向余热发电的三维动态监控系统的建立方法，其特征在于：所述步骤1中，前台余热发电工业过程中的实验对象包括热烧结矿输送装置、烧结矿破碎机、竖式冷却炉、鼓风装置、旋转排矿阀、冷烧结矿输送装置、除尘器、引风机、余热锅炉、汽包、除氧器、压力阀门、汽轮发电机。3.如权利要求1所述的一种面向余热发电的三维动态监控系统的建立方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法如下：步骤1.1：选取余热发电工艺设备的基本截面进行草绘，利用几何构型的方式建立余热发电工艺设备各部件的外观属性；步骤1.2：综合已有的图像信息和图形信息，布置一个三维虚拟工业过程平台场景；根据真实的余热发电生产过程设备的位置、大小、遮挡关系，制作热烧结矿输送装置、烧结矿破碎机、竖式冷却炉、鼓风装置、旋转排矿阀、冷烧结矿输送装置、除尘器、引风机、余热锅炉、汽包、除氧器、压力阀门、汽轮发电机的三维模型；步骤1.3：将步骤1.2中制作的所有三维模型配合三维实验室地形摆放到场景中，摄像机正对整个三维模型场景，并将整个三维场景囊括进摄像机镜头中；步骤1.4：在虚拟余热发电工艺过程场景中，制作监控余热发电生产过程中烧结矿传送速度、破碎机转动速度、鼓风装置转动速度、高低压蒸汽参数、余热锅炉参数的脚本；鼠标左键控制场景摄像机旋转脚本；鼠标滚轮控制场景的放大缩小、场景摄像机的上下移动脚本；参数传递控制三维模型位置、方向、删除、添加脚本：文本框显示脚本。步骤1.5：将脚本附着于对应的三维余热发电工艺生产过程模型上，按照余热发电工业过程的工序串行、并行地将脚本融合在一起；在场景中添加摄像机、灯光、预置模型，并设置模型属性和父子关系；步骤1.6：设计交互属性可更新的执行脚本，打包发布为可供人机交互操作界面调用的组件。4.如权利要求1所述的一种面向余热发电的三维动态监控系统的建立方法，其特征在于：所述步骤2中，后台余热发电工业过程的数据模型用于反映高压蒸汽温度和压力、低压蒸汽温度和压力、高压接近点和节点温...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇念泽，王直杰，孔维健，杨洪海，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31