一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法技术

本发明专利技术公开了一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法，属于冶金生产流程的数字孪生领域；具体为：首先，搭建工艺岛中的各种仿真环境；然后，将实际生产过程的录播数据通过接入设备进入生产过程模拟系统，按照一定关系存入实时数据库，然后进行数据的提取、生成、检查、填补，形成设备状态数据表与设备动作数据表，通过数据引擎进行数据的分类及存储、编码、访问接口，按照虚拟调试要求进行过程信号和操作信号的仿真，驱动产线进行生产活动。最后利用虚拟产线与实际产线共同生产，形成虚拟实时仿真系统。本发明专利技术通过已存储数据链实现有限工况下特定系列操作的反演；在一些简单场景中，通过大量数据积累，也可以实现大部分工况和操作的覆盖。盖。盖。

【技术实现步骤摘要】
一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法


[0001]本专利技术属于冶金生产流程的数字孪生领域，特别是一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法。

技术介绍

[0002]数字化转型是工程制造业的巨大机遇与挑战，也将是未来制造企业核心竞争力的关键因素，数字化技术里的虚拟调试是数字化转型的重要技术。
[0003]虚拟调试是通过把虚拟世界的产线模型与物理世界的真实控制设备进行连接，对复杂生产系统进行功能测试。虚拟设备的模型是指通过数字化技术建立完全相同的模型，完全映射真实的工作场景，通过执行设置好的程序，使得虚拟动作和现实动作一模一样，通过模拟和测试可以在早期阶段发现故障点，使现场的调试速度更快，风险更低。同时缩短上市时间，降低成本，提高灵活性和生产力。
[0004]冶金工业属于长流程工业，具有产线长、工序多、工序衔接多和控制难度大等特点，在线调试时间不固定容易影响生产正常进行，所以虚拟调试在冶金工业有很大的应用前景。
[0005]虚拟调试主要解决产线中的自动化逻辑与可视化仿真，与机电一体化相结合的自动化逻辑仿真，设备、产线或工厂中综合过程的仿真及其生产过程中的异常工况仿真，涉及设备、装置的物理模型，设备、物料的虚拟模型以及各种信号的模拟。
[0006]解决虚拟调试中的仿真问题，需要搭建仿真环境，制造仿真信号，形成支撑钢铁全流程进行虚拟调试的软硬件平台暨工艺岛。
[0007]工艺岛主要是构建仿真环境、数据来源及实时仿真，通过Matlab中Simulink和Simscape构建物理对象的数学模型并生成代码下载到实时仿真机中，仿真机与控制系统进行通讯，接收来自物理系统的数据并进行实时演变，实时仿真现场生产节奏，保证仿真时间与生产现场保持一致。
[0008]工艺岛的功能为支撑自动化、信息化、智能化系统的虚拟调试及工厂虚拟生产，包括工艺对象的模拟(含转炉/精炼/连铸/轧钢主要工序设备，能源、调度、质量等精益管控模型)、过程信号的模拟(仿真机输出的物理信号源、机理仿真信号源、录播信号源)以及操作信号的模拟(模拟操作人员生产指令与系统用户体验)。

技术实现思路

[0009]为了解决实际生产中的产线孪生问题，本专利技术提出了一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法，通过在虚拟世界里构建真实产线的模型，同时虚拟模型能够接受实际产线的数据，达到虚拟模型和实际产线共生的目标。
[0010]所述的支持虚拟调试的工艺岛设计方法，具体步骤为：
[0011]步骤一、搭建工艺岛中的仿真环境；
[0012]具体包括：接入设备，智能设备，监控设备，模拟仿真设备，PLC，仿真机，仿真平台，
数据中心接入交换机，数据中心核心交换机，实验室核心交换机，管理交换机和SDN控制器；
[0013]其中，接入设备，智能设备，监控设备，模拟仿真设备和PLC分别连接实验室核心交换机，该交换机通过管理交换机连接SDN控制器；该交换机另一端通过专线连接数据中心核心交换机；数据中心核心交换机通过数据中心接入交换机连接仿真平台；仿真平台同时连接仿真机，仿真机通过PN连接PLC；
[0014]其中数据中心接入交换机，数据中心核心交换机，实验室核心交换机，管理交换机和SDN控制器构成软件定义网络，用于模拟实际产线的不同工序、不同产线、不同厂区的控制网络、计划网络、质量网络和能源网络等场景；模拟仿真设备主要是用于仿真不同网络场景下的过程数据；
[0015]所述仿真平台包括E3D，Matlab和AnyLogic；
[0016]E3D为虚拟建模与仿真平台，Matlab为物理仿真与建模平台，AnyLogic为流程仿真平台。应用Matlab对实际产线中的产品、设备和物料等进行物理建模，然后将建好的物理模型、机理模型、数据模型和产品模型分别下载到仿真机中，形成虚拟的产线。
[0017]步骤二、通过收集实际产线生产过程的录播数据，模拟仿真设备的仿真数据，以及智能设备和监控设备的IOT数据，形成虚拟调试数据；
[0018]录播数据包括产线状态，设备信息，动作行为，角度、位置、距离、生产计划、物料信息等生产过程的历史数据；
[0019]步骤三、通过数据引擎选择演示时间段，提取出指定时间段的虚拟调试数据；然后，选择所要演示的动作参数和状态参数，生成相应的动作数据和状态数据，按照时间序列存入数据库，形成数据集；
[0020]步骤四、通过检查程序确认数据集中动作数据和状态数据的缺失情况，并通过填补程序补全；选择演示的重点事件，并通过动作数据集，生成时间
‑
事件列表；
[0021]步骤五、仿真平台E3D、AnyLogic、Matlab按照虚拟调试的要求，沿着时间
‑
事件列表进行过程信号和操作信号的仿真，驱动虚拟产线进行生产活动；
[0022]步骤六、利用虚拟产线与实际产线共同生产，形成虚拟实时仿真系统。
[0023]本专利技术的优点在于：
[0024]1)、一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法，以数据为驱动力，构建数字孪生应用的过程中，通过对已存储数据链(生产数据、模拟数据)进行分段和标示，从而获得一系列工况下相应操作与结果的对应关系，这一系列“对应关系”可以作为事件片段存储，也可以连续存储；该处理方式，可以基于已存储数据，实现有限工况下特定系列操作的反演；在一些简单场景中，通过大量数据积累，也可以实现大部分工况和操作的覆盖。
[0025]2)一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法，采用与生产现场相同的工业自动化控制系统开发，可以为技术改进或开发提供更贴近实际生产情况的仿真平台，比如被控对象建模研究，先进控制算法开发研究，生产组织的优化设计研究，先进制造技术研究等。
[0026]3)一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法，搭建数字化工艺(铁、钢、轧)工序优化研发环境，搭建全流程钢铁冶金工艺数字化研发环境，搭建炼铁、炼钢、轧钢模拟仿真及动态显示环境。
[0027]4)一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法，通过软件定义网络可以模拟钢铁公司不同工序、不同产线、不同厂区的控制网络、计划网络、质量网络、能源网络等，可以基于工艺
岛调试不同网络及IP进行虚拟调试。
附图说明
[0028]图1为本专利技术一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法流程图；
[0029]图2为本专利技术搭建工艺岛中的仿真环境示意图；
[0030]图3为本专利技术搭建工艺岛的功能架构图；
[0031]图4为本专利技术搭建的工艺岛中的虚拟模型图；
[0032]图5为本专利技术搭建工艺岛中的数据接入原理图；
[0033]图6为本专利技术搭建工艺岛的总体设计图；
[0034]图7为本专利技术搭建工艺岛中的仿真机设计原理图。
具体实施方式
[0035]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。
[0036]一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法，首先，搭建工艺岛中的各种仿真环境；然后，将实际生产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支持虚拟调试的工艺岛设计方法，其特征在于，具体步骤如下：首先，搭建工艺岛中的仿真环境；具体包括：接入设备，智能设备，监控设备，模拟仿真设备，PLC，仿真机，仿真平台，数据中心接入交换机，数据中心核心交换机，实验室核心交换机，管理交换机和SDN控制器；其中数据中心接入交换机，数据中心核心交换机，实验室核心交换机，管理交换机和SDN控制器构成软件定义网络，用于模拟实际产线的不同工序、不同产线、不同厂区的控制网络、计划网络、质量网络和能源网络场景；模拟仿真设备用于仿真不同网络场景下的过程数据；然后、通过收集实际产线生产过程的录播数据，模拟仿真设备的仿真数据，以及智能设备和监控设备的IOT数据，形成虚拟调试数据；数据引擎选择演示时间段，提取出指定时间段的虚拟调试数据后，选择所要演示的动作参数和状态参数，生成相应的动作数据和状态数据，按照时间序列存入数据库，形成数据集；接着、通过检查程序确认数据集中动作数据和状态数据的缺失情况，并通过填补程序补全；选择演示的重点事件，并通过动作数据集，生成时间
‑
事件列表；最后、仿真平台E3D、AnyLogic、Matlab按照虚拟调试的要求，沿着时间
...

【专利技术属性】
技术研发人员：路广洲，
申请(专利权)人：中国钢研科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：