【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能监测，涉及机电设备智能监测，尤其涉及一种核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统及方法。
技术介绍
1、在压水堆核电站中，蒸汽发生器(sg)的传热管占据了一回路系统压力边界全部面积的大半。压水堆核电厂蒸汽发生器属于大型热交换容器，将核燃料产生热能通过蒸汽推动汽轮机发电做功。作为连接一、二回路的大型昂贵设备，在运行过程中常常伴随着传热管腐蚀、机械损伤、磨损、疲劳等问题。蒸汽发生器的运行能力关乎核电厂的安全及经济效益。因此保持其完好性，对于确保核电站的安全是极为重要的。但是，随着运行年限的增长，蒸汽发生器需考虑维修、更换和退役等工程环节。在更换工程中，为了将达到预期使用年限的蒸汽发生器主体部分更换，需对其连接部件进行切割。其中，针对一回路管道的切割是整体更换工程中的重要环节，需要综合考虑切割过程中的辐射防护、自由端管道固定、碎屑收集与处理、切割监控、管道封堵等环节。为了进一步提高核电厂在役蒸汽发生器更换过程中的数字化监控水平，提高蒸汽发生器更换工程完成的效率和质量，引入数字孪生技术，并以一回路管道切割和坡口加工过程为主，构建具有信息化、智能化的数字孪生监测系统。
2、专利申请cn202211068985.2公开了一种基于激光切割机数字孪生的激光切割同步模拟方法，主要从虚拟激光切割机与真实物理环境中的激光切割机两者如何进行同步模拟激光切割机加工过程的角度描述，无法实现从机械加工设备运行过程中的监测角度对设备本身及加工作业过程进行监测，也无法对设备当前作业进度进行评估和分析。
1、本专利技术目的旨在针对目前核电厂主管道切割和破口加过过程中难以实现有效监测的技术现状，提供一种核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统及方法，降低核电厂主管道切割和坡口加工作业过程中人员与核辐射的接触，同时提高设备在远端运行过程中的监测强度，提升远程操作过程中的设备和工件的安全性。
2、本专利技术提供的核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，其包括：
3、切割机或/和坡口机设备实体，安装于主管道上，用于对主管道进行切割或/和坡口；
4、监测设备，用于对切割机或/和坡口机进行监控；所述监测设备包括沿主管道周向布置的两个以上的振动监测仪，安装于主管道周向的测温仪，用于对切割机采集图像信息的第一摄像机以及用于对坡口机采集图像信息的第二摄像机；
5、切割机或/和坡口机虚拟模型，基于切割机或/和坡口机构建的三维模型；所述切割机或/和坡口机虚拟模型与相应的切割机或/和坡口机进行通信连接，用于基于来自切割机或/和坡口机运行数据进行同步映射；
6、控制平台，与切割机/坡口机和监测设备及相应的虚拟模型进行通信连接，依据切割机或/和坡口机运行数据、监测设备采集数据，实现对切割机或/和坡口机及相应虚拟模型的同步可视化显示；同时将监测设备采集数据回传给相应虚拟模型，虚拟模型基于回传数据对切割机或/和坡口机状态进行演化迭代，并显示于控制平台。
7、上述核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，所述监测设备还包括用于监测主管道的第三摄像机，第三摄像机拍摄范围覆盖切割机、坡口机及其带切割和加工的管道。所述第一摄像机拍摄范围覆盖切割机，第一摄像机数量为两个，并沿主管道周向对称布置；所述第二摄像机拍摄范围覆盖坡口机，第二摄像机数量为两个，并沿主管道周向对称布置。
8、上述核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，所述切割机或/和坡口机虚拟模型还对下一时刻的切割机或/和坡口机运行数据进行预测并反馈给相应的设备实体。当切割机或/和坡口机运行数据达到报警级别时，设备实体自主报警或通过其他方式通知工作人员现场查看。
9、上述核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，所述切割机或/和坡口机虚拟模型，对于切割机，所述运行数据包括切割刀具所在轴线的主轴数据、刀具参数数据(例如刀长、切削速率等)、伺服电机控制信号、进刀数据(径向进刀数据)、报警信号数据(例如主轴、径向进刀轴两个轴的限位报警、伺服电机故障报警等)等；对于坡口机，所述运行数据包括坡口刀具所在轴线的主轴数据、刀具参数数据(例如刀长、切削速率等)、伺服电机控制信号、进刀数据(轴向进刀数据和径向进刀数据)、报警信号数据(例如主轴、径向进刀轴、轴向进刀轴三个轴的限位报警、伺服电机故障报警等)等。
10、上述核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，所述切割机或/和坡口机状态包括切割机或坡口机与主管道装配状态、主管道加工区域热状态以及刀具状态等。所述切割机或坡口机与主管道装配状态可以根据振动监测仪测量得到，以各振动监测仪所测量数据偏差来表征切割机或坡口机与主管道之间的当前装配误差；所述主管道加工区域热状态可以通过测温仪得到；所述刀具状态可以通过第一摄像机或第二摄像机采集图像得到；所述刀具状态包括刀具磨损状态和刀具寿命；所述刀具状态可以通过将一摄像机或第二摄像机采集图像输入训练好的神经网络模型(例如ga-bp，gru，de-bp等)得到。随着加工过程，可以得到切割机或/和坡口机状态的演化过程。
11、所述控制平台还可以依据切割机或/和坡口机状态演化结果，对切割机或/和坡口机状态进行评估，还可以依据评估结果作出相应反映。例如，当切割机或坡口机与主管道装配精度偏离设定阈值，或主管道温度过高，或刀具磨损严重，或刀具寿命达到上限时，可以发出相应的故障预警，由工作人员进行处理。控制平台还可以将评估结果反馈给设备实体，设备实体直接报警或通过其他方式通知工作人员现场查看。
12、本专利技术还提供了一种核电厂主管道加工作业过程的智能监测方法，使用上述任一核电厂主管道加工作业过程的智能监测系统按照以下步骤进行：
13、s1切割机或/和坡口机设备实体将运行数据发送给相应的虚拟模型和控制平台；监测设备将采集数据发送给控制平台；
14、s2切割机或/和坡口机虚拟模型基于来自切割机或/和坡口机运行数据进行同步映射，并将虚拟模型和同步数据发送给控制平台显示；
15、s3控制平台对接收的切割机或/和坡口机设备实体、相应虚拟模型以及监测设备采集数据进行实时显示；控制平台同时将监测设备采集数据发送给相应虚拟模型。
16、s4切割机或/和坡口机虚拟模型依据监测设备采集数据对切割机或/和坡口机状态进行演化迭代，并将演化迭代结果发送给控制平台显示。
17、上述步骤s2中，切割机或/和坡口机虚拟模型还对下一时刻的切割机或/和坡口机运行数据进行预测并反馈给相应的设备实体。当切割机或/和坡口机状态达到报警级别时，设备实体自主报警或通过其他方式通知工作人员现场查看，从而实现切割机或/和坡口机设备实体与相应虚拟模型之间的实时交互。
18、上述核电厂主管道加工作业过程的智能监测方法，还包括步骤s5，控制平台依据切割机或/和坡口机状态演化结果，对切割机或/和坡口机状态进行评估。控制平台还可以将评估结果反馈给设备实体，设备实体直接报警或通过其他方式通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，其特征在于，所述监测设备还包括用于监测主管道的第三摄像机；所述第一摄像机拍摄范围覆盖切割机，第一摄像机数量为两个，并沿主管道周向对称布置；所述第二摄像机拍摄范围覆盖坡口机，第二摄像机数量为两个，并沿主管道周向对称布置。
3.根据权利要求1所述的核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，其特征在于，所述切割机或/和坡口机虚拟模型，对下一时刻的切割机或/和坡口机的运行数据进行预测并反馈给切割机或/和坡口机。
4.根据权利要求1所述的核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，其特征在于，所述切割机或/和坡口机状态包括切割机或坡口机与主管道装配状态、主管道加工区域热状态以及刀具状态等；所述切割机或坡口机与主管道装配状态根据各振动监测仪测量得到，以各振动监测仪所测量数据偏差来表征切割机或坡口机与主管道之间的当前装配误差；所述主管道加工区域热状态通过测温仪得到；所述刀具状态通过第一摄像机或第二摄像机采集图像得到。<...
【技术特征摘要】
1.一种核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，其特征在于，所述监测设备还包括用于监测主管道的第三摄像机；所述第一摄像机拍摄范围覆盖切割机，第一摄像机数量为两个，并沿主管道周向对称布置；所述第二摄像机拍摄范围覆盖坡口机，第二摄像机数量为两个，并沿主管道周向对称布置。
3.根据权利要求1所述的核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，其特征在于，所述切割机或/和坡口机虚拟模型，对下一时刻的切割机或/和坡口机的运行数据进行预测并反馈给切割机或/和坡口机。
4.根据权利要求1所述的核电厂主管道加工作业过程的智能监测孪生系统，其特征在于，所述切割机或/和坡口机状态包括切割机或坡口机与主管道装配状态、主管道加工区域热状态以及刀具状态等；所述切割机或坡口机与主管道装配状态根据各振动监测仪测量得到，以各振动监测仪所测量数据偏差来表征切割机或坡口机与主管道之间的当前装配误差；所述主管道加工区域热状态通过测温...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤心一，佃松宜，樊树斌，马丛俊，裴正巧，李伦，张志强，汪浩川，
申请(专利权)人：中广核工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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