【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业控制领域，具体涉及一种基于云边协同和hils的大型焙烧炉模拟装置。
技术介绍
1、锌冶炼是以锌精矿为主要原料进行熔炼和加工的有色冶金过程，对于工艺的安全性和稳定性有着较高的要求[1]。一般而言，有色冶金过程较为复杂，包含众多物理化学反应。焙烧过程作为锌冶炼的第一道工序，直接关系到后续产出锌的质量，因此实现焙烧过程的稳定控制和过程监测显得十分重要。现阶段，针对包括焙烧在内的有色冶金流程的监测和控制研究是较为热门的领域。学者们提出了许多先进高效的算法以及对应的解决方案，然而他们的算法通过验证调试后才能真正用于工业现场，但是现场调试的风险较大，一个错误的操作可能导致难以挽回的损失。
2、hils是一种同时集硬件和软件仿真的优势于一体，将实物部分和实时仿真部分相结合的技术手段[2]。其中，实时仿真部分的仿真对象为被控系统。但是对于锌冶炼焙烧过程，其工况波动较大且优化设定值改变频繁等特点导致现场进行算法调试困难，仅有被控系统以hils的形式进行模拟的情况，在安全环境下测试复杂焙烧过程控制和监测效果的能力欠佳。
3、另外，锌冶炼作为典型的重工业行业，其生产环境恶劣，设备众多。高效的监测控制算法部署存在着许多局限性，如受限于边缘设备较弱的计算能力，其数据处理效率低，难以训练复杂的模型等。
技术实现思路
1、针对大型焙烧炉现场调试风险大的技术问题，本专利技术提供一种基于云边协同和hils的大型焙烧炉模拟装置，在对焙烧过程进行机理建模的基础上，采用高效的云边
2、为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于云边协同和hils的大型焙烧炉模拟装置，采用包括终端设备、边缘层设备和云服务器的云边协同架构；
4、所述终端设备采用仿真器实现，包括：采用函数模型表示的焙烧过程仿真模型，将仿真模型输出的连续变量数据转换为符合工业标准电信号的虚拟传感器，将从边缘设备接收的控制信号转换为仿真模型输入控制量的虚拟执行器；
5、所述边缘层设备包括虚拟数字机柜和真实的分布式控制系统dcs；其中，虚拟数字机柜用于实现dcs的i/o功能以及数据存储。
6、进一步的，云服务器与边缘层设备之间通过http协议进行服务的请求与回复，边缘层设备通过opc通讯协议将实时数据上传至云服务器存储。
7、进一步的，边缘设备与终端设备之间通过modbus tcp通讯协议上传数据与下发指令。
8、进一步的，终端设备选用visionfive开发板作为仿真器并通过python编程实现。
9、进一步的，在visionfive开发板上，采用函数模型表示焙烧过程仿真模型的实现方法为：
10、对焙烧过程的工艺机理进行分析，给出建模假设；
11、用具有不变粒度的收缩未反应核模型表征焙烧过程的反应动力学；
12、基于两相流化理论，采用简化的混合模型描述焙烧过程的流体动力学；
13、结合能量守恒方程、质量守恒方程，得到焙烧过程的机理模型；
14、将焙烧过程的机理模型编程为实时输入-输出的函数模型，用于表示焙烧过程仿真模型。
15、进一步的，所述边缘层设备还包括可视化监控系统，分为智能监控子系统和可视化演示子系统；
16、所述智能监控子系统，用于提供待测的监测和控制算法的运行环境，通过opc协议与dcs进行数据交换，并根据监测和控制算法的运行结果判断算法的性能；
17、所述可视化演示子系统，通过接入智能监控子系统以及dcs的数据，实现焙烧过程的实时监测、优化调整、故障诊断结果展示以及数据分析，以及对过程物理参数进行直观的统计分析、显示焙烧过程的异常状况。
18、进一步的，所述云服务器的实现方法为：
19、首先基于transwarp inceptor进行云端数据库的搭建，用以储存边缘层设备同步到云端的数据；
20、此外，将焙烧过程监测与控制算法的模型训练部分以docker镜像的形式打包并上架docker hub；
21、之后，在云服务器上拉取docker镜像并启动容器，在docker容器内运行模型训练程序并通过api提供模型更新服务。
22、进一步的，所述大型焙烧模拟装置用于对锌焙烧过程的监测与控制算法进行测试。
23、本专利技术具有的有益效果如下：
24、本专利技术对焙烧过程进行机理建模的基础上，引入高效的云边协同框架并选择合适的软硬件来搭建硬件在环仿真(hils)平台，用以作为焙烧炉的模拟装置，模拟焙烧工业现场的被控对象以及控制逻辑，在此基础上验证控制和监测算法的工程部署方案。本专利技术对焙烧过程的监测与控制对象的还原度较高，而且充分发挥云端强大的计算能力以及边缘端实时任务执行能力。
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1.一种基于云边协同和HILS的大型焙烧炉模拟装置，其特征在于，采用包括终端设备、边缘层设备和云服务器的云边协同架构；
2.根据权利要求1所述的大型焙烧模拟装置，其特征在于，云服务器与边缘层设备之间通过HTTP协议进行服务的请求与回复，边缘层设备通过OPC通讯协议将实时数据上传至云服务器存储。
3.根据权利要求1所述的大型焙烧模拟装置，其特征在于，边缘设备与终端设备之间通过MODBUS TCP通讯协议上传数据与下发指令。
4.根据权利要求1所述的大型焙烧模拟装置，其特征在于，终端设备选用VisionFive开发板作为仿真器并通过python编程实现。
5.根据权利要求1所述的大型焙烧模拟装置，其特征在于，在VisionFive开发板上，采用函数模型表示焙烧过程仿真模型的实现方法为：
6.根据权利要求1所述的大型焙烧模拟装置，其特征在于，所述边缘层设备还包括可视化监控系统，分为智能监控子系统和可视化演示子系统；
7.根据权利要求1所述的大型焙烧模拟装置，其特征在于，所述云服务器的实现方法为：
8.根
...【技术特征摘要】
1.一种基于云边协同和hils的大型焙烧炉模拟装置，其特征在于，采用包括终端设备、边缘层设备和云服务器的云边协同架构；
2.根据权利要求1所述的大型焙烧模拟装置，其特征在于，云服务器与边缘层设备之间通过http协议进行服务的请求与回复，边缘层设备通过opc通讯协议将实时数据上传至云服务器存储。
3.根据权利要求1所述的大型焙烧模拟装置，其特征在于，边缘设备与终端设备之间通过modbus tcp通讯协议上传数据与下发指令。
4.根据权利要求1所述的大型焙烧模拟装置，其特征在于，终端设备选用visionf...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄科科，李俊贤，应新宇，阳春华，孙备，刘卫平，桂卫华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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