一种基于三维虚拟仿真的锅炉四管检修诊断系统的制作方法

1.本发明涉及三维虚拟仿真技术领域，尤其涉及一种基于三维虚拟仿真的锅炉四管检修诊断系统。


背景技术：

2.巢湖发电有限责任公司一期2
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600mw工程配套锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司与三井巴布科克公司合作设计、制造的hg-1900/25.4-ym7型600mw超临界变压运行直流锅炉，锅炉形式为一次再热、单炉膛、前后墙对冲燃烧方式，采用烟气挡板调节再热汽温、固态排渣、平衡通风、全钢构架、露天布置、全悬吊结构π型炉。两台机组2008年投产以来，平均每年锅炉四管爆破或泄露2-3次，是导致机组非计划停运的最主要原因。为了提升我厂锅炉“四管”防爆管理的事故分析及风险防范能力，有效掌握锅炉“四管”泄漏的特性与规律，降低锅炉“四管”泄漏爆管机率，拟采用三维可视化的先进技术进行精细化管理，建立我厂锅炉本体四管防磨防爆管理三维可视化工作平台。
3.三维虚拟仿真是利用沉浸式的三维显示系统和装有传感器的手套(头窥)，在伴有虚拟的声音和感触下，使受训人员沉浸在一种非常逼真的专为训练而设置的环境中，可满足多种科目训练的需要，头盔显示器是将演练者大脑与计算机创造的虚拟世界连通的输入/输出装置，主要有双目显示器和跟踪系统组成，三维虚拟仿真系统因为逼真的临场环境，主要应用在飞行培训、城市规划、设计制造、医疗、军事等方面，能节省很多开销，实现真人操作的效果，达到更高的效率，因此本发明特提出一种基于三维虚拟仿真的锅炉四管检修诊断系统以解决上述背景技术中所提出的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于三维虚拟仿真的锅炉四管检修诊断系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种基于三维虚拟仿真的锅炉四管检修诊断系统，该诊断系统包括由状态监测模块、检修维护模块和寿命管理模块组成的三维虚拟仿真应用软硬件平台系统；
7.所述状态监测模块通过对锅炉本体采集状态监测数据以建立三维数字化模型；
8.所述三维数字化模型依据标准作业流程对锅炉本体进行全场景的真实三维实景模拟仿真；
9.所述检修维护模块与寿命管理模块组合形成系统维护管理平台；
10.所述三维虚拟仿真应用软硬件平台系统通过开设软件门户实现设备全过程可视化管理，将企业内部的管理与生产过程控制系统和三维仿真系统通过软件门户方式结合起来形成sso系统，实现各系统间的集成与整合，系统单点登录和数据的实时同步。
11.优选地，所述三维实景模拟仿真技术实现要求包括设备交互展示、设备虚拟拆装、设备流程操作模拟、隐患及泄漏三维技术管理、生产实时数据三维监测与分析、金属抽检三
维可视化管理、焊缝三维可视化管理以及设备健康状态三维技术分析。
12.优选地，所述三维虚拟仿真应用软硬件平台系统开设软件门户具体系统应用功能要求包括设备三维技术台帐管理、设备可靠性管理、检修技术资料管理、三维缺陷管理、三维项目管理、可视化点检管理、定期工作、班组管理以及备品备件管理。
13.优选地，所述系统维护管理平台包括表单开发平台、表单设计、系统权限管理、系统提示管理、报表管理、系统维护管理、系统日志管理。
14.优选地，所述系统权限管理包括系统用户管理、数据库级权限、系统级权限、菜单级权限、程序级权限、控制级权限，所述系统提示管理包括系统通知和邮件通知。
15.优选地，所述系统维护管理包括基础数据维护、数据库建立、数据备份、数据恢复、数据卸出、数据装入、系统安装、系统参数维护、用户的动态监控、帮助文件的维护、版本控制和代码更新、网上信息的实时交换功能，所述系统日志管θ理包括系统日志记录、备份系统日志、查看系统日志功能。
16.优选地，所述sso系统主要功能包括单点登录、即插即用、多样的身份认证机制、基于角色访问控制、基于web界面管理、全面的日志审计、传输加密、后台用户数据库支持、c/s单点登录解决方案。
17.优选地，所述三维虚拟仿真应用软硬件平台系统建立三维数字化模型的算法具体包括如下：
[0018][0019][0020]
z函数表示静态监测数据，通过状态监测模块将锅炉本体采集的静态数据传输给仿真系统数据库，系统利用该算法搭设构建锅炉本体三维虚拟仿真的基础静态展示模型。
[0021]
信息增益
[0022]
l(xi)＝-log2p(xi)；
[0023]
计算熵
[0024][0025]
x函数表示动态监测数据，h函数表示动静状态下的信息差异，通过状态监测模块将锅炉本体的动态实时数据传输给仿真系统数据库，将动态监测数据与静态数据进行比较分析，利用该算法演算模拟锅炉本体的实时动态展示模型。
[0026][0027]
j(θ)函数表示所有预测数据与实际数据的偏差，j(θ)函数的值越小表示预测函数越准确(即h函数越准确)，通过该算法能够精确诊断出模型中泄露事故的具体位置和影响范围，预测实际锅炉会发生故障的部位和原因，进而对预测部位进行故障诊断，减少和避免泄露事故的发生。
[0028]
相比现有技术，本发明的有益效果为：
[0029]
1、本发明通过建立2
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600mw机组锅炉“四管”以及联接系统的状态监测、故障诊断、检修维护、寿命管理的三维虚拟仿真应用软硬件平台系统，对锅炉本体通过状态监测，采集状态监测数据，同时与三维数字化模型相结合，对设备故障的检修依据标准作业流程进行全场景真实三维实景模拟仿真，在三维虚拟仿真应用环境中实现设备全过程可视化管理，将企业内部的管理系统和生产过程控制系统结合起来，与实现科学管理，提高公司的管理效率和市场竞争能力；
[0030]
2、本发明通过提供单点登录(sso)集成接口和api，方便其他门户系统的集成，目前公司已有的系统为：oa办公自动化系统(lotus notes)、sap华能财务资产一体化系统等，这些系统都分别具有用户管理及相关的权限管理，为客户提供一个即插即用的sso解决方案，用户无须修改应用系统(包括b/s系统和c/s系统)，自由选择前置代理和后置代理或组合使用方式，只需简单的配置，即可使用sso应用功能；
[0031]
3、本发明设置的包括检修维护和寿命管理的系统维护管理平台进一步深化、完善系统维护系统，其功能包括表单开发平台、系统权限分配、通知管理、报表管理、审核管理等功能，能体现更强的灵活性，能够不断适应业务流程的改善和管理模式的改进。
附图说明
[0032]
图1为本发明提出的一种基于三维虚拟仿真的锅炉四管检修诊断系统的原理结构示意图；
[0033]
图2为本发明提出的一种基于三维虚拟仿真的锅炉四管检修诊断系统中系统维护管理平台的原理结构示意图；
[0034]
图3为本发明提出的一种基于三维虚拟仿真的锅炉四管检修诊断系统中sso系统的原理结构示意图。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0036]
参照图1-3，一种基于三维虚拟仿真的锅炉四管检修诊断系统，该诊断系统包括由状态监测模块、检修维护模块和寿命管理模块组成的三维虚拟仿真应用软硬件平台系统，状态监测模块通过对锅炉本体采集状态监测数据以建立三维数字化模型，锅炉系统三维建模范围包括2*600mw机组锅炉本体，建模以锅炉真实尺寸比例为基准，以kks编码为基础建模图元，构建锅炉本体三维立体可视化模型，包括“四管”、联箱、集箱、引入引出管、鳍片、焊口、悬吊架、燃烧孔、看火孔、人孔、吹灰孔等细微部件实现三维数字化立体建模。
[0037]
进一步的是，三维数字化模型依据标准作业流程对锅炉本体进行全场景真实三维实景模拟仿真，三维实景模拟仿真技术实现要求包括：
[0038]
设备交互展示：对三维互动展示是一种全新的展示方案，通过人机互动操作，可以任意选择视角，360度身临其境的进行设备进行定位、放大、缩小、旋转、隐藏透视、选择、单独显示展示的认知与学习；
[0039]
设备虚拟拆装：在交互式虚拟装配环境中，实现能通过数据手套、头盔、位置跟踪器、鼠标/键盘、力反馈操作设备等，像在真实环境中一样对设备的零部件进行拆装操作，在
操作过程中系统提供实时的碰撞检测、装配约束处理、装配路径与序列处理等功能，从而使得用户能够对设备的可装配性进行分析、零部件装配序列进行验证和规划，在拆装装结束以后，系统能够记录装配过程的所有信息，生成评审报告；
[0040]
设备流程操作模拟：操作流程模拟通过三维的方式仿真出检修过程中的机械设备物理环境，利用人机交互的方式进行各个流程的操作控制；
[0041]
隐患及泄漏三维技术管理：针对历史上发生的泄漏以及当前的隐患实现三维空间管理，直观展现、标注、定位锅炉系统“四管”的泄漏、缺陷及可能出现的隐患位置及信息，建立隐患及泄漏三维技术台帐，并进行统计分析；
[0042]
生产实时数据三维监测与分析：将锅炉“四管”三维立体模型与实时系统的数据集成，对锅炉“四管”的壁温实时/历史数据、泄漏报警装置等数据进行监控、报警与分析，并将监控、报警结果通过三维方式展现；
[0043]
金属抽检三维可视化管理：建立锅炉“四管”金属抽检三维分布图与台帐，包括管道、焊口等抽检；记录抽检结果，包括抽检时间、抽检人、检验结果等，同时在三维环境中展现、查询、定位；
[0044]
焊缝三维可视化管理：建立锅炉“四管”焊缝三维台帐，记录焊缝所在管屏材质、焊条材质、焊接人员、焊接时间、焊接时工况(带压焊接)等信息，同时在三维环境中展现、查询、定位；
[0045]
设备健康状态三维技术分析：结合炉管寿命管理、三维温度场管理以及实时数据在三维环境中对锅炉本体的健康状态进行技术分析。
[0046]
更进一步的是，检修维护模块与寿命管理模块组合形成系统维护管理平台，系统维护管理平台包括:
[0047]
表单开发平台:应增加表单开发平台，通过该平台，用户可以根据业务需要，自己开发出满足需求的表单，定义需要的运行日志和技术台帐，整个过程不需要任何代码设计，通过图形化开发工具进行定义，通过的表单开发平台，功能上具有较强的可扩展性，业务处理更加灵活；
[0048]
表单设计：通过表单开发平台，自行开发表单系统，该表单其他业务系统使用统一的数据库平台，能够从现有业务系统、其他表单以及sis接口中读取所需数据，整个开发过程无需任何代码设计，表单设计人员也不需要任何编程知识，只需经过简单培训就可使用该表单设计工具，表单设计工具提供分组、标签、文本框、公式框、参照、网络等控件，可以通过拖、拽的方式定义任何样式的表单；
[0049]
系统权限管理：使用十分详细的权限控制、加密措施以及状态跟踪技术，整个系统通过权限的层次控制保证公司用户和数据的安全；
[0050]
系统提示管理：提供的通知管理与工作流管理相结合，推动业务流程的流转，系统提示管理包括系统通知和邮件通知；
[0051]
报表管理：系统内置强大的图形报表管理工具，用户可根据自己的需要从数据库中钻取所需数据，任意生成各种图形，方便归档，打印快捷，该报表定制工具采用向导式定制，用户仅需简单点击鼠标便可轻轻松松完成报表的定制和打印；
[0052]
系统维护管理：包括基础数据维护、数据库建立、数据备份、数据恢复、数据卸出、数据装入、系统安装、系统参数维护、用户的动态监控、帮助文件的维护、版本控制和代码更
新、网上信息的实时交换功能；
[0053]
系统日志管理：系统日志可以记录系统中发生的所有用户对系统所做的任何增删改情况，即具有痕迹保留功能。
[0054]
更进一步的是，三维虚拟仿真应用软硬件平台系统通过开设软件门户实现设备全过程可视化管理，三维虚拟仿真应用软硬件平台系统开设软件门户具体系统应用功能要求包括：
[0055]
设备三维技术台帐管理：设备台帐管理以统一分类、唯一标识的kks码的编码体系为纽带，建立设备信息三维技术台账，在三维空间定位、展现、查询；
[0056]
设备可靠性管理：利用sis系统相关信息与设备管理人员手动输入信息统计各机组的可靠性指标，对信息进行分析、评估，确定设备的薄弱环节和潜在性故障，完成设备检修辅助决策功能(检修报警、检修指导、定修建议等)；
[0057]
检修技术资料管理：检修规程、图纸资料、标准检修文件包等文档管理，与设备结构树链接；
[0058]
三维缺陷管理：对设备临时发现的缺陷进行登记，督促检修人员及时消缺，记录缺陷消除过程；
[0059]
三维项目管理：项目管理包括a、b、c、d级检修、技术改造、技术创新等项目，各项目必须配置计划管理、项目管理、过程管理、工程验收管理、技术管理、项目结算等内容；
[0060]
可视化点检管理:按设备检修类别建立检修项目，设备管理人员可以根据设备的实际运转情况，调整个别的点检周期，使点检更加合理；
[0061]
定期工作:对设备预定义的工作进行登记，督促检修人员及时处理，记录处理过程，填报处理后的数据与结果；
[0062]
班组管理：建立消缺项目计划工分，班组日志、班前会、班后会与点检组人员工作情况管理信息；
[0063]
备品备件管理:根据维修情况或大、小修计划编制备品备件需求计划，与sap物资系统建立关联。该模块能直观反映备品备件库存与需求计划落实情况。
[0064]
更进一步的是，将企业内部的管理与生产过程控制系统和三维仿真系统通过软件门户方式结合起来形成sso系统，实现各系统间的集成与整合，系统单点登录和数据的实时同步，sso系统主要功能包括：
[0065]
单点登录：用户只需登录一次，即可通过单点登录系统(sso)访问后台的多个应用系统，无需重新登录后台的各个应用系统；
[0066]
即插即用：通过简单的配置，无须用户修改任何现有b/s、c/s应用系统，即可使用。解决了实施困难的难题；
[0067]
多样的身份认证机制：同时支持基于pki/ca数字证书和用户名/口令身份认证方式，可单独使用也可组合使用；
[0068]
基于角色访问控制：根据用户的角色和url实现访问控制功能；
[0069]
基于web界面管理：系统所有管理功能都通过web方式实现。网络管理人员和系统管理员可以通过浏览器在任何地方进行远程访问管理。此外，可以使用https安全地进行管理；
[0070]
全面的日志审计：精确地记录用户的日志，可按日期、地址、用户、资源等信息对日
志进行查询、统计和分析。审计结果通过web界面以图表的形式展现给管理员；
[0071]
传输加密：支持多种对称和非对称加密算法，保证用户信息在传输过程中不被窃取和篡改；
[0072]
后台用户数据库支持：ldap、oracle、db2、sql server2000等。可以无缝集成现有的应用系统的统一用户数据库作为sso应用软件系统的用户数据库；
[0073]
c/s单点登录解决方案：无需修改任何现有的应用系统服务端和客户端即可实现c/s单点登录系统。
[0074]
更进一步的是，建立三维数字化模型的算法主要包括如下：
[0075][0076][0077]
z函数表示静态监测数据，通过状态监测模块将锅炉本体采集的静态数据传输给仿真系统数据库，系统利用该算法搭设构建锅炉本体三维虚拟仿真的基础静态展示模型。
[0078]
信息增益
[0079]
l(xi)＝-log2p(xi)；
[0080]
计算熵
[0081][0082]
x函数表示动态监测数据，h函数表示动静状态下的信息差异，通过状态监测模块将锅炉本体的动态实时数据传输给仿真系统数据库，将动态监测数据与静态数据进行比较分析，利用该算法演算模拟锅炉本体的实时动态展示模型。
[0083][0084]
j(θ)函数表示所有预测数据与实际数据的偏差，j(θ)函数的值越小表示预测函数越准确(即h函数越准确)，通过该算法能够精确诊断出模型中泄露事故的具体位置和影响范围，预测实际锅炉会发生故障的部位和原因，进而对预测部位进行故障诊断，减少和避免泄露事故的发生。
[0085]
本模型算法实现简单，易于理解和实现；计算代价不高，速度很快，存储资源低；对中间值的缺失不敏感，可以处理不相关特征数据；既能用于分类，也能用于回归。
[0086]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。