[發(fā)明專利]一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的流程工業(yè)重點(diǎn)裝置交互控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010162197.0
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101872161A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮毅萍;周澤偉;許華;朱峰;劉蘇;汪鵬;榮岡
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G06F19/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的流程工業(yè)重點(diǎn)裝置交互控制方法。

背景技術(shù)

流程工業(yè)的大部分設(shè)備必須連續(xù)作業(yè)，通常處于易燃易爆、高溫高壓的環(huán)境，通過計算機(jī)仿真手段對系統(tǒng)模型進(jìn)行充分的仿真運(yùn)行和仿真實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行過程，對仿真過程在虛擬的三維場景中觀察和輸出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，用以推斷所研究系統(tǒng)或所設(shè)計系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)與性能。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持下，仿真運(yùn)行過程中建模人員和決策人員不僅能得到各種重要的仿真數(shù)據(jù)，而且可以看到相應(yīng)的三維仿真動畫，從而提供了對系統(tǒng)運(yùn)行的直觀性和逼真性，有助于他們理解和認(rèn)識所研究系統(tǒng)的本質(zhì)和動態(tài)規(guī)律。用戶可以在虛擬環(huán)境中漫游，將感受到的信息經(jīng)過大腦的思考和分析，形成自己想要的動作或策略，通過輸入界面反饋給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的交互和控制系統(tǒng)運(yùn)行的功能。

但是在現(xiàn)有的流程工業(yè)過程控制技術(shù)中，主要是二維的控制圖，很少涉及三維環(huán)境的交互控制。反映實(shí)時數(shù)據(jù)變化的仿真系統(tǒng)和反映工業(yè)場景的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)難以有效結(jié)合，不能發(fā)揮更大的協(xié)同作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的流程工業(yè)重點(diǎn)裝置交互控制方法，可以進(jìn)行流程工業(yè)的生產(chǎn)過程交互控制。通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、動態(tài)仿真系統(tǒng)的相互之間指令與數(shù)據(jù)的連接來對生產(chǎn)過程實(shí)時監(jiān)控，并將生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、成本控制、物料平衡和能源管理等數(shù)據(jù)信息利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行動態(tài)呈現(xiàn)，達(dá)到人機(jī)交互控制的效果。

本發(fā)明的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的流程工業(yè)重點(diǎn)裝置交互控制方法，其特征包括以下步驟：

1)

a、建立工廠中的各個裝置的三維模型，得到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；

可以利用3DS?MAX或其他現(xiàn)有三維設(shè)計軟件對廠區(qū)的各類生產(chǎn)裝置建立三維模型，調(diào)用三維場景，使用戶在瀏覽場景的同時能夠觀察各類裝置設(shè)備的參數(shù)屬性，所述的裝置一般大部分連續(xù)作業(yè)，即為流程工業(yè)，如連續(xù)生產(chǎn)的化工廠等企業(yè)。

b、建立反映流程工業(yè)裝置生產(chǎn)運(yùn)行機(jī)理模型的動態(tài)仿真系統(tǒng)，用于模擬工廠重點(diǎn)裝置的過程控制；

所述的重點(diǎn)裝置是根據(jù)需要指定的，動態(tài)仿真系統(tǒng)能夠在控制指令驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)擾動方式下的裝置運(yùn)行參數(shù)變化過程，為企業(yè)過程控制層的實(shí)時運(yùn)行提供支持，體現(xiàn)出良好的交互性。

裝置的動態(tài)仿真系統(tǒng)，描述了裝置生產(chǎn)運(yùn)行的機(jī)理模型，建立裝置工藝參數(shù)的控制變量與操縱變量的輸入輸出關(guān)系，能夠在給定輸入變量(如裝置的進(jìn)料量與工藝操作條件)與生產(chǎn)擾動信息(如進(jìn)出物料的波動，工藝操作條件的變化)，計算裝置的生產(chǎn)運(yùn)行輸出變量的變化結(jié)果，包括裝置的溫度、壓力、料位、流量、出料側(cè)線、測量儀表與控制閥門信息等。

c、建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；

通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、動態(tài)仿真系統(tǒng)之間指令與數(shù)據(jù)的交互。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過靜態(tài)數(shù)據(jù)表存儲虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中各類裝置以及相互連接關(guān)系與屬性；

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過動態(tài)數(shù)據(jù)表存儲動態(tài)仿真系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如初始仿真參數(shù)、仿真運(yùn)行模擬時間、生產(chǎn)過程擾動、控制參數(shù)、裝置與罐、管道與側(cè)線等指令與數(shù)據(jù)，還包括裝置生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)時工藝參數(shù)，如溫度、壓力、料位、流量、測量儀表與控制閥門等。

動態(tài)仿真系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)之間的交互指令也存儲在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)表中。

2)通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，設(shè)定動態(tài)仿真系統(tǒng)是否運(yùn)行的指令，將該指令寫入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，同時動態(tài)仿真系統(tǒng)監(jiān)聽數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中該指令；

例如可以設(shè)置Start標(biāo)志位來控制動態(tài)仿真系統(tǒng)是否運(yùn)行。將這些指令與Start標(biāo)志位寫入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。同時動態(tài)仿真系統(tǒng)不斷監(jiān)聽數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的指令與Start標(biāo)志位。如果Start＝1，轉(zhuǎn)步驟3；如果Start＝2，繼續(xù)監(jiān)聽。

3)當(dāng)動態(tài)仿真系統(tǒng)監(jiān)聽到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的運(yùn)行指令時，讀取數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的重點(diǎn)裝置的初始仿真參數(shù)，包括不同的干擾方式與過程控制參數(shù)等，對重點(diǎn)裝置進(jìn)行動態(tài)仿真，將仿真結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

仿真結(jié)果主要是涉及到重點(diǎn)裝置的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)(包括裝置的溫度、壓力、料位、流量、其它工藝參數(shù))。

4)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)動態(tài)加載重點(diǎn)裝置三維模型結(jié)點(diǎn)并在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中讀取仿真結(jié)果，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面中利用紋理貼圖動態(tài)呈現(xiàn)重點(diǎn)裝置生產(chǎn)運(yùn)行變化過程與物流信息，并據(jù)此對重點(diǎn)裝置實(shí)時控制。

利用紋理貼圖動態(tài)可以呈現(xiàn)重點(diǎn)裝置如反應(yīng)器、再生器、進(jìn)出側(cè)線等生產(chǎn)運(yùn)行變化過程與物流信息，然后利用儀表盤刻度與數(shù)字呈現(xiàn)測量儀表與控制閥門的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)重點(diǎn)裝置的PCS(Process?Control?System)層實(shí)時控制信息。