[發明專利]一種蒸汽發生器數字孿生與數據驅動一體化系統搭建方法

有效

• 申請號: 202110879160.8
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113609614B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王明軍;何少鵬;王嘉誠;章靜;田文喜;蘇光輝;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06Q10/00;G06Q50/04;G06T17/00;G06T19/00;G06F111/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種蒸汽發生器數字孿生與數據驅動一體化系統搭建方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：利用工業CT斷層圖像反求蒸汽發生器三維CAD模型，具體步驟如下：

步驟1-1：利用工業CT掃描技術對蒸汽發生器進行掃描，獲取CT斷層圖像；

步驟1-2：利用開源圖像處理可視化軟件VTK讀入CT斷層圖像，生成一系列規則的體數據；通過開源圖像處理可視化軟件VTK的高斯濾波功能對體數據進行降噪，防止直接重構時產生的表面階梯化和邊緣鋸齒化；

步驟1-3：采用開源圖像處理可視化軟件VTK內置的移動立方體Marching Cubes算法對體數據進行等值面抽取，采用頂點刪除法和二次誤差測度算法合并相近三角面片網格，實現表面簡化；采用內插平滑方法對表面進行平滑處理，最終得到蒸汽發生器的三維表面模型；

步驟1-4：利用開源圖像處理可視化軟件VTK輸出STL格式的三維表面模型文件到CAD建模軟件UG中，將三維表面模型重構為蒸汽發生器的三維CAD模型；

步驟2：基于OPC UA通訊協議分別建立OPC服務器與數字孿生平臺、數據驅動平臺間的接收和發送端口，以便在步驟3和步驟5中將蒸發器特征運行參數、數字孿生模擬結果通過OPC服務器在兩平臺間進行多源異構信息通信；

步驟3：采用多傳感器采集蒸汽發生器特征運行參數并進行信息融合，具體步驟如下：

步驟3-1：在蒸汽發生器中布置多個分布式傳感器采集蒸汽發生器特征運行參數，并構建如下的特征運行參數狀態向量：

X(k)＝[X₁ X₂ ... X_i]^T (1)

其中：

X_i——第i個傳感器測得的某特征運行參數X；

X(k)——k時刻多個傳感器測得的某特征運行參數的多個測量值組成的狀態向量；

步驟3-2：通過步驟2建立的接收和發送端口將各特征運行參數狀態向量存入OPC服務器并傳入數字孿生平臺；采用卡爾曼濾波算法對各特征運行參數狀態向量進行數據融合：整合多傳感器測量結果，過濾失效傳感器干擾噪聲，得到準確的特征運行參數；

步驟4：將融合后的特征運行參數與步驟1得到的蒸汽發生器的三維CAD模型作為數字孿生模型的輸入，對蒸汽發生器進行實時模擬仿真：根據蒸汽發生器的三維CAD模型劃分模擬用網格，根據k時刻特征運行參數更新數字孿生模型的邊界條件和初始條件，由數字孿生模型模擬計算出k+1時刻的蒸汽發生器的運行狀態，得到實時仿真模擬結果；

步驟5：通過步驟2建立的接收和發送端口將實時仿真模擬結果存入OPC服務器并反饋給蒸汽發生器控制系統，根據仿真模擬數據驅動蒸汽發生器的運行和控制；

步驟6：對模擬結果進行故障診斷，對故障處進行增強現實顯示以輔助監控及維修，具體步驟如下：

步驟6-1：利用電廠的故障診斷系統對模擬結果進行故障診斷，判斷出故障類型及故障區域；

步驟6-2：對故障區域的模擬數據進行分塊和壓縮，結合蒸汽發生器廠房空間數據在混合現實設備中對故障區域進行增強現實AR顯示，輔助蒸汽發生器監控及維修；

通過以上步驟，搭建一種蒸汽發生器數字孿生平臺與數據驅動平臺的一體化系統，實現蒸汽發生器及其數字孿生模型間的實時信息交互、數據驅動控制及可視化維修。