[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

本發明公開了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，包括以下步驟：1.利用工業CT斷層圖像反求蒸汽發生器三維CAD模型；2.實現數據驅動平臺與數字孿生平臺間的多源異構信息通信；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；4.將融合后的特征運行參數與步驟1得到的CAD模型作為數字孿生模型輸入，進行實時模擬仿真；5.將模擬結果反饋給蒸汽發生器控制系統進行數據驅動控制；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；本發明能夠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。

技術領域

本發明屬于核動力系統仿真與控制方法技術領域，具體涉及到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。

背景技術

蒸汽發生器是壓水堆核動力系統中連接一、二回路的關鍵設備，承擔著傳熱邊界和壓力邊界的重要功能。但由于蒸汽發生器內部發生著劇烈的兩相流動沸騰傳熱現象，伴隨著腐蝕沉積、放射性遷移等復雜化學過程，蒸汽發生器事故在壓水堆核電廠事故中占重要部分。這給壓水堆核電廠系統的安全性和經濟性帶來很大威脅。對蒸汽發生器運行狀態的實時監測和控制，對蒸汽發生器及整個核動力系統的安全穩定運行至關重要。

在目前的壓水堆核電廠內，對蒸汽發生器運行狀態的實時監控采用基于數字化儀器儀表和分散式計算機系統搭建的數字化控制系統實現。數字化控制系統采用數字化儀控并提供人機接口，要求操縱人員正確有效地判斷各種運行工況和瞬態工況，迅速做出正確對策。但受到數字化控制系統的延時性及操縱人員的判斷局限性，難以實時跟蹤瞬態工況、預測潛在故障、直觀顯示故障位置。隨著大數據、人工智能等技術快速發展，數字孿生和數據驅動技術逐漸興起，并應用到了生產車間、飛行器制造等領域。數字孿生是一項充分利用物理模型、傳感信息、歷史趨勢等數據在虛擬空間中映射實體產品鏡像(數字孿生模型)的仿真技術，能對物理實體的全生命周期進行實時刻畫和反映。數據驅動通過獲取大量且多種的數據指導和輔助物理實體的運行、控制及設計等過程。

發明內容

本發明的目的在于提供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，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。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

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，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(Visualization Toolkit)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：