鍋爐四管防磨防爆三維監測系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供的鍋爐四管防磨防爆三維監測系統，包括三維建模系統和數據交換系統，三維建模系統將需要監測的四管設備進行模型設計與建立，并通過顯示器直接顯示三維圖形，數據交換系統將四管設備的監測數據、內部數據庫、四管防磨防爆數據平臺和三維客戶端與管理控制臺整體進行通信連接，使數據共享，并將數據分析結果反映在三維模型上，可以直觀的進行缺陷觀察和預警顯示。
【專利說明】鍋爐四管防磨防爆三維監測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃煤電站鍋爐防護領域，具體涉及鍋爐四管防磨防爆三維監測系統。【背景技術】
[0002]我國燃煤電站鍋爐過熱器、省煤器、水冷壁、再熱器管(簡稱鍋爐四管)防磨防爆工作，涉及鍋爐、金屬、化學、熱工、焊接等專業，是一種非常龐雜、專業性非常強的系統性工作。如何規范鍋爐防磨防爆工作，對每個發電企業都是一個挑戰。而導致鍋爐爆管事故的主要原因是過熱、磨損、應力撕裂、焊接問題、材質、以及腐蝕等，且這種規律具有一定的普遍性。我國燃煤電站因四管爆漏引起的停機事故占非計劃停機的45%以上，而且隨機組參數的提高和新建機組投運的增加，這類事故風險還有上升的趨勢。所以鍋爐爆管事故直接影響著發電企業的安全穩定運行和經濟效益，降低鍋爐爆管次數就是降低發電企業非計劃性停機、提聞企業效益的有效措施。
[0003]面對現有的各種檢測管理方法，經過實踐后都未能達到綜合要求。不能切實有效的改善和降低鍋爐四管的爆管機率，而其過程卻繁瑣、復雜并耗費大量的人力物力，數據記錄分散各處不便進行綜合分析，大量的可用有效數據都由個人進行統計保存，一旦產生人員流動，原始數據就難以找到，等同流失。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種根據燃煤電站鍋爐四管防磨防爆工作特點，以分析診斷、摸清規律、風險評估、隱患發掘、跟蹤治理為主線，運用三維數字化技術結合數據庫技術、軟件開發技術、網絡技術、三維圖形技術，為電廠建立一個集綜合業務、數據信息并高度可視化的立體式、多維度、全方位的三維數字化鍋爐“四管”防磨防爆管理監測系統。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供一種鍋爐四管防磨防爆三維監測系統，包括三維建模系統和數據交換系統，所述三維建模系統包括三維引擎子系統、模型編輯子系統、場景渲染子系統、人機交互子系統和數據交互子系統；所述模型編輯子系統包括場景編輯器、腳本編輯器和場景發布編輯器；所述場景渲染子系統包括模型渲染和腳本執行；人機交互子系統包括輸入、輸出系統和GUI系統，其中輸入系統連接鼠標和鍵盤，輸出系統連接顯示器；所述數據交互子系統包括監測設備，所述監測設備連接所述四管；所述數據交換系統包括四管防磨防爆數據平臺、數據鏡像服務器、三維客戶端和管理控制臺；所述四管防磨防爆數據平臺包括數據交換平臺、數據分析平臺和數據發布平臺；所述數據鏡像服務器與內部數據庫建立通信連接；所述三維客戶端包括系統應用開發模塊和定位設置模塊，所述三維客戶端與所述三維引擎子系統建立通信連接。
[0006]數據交互子系統連接采集設備對四管的當前運行狀態進行數據采集儲存到內部數據庫，并將管理控制平臺的指令發送至采集設備，并不斷進行數據的交互循環。
[0007]作為本發明的一種優選方案，所述三維建模系統還包括物理子系統，所述物理子系統包括剛體模塊和碰撞檢測模塊。剛體模塊用于將建好的三維模型進行理想化的優化處理，使其在受力和運動過程中變形很小，基本上保持原來的大小和形狀不變。碰撞檢測模塊用于模擬所監測的四管設備的碰撞模擬實驗。
[0008]作為本發明的一種優選方案，所述場景渲染子系統還包括攝像機模塊、燈光模塊、音頻視頻特效模塊和材質管理模塊。場景渲染子系統的模型渲染模塊用于對初步建好的三維模型進行渲染優化；腳本編輯器將開發語言進行編輯，通過腳本執行器實現程序的運行；攝像機模塊用于以攝像機的視角從不同的觀察角度對三維模型進行優化；燈光模塊用于對建好的三維模型進行燈光界面的優化；材質管理模塊用于對三維模型的材質進行優選；音頻視頻特效模塊用于將三維場景和模擬實驗打造的更加逼真。
[0009]作為本發明的一種優選方案，所述數據交換平臺包括第一數據交換平臺和第二數據交換平臺，第一數據交換平臺從所述數據鏡像服務器中提取數據信息，第二數據交換平臺與所述數據分析平臺和數據發布平臺進行通信連接。所述四管防磨防爆數據平臺還包括數據緩存區，與所述第一數據交換平臺進行通信連接，數據信息從第一數據交換平臺傳遞給數據緩存區。所述四管防磨防爆數據平臺還包括數據發布權限庫，與所述第二數據交換平臺進行通信連接。
[0010]數據鏡像服務器與內部數據庫建立連接，將內部數據庫中的信息進行鏡像復制(如此可以保護內部數據庫中的數據的安全性，其不參與后面的數據交換和處理)，經第一數據交換平臺轉入數據緩存區進行緩存，內部數據庫中的信息包括歷史數據和實時數據。數據緩存區的數據經數據分析平臺進行分析計算，分別包括實時數據顯示操作、歷史數據顯示操作、圖表制作、達到報警預設值的報警計算、短接收人預設的短信發送操作等分析過程，根據需要進行選擇。其中報警計算是自動進行的，若達到報警預設值，則向預設手機發送短信進行報警提醒。數據發布權限庫用于對以上操作進行規則設定，同時設定數據發布的規則，包括發布那些數據，向哪一子系統或模塊進行數據發布。數據分析結果經第二數據交換平臺傳遞到數據發送平臺，數據發布平臺與三維客戶端、管理控制臺和其他第三方應用進行通信連接，進行數據發布和指令交互，數據發布平臺可以將指令傳遞給第二數據交換平臺，繼而傳送到數據分析平臺進行分析計算。
[0011]腳本編輯器負責處理三維建模系統與內部數據庫(SQL Server，Oracle，DB2等)以及工業數據傳輸協議(m)P，TCP, OPC, SCADA, COM等)的數據交換，通過腳本編輯器的數據交互層進行數據的輸入、翻譯解釋、數據處理、數據結果輸出等操作，所有的數據交換都是通過腳本編輯器實現的。
[0012]本發明的有益效果為:本發明提供的鍋爐四管防磨防爆三維監測系統，包括三維建模系統和數據交換系統，三維建模系統將需要監測的四管設備進行模型設計與建立，并通過顯示器直接顯示三維圖形，數據交換系統將四管設備的監測數據、內部數據庫、四管防磨防爆數據平臺和三維客戶端與管理控制臺整體進行通信連接，使數據共享，并將數據分析結果反映在三維模型上，可以直觀的進行缺陷觀察和預警顯示。通過此監測系統實現對電站鍋爐四管防磨防爆工作的高效、可視、閉環管理，為泄漏及隱患部位狀態跟蹤，隱患預警等級劃分、風險預警監測提供了手段，從而實現泄漏隱患部位有效、及時的預防治理，為設備檢修維護提供決策依據，降低四管爆漏機率，同時可以對數據進行統計和記錄。
【專利附圖】
【附圖說明】[0013]圖1為本發明實施例的三維建模系統架構圖；
圖2為本發明實施例的三維建模過程示意圖；
圖3為本發明實施例的數據交換系統架構圖。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0015]本發明包括三維建模系統和數據交換系統，三維建模系統用于將所監測的四管進行三維立體建模，將現場的四管設備于辦公室內顯示器上進行直觀的三維顯示，方便進行觀察和查詢；數據交換系統用于四管防磨防爆數據平臺與內部數據庫、三維客戶端、管理控制臺和其他第三方應用的數據交換。
[0016]內部數據庫中包含四管設備基本信息，包括鍋爐四管管子的材質信息、原始壁厚值信息、外徑值信息、管子焊接方法信息、焊絲規格信息、外徑信息和壁厚理論上限值信息、預警值信息和壽命估算信息，讓使用者無需查閱其他資料，就能詳細了解管子的各種信息，及時查出需要更換的管子規范和材質，避免錯用材質。
[0017]參見圖1，本鍋爐四管防磨防爆三維建模系統包括三維引擎子系統、模型編輯子系統、場景渲染子系統、人機交互子系統和數據交互子系統；所述模型編輯子系統包括場景編輯器、腳本編輯器和場景發布編輯器；所述場景渲染子系統包括模型渲染和腳本執行；人機交互子系統包括輸入、輸出系統和GUI系統,其中輸入系統連接鼠標和鍵盤,輸出系統連接顯示器；所述數據交互子系統包括監測設備，所述監測設備連接所述四管，對四管的運行狀態進行監測，包括溫度、時間等。
[0018]參見圖2，對四管的三維建模過程如下:首先將模型元數據輸入三維建模工具，所述模型元數據包括CAD文檔、PDF文檔、圖紙等，三維建模工具對元數據進行建模、模型材質粗選、模型初步優化設計，根據配置文件判斷顯示模式，根據顯卡硬件自動調節相關模型顯示參數，根據信息建立與顯卡的硬件連接，做好三維可視信息的輸出準備；將建好的三維模型從三維建模工具中輸出，然后導入到三維場景設置，包括燈光設置、攝像機設置、材質設置、音頻視頻特效處理和腳本編寫，將三維模型進行優化處理并合成場景；經三維場景設置后的三維模型進行壓縮導出，以優化的ZIP壓縮格式進行網絡傳輸，然后導入三維客戶端并解壓，經三維引擎子系統與系統應用模塊和定位設置模塊簡歷通信連接。三維引擎子系統的腳本模塊進行數據的翻譯、處理和交互，操作人員通過系統應用模塊進行功能開發，并經三維引擎子系統將設計好的規則、指令傳遞到三維建模系統；定位設置模塊用于在系統維護過程中對某一模型進行針對性查找。
[0019]根據模型編輯器設計好的模型信息、燈光信息、材質信息、攝像機信息以及腳本信息提交到模型引擎，由引擎啟動主線程開始渲染模型，三維引擎子系統在運行時，會通過人機交互子系統對如鼠標、鍵盤、頭盔、交互手套等各種輸入設備的數據進行持續監測，并將這些數據轉換成腳本編輯器認識的事件，由腳本編輯器處理該事件將其轉換成動作。引擎中的腳本模塊負責處理系統與第三方系統的數據交互，如標準的數據庫系統(SQLServer, Oracle, DB2等)、以及工業數據傳輸協議(UDP，TCP, OPC, SCADA, COM等)，通過腳本子系統的數據交互層進行數據的輸入、翻譯解釋、數據處理、數據結果輸出等操作。引擎默認是無限循環執行，直到用戶提交停止或結束信號時，才停止引擎的渲染工作；并釋放與顯卡、內存等硬件設備連接。
[0020]參見圖3，所述數據交換系統包括四管防磨防爆數據平臺、數據鏡像服務器、三維客戶端和管理控制臺；所述四管防磨防爆數據平臺包括數據交換平臺、數據分析平臺和數據發布平臺；所述數據鏡像服務器與內部數據庫建立通信連接；所述三維客戶端包括系統應用開發模塊和定位設置模塊，所述三維客戶端與所述三維引擎子系統建立通信連接。所述數據交換平臺包括第一數據交換平臺和第二數據交換平臺，第一數據交換平臺從所述數據鏡像服務器中提取數據信息，第二數據交換平臺與所述數據分析平臺和數據發布平臺進行通信連接。所述四管防磨防爆數據平臺還包括數據緩存區，與所述第一數據交換平臺進行通信連接，數據信息從第一數據交換平臺傳遞給數據緩存區。所述四管防磨防爆數據平臺還包括數據發布權限庫，與所述第二數據交換平臺進行通信連接。
[0021]本發明數據交換系統的工作過程如下:數據鏡像服務器與內部數據庫建立連接，將內部數據庫中的信息進行鏡像復制(如此可以保護內部數據庫中的數據的安全性，其不參與后面的數據交換和處理)，經第一數據交換平臺轉入數據緩存區進行緩存，內部數據庫中的信息包括歷史數據和實時數據。數據緩存區的數據經數據分析平臺進行分析計算，分別包括實時數據顯示操作、歷史數據顯示操作、圖表制作、達到報警預設值的報警計算、短接收人預設的短信發送操作等分析過程，根據需要進行選擇。其中報警計算是自動進行的，若達到報警預設值，則向預設手機發送短信進行報警提醒。數據發布權限庫用于對以上操作進行規則設定，同時設定數據發布的規則，包括發布那些數據，向哪一子系統或模塊進行數據發布。數據分析結果經第二數據交換平臺傳遞到數據發送平臺，數據發布平臺與三維客戶端、管理控制臺和其他第三方應用進行通信連接，進行數據發布和指令交互，數據發布平臺可以將指令傳遞給第二數據交換平臺，繼而傳送到數據分析平臺進行分析計算。
[0022]本發明鍋爐四管防磨防爆三維監測系統的監測過程包括實時監測和手工監測，工作過程分別如下:
實時監測:鍋爐四管上的監測設備監測到某一測點的一個溫度數據保存到內部數據庫，數據平臺通過數據鏡像服務器獲得這個數據，根據軟件約定的規則判斷這個數據是否正常，如果不正常則報警；報警方式有兩種，一種是在三維環境中定位該測點相應的模型并閃爍，另一種是發送信息到系統指定的手機號；
手工監測:每次現場防磨防爆檢查或發生四管泄漏后，操作人員手工通過三維客戶端的定位設置模塊在三維環境中標注相應的數據，形成三維隱患地圖；管理者、專業工程師等通過客戶端，可以在三維環境中定位了解四管隱患泄漏結構，查詢歷史數據，并分析、診斷隱患泄漏原因，摸清隱患泄漏規律。
[0023]以上是本發明的較佳實施方式，但本發明的保護范圍不限于此。任何熟悉本領域的技術人員在本發明所揭露的技術范圍內，未經創造性勞動想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此本發明的保護范圍應以權利要求所限定的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種四管防磨防爆三維監測系統，包括三維建模系統和數據交換系統，其特征在于: 所述三維建模系統包括三維引擎子系統、模型編輯子系統、場景渲染子系統、人機交互子系統和數據交互子系統； 所述模型編輯子系統包括場景編輯器、腳本編輯器和場景發布編輯器；所述場景渲染子系統包括模型渲染模塊和腳本執行模塊；人機交互子系統包括輸入、輸出模塊和⑶I模塊，其中輸入模塊連接鼠標和鍵盤，輸出模塊連接顯示器；所述數據交互子系統包括監測設備，所述監測設備與內部數據庫建立通信連接； 所述數據交換系統包括四管防磨防爆數據平臺、數據鏡像服務器、三維客戶端和管理控制臺； 所述四管防磨防爆數據平臺包括數據交換平臺、數據分析平臺和數據發布平臺；所述數據鏡像服務器與內部數據庫建立通信連接； 所述三維客戶端包括系統應用開發模塊和定位設置模塊，所述三維客戶端與所述三維引擎子系統建立通信連接。
2.如權利要求1所述的四管防磨防爆三維監測系統，其特征在于:所述三維建模系統還包括物理子系統，所述物理子系統包括剛體模塊和碰撞檢測模塊。
3.如權利要求1或2所述的四管防磨防爆三維監測系統，其特征在于:所述場景渲染子系統還包括攝像機模塊、燈光模塊、音頻視頻特效模塊和材質管理模塊。
4.如權利要求1所述的四管防磨防爆三維監測系統，其特征在于:所述數據交換平臺包括第一數據交換平臺和第二數據交換平臺，第一數據交換平臺從所述數據鏡像服務器中提取數據信息，第二數據交換平臺與所述數據分析平臺和數據發布平臺進行通信連接。
5.如權利要求4所述的四管防磨防爆三維監測系統，其特征在于:所述四管防磨防爆數據平臺還包括數據緩存區，與所述第一數據交換平臺進行通信連接，數據信息從第一數據交換平臺傳遞給數據緩存區。
6.如權利要求4或5所述的四管防磨防爆三維監測系統，其特征在于:所述四管防磨防爆數據平臺還包括數據發布權限庫，與所述第二數據交換平臺進行通信連接。
7.如權利要求6所述的四管防磨防爆三維監測系統，其特征在于:所述數據分析平臺包括歷史數據模塊、實時數據模塊、圖表服務模塊、報警計算模塊和短信發送模塊。
【文檔編號】G06F17/50GK103925473SQ201410169955
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】高鵬里, 邢一陽, 李斌, 時標 申請人:華能南京金陵發電有限公司