CN103925473B - 锅炉四管防磨防爆三维监测系统 - Google Patents
锅炉四管防磨防爆三维监测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供的锅炉四管防磨防爆三维监测系统，包括三维建模系统和数据交换系统，三维建模系统将需要监测的四管设备进行模型设计与建立，并通过显示器直接显示三维图形，数据交换系统将四管设备的监测数据、内部数据库、四管防磨防爆数据平台和三维客户端与管理控制台整体进行通信连接，使数据共享，并将数据分析结果反映在三维模型上，可以直观的进行缺陷观察和预警显示。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤电站锅炉防护领域，具体涉及锅炉四管防磨防爆三维监测系统。
背景技术
我国燃煤电站锅炉过热器、省煤器、水冷壁、再热器管（简称锅炉四管）防磨防爆工作，涉及锅炉、金属、化学、热工、焊接等专业，是一种非常庞杂、专业性非常强的系统性工作。如何规范锅炉防磨防爆工作，对每个发电企业都是一个挑战。而导致锅炉爆管事故的主要原因是过热、磨损、应力撕裂、焊接问题、材质、以及腐蚀等，且这种规律具有一定的普遍性。我国燃煤电站因四管爆漏引起的停机事故占非计划停机的45％以上，而且随机组参数的提高和新建机组投运的增加，这类事故风险还有上升的趋势。所以锅炉爆管事故直接影响着发电企业的安全稳定运行和经济效益，降低锅炉爆管次数就是降低发电企业非计划性停机、提高企业效益的有效措施。
面对现有的各种检测管理方法，经过实践后都未能达到综合要求。不能切实有效的改善和降低锅炉四管的爆管机率，而其过程却繁琐、复杂并耗费大量的人力物力，数据记录分散各处不便进行综合分析，大量的可用有效数据都由个人进行统计保存，一旦产生人员流动，原始数据就难以找到，等同流失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种根据燃煤电站锅炉四管防磨防爆工作特点，以分析诊断、摸清规律、风险评估、隐患发掘、跟踪治理为主线，运用三维数字化技术结合数据库技术、软件开发技术、网络技术、三维图形技术，为电厂建立一个集综合业务、数据信息并高度可视化的立体式、多维度、全方位的三维数字化锅炉“四管”防磨防爆管理监测系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种锅炉四管防磨防爆三维监测系统，包括三维建模系统和数据交换系统，所述三维建模系统包括三维引擎子系统、模型编辑子系统、场景渲染子系统、人机交互子系统和数据交互子系统；所述模型编辑子系统包括场景编辑器、脚本编辑器和场景发布编辑器；所述场景渲染子系统包括模型渲染和脚本执行；人机交互子系统包括输入、输出系统和GUI系统，其中输入系统连接鼠标和键盘，输出系统连接显示器；所述数据交互子系统包括监测设备，所述监测设备连接所述四管；所述数据交换系统包括四管防磨防爆数据平台、数据镜像服务器、三维客户端和管理控制台；所述四管防磨防爆数据平台包括数据交换平台、数据分析平台和数据发布平台；所述数据镜像服务器与内部数据库建立通信连接；所述三维客户端包括系统应用开发模块和定位设置模块，所述三维客户端与所述三维引擎子系统建立通信连接。
数据交互子系统连接采集设备对四管的当前运行状态进行数据采集储存到内部数据库，并将管理控制平台的指令发送至采集设备，并不断进行数据的交互循环。
作为本发明的一种优选方案，所述三维建模系统还包括物理子系统，所述物理子系统包括刚体模块和碰撞检测模块。刚体模块用于将建好的三维模型进行理想化的优化处理，使其在受力和运动过程中变形很小，基本上保持原来的大小和形状不变。碰撞检测模块用于模拟所监测的四管设备的碰撞模拟实验。
作为本发明的一种优选方案，所述场景渲染子系统还包括摄像机模块、灯光模块、音频视频特效模块和材质管理模块。场景渲染子系统的模型渲染模块用于对初步建好的三维模型进行渲染优化；脚本编辑器将开发语言进行编辑，通过脚本执行器实现程序的运行；摄像机模块用于以摄像机的视角从不同的观察角度对三维模型进行优化；灯光模块用于对建好的三维模型进行灯光界面的优化；材质管理模块用于对三维模型的材质进行优选；音频视频特效模块用于将三维场景和模拟实验打造的更加逼真。
作为本发明的一种优选方案，所述数据交换平台包括第一数据交换平台和第二数据交换平台，第一数据交换平台从所述数据镜像服务器中提取数据信息，第二数据交换平台与所述数据分析平台和数据发布平台进行通信连接。所述四管防磨防爆数据平台还包括数据缓存区，与所述第一数据交换平台进行通信连接，数据信息从第一数据交换平台传递给数据缓存区。所述四管防磨防爆数据平台还包括数据发布权限库，与所述第二数据交换平台进行通信连接。
数据镜像服务器与内部数据库建立连接，将内部数据库中的信息进行镜像复制（如此可以保护内部数据库中的数据的安全性，其不参与后面的数据交换和处理），经第一数据交换平台转入数据缓存区进行缓存，内部数据库中的信息包括历史数据和实时数据。数据缓存区的数据经数据分析平台进行分析计算，分别包括实时数据显示操作、历史数据显示操作、图表制作、达到报警预设值的报警计算、短接收人预设的短信发送操作等分析过程，根据需要进行选择。其中报警计算是自动进行的，若达到报警预设值，则向预设手机发送短信进行报警提醒。数据发布权限库用于对以上操作进行规则设定，同时设定数据发布的规则，包括发布那些数据，向哪一子系统或模块进行数据发布。数据分析结果经第二数据交换平台传递到数据发送平台，数据发布平台与三维客户端、管理控制台和其他第三方应用进行通信连接，进行数据发布和指令交互，数据发布平台可以将指令传递给第二数据交换平台，继而传送到数据分析平台进行分析计算。
脚本编辑器负责处理三维建模系统与内部数据库(SQL Server,Oracle,DB2等)以及工业数据传输协议（UDP,TCP,OPC,SCADA,COM等）的数据交换,通过脚本编辑器的数据交互层进行数据的输入、翻译解释、数据处理、数据结果输出等操作，所有的数据交换都是通过脚本编辑器实现的。
本发明的有益效果为：本发明提供的锅炉四管防磨防爆三维监测系统，包括三维建模系统和数据交换系统，三维建模系统将需要监测的四管设备进行模型设计与建立，并通过显示器直接显示三维图形，数据交换系统将四管设备的监测数据、内部数据库、四管防磨防爆数据平台和三维客户端与管理控制台整体进行通信连接，使数据共享，并将数据分析结果反映在三维模型上，可以直观的进行缺陷观察和预警显示。通过此监测系统实现对电站锅炉四管防磨防爆工作的高效、可视、闭环管理，为泄漏及隐患部位状态跟踪，隐患预警等级划分、风险预警监测提供了手段，从而实现泄漏隐患部位有效、及时的预防治理，为设备检修维护提供决策依据，降低四管爆漏机率，同时可以对数据进行统计和记录。
附图说明
图1为本发明实施例的三维建模系统架构图；
图2为本发明实施例的三维建模过程示意图；
图3为本发明实施例的数据交换系统架构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明包括三维建模系统和数据交换系统，三维建模系统用于将所监测的四管进行三维立体建模，将现场的四管设备于办公室内显示器上进行直观的三维显示，方便进行观察和查询；数据交换系统用于四管防磨防爆数据平台与内部数据库、三维客户端、管理控制台和其他第三方应用的数据交换。
内部数据库中包含四管设备基本信息，包括锅炉四管管子的材质信息、原始壁厚值信息、外径值信息、管子焊接方法信息、焊丝规格信息、外径信息和壁厚理论上限值信息、预警值信息和寿命估算信息，让使用者无需查阅其他资料，就能详细了解管子的各种信息，及时查出需要更换的管子规范和材质，避免错用材质。
参见图1，本锅炉四管防磨防爆三维建模系统包括三维引擎子系统、模型编辑子系统、场景渲染子系统、人机交互子系统和数据交互子系统；所述模型编辑子系统包括场景编辑器、脚本编辑器和场景发布编辑器；所述场景渲染子系统包括模型渲染和脚本执行；人机交互子系统包括输入、输出系统和GUI系统，其中输入系统连接鼠标和键盘，输出系统连接显示器；所述数据交互子系统包括监测设备，所述监测设备连接所述四管，对四管的运行状态进行监测，包括温度、时间等。
参见图2，对四管的三维建模过程如下：首先将模型元数据输入三维建模工具，所述模型元数据包括CAD文档、PDF文档、图纸等，三维建模工具对元数据进行建模、模型材质粗选、模型初步优化设计，根据配置文件判断显示模式，根据显卡硬件自动调节相关模型显示参数，根据信息建立与显卡的硬件连接，做好三维可视信息的输出准备；将建好的三维模型从三维建模工具中输出，然后导入到三维场景设置，包括灯光设置、摄像机设置、材质设置、音频视频特效处理和脚本编写，将三维模型进行优化处理并合成场景；经三维场景设置后的三维模型进行压缩导出，以优化的ZIP压缩格式进行网络传输，然后导入三维客户端并解压，经三维引擎子系统与系统应用模块和定位设置模块简历通信连接。三维引擎子系统的脚本模块进行数据的翻译、处理和交互，操作人员通过系统应用模块进行功能开发，并经三维引擎子系统将设计好的规则、指令传递到三维建模系统；定位设置模块用于在系统维护过程中对某一模型进行针对性查找。
根据模型编辑器设计好的模型信息、灯光信息、材质信息、摄像机信息以及脚本信息提交到模型引擎，由引擎启动主线程开始渲染模型，三维引擎子系统在运行时，会通过人机交互子系统对如鼠标、键盘、头盔、交互手套等各种输入设备的数据进行持续监测，并将这些数据转换成脚本编辑器认识的事件，由脚本编辑器处理该事件将其转换成动作。引擎中的脚本模块负责处理系统与第三方系统的数据交互，如标准的数据库系统(SQL Server,Oracle,DB2等)、以及工业数据传输协议（UDP,TCP,OPC,SCADA,COM等）,通过脚本子系统的数据交互层进行数据的输入、翻译解释、数据处理、数据结果输出等操作。引擎默认是无限循环执行，直到用户提交停止或结束信号时，才停止引擎的渲染工作；并释放与显卡、内存等硬件设备连接。
参见图3，所述数据交换系统包括四管防磨防爆数据平台、数据镜像服务器、三维客户端和管理控制台；所述四管防磨防爆数据平台包括数据交换平台、数据分析平台和数据发布平台；所述数据镜像服务器与内部数据库建立通信连接；所述三维客户端包括系统应用开发模块和定位设置模块，所述三维客户端与所述三维引擎子系统建立通信连接。所述数据交换平台包括第一数据交换平台和第二数据交换平台，第一数据交换平台从所述数据镜像服务器中提取数据信息，第二数据交换平台与所述数据分析平台和数据发布平台进行通信连接。所述四管防磨防爆数据平台还包括数据缓存区，与所述第一数据交换平台进行通信连接，数据信息从第一数据交换平台传递给数据缓存区。所述四管防磨防爆数据平台还包括数据发布权限库，与所述第二数据交换平台进行通信连接。
本发明数据交换系统的工作过程如下：数据镜像服务器与内部数据库建立连接，将内部数据库中的信息进行镜像复制（如此可以保护内部数据库中的数据的安全性，其不参与后面的数据交换和处理），经第一数据交换平台转入数据缓存区进行缓存，内部数据库中的信息包括历史数据和实时数据。数据缓存区的数据经数据分析平台进行分析计算，分别包括实时数据显示操作、历史数据显示操作、图表制作、达到报警预设值的报警计算、短接收人预设的短信发送操作等分析过程，根据需要进行选择。其中报警计算是自动进行的，若达到报警预设值，则向预设手机发送短信进行报警提醒。数据发布权限库用于对以上操作进行规则设定，同时设定数据发布的规则，包括发布那些数据，向哪一子系统或模块进行数据发布。数据分析结果经第二数据交换平台传递到数据发送平台，数据发布平台与三维客户端、管理控制台和其他第三方应用进行通信连接，进行数据发布和指令交互，数据发布平台可以将指令传递给第二数据交换平台，继而传送到数据分析平台进行分析计算。
本发明锅炉四管防磨防爆三维监测系统的监测过程包括实时监测和手工监测，工作过程分别如下：
实时监测：锅炉四管上的监测设备监测到某一测点的一个温度数据保存到内部数据库，数据平台通过数据镜像服务器获得这个数据，根据软件约定的规则判断这个数据是否正常，如果不正常则报警；报警方式有两种，一种是在三维环境中定位该测点相应的模型并闪烁，另一种是发送信息到系统指定的手机号；
手工监测：每次现场防磨防爆检查或发生四管泄漏后，操作人员手工通过三维客户端的定位设置模块在三维环境中标注相应的数据，形成三维隐患地图；管理者、专业工程师等通过客户端，可以在三维环境中定位了解四管隐患泄漏结构，查询历史数据，并分析、诊断隐患泄漏原因，摸清隐患泄漏规律。
以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种四管防磨防爆三维监测系统，包括三维建模系统和数据交换系统，其特征在于：所述三维建模系统包括三维引擎子系统、模型编辑子系统、场景渲染子系统、人机交互子系统和数据交互子系统； 所述模型编辑子系统包括场景编辑器、脚本编辑器和场景发布编辑器；所述场景渲染子系统包括模型渲染模块和脚本执行模块；人机交互子系统包括输入、输出模块和GUI模块，其中输入模块连接鼠标和键盘，输出模块连接显示器；所述数据交互子系统包括监测设备，所述监测设备与内部数据库建立通信连接； 所述数据交换系统包括四管防磨防爆数据平台、数据镜像服务器、三维客户端和管理控制台； 所述四管防磨防爆数据平台包括数据交换平台、数据分析平台和数据发布平台；所述数据镜像服务器与内部数据库建立通信连接； 所述三维客户端包括系统应用开发模块和定位设置模块，所述三维客户端与所述三维引擎子系统建立通信连接； 所述三维建模系统还包括物理子系统，所述物理子系统包括刚体模块和碰撞检测模块；所述场景渲染子系统还包括摄像机模块、灯光模块、音频视频特效模块和材质管理模块；所述数据交换平台包括第一数据交换平台和第二数据交换平台，第一数据交换平台从所述数据镜像服务器中提取数据信息，第二数据交换平台与所述数据分析平台和数据发布平台进行通信连接；所述四管防磨防爆数据平台还包括数据缓存区，与所述第一数据交换平台进行通信连接，数据信息从第一数据交换平台传递给数据缓存区；所述四管防磨防爆数据平台还包括数据发布权限库，与所述第二数据交换平台进行通信连接；所述数据分析平台包括历史数据模块、实时数据模块、图表服务模块、报警计算模块和短信发送模块。
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