火電廠三維虛擬可視化展示方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種火電廠三維虛擬可視化展示方法，包括步驟：建立火電廠的三維模型；對(duì)火電廠中的水、火和油的狀態(tài)進(jìn)行建模，得到火電廠運(yùn)行過程中三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型；將三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型分別與火電廠的三維模型結(jié)合，得到火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型；根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型進(jìn)行調(diào)整，得到火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型；展示模型。本發(fā)明的有益效果為：形象直觀地展示了火電廠運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)和設(shè)備的細(xì)節(jié)，極大地提高火電廠的運(yùn)行管理效率，具有操作簡(jiǎn)便直觀，適用范圍廣，潛在經(jīng)濟(jì)效益大的優(yōu)點(diǎn)，可用于火電廠的員工培訓(xùn)、遠(yuǎn)程巡檢和運(yùn)營(yíng)管理等系統(tǒng)。
【專利說明】火電廠三維虛擬可視化展示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能化火電廠運(yùn)行管理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種火電廠三維虛擬可視化展示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力體制改革的不斷深化以及電力市場(chǎng)的逐漸形成，發(fā)電企業(yè)的智能化程度要求也隨之提高。新的要求和新的挑戰(zhàn)促使著電力企業(yè)推進(jìn)信息化建設(shè)的廣度和深度，進(jìn)而提高運(yùn)行的安全可靠性，減少運(yùn)行維護(hù)成本，降低工程造價(jià)，適應(yīng)現(xiàn)代化企業(yè)管理的要求。
[0003]我國(guó)火電廠目前的信息集成和可視化尚處于發(fā)展階段，火電廠的所有信息并沒有整理集中到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，因無(wú)法瀏覽到充分的信息而難以執(zhí)行使得運(yùn)行管理的精細(xì)度受到限制。電廠值班人員和檢修人員在工作時(shí)需要即時(shí)查閱完整集成的火電廠信息，才能更高效地完成設(shè)備操作和故障排除。電廠的維護(hù)檢修模式從定期檢修向狀態(tài)檢修發(fā)展時(shí)，需要以主設(shè)備及相關(guān)配套裝置的歷史集成信息為依據(jù)，制定合理高效的檢修策略和檢修計(jì)劃。現(xiàn)有的火電廠管理系統(tǒng)中，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、三維空間的位置和結(jié)構(gòu)、制造信息、檢驗(yàn)信息、檢修信息等還處于分散的狀態(tài)，運(yùn)行管理人員在運(yùn)行決策時(shí)，因綜合信息獲取不暢的障礙而降低效率和質(zhì)量。因此，為了提高火電廠運(yùn)行管理效率，建立火電廠全面數(shù)字化和智能化勢(shì)在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種提高火電廠運(yùn)行管理效率的火電廠三維虛擬可視化展示方法。
[0005]一種火電廠三維虛擬可視化展示方法，包括步驟:
[0006]根據(jù)所需展示的場(chǎng)景內(nèi)容的三維掃描數(shù)據(jù)和火電廠的設(shè)計(jì)圖紙，建立火電廠的三維模型；其中，所述場(chǎng)景內(nèi)容包括火電廠的位置、地理環(huán)境、站場(chǎng)布置、建筑物和設(shè)備，所述火電廠的設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、電氣一次設(shè)備和電氣二次設(shè)備；
[0007]根據(jù)熱力學(xué)知識(shí)對(duì)火電廠中的水、火和油的狀態(tài)進(jìn)行建模，得到火電廠運(yùn)行過程中三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型；
[0008]根據(jù)火電廠中的水、火和油的使用需求，將三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型分別與火電廠的三維模型結(jié)合，得到火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型；
[0009]獲取火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型進(jìn)行調(diào)整，得到火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型；
[0010]展示火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型或火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:通過建立火電廠的三維模型，然后對(duì)火電廠運(yùn)行過程中的水、火和油的狀態(tài)進(jìn)行建模，得到相應(yīng)的水、火和油的三維模型。接著將水、火和油的三維模型與火電廠的三維模型結(jié)合，得到火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。接著根據(jù)火電廠的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型進(jìn)行調(diào)整，得到火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。最后展示火電廠初始狀態(tài)的三維模型或火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型，形象直觀地展示了火電廠運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)和設(shè)備的細(xì)節(jié)，極大地提高火電廠的運(yùn)行管理效率，具有操作簡(jiǎn)便直觀，適用范圍廣，潛在經(jīng)濟(jì)效益大的優(yōu)點(diǎn)，可用于火電廠的員工培訓(xùn)、遠(yuǎn)程巡檢和運(yùn)營(yíng)管理等系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的火電廠三維虛擬可視化展示方法的流程示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的火電廠三維虛擬可視化展示方法的火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維建模過程示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的火電廠三維虛擬可視化展示方法的水、火和油的狀態(tài)的三維建模過程示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的火電廠三維虛擬可視化展示方法的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型結(jié)合的流程示意圖；
[0016]圖5為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的火電廠三維虛擬可視化展示方法的應(yīng)用實(shí)例中三維展示平臺(tái)與DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的火電廠三維虛擬可視化展示方法的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0018]參見圖1，一種火電廠三維虛擬可視化展示方法，包括步驟:
[0019]SlOO:根據(jù)所需展示的場(chǎng)景內(nèi)容的三維掃描數(shù)據(jù)和火電廠的設(shè)計(jì)圖紙，建立火電廠的三維模型；其中，所述場(chǎng)景內(nèi)容包括火電廠的位置、地理環(huán)境、站場(chǎng)布置、建筑物和設(shè)備，所述火電廠的設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、電氣一次設(shè)備和電氣二次設(shè)備。
[0020]實(shí)現(xiàn)火電廠三維虛擬可視化展示，需要建立火電廠的三維模型。根據(jù)三維展示中所需要展示的場(chǎng)景內(nèi)容，對(duì)火電廠進(jìn)行全面的三維掃描，包括火電廠的位置，地理環(huán)境、站場(chǎng)布置、建筑物和火電廠內(nèi)外的設(shè)備，特別是一些核心的設(shè)備，如鍋爐、汽輪機(jī)、電氣一次設(shè)備和電氣二次設(shè)備等。獲取這些三維掃描后得到的三維掃描數(shù)據(jù)，由于在三維掃描的時(shí)候，存在一些無(wú)法通過掃描儀掃描的建筑或者設(shè)備，此時(shí)，需要結(jié)合火電廠的設(shè)計(jì)圖紙(包括火電廠的結(jié)構(gòu)圖紙和設(shè)備的設(shè)計(jì)圖紙)來(lái)進(jìn)行三維建模，得到一個(gè)展示火電廠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維模型。此時(shí)的火電廠的三維模型，僅僅包含了火電廠的基本架構(gòu)，對(duì)于火電廠內(nèi)的一些工作介質(zhì)(例如火電廠中的水、火、油)，并未進(jìn)行建模。
[0021]參見圖2，在本實(shí)施例中，步驟SlOO可以具體為步驟S110-S130:
[0022]SllO:對(duì)所需展示的場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行三維掃描，獲得三維建模所需的網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)位置和灰度信息。利用三維掃描儀對(duì)火電廠進(jìn)行三維掃描，具體的方式有很多，考慮到火電廠的建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備的復(fù)雜程度，是不可能通過一次三維掃描完成信息的采集的，此處可以采用分塊多站掃描的方式來(lái)解決。通過三維掃描后，得到相應(yīng)的坐標(biāo)位置和灰度信息。
[0023]S120:根據(jù)三維掃描得到的坐標(biāo)位置、灰度信息以及相應(yīng)測(cè)站的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和坐標(biāo)系調(diào)整，得到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。采集到的坐標(biāo)位置和灰度信息，存在多個(gè)不同的坐標(biāo)系中，根據(jù)其采集的相應(yīng)的測(cè)站進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和坐標(biāo)系調(diào)整，將這些數(shù)據(jù)都統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系中，得到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0024]S130:根據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和火電廠的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)所需展示的場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行三維建模，得到火電廠的三維模型。根據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，此處因?yàn)榭紤]到某些場(chǎng)景內(nèi)容，如一些大型的設(shè)備或者存在設(shè)備間的遮擋問題而無(wú)法進(jìn)行三維掃描的地方，需要結(jié)合火電廠的設(shè)計(jì)圖紙來(lái)進(jìn)行建模，最終得到完整的火電廠的三維模型。
[0025]其中，對(duì)于步驟S130，可以分為以下三種情況，根據(jù)不同的情況，做出相應(yīng)的建模方法:
[0026]情況一:根據(jù)火電廠的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)參數(shù)不隨時(shí)間變化及無(wú)法進(jìn)行三維掃描的火電廠的設(shè)備進(jìn)行建模。
[0027]情況二:根據(jù)三維掃描的數(shù)據(jù)，對(duì)參數(shù)隨時(shí)間變化及火電廠的設(shè)計(jì)圖紙中未標(biāo)明的火電廠的設(shè)備進(jìn)行建模。
[0028]情況三:根據(jù)三維掃描的數(shù)據(jù)對(duì)火電廠所在位置及環(huán)境信息，站場(chǎng)布置和建筑物進(jìn)行建模。
[0029]S200:根據(jù)熱力學(xué)知識(shí)對(duì)火電廠中的水、火和油的狀態(tài)進(jìn)行建模，得到火電廠運(yùn)行過程中三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型。
[0030]接著，根據(jù)熱力學(xué)相關(guān)知識(shí)對(duì)火電廠中的水、火和油進(jìn)行三維建模，得到火電廠運(yùn)行過程中，反映水的狀態(tài)的三維水汽模型、反映火的狀態(tài)的三維火焰模型和反映油的狀態(tài)的三維油模型。
[0031]參見圖3，在本實(shí)施例中，步驟S200可以具體為步驟S210-S230:
[0032]S210:根據(jù)水和水蒸氣熱物性計(jì)算模型(例如IAPWS-1F97)，將水和水蒸氣劃分為過冷水區(qū)、過熱蒸汽區(qū)、臨界區(qū)、飽和區(qū)和低壓高溫區(qū)，并分別對(duì)過冷水區(qū)、過熱蒸汽區(qū)、臨界區(qū)、飽和區(qū)和低壓高溫區(qū)進(jìn)行建模得到三維水汽模型。
[0033]S220:根據(jù)火電廠的鍋爐的輻射能量傳感器接收到的輻射信號(hào)、燃燒器噴嘴火焰、給煤量和電廠負(fù)荷，建立三維火焰模型。
[0034]S230:根據(jù)火電廠的汽輪機(jī)的供油系統(tǒng)的油量信息建立三維油模型。
[0035]其中，對(duì)于步驟S220，可以分為以下兩種情況，根據(jù)不同的情況，做出相應(yīng)的建模方法:
[0036]情況一:對(duì)于火電廠的鍋爐內(nèi)有條件安裝或已經(jīng)安裝輻射能量傳感器的，根據(jù)火電廠的鍋爐的輻射能量傳感器接收到的輻射信號(hào)和燃燒器噴嘴火焰，建立三維火焰模型；
[0037]情況二:對(duì)于火電廠的鍋爐內(nèi)沒有條件安裝輻射能量傳感器的，根據(jù)燃燒器噴嘴火焰、給煤量和電廠負(fù)荷，建立三維火焰模型。
[0038]S300:根據(jù)火電廠中的水、火和油的使用需求，將三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型分別與火電廠的三維模型結(jié)合，得到火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。
[0039]然后，根據(jù)火電廠中的水、火和油的使用需求，將三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型分別與火電廠的三維模型結(jié)合。例如將三維火焰模型結(jié)合到火電廠的三維模型的鍋爐模型中，將三維油模型結(jié)合到火電廠的三維模型的汽輪機(jī)的管道模型中。此時(shí)，得到一個(gè)新的模型，確定為火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。這個(gè)火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型僅僅是體現(xiàn)了火電廠在常溫常壓下的運(yùn)行狀態(tài)，雖然可以用于離線展示火電廠的運(yùn)行概況，但是沒有反映火電廠實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，所以是不完整的，需要進(jìn)一步的調(diào)整。
[0040]本實(shí)施例中，步驟S300可以具體為步驟:
[0041]根據(jù)火電廠中的水、火和油的使用需求，確定三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型與火電廠的設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0042]根據(jù)三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型與火電廠的設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型與火電廠的三維模型中的設(shè)備模型進(jìn)行結(jié)合，得到火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。
[0043]S400:獲取火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型進(jìn)行調(diào)整，得到火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。
[0044]為了能夠讓三維模型能體現(xiàn)出火電廠當(dāng)前的運(yùn)行狀況，需要從火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)中，獲取到火電廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如當(dāng)前的各個(gè)設(shè)備的壓力值、溫度值、汽輪機(jī)的輸油管道中的油量數(shù)值等等。然后，根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型進(jìn)行調(diào)整，得到火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。以體現(xiàn)出當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)火電廠的三維模型的影響，讓使用者能夠直接觀測(cè)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)三維模型造成的改變。
[0045]參見圖4，在本實(shí)施例中，步驟S400可以具體為步驟S410-S450:
[0046]S410:獲取火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0047]S420:根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中的壓力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，調(diào)整火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型中的三維水汽模型的氣與水的數(shù)量比。
[0048]S430:根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中的燃燒器噴嘴的開關(guān)數(shù)據(jù)和鍋爐的溫度分布數(shù)據(jù)，調(diào)整火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型中的三維火焰模型的火焰方向。
[0049]S440:根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中的油量數(shù)據(jù)，調(diào)整火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型中的三維油模型中的油量大小。
[0050]S450:將調(diào)整后的火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型確定為火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的
三維模型。
[0051]S500:展示火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型或火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。
[0052]根據(jù)使用者的需要展示，當(dāng)需要展示離線狀態(tài)下的火電廠的三維模型時(shí)，展示電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型；當(dāng)需要展示實(shí)時(shí)狀態(tài)下的火電廠的三維模型時(shí)，展示電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。
[0053]本發(fā)明的有益效果為:通過建立火電廠的三維模型，然后對(duì)火電廠運(yùn)行過程中的水、火和油的狀態(tài)進(jìn)行建模，得到相應(yīng)的水、火和油的三維模型。接著將水、火和油的三維模型與火電廠的三維模型結(jié)合，得到火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。接著根據(jù)火電廠的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型進(jìn)行調(diào)整，得到火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。最后展示火電廠初始狀態(tài)的三維模型或火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型，形象直觀地展示了火電廠運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)和設(shè)備的細(xì)節(jié)，極大地提高火電廠的運(yùn)行管理效率，具有操作簡(jiǎn)便直觀，適用范圍廣，潛在經(jīng)濟(jì)效益大的優(yōu)點(diǎn)，可用于火電廠的員工培訓(xùn)、遠(yuǎn)程巡檢和運(yùn)營(yíng)管理等系統(tǒng)。
[0054]為了更好地闡述本發(fā)明的火電廠三維虛擬可視化展示方法，提供以下應(yīng)用實(shí)例:
[0055]本實(shí)施例的火電廠三維虛擬可視化展示方法，結(jié)合三維激光掃描、設(shè)計(jì)圖紙、基本元件模型庫(kù)三種方法，對(duì)火電廠進(jìn)行三維建模。并將模型與火電廠三維實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接。可依據(jù)操作人員的需求對(duì)火電廠進(jìn)行實(shí)時(shí)/離線三維展示，還可以按照樹形結(jié)構(gòu)對(duì)電廠進(jìn)行分層、分塊、分系統(tǒng)快速瀏覽并精細(xì)到電廠的每一個(gè)零部件。
[0056]具體包括以下步驟:
[0057]St印1、對(duì)火電廠進(jìn)行三維建模；
[0058]建模的過程如下:根據(jù)掃描距離與點(diǎn)密度的關(guān)系以及火電廠三維模型建立的精度要求制定現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集方案，對(duì)火電廠所在位置及周邊的情況、設(shè)備布置和主要建筑物、鍋爐及輔助設(shè)備、汽輪機(jī)及其輔助設(shè)備、電氣一次設(shè)備及其主要部件、電氣二次設(shè)備與連接方式、各種表計(jì)、繼電器、指示燈、控制開關(guān)等外形和布置位置，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的外形、布置位置和接線方式等進(jìn)行分塊多站三維激光掃描。得到三維空間中火電廠及其周邊物體表面上網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)位置和灰度信息。
[0059]三維激光掃描的獲得的原始測(cè)量數(shù)據(jù)是多個(gè)不同坐標(biāo)系下火電廠的分塊點(diǎn)云集合，為了得到火電廠整體空間數(shù)據(jù)信息，需要對(duì)多個(gè)測(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。將不同設(shè)備站點(diǎn)采集的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系下面，使之成為一個(gè)整體。
[0060]獲取火電廠的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，結(jié)合火電廠設(shè)計(jì)圖紙，利用三維建模軟件提供的自動(dòng)分段處理工具從掃描的點(diǎn)云圖中抽取出一部分，共同組成一個(gè)物體或物體的一部分點(diǎn)，以進(jìn)行自動(dòng)處理，從而形成完整的火電廠三維模型。
[0061]建模過程中，基于火電廠模型中的大量設(shè)備的可重復(fù)性，所有重復(fù)的部件在系統(tǒng)內(nèi)存中只保留一個(gè)實(shí)體，組成基本元件圖形庫(kù)，運(yùn)用三維渲染技術(shù)中的淺拷貝機(jī)制，將相同的模型原件做若干淺拷貝，將淺拷貝所得到的映射通過原有的轉(zhuǎn)換矩陣放置到應(yīng)有的位置組成模型。
[0062]Step2、依據(jù)熱力學(xué)等相關(guān)知識(shí)，對(duì)火電廠運(yùn)行過程中的水、火、油等的不同狀態(tài)進(jìn)行建模，其中包括初始狀態(tài)模型；
[0063]建模的過程如下:依據(jù)水和水蒸汽熱物性計(jì)算模型IAPWS-1F97，將水和水蒸氣劃分為過冷水區(qū)、過熱蒸汽區(qū)、臨界區(qū)、飽和線區(qū)、低壓高溫區(qū)。依據(jù)溫度、壓力等特征對(duì)這五個(gè)分區(qū)的水或水蒸汽建立不同的模型，不同模型主要根據(jù)相同體積中氣體分子密度區(qū)分，同時(shí)可結(jié)合不同的顏色進(jìn)行更加明顯的區(qū)分。使壓力溫度等數(shù)值有更加直觀生動(dòng)的形象。其中初始狀態(tài)指水與氣在常溫常壓下的狀態(tài)。
[0064]對(duì)于有條件安裝或已經(jīng)安裝輻射能量傳感器來(lái)接收三維爐膛內(nèi)的高溫輻射能量信號(hào)的，對(duì)接收到的輻射信號(hào)進(jìn)行分析處理，并結(jié)合燃燒器噴嘴火焰的有無(wú)對(duì)火焰進(jìn)行描述，建立形象的三維火焰模型。該模型沿垂直方向?qū)⒒鹧娣譃槿舾蓚€(gè)燃燒面，通過輻射能量信號(hào)計(jì)算出每一個(gè)面的燃燒中心及火焰方向，最后將這若干個(gè)面的數(shù)據(jù)合成，形成火焰的三維模型。再參照燃燒器各向噴嘴火焰的有無(wú)，對(duì)火焰實(shí)時(shí)三維模型進(jìn)行驗(yàn)證與修正。對(duì)于沒有條件安裝傳感器的，則依據(jù)燃燒器噴嘴火焰的有無(wú)、給煤量、電廠負(fù)荷等數(shù)據(jù)對(duì)火焰狀態(tài)進(jìn)行推測(cè)，并建立三維火焰模型，模型主要體現(xiàn)火焰方向，火焰大小。
[0065]對(duì)油的建模具體為對(duì)汽輪機(jī)的供油系統(tǒng)提供的油量進(jìn)行建模。
[0066]Step3、將St印2所建模型中的初始狀態(tài)模型與三維火電廠模型中的相應(yīng)部位結(jié)合；
[0067]氣與水的初始狀態(tài)模型與三維火電廠模型中相應(yīng)部位的結(jié)合主要用于離線展示火電廠的生產(chǎn)過程，以及與實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)接時(shí)工質(zhì)參數(shù)的接收。其中包括剛進(jìn)入省煤器中的水，過熱器中汽水、再熱器中的蒸汽、主蒸汽、主給水等。
[0068]Step4、將火電廠三維模型與火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)相對(duì)接，以獲取運(yùn)行中各參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；
[0069]火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)主要指DCS系統(tǒng)(Distributed Control Systems,簡(jiǎn)稱DCS,又稱為分散控制系統(tǒng)或分散型控制系統(tǒng)或集散控制系統(tǒng)XOPC技術(shù)為不同設(shè)備和應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交互提供便利，已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。新推出的DCS系統(tǒng)一般都提供OPC服務(wù)器。選擇利用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)庫(kù)與DCS數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)交互。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。DCS提供的OPC服務(wù)器程序一般駐留在人機(jī)接口站(MMI)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，并通過數(shù)據(jù)庫(kù)接口訪問DCS運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與其它MMI通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在火電廠三維虛擬可視化展示平臺(tái)中，利用OPC自動(dòng)化接口編制OPC客戶端程序，實(shí)現(xiàn)與OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互，獲取現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在三維展示數(shù)據(jù)庫(kù)中，三維展示界面通過數(shù)據(jù)庫(kù)接口對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，并實(shí)現(xiàn)火電廠運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)展示。
[0070]對(duì)于不提供OPC服務(wù)器的DCS系統(tǒng)，可選擇MODBUS協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，但受通信速率影響，實(shí)時(shí)三維展示的模型數(shù)據(jù)會(huì)有一定的滯后。
[0071]Step5、依據(jù)火電廠的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行人員的需求對(duì)火電廠進(jìn)行實(shí)時(shí)/離線三維展示。
[0072]火電廠的展示采用基于OpenGL的三維渲染庫(kù)，使用MFC客戶端圖形用戶界面，提供如下功能:基于MFC的窗口、對(duì)話框、菜單與工具欄；靈活瀏覽變電站三維模型的功能，包括分層、分塊、分系統(tǒng)瀏覽；采用設(shè)備樹管理，設(shè)備按用戶需求分類；三維模型漫游功能，包括環(huán)顧、縮放、平移、環(huán)繞、檢查、旋繞等；檢視功能，包括測(cè)量工具，如測(cè)量設(shè)備或物體間的距離等；三維虛擬火電廠中三大主機(jī)及各輔機(jī)，甚至其組成零件的拾取、查詢和定位；選擇與查詢對(duì)象，包括顯示對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，如設(shè)備賬、檢修記錄、缺陷記錄、更換記錄、事故記錄、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等；顯示火電廠特定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化，如根據(jù)用戶要求顯示相關(guān)設(shè)備的貼牌、定級(jí)等操作，顯示閥門的開合，設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)等。
[0073]采用軟件工程中的本體元方法，使用UML和RDF(S)建立標(biāo)準(zhǔn)化的、可共享的、抽象的公共信息模型，用來(lái)描述火電廠的所有主要對(duì)象，進(jìn)而形成火電廠的可視化組件標(biāo)準(zhǔn)，為火電廠的抽象數(shù)據(jù)集成提供可靠的理論指導(dǎo)，再在此基礎(chǔ)上對(duì)火電廠的三維模型進(jìn)行分層，從而方便靈活地在展示的過程中繼續(xù)分塊、分系統(tǒng)，并形成多元數(shù)據(jù)場(chǎng)展現(xiàn)框架。在此框架中，不僅可以快速瀏覽整個(gè)電廠的三維模型，具備同時(shí)展示數(shù)億個(gè)基本幾何三角面的能力，還可以按照樹形結(jié)構(gòu)對(duì)電廠進(jìn)行分層、分塊、分系統(tǒng)快速瀏覽并精細(xì)到電廠的每一個(gè)零部件。
[0074]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種火電廠三維虛擬可視化展示方法，其特征在于，包括步驟: 根據(jù)所需展示的場(chǎng)景內(nèi)容的三維掃描數(shù)據(jù)和火電廠的設(shè)計(jì)圖紙，建立火電廠的三維模型；其中，所述場(chǎng)景內(nèi)容包括火電廠的位置、地理環(huán)境、站場(chǎng)布置、建筑物和設(shè)備，所述火電廠的設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、電氣一次設(shè)備和電氣二次設(shè)備； 根據(jù)熱力學(xué)知識(shí)對(duì)火電廠中的水、火和油的狀態(tài)進(jìn)行建模，得到火電廠運(yùn)行過程中三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型； 根據(jù)火電廠中的水、火和油的使用需求，將三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型分別與火電廠的三維模型結(jié)合，得到火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型； 獲取火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型進(jìn)行調(diào)整，得到火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型； 展示火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型或火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火電廠三維虛擬可視化展示方法，其特征在于，所述根據(jù)所需展示的場(chǎng)景內(nèi)容的三維掃描數(shù)據(jù)和火電廠的設(shè)計(jì)圖紙，建立火電廠的三維模型，包括步驟: 對(duì)所需展示的場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行三維掃描，獲得三維建模所需的網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)位置和灰度信息； 根據(jù)三維掃描得到的坐標(biāo)位置、灰度信息以及相應(yīng)測(cè)站的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和坐標(biāo)系調(diào)整，得到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 根據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和火電廠的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)所需展示的場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行三維建模，得到火電廠的三維模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火電廠三維虛擬可視化展示方法，其特征在于，所述根據(jù)所述的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和火電廠的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)所需展示的場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行三維建模，得到火電廠的三維模型，包括步驟: 根據(jù)火電廠的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)參數(shù)不隨時(shí)間變化及無(wú)法進(jìn)行三維掃描的火電廠的設(shè)備進(jìn)行建模； 根據(jù)三維掃描的數(shù)據(jù)，對(duì)參數(shù)隨時(shí)間變化及火電廠的設(shè)計(jì)圖紙中未標(biāo)明的火電廠的設(shè)備進(jìn)行建豐吳; 根據(jù)三維掃描的數(shù)據(jù)對(duì)火電廠所在位置及環(huán)境信息，站場(chǎng)布置和建筑物進(jìn)行建模。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火電廠三維虛擬可視化展示方法，其特征在于，所述根據(jù)熱力學(xué)知識(shí)對(duì)火電廠中的水、火和油的狀態(tài)進(jìn)行建模，得到火電廠運(yùn)行過程中三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型，包括步驟: 根據(jù)水和水蒸氣熱物性計(jì)算模型，將水和水蒸氣劃分為過冷水區(qū)、過熱蒸汽區(qū)、臨界區(qū)、飽和區(qū)和低壓高溫區(qū)，并分別對(duì)過冷水區(qū)、過熱蒸汽區(qū)、臨界區(qū)、飽和區(qū)和低壓高溫區(qū)進(jìn)行建模得到三維水汽模型； 根據(jù)火電廠的鍋爐的輻射能量傳感器接收到的輻射信號(hào)、燃燒器噴嘴火焰、給煤量和電廠負(fù)荷，建立三維火焰模型； 根據(jù)火電廠的汽輪機(jī)的供油系統(tǒng)的油量信息建立三維油模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的火電廠三維虛擬可視化展示方法，其特征在于，所述根據(jù)火電廠的鍋爐的輻射能量傳感器接收到的輻射信號(hào)、燃燒器噴嘴火焰、給煤量和電廠負(fù)荷，建立三維火焰模型，包括步驟: 對(duì)于火電廠的鍋爐內(nèi)有條件安裝或已經(jīng)安裝輻射能量傳感器的，根據(jù)火電廠的鍋爐的輻射能量傳感器接收到的輻射信號(hào)和燃燒器噴嘴火焰，建立三維火焰模型； 對(duì)于火電廠的鍋爐內(nèi)沒有條件安裝輻射能量傳感器的，根據(jù)燃燒器噴嘴火焰、給煤量和電廠負(fù)荷，建立三維火焰模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火電廠三維虛擬可視化展示方法，其特征在于，所述根據(jù)火電廠中的水、火和油的使用需求，將三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型分別與火電廠的三維模型結(jié)合，得到火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型，包括步驟: 根據(jù)火電廠中的水、火和油的使用需求，確定三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型與火電廠的設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 根據(jù)三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型與火電廠的設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將三維水汽模型、三維火焰模型和三維油模型與火電廠的三維模型中的設(shè)備模型進(jìn)行結(jié)合，得到火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火電廠三維虛擬可視化展示方法，其特征在于，所述獲取火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型結(jié)合，得到火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型，包括步驟: 獲取火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)； 根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中的壓力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，調(diào)整火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型中的三維水汽模型的氣與水的數(shù)量比； 根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中的燃燒器噴嘴的開關(guān)數(shù)據(jù)和鍋爐的溫度分布數(shù)據(jù)，調(diào)整火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型中的三維火焰模型的火焰方向；` 根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中的油量數(shù)據(jù)，調(diào)整火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型中的三維油模型中的油量大??； 將調(diào)整后的火電廠初始運(yùn)行狀態(tài)的三維模型確定為火電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的三維模型。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK103761683SQ201410024155
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】張曦, 陳世和, 方彥軍, 萬(wàn)文軍, 吳梅, 李軍, 陳華忠, 吳樂 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 武漢大學(xué)