基于虚拟现实的磨矿过程控制实时仿真系统的设计与开发

论文摘要

磨矿作业是选矿生产过程中的重要工序,如何实现其自动控制和优化控制是工程界的热点问题。为了降低先进控制技术在现场调试的成本和风险,建立以虚拟被控对象和真实控制系统组成的磨矿过程优化控制仿真实验系统具有重要现实意义。磨矿过程流程复杂、设备繁多且互相关联、操作危险性大,为了促进相关人员熟悉生产工艺并且能够更直接和更逼真地观察各种优化控制技术的控制效果,本文依托东北大学“985工程”流程工业综合自动化科技创新平台,将虚拟现实技术与OPC通信技术相结合,进行基于虚拟现实的磨矿过程控制实时仿真系统的设计与开发。本文的主要工作如下:1)进行了基于虚拟现实的磨矿过程控制实时仿真系统的总体设计,包括功能设计、系统构架设计、硬件结构设计、软件结构设计、通信结构设计。2)根据磨矿的实际现场,建立磨矿设备和外围场景的三维模型。主要包括:球磨机、旋流器、螺旋分级机、厂房车间、地形、天空等。并采用多种优化方法,对模型进行优化,提高渲染速度,保证动画的实时性。3)根据磨矿的工艺流程与现场实际情况,搭建磨矿的虚拟视景场景。采用三维动画配以声音的形式来模拟现场的生产状态,增加漫游功能,使观察者可以到达虚拟场景中的任意位置来观察磨矿的生产状态。4)采用VC++ 6.0来编写OPC客户端。与磨矿过程优化控制仿真实验系统进行实时数据通讯,用获取的实时数据来控制磨矿设备的动画,并制作虚拟仪表来显示实时数据。5)将上述的三维模型技术,虚拟视景场景技术,OPC通信技术相结合,搭建了基于虚拟现实的磨矿过程控制实时仿真系统,通过实验验证了所开发系统的有效性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景及研究的意义
• 1.2 所研究内容的国内外发展现状
• 1.2.1 磨矿过程的优化控制
• 1.2.2 磨矿仿真系统综述
• 1.2.3 虚拟现实技术综述
• 1.2.4 虚拟现实技术在矿业中的应用
• 1.2.5 OPC技术国内外研究现状与发展趋势
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 基于虚拟现实磨矿过程控制实时仿真系统的总体设计
• 2.1 二段磨矿工艺介绍
• 2.2 基于虚拟现实的磨矿过程控制实时仿真系统的总体设计目标
• 2.3 基于虚拟现实的磨矿过程控制实时仿真系统的功能设计
• 2.4 基于虚拟现实的磨矿过程控制实时仿真系统的结构设计
• 2.4.1 硬件结构设计
• 2.4.2 软件结构设计
• 2.5 基于虚拟现实的磨矿过程控制实时仿真系统实时性设计
• 2.6 VR磨矿三维对象系统开发平台的软件选择
• 2.6.1 三维建模软件Creator的选择
• 2.6.2 视景场景开发软件VTree的选择
• 2.7 VR磨矿三维对象系统总体开发过程
• 2.8 本章小结
• 第3章 基于虚拟现实的磨矿过程三维对象系统的三维建模
• 3.1 MultiGen Creator软件概述
• 3.2 三维建模中的关键技术问题及解决手段
• 3.2.1 提高三维模型逼真度方法
• 3.2.2 渲染速度优化方法
• 3.3 磨矿生产过程中设备和厂房的三维建模
• 3.3.1 二段磨矿设备
• 3.3.2 车间厂房
• 3.3.3 外部大场景
• 3.4 本章小结
• 第4章 磨矿生产过程虚拟场景的设计与开发
• 4.1 磨矿生产过程虚拟现实场景的设计
• 4.1.1 磨矿生产过程虚拟现实场景的布局设计
• 4.1.2 磨矿生产过程虚拟现实场景的动画设计
• 4.1.3 虚拟场景的漫游设计
• 4.1.4 日志功能设计
• 4.1.5 仪表盘设计
• 4.2 视景场景开发软件 VTree简介
• 4.3 磨矿生产过程虚拟现实场景的开发中的关键技术和解决方法
• 4.3.1 动画技术
• 4.3.2 特效技术
• 4.3.3 漫游技术
• 4.3.4 规则模型平移制作技术
• 4.3.5 碰撞检测技术
• 4.4 磨矿生产过程虚拟现实场景的开发
• 4.4.1 VTree应用程序建立的方法
• 4.4.2 动画的实现
• 4.4.3 特效的实现
• 4.4.4 仪表盘显示和隐藏的实现
• 4.4.5 溢流堰水流和传送带平移的实现
• 4.4.6 地形碰撞检测的实现
• 4.4.7 漫游的实现
• 4.4.8 日志功能的实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于虚拟现实的磨矿过程三维对象系统的通信客户端的设计与开发
• 5.1 通信客户端的设计
• 5.1.1 通信客户端的设计
• 5.1.2 通信客户端的技术选择
• 5.1.3 OPC客户端编写语言选择
• 5.2 OPC技术概述
• 5.2.1 OPC技术基础—COM技术
• 5.2.2 OPC技术
• 5.3 OPC数据访问方式的比较和确定
• 5.4 OPC客户端开发过程
• 5.4.1 前期准备
• 5.4.2 获取服务器对象接口指针并与OPC Server建立连接
• 5.4.3 添加组（Group）添加项（Item）
• 5.4.4 向OPC Server读写数据
• 5.4.5 断开连接
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于虚拟现实的磨矿过程控制实时仿真系统的实验验证
• 6.1 总体布局实验验证
• 6.2 工艺流程的实验验证
• 6.3 场景特效实验验证
• 6.3.1 声音特效实验验证
• 6.3.2 灰尘特效实验验证
• 6.4 动画效果实验验证
• 6.5 手动漫游和自动漫游实验验证
• 6.6 客户端通讯实验验证
• 6.7 仪表盘实验验证
• 6.8 日志文件实验验证
• 6.9 实时性实验验证
• 6.9.1 视景场景渲染延时实验验证
• 6.9.2 VR磨矿三维对象系统与磨矿过程优化控制仿真系统通信延时实验验证
• 6.10 本章小结
• 第7章 结束语
• 7.1 本文的结论
• 7.2 下一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的科研工作