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FSM缺陷数据可视化及缺陷数据可视化及HMI研究与设计研究与设计学学 生：生：学学 号：号：S10040715专专 业：安全技术及工程业：安全技术及工程导导 师：赵永瑞师：赵永瑞 教授教授日日 期：期：2011年年11月月10日日报告内容报告内容1、课题来源及选题依据、课题来源及选题依据2、课题研究的意义及国内外研究现状、课题研究的意义及国内外研究现状3、课题研究的目标和内容、课题研究的目标和内容4、课题的研究方案、课题的研究方案5、课题的创新性和可行性、课题的创新性和可行性6、课题的预期成果和计划进度、课题的预期成果和计划进度1 1 课题来源及选题依据课题来源及选题依据1.1 1.1 课题来源课题来源 本课题来自与本课题来自与海洋石油工程海洋石油工程（青岛）有限（青岛）有限公司的合作项公司的合作项目。目。1 1 课题来源及选题依据课题来源及选题依据1.2 1.2 选题依据选题依据 管道的腐蚀监测是管道的腐蚀监测是石油天然气石油天然气工业安全生产和运行的重工业安全生产和运行的重要内容，而要内容，而在管道的腐蚀监测中，必不可少的一个环节是对在管道的腐蚀监测中，必不可少的一个环节是对监监测数据的分析和处理。随着计算机技术和图像处理技术的测数据的分析和处理。随着计算机技术和图像处理技术的发展，数据可视化技术已成为分析和处理数据的重要手段。发展，数据可视化技术已成为分析和处理数据的重要手段。本课题基于本课题基于FSM对不同形式管道缺陷的采集数据，建立对不同形式管道缺陷的采集数据，建立缺陷类型和采集数据的关系模型，深入研究数据可视化的基缺陷类型和采集数据的关系模型，深入研究数据可视化的基本原理和技术，编写图形本原理和技术，编写图形实时实时显示的相关程序，设计显示的相关程序，设计HMI终终端液晶显示界面，实现缺陷数据的端液晶显示界面，实现缺陷数据的动态动态可视化，是对可视化，是对FSM监监测技术的创新。测技术的创新。2 2 课题研究的意义及国内外现状分析课题研究的意义及国内外现状分析2.1 2.1 研究意义研究意义本本课课题题可可以以初初步步实实现现FSM的的在在线线监监测测和和监监测测数数据据的的可可视视化化，可可以以提提高高FSM的的检检测测效效率率，使使其其应应用用更更加加简简捷捷方方便便，是是对对FSM研究的补充和创新研究的补充和创新。课课题题的的研研究究对对管管道道的的安安全全检检测测和和安安全全维维护护具具有有重重要要的的工工程程实际意义和科学研究价值实际意义和科学研究价值。2.2 FSM2.2 FSM机理的研究机理的研究2 2 课题研究的意义及国内研究外现状课题研究的意义及国内研究外现状 FSM技术的原理是将探针或电技术的原理是将探针或电极在待测区布置成阵列，然后测量极在待测区布置成阵列，然后测量通过金属结构电场的微小变化，用通过金属结构电场的微小变化，用测得的电压值与初始设定的测量值测得的电压值与初始设定的测量值进行比较，分析被测对象表面微小进行比较，分析被测对象表面微小电位差形成的电场特征曲线变化，电位差形成的电场特征曲线变化，从而对结构点蚀、均匀腐蚀、局部从而对结构点蚀、均匀腐蚀、局部腐蚀、裂纹以及它们的扩展情况进腐蚀、裂纹以及它们的扩展情况进行高精度的检测。行高精度的检测。这种技术在国外已经形成垄断，这种技术在国外已经形成垄断，国内学者对其研究却很少，国内学者对其研究却很少，还未见对其监测数据处理的报道。还未见对其监测数据处理的报道。2 2 课题研究的意义及国内研究外现状课题研究的意义及国内研究外现状2.3 2.3 可视化技术的研究可视化技术的研究国外国内研究历史研究历史始于20世纪80年代始于20世纪90年代研究和应用研究和应用包括地球科学、太空探测、气象学、海洋学、生物学、医学、数学、计算流体力学和有限元分析等众多的科学和工程领域，技术已经成熟过去只限于国家级研究中心研究，近年来已扩展到科学研究、工程、军事、医学、经济等各个领域，由于硬件水平不足，技术和国外相比还有差距软件产品软件产品推出许多可视化软件系统产品 还是空白2 2 课题研究的意义及国内研究外现状课题研究的意义及国内研究外现状2.4 HMI2.4 HMI产品的应用产品的应用我国我国HMI技术已经较为成熟，目前已应用在电力行业、工程技术已经较为成熟，目前已应用在电力行业、工程机械行业、纺织行业等，也将继续应用在太阳能等新科技项目中机械行业、纺织行业等，也将继续应用在太阳能等新科技项目中，以北京迪文科技生产的以北京迪文科技生产的HMI及其应用为例：及其应用为例：在在太阳能光伏并网逆变器中的应用太阳能光伏并网逆变器中的应用在混合动力客车行业的应用在混合动力客车行业的应用3 3 课题研究的目标和内容课题研究的目标和内容3.1 3.1 研究目标研究目标基基于于FSM对对不不同同形形式式管管道道缺缺陷陷的的采采集集数数据据，及及建建立立的的相相互互关关系系模模型型，深深入入研研究究数数据据可可视视化化的的基基本本原原理理和和技技术术，编编写写数数据据可可视视化化程程序序，设设计计HMI液液晶晶显显示示界界面面，使使监监测测到到的的缺缺陷陷数数据据能能以以图图像像的的形形式式实实时时显显示示在在液液晶晶屏屏上上，实实现现FSM监测监测数据的可视化数据的可视化及人机交互操作及人机交互操作。3 3 课题研究的目标、内容课题研究的目标、内容3.2 3.2 研究内容研究内容采集不同缺陷类型的电场特征信号采集不同缺陷类型的电场特征信号，建立缺陷数据库和缺，建立缺陷数据库和缺 陷信号特征库陷信号特征库。编写缺陷数据可视化程序和接口程序，并下载到显示终端。编写缺陷数据可视化程序和接口程序，并下载到显示终端。设计液晶显示界面，编写不同界面图片的相互切换、按键设计液晶显示界面，编写不同界面图片的相互切换、按键值的返回、报警值的设置等相关程序，并下载到显示终端。值的返回、报警值的设置等相关程序，并下载到显示终端。和和FSM数据采集系统结合，调试程序，实现数据的实时可数据采集系统结合，调试程序，实现数据的实时可视化。视化。把研究结果应用在一段缺陷未知的管道上进行试验，通过把研究结果应用在一段缺陷未知的管道上进行试验，通过检测管道上方的电场特征信号，根据整个系统的图形显示检测管道上方的电场特征信号，根据整个系统的图形显示结果，结果，反演反演管道有无缺陷及缺陷类型和尺寸。管道有无缺陷及缺陷类型和尺寸。4 研究方案研究方案技术路线选择技术路线选择本本课课题题主主要要采采用用理理论论分分析析、实实验验室室模模拟拟和和计计算算机机软软件件设计相结合的研究方法。设计相结合的研究方法。通通过过理理论论分分析析数数据据可可视视化化的的原原理理和和技技术术，结结合合实实验验检检测测到到的的不不同同管管道道缺缺陷陷类类型型的的电电场场特特征征信信号号，通通过过计计算算机机软软件件编编写写缺缺陷陷数数据据可可视视化化程程序序和和液液晶晶显显示示界界面面，再再下下载载到到显显示终端，示终端，实现缺陷数据的实现缺陷数据的实时实时可视化。可视化。4 研究方案研究方案技术路线图技术路线图把可视化程序和界面程序下载到终端，并进行程序的调试和改进把可视化程序和界面程序下载到终端，并进行程序的调试和改进把整套系统应用在未知缺陷类型的管道上进行试验把整套系统应用在未知缺陷类型的管道上进行试验检测已知缺陷类型的电场特征信号检测已知缺陷类型的电场特征信号建立缺陷类型与电场特征信号的数据库建立缺陷类型与电场特征信号的数据库利用利用C语言编写数据可视化程序语言编写数据可视化程序设计触摸屏显示界面设计触摸屏显示界面信号分析设备信号分析设备及软件及软件电流流向电流流向 电流源电流源数据数据采集采集HMIHMI显示设备显示设备电流馈入点电流馈入点电流流出点电流流出点4 研究方案研究方案腐蚀监测系统图腐蚀监测系统图4 研究方案研究方案拟解决的关键问题拟解决的关键问题l建立建立FSM缺陷监测数据和缺陷特征的对应关系缺陷监测数据和缺陷特征的对应关系l信号分析与特征提取信号分析与特征提取l缺陷类型的识别和缺陷尺寸的量化缺陷类型的识别和缺陷尺寸的量化l人机交互人机交互操作操作的实现的实现5 5 课题的创新性和可行性课题的创新性和可行性自自主主编编写写管管道道缺缺陷陷的的图图形形显显示示程程序序，编编写写PC机机和和触触摸摸屏屏显显示示终终端端的的接接口口程程序序，并并把把可可视视化化程程序序下下载载到到触触摸摸屏屏终端，实现终端，实现 FSM缺陷数据在触摸屏的实时可视化。缺陷数据在触摸屏的实时可视化。自自主主设设计计液液晶晶相相关关显显示示界界面面，编编写写不不同同界界面面图图片片相相互互切切换换、按按键键值值的的返返回回、报报警警值值的的设设置置等等相相关关程程序序，可可以以实实现人机交互操作。现人机交互操作。把把整整套套系系统统应应用用在在未未知知缺缺陷陷类类型型的的管管道道上上进进行行试试验验，根根据据研研究究结结果果，反反演演未未知知的的缺缺陷陷类类型型和和缺缺陷陷尺尺寸寸，实实现现FSM检测的智能化。检测的智能化。5.1 5.1 创新点创新点5 课题的创新性和可行性课题的创新性和可行性5.2 5.2 可行性分析可行性分析理论基础理论基础实验基础实验基础软件基础软件基础国内其它无损国内其它无损检测方法的数据可检测方法的数据可视化技术已有相关视化技术已有相关研究，本实验室的研究，本实验室的尚书同学已尚书同学已对对FSM的原理进行了的原理进行了部分部分研究研究。本课题组拥有包本课题组拥有包括东方所的括东方所的INV3018采采集仪集仪、STP115手提式手提式储能点焊机、储能点焊机、WWL-LSX直流稳压稳流电直流稳压稳流电源源、HMI液晶显示界液晶显示界面以及面以及FLUKE 8808A多功能数字表在内的多功能数字表在内的多种实验装置多种实验装置。实实 验验 室室有有DASP-V10信信号号处处理理软软件件，学学校校有有MATLAB及及LABVIEW等等多多个个软软件件的使用权的使用权6 6 课题的预期成果和计划进度课题的预期成果和计划进度6.1 6.1 预期成果预期成果总总结结不不同同缺缺陷陷类类型型及及缺缺陷陷尺尺寸寸对对电电场场特特征征信信号号的的影影响响规规律律，建建立立典典型型的的管管道道缺缺陷陷与与FSM电电场场特特征征信信号号的的关关系模型系模型用用C语语言言设设计计实实现现监监测测数数据据在在智智能能串串口口液液晶晶显显示示终终端端上的图形实时可视化。上的图形实时可视化。根据研究结果，反演未知的缺陷类型和缺陷尺寸根据研究结果，反演未知的缺陷类型和缺陷尺寸。6 6 课题的预期成果和计划进度课题的预期成果和计划进度6.2 6.2 计划进度计划进度2011.092011.11 查阅国内外相关文献和课题相关信息，制定查阅国内外相关文献和课题相关信息，制定 课题总体方案。课题总体方案。2011.122012.01 制备不同类型的管道缺陷，利用制备不同类型的管道缺陷，利用FSM数据采数据采 集系统，采集相应的电场特征信号。集系统，采集相应的电场特征信号。2012.022012.05 分析所采集到的信号，建立典型的管道缺陷特分析所采集到的信号，建立典型的管道缺陷特 征与电场特征信号之间的关系模型。征与电场特征信号之间的关系模型。2012.062012.07 深入研究国内外可视化的关键技术，选择合适深入研究国内外可视化的关键技术，选择合适 的算法和技术。的算法和技术。2012.082012.10 编写程序和液晶显示界面，实现缺陷数据可编写程序和液晶显示界面，实现缺陷数据可 视化。视化。2012.112013.01 对未知缺陷类型管道进行试验，反演缺陷类对未知缺陷类型管道进行试验，反演缺陷类 型和尺寸，并进一步改进程序。型和尺寸，并进一步改进程序。2013.022013.03 整理资料，撰写论文。整理资料，撰写论文。2013.042013.05 准备论文答辩。准备论文答辩。请各位老师批评指正！请各位老师批评指正！谢谢！谢谢！此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！20