基于数据驱动的工业设备虚拟仿真与远程操控技术分析

杜昱阳

摘 要：为了提高工业设备虚拟仿真与远程操控技术虚拟仿真精度以及远程操控效率，文章提出基于数据驱动分析工业设备虚拟仿真与远程操控技术，通过采集工业设备虚拟仿真数据，执行工业设备虚拟建模仿真，建立远程操控工业设备高级通信协议，计算工业设备远程操控频率，实现远程操控工业设备。

关键词：数据驱动;工业设备;虚拟仿真;远程操控技术

1 数据驱动概述

数据驱动主要是运用启发式原则，通过设定观测值的方式，挖掘数据内部之间的联系[1]。数据驱动的最大特点在于能够保证数据获取的及时性，通过数据内化的方式，提高数据的利用率，使看似毫无关联的数据以某一种特征联系在一起，进而将数据转化为有效数据。数据驱动以其高效率、高精度、低成本等优势，广泛地应用在各个领域中，包括：脑机控制、信息反馈、情景交互等，并且均取得了较好的应用效果[2]。基于此，将数据驱动应用于工业设备虚拟仿真与远程操控技术中，提出基于数据驱动设计工业设备虚拟仿真与远程操控技术，其具体内容如下文所述。

2 基于数据驱动的工业设备虚拟仿真与远程操控技术

2.1 采集工业设备虚拟仿真数据

利用数据驱动中IEEE802.1b生成树协议，采集每一个端口中的工业设备虚拟仿真数据信息，完成对工业设备虚拟仿真数据的自动化采集。考虑到工业设备虚拟仿真具备不稳定的特性，必然会采集到一些无效的数据样本。因此，为了提高虚拟仿真细节等级，满足工业设备虚拟仿真的精度需求，本文通过数据驱动中的RS 232或USB接口采集工业设备虚拟仿真数据，并将数据采集速率控制在1.0 kbps至110.5 kbps之间。在此基础上，采用数据驱动中的虚拟专网技术与控制中心连接，对工业设备虚拟仿真数据采集命令进行数字签名。通过过滤数据中无效的数据，将有效数据保存在工业设备元件库中，实现工业设备虚拟仿真数据采集。

2.2 工业设备虚拟建模仿真

以上述采集的工业设备虚拟仿真数据为基础，执行工业设备虚拟建模仿真。工业设备虚拟建模计算机仿真具体过程，如图1所示。

在工业设备虚拟仿真过程中，采用数据驱动中的Tessellnon网络化工业设备，通过管线变换和光照阶段多维信息数字化工业设备，在光栅化阶段，基于数据驱动在工业设备元件库里面找到需要的工业设备元件，并拖到绘图区，鼠标点击端口连线表示Direct3D工业设备图形轮廓[3]。选择工业设备虚拟建模环境，一般选择优先模型参数环境;设置参数仿真环境、运行步长以及时间进行仿真，完成工业设备虚拟建模，以此实现基于数据驱动的工业设备虚拟仿真与远程操控技术中的工业设备虚拟仿真功能。

2.3 建立远程操控工业设备高级通信协议

完成工业设备虚拟建模仿真后，本文通过建立远程操控工业设备高级通信协议，统一远程操控工业设备指令的传输机制，允许在工业设备虚拟仿真模型中，建立通信设备与工业设备之间的逻辑连接。由于在建立远程操控工业设备高级通信协议时，会受到工业设备连接个数的限制，本文通过将数据驱动应用在远程操控数据传输过程中，实现远程操控数据传输的智能化调频功能。利用数据驱动，将远程操控数据实时发送至前端显示区域。既能够保证工业设备的稳定运行，又能够通过高级通信协议中的调频通信模块有效操控工业设备。在此基础上，获取标签信息，保障远程操控工业设备数据传输中的高效性。根据建立的远程操控工业设备高级通信协议，不断调整数据传输速度确保远程操控数据传输功能的稳定运行。

2.4 计算工业设备远程操控频率

根据传输得到的远程操控数据，计算工业设备远程操控当量[4]。计算时，首先给工业设备终端一个已知的数值，利用该数值，自动给出工业设备一个原始恒定的运行速度，待工业设备运行一段时间后，通过改变这一定值，计算相关当量远程操控工业设备的频率。设工业设备远程操控频率为W，可得公式（1）：

公式（1）中，K指的是工业设备在实际运行过程中的比例系数;x指的是数据驱动下系统自动采样次数，为实数;f（x）指的是当系统第x次自动采样时与实际定量之间的偏差;j指的是远程操控误差比例系数。利用上述公式计算出工业设备远程操控频率，为远程操控工业设备提供数据支持。

2.5 实现远程操控工业设备

得到工业设备远程操控频率后，利用计算机接口远程操控工业设备，通过映射出两个4位数的8进制数，最终获得在每个控制点位上的远程操控数据。再利用特定的变量数据对工业设备远程操控数据映射，形成区域性的映射。通过数据驱动中的 C++ 面向对象的编程思想将工业设备远程操控数据转换为具体的参数控制，用户只需事先将规定的工业设备远程操控控制输入到系统中，通过系统自动检测是否执行远程操控参数的改变。再利用计算机的端口状态存储远程操控数据及远程操控信息，并将其输入到相应的映射区域中，通过在区域映射中对应的远程操控语义、词义等分析得出正确的远程操控结果，实现基于数据驱动的工业设备远程操控功能。

3 实验分析

3.1 实验准备

实验选取型号为MKL05541工业设备作为实验对象。安装双端口万兆位的路由协调控制器，选型计算机运行系统及相关配置，遵循标准安装流程将互联网与PC设备连接。本次实验第一部分为测试技术的虚拟仿真细节等级，虚拟仿真细节等级能够反映出工业设备虚拟仿真精度，虚拟仿真细节等级越高代表虚拟仿真精度越高。第二部分为测试技术的远程操控波特率，远程操控波特率越高代表对工业设备的远程操控效率越高。首先，使用本文基于数据驱动设计技术执行工业设备虚拟仿真与远程操控，通过Matalb软件测得虚拟仿真细节等级以及远程操控波特率，记为实验组。再采用当前技术执行工业设备虚拟仿真与远程操控，同样通过Matalb软件测得虚拟仿真细节等级以及远程操控波特率，记为对照组。

3.2 实验结果分析

本文设计技术下的虚拟仿真细节等级更高，对工业设备的虚拟仿真精度更高。得出远程操控波特率对比表，如表1所示。

根据表1可知，本文设计技术远程操控波特率明显高于对照组，远程操控工业设备效率更高。此次实验证明本文设计技术的优越性能。

4 结语

本文设计的技术是具有现实意义的，能够指导工业设备虚拟仿真与远程操控技术优化。在后期的发展中，应加大本文设计技术在工业设备虚拟仿真与远程操控中的应用力度，为确保工业设备的稳定运行提供参考。

[参考文献]

[1]CHAO W，DI M U.Curriculum development and instructional design for“Industrial Robot Simulation Technology Training”based on robot studio[J].International Journal of Plant Engineering and Management，2018（3）：23-26.

[2]周瑋，李世其，张玉帆，等.基于数据驱动的航天产品总装线建模，仿真与重构技术研究[J].计算机与数字工程，2020（4）：824-831.

[3]任怀伟，赵国瑞，周杰，等.智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真控制技术[J].煤炭学报，2020（3）：956-971.

[4]吴春.基于虚拟现实技术的掘进机远程控制系统的研究[J].机械管理开发，2019（11）：229-230，235.

（编辑 王永超）