專利名稱：一種基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展使得越來越多的系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)信道形成閉環(huán)，這些系統(tǒng)稱為 網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)(networked systems, NSs) 0 Nk有許多優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)之處，諸如制造成本和能 耗更低、易于安裝維護(hù)和資源共享等等。但是引入帶寬有限的網(wǎng)絡(luò)也給系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì) 帶來了很多問題，如數(shù)據(jù)丟失、隨機(jī)傳輸時(shí)延、信號(hào)量化、時(shí)序混亂等等，這些問題不可避免 地會(huì)造成系統(tǒng)性能下降，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。在過去的五年內(nèi)，基于NSs的故障診斷(fault diagnose,FD)和容錯(cuò)控制(fault tolerant control，F(xiàn)TC)涌現(xiàn)出了不少令人振奮的研究成果。然而，現(xiàn)有的絕大多數(shù)研究 結(jié)果都止步于數(shù)字仿真環(huán)節(jié)，即用簡(jiǎn)單的數(shù)值算例驗(yàn)證所提出的網(wǎng)絡(luò)化故障診斷方法。數(shù) 值例子無(wú)法準(zhǔn)確反映真實(shí)的工業(yè)過程，不通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)也無(wú)法了解理論成果和實(shí)際應(yīng)用 之間的距離。所以，利用真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)對(duì)故障診斷與容錯(cuò)控制算法進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)估尤 為重要。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系 統(tǒng)，以準(zhǔn)確分析和診斷故障。本發(fā)明提供了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)，包括三容水箱、第一網(wǎng)絡(luò) 化控制系統(tǒng)和第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)；第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，三容水箱通過第一 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)。在一個(gè)示例中，第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)用于執(zhí)行控制算法和故障診斷算法。在一個(gè)示例中，還包括路由器和攝像機(jī)，攝像機(jī)和第一網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)通過路由 器接入互聯(lián)網(wǎng)；攝像機(jī)用于在線監(jiān)控三容水箱。在一個(gè)示例中，還包括上位機(jī)，所述上位機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)，用于監(jiān)控第一網(wǎng)絡(luò)化控制 系統(tǒng)和/或第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行。在一個(gè)示例中，第一網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)和第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)均包括網(wǎng)絡(luò)化控制 器，網(wǎng)絡(luò)化可視控制組態(tài)軟件和網(wǎng)絡(luò)可視化監(jiān)控組態(tài)軟件；網(wǎng)絡(luò)化控制器用于執(zhí)行控制和 診斷算法；網(wǎng)絡(luò)化可視控制組態(tài)軟件用于向網(wǎng)絡(luò)化控制器下載控制和診斷算法；網(wǎng)絡(luò)可視 化監(jiān)控組態(tài)軟件用于觀測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在一個(gè)示例中，上位機(jī)安裝有網(wǎng)絡(luò)化可視控制組態(tài)軟件和網(wǎng)絡(luò)可視化監(jiān)控組態(tài)軟 件。在一個(gè)示例中，三容水箱系統(tǒng)的型號(hào)為DTS200。本發(fā)明構(gòu)建了基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)，力求使之成為驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)化故障 檢測(cè)與容錯(cuò)控制算法的基準(zhǔn)平臺(tái)。該三容水箱系統(tǒng)立足于真實(shí)的物理系統(tǒng)、真實(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)以及真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)特性和真實(shí)的故障輸入，可建立較為準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，適合作為基準(zhǔn)平 臺(tái)依照不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化故障診斷與容錯(cuò)控制理論方法進(jìn)行評(píng)價(jià)與比較。


下面結(jié)合附圖來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中圖1是網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是網(wǎng)絡(luò)化三容水箱故障檢測(cè)框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)由一個(gè)DTS200三容水箱(Three Tank System，TTQ、兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NETworked CONtro 1，NetCon)、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、 一臺(tái)上位機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)組成。DTS200三容水箱是由德國(guó)Amira自動(dòng)化公司提供的一個(gè)多輸入多輸出的非線性 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該水箱系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)，可獲得準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，而且可以方便地手工增加故障。三容水箱包括第一塑料柱、第二塑料柱和第三塑料柱，第一塑料柱、第三塑料柱和 第二塑料柱由三個(gè)圓柱形塑料容器組成。三個(gè)容器橫截面積相等(記為Sa)并通過橫截面 積為&的塑料管兩兩相連。第二塑料柱的底端有一個(gè)手動(dòng)閥門可將第二塑料柱中的水放 至下方的貯水池中，而第一水泵和第二水泵可將貯水池中的水打入第一塑料柱與第二塑料 柱，通過調(diào)節(jié)第一水泵和第二水泵的流量控制第一塑料柱和第二塑料柱的液位，而第三塑 料柱的液位不予控制。各個(gè)水箱之間、水箱與貯水池之間的連接管上均裝有塑料閥門，通過 人為制造添加水箱的泄漏故障、連接管阻塞故障、執(zhí)行器增益故障、傳感器增益故障及執(zhí)行 器卡死故障。NetCon系統(tǒng)是基于內(nèi)部網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)教學(xué)和研究平臺(tái)，由中科院自 動(dòng)化所高新控制與信息技術(shù)組與英國(guó)格拉摩根大學(xué)先進(jìn)控制與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究組共同開發(fā) 完成。它主要由三部分軟硬件組成網(wǎng)絡(luò)化控制器(NetController)，網(wǎng)絡(luò)化可視控制組態(tài) 軟件(NetConLink)和網(wǎng)絡(luò)可視化監(jiān)控組態(tài)軟件(NetConTop)。NetCon系統(tǒng)由于與Matlab/Simulink環(huán)境的無(wú)縫連接，在Simulink中設(shè)計(jì)的控制 或診斷算法可通過NetConLink在幾秒內(nèi)自動(dòng)完成代碼的生成并下載到NetController中 執(zhí)行。在Windows操作系統(tǒng)下，可通過NetConTop快速構(gòu)造和生成上位機(jī)圖形化監(jiān)控程序， 對(duì)運(yùn)行在NetController中的系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。在本平臺(tái)中，NetCon系統(tǒng)用 來實(shí)現(xiàn)控制算法和故障診斷算法并充當(dāng)與網(wǎng)絡(luò)的接口。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)控水箱系統(tǒng)。上位機(jī)用來對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行觀測(cè)。網(wǎng)絡(luò) 用作數(shù)據(jù)傳輸。基于以上各部分可構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)。三容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖1所示，由一個(gè)三容水箱系統(tǒng)、兩個(gè)NetCon系統(tǒng)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、一個(gè)用于監(jiān)控的 上位機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)組成。三容水箱系統(tǒng)放置在中國(guó)北京市的清華大學(xué)校內(nèi)，通過NetCon 1(IP地址166. 111.72.21)與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；一個(gè)SONY網(wǎng)絡(luò)攝像頭(IP地址 166. 111. 72. 26)放置在三容水箱附近，使得實(shí)驗(yàn)人員可以在世界上任何地點(diǎn)通過網(wǎng)頁(yè)對(duì)實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行監(jiān)控；另一個(gè)NetCon系統(tǒng)NetCon 2 (IP地址193.63. 131.219)用于控制算法 和故障診斷算法，放置于英國(guó)格拉摩根大學(xué)，通過網(wǎng)線與外界傳遞數(shù)據(jù)。研究人員可以在世 界上任何一個(gè)可以連接互聯(lián)網(wǎng)的地方利用NetConLink對(duì)NetCon 2下載算法開始實(shí)驗(yàn)，并 通過NetConTop對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)過程中，不失一般性并為方便起見，上位機(jī) 設(shè)在清華大學(xué)(IP地址:166. 111. 72. 18)?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)框圖如圖1所示。在三容水箱系統(tǒng)中，控制器 和故障檢測(cè)算法同處三容水箱系統(tǒng)遠(yuǎn)端，通過hternet傳遞數(shù)據(jù)，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，信 號(hào)在傳遞過程中可能會(huì)出現(xiàn)時(shí)滯甚至丟失現(xiàn)象。三容水箱系統(tǒng)建?；旧习▋刹糠謨?nèi) 容三容水箱系統(tǒng)的建模和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸建模。對(duì)于連續(xù)時(shí)刻t，用h丨1Rm)代表Ti的液位高度(i = I，3，2)，在h丨1〕>h丨3) >11丨2)假設(shè) 下，由廣義的Torricelli法則可得如下非線性系統(tǒng)
權(quán)利要求
1.一種基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)，其特征在于，包括三容水箱、第一網(wǎng)絡(luò)化 控制系統(tǒng)和第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)；第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，三容水箱通過第一網(wǎng) 絡(luò)化控制系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的三容水箱系統(tǒng)，其特征在于，第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)用于執(zhí)行控 制算法和故障診斷算法。
3.如權(quán)利要求1所述的三容水箱系統(tǒng)，其特征在于，還包括路由器和攝像機(jī)，攝像機(jī)和 第一網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)通過路由器接入互聯(lián)網(wǎng)；攝像機(jī)用于在線監(jiān)控三容水箱。
4.如權(quán)利要求1或2所述的三容水箱系統(tǒng)，其特征在于，還包括上位機(jī)，所述上位機(jī)接 入互聯(lián)網(wǎng)，用于監(jiān)控第一網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)和/或第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行。
5.如權(quán)利要求4所述的三容水箱系統(tǒng)，其特征在于，第一網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)和第二網(wǎng)絡(luò) 化控制系統(tǒng)均包括網(wǎng)絡(luò)化控制器，網(wǎng)絡(luò)化可視控制組態(tài)軟件和網(wǎng)絡(luò)可視化監(jiān)控組態(tài)軟件； 網(wǎng)絡(luò)化控制器用于執(zhí)行控制和診斷算法；網(wǎng)絡(luò)化可視控制組態(tài)軟件用于向網(wǎng)絡(luò)化控制器下 載控制和診斷算法；網(wǎng)絡(luò)可視化監(jiān)控組態(tài)軟件用于觀測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的三容水箱系統(tǒng)，其特征在于，上位機(jī)安裝有網(wǎng)絡(luò)化可視控制 組態(tài)軟件和網(wǎng)絡(luò)可視化監(jiān)控組態(tài)軟件。
7.如權(quán)利要求1或2所述的三容水箱系統(tǒng)，其特征在于，三容水箱系統(tǒng)的型號(hào)為 DTS200。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)，包括三容水箱、第一網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)和第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)；第二網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)直接接入互聯(lián)網(wǎng)，三容水箱通過第一網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)。本發(fā)明構(gòu)建了基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化三容水箱系統(tǒng)，力求使之成為驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)化故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制算法的基準(zhǔn)平臺(tái)。該三容水箱系統(tǒng)立足于真實(shí)的物理系統(tǒng)、真實(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)以及真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)特性和真實(shí)的故障輸入，可建立較為準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，適合作為基準(zhǔn)平臺(tái)依照不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化故障診斷與容錯(cuò)控制理論方法進(jìn)行評(píng)價(jià)與比較。
文檔編號(hào)H04L12/24GK102143003SQ20111008943
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者何瀟, 劉洋, 吉吟東, 周東華, 王子棟 申請(qǐng)人:清華大學(xué)