基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控技術(shù)分析

杜昱陽(yáng)

摘 要：為了提高工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控技術(shù)虛擬仿真精度以及遠(yuǎn)程操控效率，文章提出基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控技術(shù)，通過(guò)采集工業(yè)設(shè)備虛擬仿真數(shù)據(jù)，執(zhí)行工業(yè)設(shè)備虛擬建模仿真，建立遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備高級(jí)通信協(xié)議，計(jì)算工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控頻率，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng);工業(yè)設(shè)備;虛擬仿真;遠(yuǎn)程操控技術(shù)

1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)概述

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)主要是運(yùn)用啟發(fā)式原則，通過(guò)設(shè)定觀測(cè)值的方式，挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)部之間的聯(lián)系[1]。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的最大特點(diǎn)在于能夠保證數(shù)據(jù)獲取的及時(shí)性，通過(guò)數(shù)據(jù)內(nèi)化的方式，提高數(shù)據(jù)的利用率，使看似毫無(wú)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)以某一種特征聯(lián)系在一起，進(jìn)而將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)以其高效率、高精度、低成本等優(yōu)勢(shì)，廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，包括：腦機(jī)控制、信息反饋、情景交互等，并且均取得了較好的應(yīng)用效果[2]?；诖耍瑢?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控技術(shù)中，提出基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控技術(shù)，其具體內(nèi)容如下文所述。

2 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控技術(shù)

2.1 采集工業(yè)設(shè)備虛擬仿真數(shù)據(jù)

利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)中IEEE802.1b生成樹(shù)協(xié)議，采集每一個(gè)端口中的工業(yè)設(shè)備虛擬仿真數(shù)據(jù)信息，完成對(duì)工業(yè)設(shè)備虛擬仿真數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集?？紤]到工業(yè)設(shè)備虛擬仿真具備不穩(wěn)定的特性，必然會(huì)采集到一些無(wú)效的數(shù)據(jù)樣本。因此，為了提高虛擬仿真細(xì)節(jié)等級(jí)，滿足工業(yè)設(shè)備虛擬仿真的精度需求，本文通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)中的RS 232或USB接口采集工業(yè)設(shè)備虛擬仿真數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)采集速率控制在1.0 kbps至110.5 kbps之間。在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)中的虛擬專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)與控制中心連接，對(duì)工業(yè)設(shè)備虛擬仿真數(shù)據(jù)采集命令進(jìn)行數(shù)字簽名。通過(guò)過(guò)濾數(shù)據(jù)中無(wú)效的數(shù)據(jù)，將有效數(shù)據(jù)保存在工業(yè)設(shè)備元件庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備虛擬仿真數(shù)據(jù)采集。

2.2 工業(yè)設(shè)備虛擬建模仿真

以上述采集的工業(yè)設(shè)備虛擬仿真數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，執(zhí)行工業(yè)設(shè)備虛擬建模仿真。工業(yè)設(shè)備虛擬建模計(jì)算機(jī)仿真具體過(guò)程，如圖1所示。

在工業(yè)設(shè)備虛擬仿真過(guò)程中，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)中的Tessellnon網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)設(shè)備，通過(guò)管線變換和光照階段多維信息數(shù)字化工業(yè)設(shè)備，在光柵化階段，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)在工業(yè)設(shè)備元件庫(kù)里面找到需要的工業(yè)設(shè)備元件，并拖到繪圖區(qū)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊端口連線表示Direct3D工業(yè)設(shè)備圖形輪廓[3]。選擇工業(yè)設(shè)備虛擬建模環(huán)境，一般選擇優(yōu)先模型參數(shù)環(huán)境;設(shè)置參數(shù)仿真環(huán)境、運(yùn)行步長(zhǎng)以及時(shí)間進(jìn)行仿真，完成工業(yè)設(shè)備虛擬建模，以此實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控技術(shù)中的工業(yè)設(shè)備虛擬仿真功能。

2.3 建立遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備高級(jí)通信協(xié)議

完成工業(yè)設(shè)備虛擬建模仿真后，本文通過(guò)建立遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備高級(jí)通信協(xié)議，統(tǒng)一遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備指令的傳輸機(jī)制，允許在工業(yè)設(shè)備虛擬仿真模型中，建立通信設(shè)備與工業(yè)設(shè)備之間的邏輯連接。由于在建立遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備高級(jí)通信協(xié)議時(shí)，會(huì)受到工業(yè)設(shè)備連接個(gè)數(shù)的限制，本文通過(guò)將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用在遠(yuǎn)程操控?cái)?shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芑{(diào)頻功能。利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，將遠(yuǎn)程操控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至前端顯示區(qū)域。既能夠保證工業(yè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，又能夠通過(guò)高級(jí)通信協(xié)議中的調(diào)頻通信模塊有效操控工業(yè)設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，獲取標(biāo)簽信息，保障遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸中的高效性。根據(jù)建立的遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備高級(jí)通信協(xié)議，不斷調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速度確保遠(yuǎn)程操控?cái)?shù)據(jù)傳輸功能的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 計(jì)算工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控頻率

根據(jù)傳輸?shù)玫降倪h(yuǎn)程操控?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控當(dāng)量[4]。計(jì)算時(shí)，首先給工業(yè)設(shè)備終端一個(gè)已知的數(shù)值，利用該數(shù)值，自動(dòng)給出工業(yè)設(shè)備一個(gè)原始恒定的運(yùn)行速度，待工業(yè)設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，通過(guò)改變這一定值，計(jì)算相關(guān)當(dāng)量遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備的頻率。設(shè)工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控頻率為W，可得公式（1）：

公式（1）中，K指的是工業(yè)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的比例系數(shù);x指的是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下系統(tǒng)自動(dòng)采樣次數(shù)，為實(shí)數(shù);f（x）指的是當(dāng)系統(tǒng)第x次自動(dòng)采樣時(shí)與實(shí)際定量之間的偏差;j指的是遠(yuǎn)程操控誤差比例系數(shù)。利用上述公式計(jì)算出工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控頻率，為遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備提供數(shù)據(jù)支持。

2.5 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備

得到工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控頻率后，利用計(jì)算機(jī)接口遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備，通過(guò)映射出兩個(gè)4位數(shù)的8進(jìn)制數(shù)，最終獲得在每個(gè)控制點(diǎn)位上的遠(yuǎn)程操控?cái)?shù)據(jù)。再利用特定的變量數(shù)據(jù)對(duì)工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控?cái)?shù)據(jù)映射，形成區(qū)域性的映射。通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)中的 C++ 面向?qū)ο蟮木幊趟枷雽⒐I(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具體的參數(shù)控制，用戶只需事先將規(guī)定的工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控控制輸入到系統(tǒng)中，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)是否執(zhí)行遠(yuǎn)程操控參數(shù)的改變。再利用計(jì)算機(jī)的端口狀態(tài)存儲(chǔ)遠(yuǎn)程操控?cái)?shù)據(jù)及遠(yuǎn)程操控信息，并將其輸入到相應(yīng)的映射區(qū)域中，通過(guò)在區(qū)域映射中對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程操控語(yǔ)義、詞義等分析得出正確的遠(yuǎn)程操控結(jié)果，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程操控功能。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)選取型號(hào)為MKL05541工業(yè)設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。安裝雙端口萬(wàn)兆位的路由協(xié)調(diào)控制器，選型計(jì)算機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)及相關(guān)配置，遵循標(biāo)準(zhǔn)安裝流程將互聯(lián)網(wǎng)與PC設(shè)備連接。本次實(shí)驗(yàn)第一部分為測(cè)試技術(shù)的虛擬仿真細(xì)節(jié)等級(jí)，虛擬仿真細(xì)節(jié)等級(jí)能夠反映出工業(yè)設(shè)備虛擬仿真精度，虛擬仿真細(xì)節(jié)等級(jí)越高代表虛擬仿真精度越高。第二部分為測(cè)試技術(shù)的遠(yuǎn)程操控波特率，遠(yuǎn)程操控波特率越高代表對(duì)工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程操控效率越高。首先，使用本文基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)執(zhí)行工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控，通過(guò)Matalb軟件測(cè)得虛擬仿真細(xì)節(jié)等級(jí)以及遠(yuǎn)程操控波特率，記為實(shí)驗(yàn)組。再采用當(dāng)前技術(shù)執(zhí)行工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控，同樣通過(guò)Matalb軟件測(cè)得虛擬仿真細(xì)節(jié)等級(jí)以及遠(yuǎn)程操控波特率，記為對(duì)照組。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本文設(shè)計(jì)技術(shù)下的虛擬仿真細(xì)節(jié)等級(jí)更高，對(duì)工業(yè)設(shè)備的虛擬仿真精度更高。得出遠(yuǎn)程操控波特率對(duì)比表，如表1所示。

根據(jù)表1可知，本文設(shè)計(jì)技術(shù)遠(yuǎn)程操控波特率明顯高于對(duì)照組，遠(yuǎn)程操控工業(yè)設(shè)備效率更高。此次實(shí)驗(yàn)證明本文設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)越性能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的技術(shù)是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠指導(dǎo)工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控技術(shù)優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計(jì)技術(shù)在工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程操控中的應(yīng)用力度，為確保工業(yè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

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（編輯 王永超）