基于数字孪生的智能人机界面（HMI），适用于实时工业自动化系统

摘要

本研究旨在解决工业生产智能化这一紧迫问题，通过开发一种智能人机界面（HMI）显示屏来实现这一目标。该显示屏采用了统一的人工免疫系统（UAIS），并结合了神经-内分泌交互技术，用于控制和诊断石油和天然气行业中的复杂设备和系统。所开发的智能自适应显示屏配备了基于工艺流程数字孪生的预测报警系统，能够有效降低操作人员在高新技术企业设备运行过程中的内外部负担。报警系统的控制对于确保生产过程的安全性和高效运行（即维持系统的稳态）至关重要。在工艺流程和设备可能出现故障的情况下，操作人员能否及时做出正确反应具有极端重要性，这一问题在大规模复杂生产的自动化过程中尤为突出。报警系统的控制方式是动态的，会受多种因素影响。为了处理关于复杂系统状态的多维信息并预测其运行行为，本研究采用了统一的人工免疫系统与人工神经网络相结合的方法：基于历史数据识别关键特征，并通过内分泌调节实现系统的稳态控制。借助基于这些原理构建的智能HMI显示屏，操作人员的内部负担得到了减轻，从而能够更有效地进行过程管理决策。本文展示了在哈萨克斯坦阿拉木图市哈萨克-英国技术大学信息技术与工程学院的霍尼韦尔实验室中，使用所提出的技术和开发的智能HMI显示屏在霍尼韦尔Experion PKS设备上进行实验和建模的结果。这种UAIS技术可以应用于其他供应商生产的工业设备，适用于支持HTML（超文本标记语言）和CSS（层叠样式表）网页技术的SCADA（监控与数据采集）及DCS（分布式控制系统），可用于工作站和操作员面板的显示屏开发。