本發(fā)明涉及設(shè)備監(jiān)控報(bào)警，特別涉及基于數(shù)字孿生模型的過程設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在化工、制藥、材料合成等眾多工業(yè)領(lǐng)域，反應(yīng)釜設(shè)備是核心的生產(chǎn)裝置之一，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及人員和環(huán)境安全；隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化的不斷發(fā)展，對(duì)反應(yīng)釜設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控和故障預(yù)警提出了更高的要求。

2、目前，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)反應(yīng)釜設(shè)備的監(jiān)控報(bào)警還存在以下不足：

3、對(duì)反應(yīng)釜設(shè)備進(jìn)行預(yù)警時(shí)，無法有效的分析和考慮反應(yīng)釜設(shè)備大量的歷史故障數(shù)據(jù)，并挖掘其中的參數(shù)變化規(guī)律作為預(yù)警機(jī)制的建立基礎(chǔ)，導(dǎo)致預(yù)警準(zhǔn)確性得不到保障的同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜設(shè)備故障的早期診斷。

4、為此，推出基于數(shù)字孿生模型的過程設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供基于數(shù)字孿生模型的過程設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)提出的問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：基于數(shù)字孿生模型的過程設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，包括：

3、幾何建模模塊：利用反應(yīng)釜設(shè)備的cad圖紙作為基礎(chǔ)，構(gòu)建高度精確的反應(yīng)釜設(shè)備幾何模型；

4、數(shù)據(jù)收集模塊：收集反應(yīng)釜的歷史故障記錄并存儲(chǔ)在預(yù)先構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫中，首先對(duì)歷史各次故障按照預(yù)先設(shè)置的工況類型進(jìn)行分類；工況類型包括溫度工況、壓力工況以及攪拌工況；分類完成后，分別對(duì)不同工況類型的各次歷史故障記錄進(jìn)行分析，從而得到反應(yīng)釜設(shè)備對(duì)應(yīng)不同工況類型下的運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合mfi，其中i表示不同工況的編號(hào)，i=1,2或3，分別對(duì)應(yīng)溫度工況、壓力工況以及攪拌工況；基于反應(yīng)釜設(shè)備對(duì)應(yīng)不同工況類型下的運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合mfi，建立反應(yīng)釜設(shè)備所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型；

5、模型整合模塊：將反應(yīng)釜設(shè)備幾何模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行融合，從而得到反應(yīng)釜設(shè)備所對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生模型；

6、報(bào)警模塊：在反應(yīng)釜設(shè)備運(yùn)行過程中，利用融合后的數(shù)字孿生模型對(duì)反應(yīng)釜設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，若監(jiān)控過程觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，則觸發(fā)預(yù)先布設(shè)的報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，并執(zhí)行相應(yīng)的步驟；報(bào)警信號(hào)包括溫度報(bào)警、壓力報(bào)警以及攪拌報(bào)警；

7、模型優(yōu)化模塊：在反應(yīng)釜設(shè)備運(yùn)行過程中，利用融合后的數(shù)字孿生模型對(duì)反應(yīng)釜設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，若反應(yīng)釜設(shè)備出現(xiàn)故障，但監(jiān)控過程沒有觸發(fā)對(duì)應(yīng)故障類型的報(bào)警信號(hào)，則執(zhí)行相應(yīng)的步驟對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行優(yōu)化。

8、在一些實(shí)施例中，對(duì)溫度工況類型的各次歷史故障記錄進(jìn)行分析，具體為：

9、溫度工況：對(duì)屬于溫度工況的各次歷史故障進(jìn)行分析，以各次歷史故障的故障發(fā)生時(shí)間點(diǎn)為起始點(diǎn)，提取各次歷史故障起始點(diǎn)前設(shè)定時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)釜設(shè)備各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度；

10、對(duì)于各次歷史故障，獲取設(shè)定時(shí)間段內(nèi)各時(shí)間點(diǎn)反應(yīng)釜設(shè)備各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)值，并將各時(shí)間點(diǎn)反應(yīng)釜設(shè)備各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)值分別整合為溫度序列集合；從整合的各組溫度序列集合中分別提取最高溫度值、最低溫度值以及溫度均值；

11、對(duì)各組溫度序列集合中的最高溫度值和最低溫度值進(jìn)行差值的計(jì)算，從而得到各組溫度序列集合所對(duì)應(yīng)的溫度趨勢(shì)值；

12、預(yù)設(shè)反應(yīng)釜設(shè)備各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)溫度趨勢(shì)值和溫度均值所分別對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)允許值和均值允許值；

13、將各組溫度序列集合中的溫度趨勢(shì)值和溫度均值分別與對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)的趨勢(shì)允許值和均值允許值進(jìn)行比值的計(jì)算，從而得到各組溫度序列集合所對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)比和均值比，即通過溫度趨勢(shì)值/趨勢(shì)允許值和溫度均值/均值允許值進(jìn)行計(jì)算得到；

14、預(yù)設(shè)趨勢(shì)比和均值比所分別對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，將趨勢(shì)比和均值比分別與對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)的權(quán)重系數(shù)相乘，然后求和得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的子評(píng)估指數(shù)；

15、分別預(yù)設(shè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)子評(píng)估指數(shù)的權(quán)重系數(shù)，將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的子評(píng)估指數(shù)分別與對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)的權(quán)重系數(shù)相乘，然后求和得到各次歷史故障所對(duì)應(yīng)的溫度評(píng)估指數(shù)；

16、設(shè)定溫度評(píng)估指數(shù)所對(duì)應(yīng)的上下波動(dòng)范圍，將設(shè)定的上下波動(dòng)范圍與各次歷史故障所對(duì)應(yīng)的溫度評(píng)估指數(shù)進(jìn)行整合，從而得到各次歷史故障所對(duì)應(yīng)的溫度預(yù)警指數(shù)范圍；

17、構(gòu)建各次歷史故障所對(duì)應(yīng)溫度預(yù)警指數(shù)范圍的指數(shù)集合，將構(gòu)建的指數(shù)集合作為反應(yīng)釜設(shè)備對(duì)應(yīng)溫度工況類型下的運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合mf1。

18、在一些實(shí)施例中，對(duì)壓力工況類型的各次歷史故障記錄進(jìn)行分析，具體為：

19、壓力工況：對(duì)屬于壓力工況的各次歷史故障進(jìn)行分析，以各次歷史故障的故障發(fā)生時(shí)間點(diǎn)為起始點(diǎn)，提取各次歷史故障起始點(diǎn)前設(shè)定時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)釜設(shè)備的釜內(nèi)壓力值；

20、對(duì)于各次歷史故障，獲取設(shè)定時(shí)間段內(nèi)各時(shí)間點(diǎn)反應(yīng)釜設(shè)備的釜內(nèi)壓力值；利用標(biāo)準(zhǔn)差公式對(duì)設(shè)定時(shí)間段內(nèi)各時(shí)間點(diǎn)的釜內(nèi)壓力值進(jìn)行計(jì)算，從而得到設(shè)定時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)釜設(shè)備的壓力波動(dòng)值；

21、從設(shè)定時(shí)間段內(nèi)各時(shí)間點(diǎn)反應(yīng)釜設(shè)備的釜內(nèi)壓力值中提取最高壓力值和最低壓力值，并對(duì)最高壓力值和最低壓力值進(jìn)行差值的計(jì)算，從而得到設(shè)定時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)釜設(shè)備的壓力趨勢(shì)值；

22、預(yù)設(shè)反應(yīng)釜設(shè)備在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)壓力波動(dòng)值和壓力趨勢(shì)值所分別對(duì)應(yīng)的壓力波動(dòng)允許值和壓力趨勢(shì)允許值；將設(shè)定時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)釜設(shè)備的壓力波動(dòng)值和壓力趨勢(shì)值分別與對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)的壓力波動(dòng)允許值和壓力趨勢(shì)允許值進(jìn)行比值的計(jì)算，得到壓力波動(dòng)比和壓力趨勢(shì)比；即通過壓力波動(dòng)值/壓力波動(dòng)允許值和壓力趨勢(shì)值/壓力趨勢(shì)允許值進(jìn)行計(jì)算得到；

23、預(yù)設(shè)壓力波動(dòng)比和壓力趨勢(shì)比所分別對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，將壓力波動(dòng)比和壓力趨勢(shì)比分別與對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)的權(quán)重系數(shù)相乘，然后求和得到反應(yīng)釜設(shè)備對(duì)應(yīng)各次歷史故障的壓力評(píng)估指數(shù)；

24、設(shè)定壓力評(píng)估指數(shù)所對(duì)應(yīng)的上下波動(dòng)范圍，將設(shè)定的上下波動(dòng)范圍與各次歷史故障所對(duì)應(yīng)的壓力評(píng)估指數(shù)進(jìn)行整合，從而得到各次歷史故障所對(duì)應(yīng)的壓力預(yù)警指數(shù)范圍；

25、構(gòu)建各次歷史故障所對(duì)應(yīng)壓力預(yù)警指數(shù)范圍的指數(shù)集合，將構(gòu)建的指數(shù)集合作為反應(yīng)釜設(shè)備對(duì)應(yīng)壓力工況類型下的運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合mf2。

26、在一些實(shí)施例中，對(duì)攪拌工況類型的各次歷史故障記錄進(jìn)行分析，具體為：

27、攪拌工況：對(duì)屬于攪拌工況的各次歷史故障進(jìn)行分析，以各次歷史故障的故障發(fā)生時(shí)間點(diǎn)為起始點(diǎn)，提取各次歷史故障起始點(diǎn)前設(shè)定時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)釜設(shè)備的攪拌速度；

28、對(duì)于各次歷史故障，獲取設(shè)定時(shí)間段內(nèi)各時(shí)間點(diǎn)反應(yīng)釜設(shè)備的攪拌速度，并構(gòu)建設(shè)定時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)釜設(shè)備的攪拌速度變化折線圖；

29、繪制各時(shí)間點(diǎn)反應(yīng)釜設(shè)備攪拌速度對(duì)應(yīng)在折線圖中的數(shù)值點(diǎn)，預(yù)設(shè)反應(yīng)釜設(shè)備攪拌速度的正常參考范圍，并繪制正常參考范圍對(duì)應(yīng)在折線圖中的范圍區(qū)間，遍歷各組繪制的數(shù)值點(diǎn)，對(duì)位于范圍區(qū)間外的數(shù)值點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，構(gòu)建各組標(biāo)記點(diǎn)與范圍區(qū)間之間的垂直線段作為異常線段，取范圍區(qū)間上下范圍線中距離標(biāo)記點(diǎn)最近的范圍線作為構(gòu)建垂直線段的對(duì)象；

30、對(duì)各組異常線段進(jìn)行長(zhǎng)度的累加，從而得到反應(yīng)釜設(shè)備在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的攪拌異常值；統(tǒng)計(jì)標(biāo)記點(diǎn)的數(shù)量作為異常數(shù)量，并預(yù)設(shè)標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量所對(duì)應(yīng)的各組數(shù)量取值范圍，設(shè)定每組數(shù)量取值范圍分別對(duì)應(yīng)一個(gè)附加系數(shù)；

31、將異常數(shù)量與各組數(shù)量取值范圍進(jìn)行匹配，從而得到對(duì)應(yīng)的附加系數(shù)，將附加系數(shù)與攪拌異常值相乘，從而得到反應(yīng)釜設(shè)備在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的攪拌評(píng)估指數(shù)；

32、設(shè)定攪拌評(píng)估指數(shù)所對(duì)應(yīng)的上下波動(dòng)范圍，將設(shè)定的上下波動(dòng)范圍與各次歷史故障所對(duì)應(yīng)的攪拌評(píng)估指數(shù)進(jìn)行整合，從而得到各次歷史故障所對(duì)應(yīng)的攪拌預(yù)警指數(shù)范圍；

33、構(gòu)建各次歷史故障所對(duì)應(yīng)攪拌預(yù)警指數(shù)范圍的指數(shù)集合，將構(gòu)建的指數(shù)集合作為反應(yīng)釜設(shè)備對(duì)應(yīng)攪拌工況類型下的運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合mf3。

34、在一些實(shí)施例中，利用融合后的數(shù)字孿生模型對(duì)反應(yīng)釜設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，具體為：

35、監(jiān)控過程中，實(shí)時(shí)分析反應(yīng)釜設(shè)備在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的溫度評(píng)估指數(shù)、壓力評(píng)估指數(shù)以及攪拌評(píng)估指數(shù)，并輸入運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合mfi內(nèi)進(jìn)行匹配，若某一組評(píng)估指數(shù)與運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合mfi匹配成功，則觸發(fā)對(duì)應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。

36、在一些實(shí)施例中，觸發(fā)預(yù)先布設(shè)的報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，并執(zhí)行相應(yīng)的步驟，具體為：

37、首先停止反應(yīng)釜設(shè)備的運(yùn)行，獲取各預(yù)備人員的歷史處理信息，并從中提取歷史處理次數(shù)、處理的對(duì)應(yīng)報(bào)警信號(hào)以及各處理次數(shù)的所用時(shí)長(zhǎng)；

38、對(duì)各處理次數(shù)按照對(duì)應(yīng)的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行分類，得到溫度報(bào)警處理次數(shù)、壓力報(bào)警處理次數(shù)以及攪拌報(bào)警處理次數(shù)；分別取溫度報(bào)警處理次數(shù)對(duì)應(yīng)各組所用時(shí)長(zhǎng)的均值，得到溫度處理均時(shí)p1，分別取壓力報(bào)警處理次數(shù)對(duì)應(yīng)各組所用時(shí)長(zhǎng)的均值，得到壓力處理均時(shí)p2，分別取攪拌報(bào)警處理次數(shù)對(duì)應(yīng)各組所用時(shí)長(zhǎng)的均值，得到攪拌處理均時(shí)p3；

39、分別預(yù)設(shè)溫度報(bào)警處理次數(shù)、壓力報(bào)警處理次數(shù)以及攪拌報(bào)警處理次數(shù)所對(duì)應(yīng)的各組次數(shù)取值范圍，設(shè)定溫度報(bào)警處理次數(shù)、壓力報(bào)警處理次數(shù)以及攪拌報(bào)警處理次數(shù)所對(duì)應(yīng)的每組次數(shù)取值范圍分別對(duì)應(yīng)一個(gè)次數(shù)附加值；將各預(yù)備人員的溫度報(bào)警處理次數(shù)、壓力報(bào)警處理次數(shù)以及攪拌報(bào)警處理次數(shù)分別與對(duì)應(yīng)的各組次數(shù)取值范圍進(jìn)行匹配，從而分別得到各預(yù)備人員對(duì)應(yīng)溫度報(bào)警處理次數(shù)、壓力報(bào)警處理次數(shù)以及攪拌報(bào)警處理次數(shù)的次數(shù)附加值，分別用t1、t2以及t3表示；

40、預(yù)設(shè)各預(yù)備人員溫度處理均時(shí)p1、壓力處理均時(shí)p2和攪拌處理均時(shí)p3所分別對(duì)應(yīng)的理想溫度處理均時(shí)w1、理想壓力處理均時(shí)w2以及攪拌處理均時(shí)w3；利用公式計(jì)算得到各預(yù)備人員的工作表現(xiàn)值fq。

41、在一些實(shí)施例中，觸發(fā)預(yù)先布設(shè)的報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，并執(zhí)行相應(yīng)的步驟，還包括：

42、對(duì)工作表現(xiàn)值fq進(jìn)行從大到小的排序，篩選工作表現(xiàn)值fq排列處于前三名的預(yù)備人員，然后以當(dāng)前反應(yīng)釜設(shè)備的所在位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，計(jì)算篩選出的三名預(yù)備人員與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的路程距離，從三名預(yù)備人員中選取路程距離最短的作為處理人員，并將觸發(fā)的報(bào)警信號(hào)和反應(yīng)釜設(shè)備所在位置發(fā)送給該處理人員。

43、在一些實(shí)施例中，執(zhí)行相應(yīng)的步驟對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行優(yōu)化，具體為：

44、選取發(fā)現(xiàn)故障時(shí)間點(diǎn)工作表現(xiàn)值fq最大的操作人員前往反應(yīng)釜設(shè)備所在位置，并判定該次故障的具體類型，確定完成后，將該次故障作為新的歷史故障記錄，并對(duì)運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合mfi進(jìn)行更新，更新完成后對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行同步更新，完成優(yōu)化。

45、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

46、本發(fā)明通過對(duì)反應(yīng)釜的歷史故障記錄進(jìn)行工況分類和深入分析，挖掘其中參數(shù)變化規(guī)律，構(gòu)建了基于工況類型的運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合，基于反應(yīng)釜設(shè)備對(duì)應(yīng)不同工況類型下的運(yùn)行預(yù)警指數(shù)集合，建立反應(yīng)釜設(shè)備所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，并將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型與反應(yīng)釜設(shè)備幾何模型進(jìn)行整合，從而得到反應(yīng)釜設(shè)備所對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生模型，利用數(shù)字孿生模型對(duì)反應(yīng)釜設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警，克服了傳統(tǒng)單一閾值預(yù)警導(dǎo)致的準(zhǔn)確性差的問題，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、可靠的故障預(yù)警，大大提高了早期診斷能力；

47、本發(fā)明通過對(duì)各預(yù)備人員的歷史處理信息，包括歷史處理次數(shù)、對(duì)應(yīng)報(bào)警信號(hào)以及所用時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算出各預(yù)備人員的工作表現(xiàn)值?，并結(jié)合與故障設(shè)備的路程距離，挑選出最合適的處理人員，改變了以往隨機(jī)安排人員的不科學(xué)做法，提高了故障處理效率；

48、本發(fā)明通過利用融合后的數(shù)字孿生模型對(duì)反應(yīng)釜設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，若反應(yīng)釜設(shè)備出現(xiàn)故障，但監(jiān)控過程沒有觸發(fā)對(duì)應(yīng)故障類型的報(bào)警信號(hào)，則執(zhí)行相應(yīng)的步驟對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字孿生模型的持續(xù)更新和優(yōu)化。