基于数字孪生模型的潜水电泵性能测试系统的制作方法

本发明属于设备性能测试领域，涉及数字孪生技术，具体是基于数字孪生模型的潜水电泵性能测试系统。

背景技术：

1、随着工业化进程的快速发展和智能技术的广泛应用，潜水电泵作为重要的水利设施和工业设备，在农业灌溉、城市供水、矿产开采、工业生产等诸多领域发挥着不可替代的作用。

2、数字孪生技术作为一种新型的智能制造关键技术，凭借其在虚拟空间中对物理实体进行全生命周期管理的优势，正在逐步改变传统设备的管理方式。通过构建与物理世界潜水电泵相对应的数字孪生模型，可以实时、准确地模拟和分析潜水电泵在各种工况下的性能表现，实现对设备运行状态的全面、实时监测，从而提升设备的运行效率、降低维护成本、延长使用寿命，并为产品研发、性能优化、故障预测与诊断提供有力的支持。现有技术中对潜水电泵性能测试的方法为通过实际的测试获取实验数据并进行分析，在资源成本、操作步骤和准确度上需要进一步提升。

3、本发明提供了基于数字孪生模型的潜水电泵性能测试系统，以解决以上技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了基于数字孪生模型的潜水电泵性能测试系统，用于解决现有技术中在对潜水电泵进行性能测试时测试成本较高的技术问题；本发明通过物联网技术实时采集潜水电泵的实时运行状态数据，可以实时反映潜水电泵的真实运行状态；根据潜水电泵的参数数据和实时运行数据构建能够仿真潜水电泵运行的数字孪生模型，通过在数字孪生平台上进行虚拟调试；调整数字孪生模型的功率，根据数字孪生模型的标准水流数据获取潜水电泵的运行阈值，根据运行阈值获取预警信号解决了上述问题。

2、为实现上述目的，本发明的第一方面提供了基于数字孪生模型的潜水电泵性能测试系统，包括：数据收集模块、模型建立模块、测试分析模块和可视化与手柄模块；

3、数据收集模块：通过物联网技术收集潜水电泵的参数数据和实时运行状态数据；其中，实时运行状态数据包括实时水泵运行数据和实时水流数据；

4、模型建立模块：基于参数数据和实时运行状态数据构建电泵运行模型；其中，电泵运行模型基于数字孪生模型构建；

5、测试分析模块：调整电泵运行模型的实时水泵运行数据为标准运行数据，启动电泵运行模型，得到标准运行数据对应的标准水流数据；

6、根据标准运行数据和标准水流获取运行阈值；根据运行阈值计算潜水电泵的健康值，根据运行阈值和健康值生成预警信号；

7、可视化与手柄模块：将实时运行数据和预警信号显示在现实模块中，根据比较结果对潜水电泵进行调整。

8、本发明通过物联网技术实时采集潜水电泵的实时运行状态数据，可以实时反映潜水电泵的真实运行状态；根据潜水电泵的参数数据和实时运行数据构建能够仿真潜水电泵运行的数字孪生模型，通过在数字孪生平台上进行虚拟调试；调整数字孪生模型的功率，根据数字孪生模型的标准水流数据获取潜水电泵的运行阈值，根据运行阈值实时监测潜水电泵的实时水流数据，生成故障信号；根据运行阈值计算潜水电泵的健康值，并与健康阈值进行比较，得到异常信号，将异常信号与故障信号标记为预警信号，操作员根据预警信号对潜水电泵进行调整或者维修；能够降低试错成本，且减少资源的浪费。

9、优选的，所述基于参数数据和实时运行数据构建电泵运行模型，包括：

10、提取潜水电泵的参数数据和实时运行数据；其中，参数数据包括设计图纸、技术规格、运行参数、使用材料和运行逻辑；

11、将参数数据输入三维模型软件创建能够仿真运行的潜水电泵三维几何模型，将实时运行数据同步到三维几何模型中，将同步后的三维几何模型标记为电泵运行模型。

12、本发明通过三维几何模型得到能够仿真电泵运行的数字孪生模型，能够模拟电泵的实际运行，根据数字孪生模型模拟得到的结果，能够得到更改实时运行数据后的实时水流数据，得到运行阈值，能够减少实际测试所带来的成本。

13、优选的，所述得到标准运行数据对应的标准水流数据，包括：

14、调整电泵运行模型的实时水泵运行数据，将调整后的实时水泵运行数据标记为标准运行数据，启动电泵运行模型，将调整后电泵运行模型得到的实时水流数据标记为标准水流数据；其中，实时水泵运行数据包括对应时间的功率和电流；实时水流数据包括对应时间的流量、振动幅度和有效扬程。

15、优选的，所述根据标准运行数据和标准水流获取运行阈值，包括：

16、a1：提取标准运行数据和标准水流数据；调整电泵运行模型中的标准运行数据；将当前时间点标记为t；其中，t＝1，2，3……n，n为正整数；

17、a2：判断t对应的流量是否小于t-1对应的流量；是，则跳转至a3；否，则将t对应的流量标记为正常流量；

18、a3：判断t-1对应的流量是否小于t-2对应的流量；是，则将t对应的流量标记为流量阈值；否，则将t对应的流量标记为正常流量；

19、b2：判断t对应的振动幅度是否小于t-1对应的振动幅度；是，则将t对应的振动幅度标记为正常振动；否，则跳转至b3；

20、b3：判断t-1对应的振动幅度是否小于t-2对应的振动幅度；是，则将t对应的振动幅度标记为正常振动；否，则将t对应的振动幅度标记为振动阈值；

21、c2：判断t对应的有效扬程是否小于t-1对应的有效扬程；是，则跳转至c3；否，则将t对应的有效扬程标记为正常有效扬程；

22、c3：判断t-1对应的有效扬程是否小于t-2对应的有效扬程；是，则将t对应的有效扬程标记为有效扬程阈值；否，则将t对应的有效扬程标记为正常有效扬程；

23、将流量阈值、振动阈值和有效扬程阈值整合为运行阈值。

24、本发明通过将当前时间点的标准水流数据与下一时间点的标准水流数据进行比较得到标准水流数据性能最高点，并得到运行阈值；通过运行阈值能够监测水泵实际运行时是否处于性能下降阶段。

25、优选的，所述运行阈值计算潜水电泵的健康值，包括：

26、提取运行阈值；将流量阈值标记为llz，将振动阈值标记为zdz，将有效扬程阈值标记为ycz，通过公式计算得到潜水电泵的健康值jkzt；其中，α，β，γ为权重系数，根据因素对潜水电泵使用寿命的影响程度设置。

27、优选的，所述根据运行阈值和健康值生成预警信号，包括：

28、提取运行阈值和健康值；

29、设置健康阈值；判断健康值是否大于健康阈值；是，则将对应潜水电泵标记为正常设备；否，则将对应潜水电泵标记为异常设备，生成异常信号；其中，健康阈值根据正常潜水电泵的健康值进行设定；

30、判断实时水流数据中的流量是否大于流量阈值；是，则将对应流量标记为正常流量；否，则将对应流量标记为异常流量，生成流量故障信号；

31、判断实时水流数据中的振动幅度是否小于振动阈值；是，则将对应振动幅度标记为正常振动；否，则将对应振动幅度标记为异常振动，生成振动故障信号；

32、判断实时水流数据中的有效扬程是否大于有效扬程阈值；是，则将对应有效扬程标记为正常有效扬程；否，则将对应有效扬程标记为异常有效扬程，生成扬程故障信号；

33、将流量故障信号、振动故障信号和扬程故障信号整合为故障信号，将故障信号和异常信号标记为预警信号。

34、本发明通过计算潜水电泵的健康值，并与健康阈值进行比较，能够判断潜水电泵是否处于异常状态，对潜水电泵及时进行维修或更换；通过将实时水流数据与运行阈值进行比较，生成故障信号，根据故障信号能够准确判断潜水电泵具体的故障类型，能够准确的安排维修计划。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、1.本发明通过物联网技术实时采集潜水电泵的实时运行状态数据，可以实时反映潜水电泵的真实运行状态，便于工程师及时了解和分析泵的运行情况；构建能够仿真潜水电泵运行的数字孪生模型，用于进行虚拟调试，无需实际操作设备就能验证和优化设计，降低了试错成本，帮助优化电泵运行策略，提高了产品的设计质量和生产效率；通过测试的结果来获得潜水电泵的运行阈值，能够使结果更加精准，不需要设备实际运行，减少了资源的浪费；根据运行阈值来计算得到潜水电泵的健康值，能够使得到的健康值更加准确，可以确保设备始终在最佳工况下运行，避免因设备性能下降而导致的能耗增加和生产效率降低。

37、2.本发明通过二次判断标准水流数据的变化趋势是否保持稳定得到运行阈值，能够使结果更加严谨，能够防止因其他因素而导致的短暂变化影响对运行阈值的判断。