一种基于工业数字模型的智能焦炉数字化系统的制作方法

本发明涉及焦炉数字化转型，尤其涉及一种基于工业数字模型的智能焦炉数字化系统。

背景技术：

1、目前，我国焦化产业正在形成“设计研发、装备制造、建设施工、生产运营、质量检测手段”完备体系，拥有技术先进、装备雄厚、产品齐全、独具中国特色的焦化工业体系，是名副其实的焦化产业大国。我国焦化行业工艺技术已达到国际先进水平，但智能制造基础较薄弱，自动化程度低，信息孤岛普遍存在，数据采集、系统管理分析、基础控制能力不足，绝大部分国内企业还没有实现自动化和信息化，智能化刚起步，无法满足绿色、低碳、智慧生产的需要，加快焦炉装置的数字化进程势在必行。随着焦化行业节能减排、绿色发展、转型升级、安全高效生产等需求加剧，全国各大焦化厂亟待建设智能焦炉数字化系统，为焦炉安装工业“大脑”，赋予焦炉采集、处理、分析数据的能力，为客户提供焦炉产品重要参数检测、三维可视化监控、优化控制、智能运维等全生命周期管理增值服务，推进焦炉的智能化升级，实现焦化生产全过程安全稳定、低消耗、低排放、高效率运行。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于工业数字模型的智能焦炉数字化系统，为焦炉产品提供重要参数检测、三维可视化监控、优化控制、智能运维等全生命周期管理增值服务，实现焦炉装备的自动化、信息化和智能化升级。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种基于工业数字模型的智能焦炉数字化系统，包括边缘服务模块、工业大数据模块、智能焦炉数字模型及算法库、工业服务模块；

4、边缘服务模块用于接入焦炉系统中控制系统、工业仪表、传感器、生产设备，实现焦炉运行关键参数的边缘采集，并对数据进行过滤、协议转换、边缘处理，形成标准数据上传至工业大数据模块，支持与工业服务模块的双向数据传输；

5、工业大数据模块用于基于设备数据、业务数据，创建大数据仓库，提供数据聚合、数据报警、数据集成配置、数据映射、数据清洗、数据备份，开放数据查询的接口，供智能焦炉数字模型及算法库和工业服务模块调用；

6、智能焦炉数字模型及算法库用于存放数字化模型及算法，内置焦炉三维立体模型、运维模型、工艺模型，支持第三方模型的接入与管理，通过微服务及开放接口为工业服务模块提供工业机理模型支持；

7、工业服务模块用于采用微服务开发方法，提供应用服务，应用服务包括模型管理、设备管理、实时监控、生产管理、工艺优化、运维管理、质量管理、统计分析。

8、边缘服务模块包括设备接入子模块、协议转换子模块、边缘管理子模块；

9、设备接入子模块用于通过硬件接口连接焦炉系统中控制系统、工业仪表、传感器、生产设备，支持多种工业协议设备接入；

10、协议转换子模块用于将接入系统的多种工业协议数据转换为标准的云端网络协议数据，达到毫秒级的转换速率；

11、边缘管理子模块通过mqtt协议与系统上层模块的双向数据传输，用于数据采集上传和工业服务模块控制指令下发，内置web管理软件，支持网络配置、数据配置、协议配置、实时数据、历史数据、软件更新。

12、智能焦炉数字模型及算法库包括三维立体模型、运维模型、工艺模型；

13、三维立体模型用于提供焦炉炉体模型、焦炉机械模型、工艺设施模型，支持模型与实时数据的在线交互联动，获得焦炉运行与生产过程的3d可视化；

14、运维模型用于提供故障诊断模型、健康评估模型、寿命预测模型，对焦炉及其关键设备的运行状态进行判别，及时给出故障报警信息，支持对焦炉设备的故障诊断与预警、健康评估与寿命预测，实现焦炉预测性维护；

15、工艺模型用于提供低氮燃烧模型、协同降耗模型、化学反应模型、集气管压力模型，为工艺优化、优化焦炉结构设计、生产参数调节提供依据。

16、所述工业服务模块包括模型管理应用服务、设备管理应用服务、实时监控应用服务、运维管理应用服务、工艺优化应用服务、生产管理应用服务、统计分析应用服务；

17、模型管理应用服务用于支持焦炉数字化模型的上传、配置、调用、启停、输入脚本编程、输出脚本编程；

18、设备管理应用服务用于提供设备信息、网关信息、数据项信息功能，获得设备的接入，为实时监控、生产管理、运维管理、质量管理、统计分析提供数据支撑；

19、实时监控应用服务用于通过调用智能焦炉数字模型及算法库提供的三维立体模型，获得焦化设备的3d全景和动画仿真，展现炉体内外部构造、燃烧室温度分布、集气管压力场，显示炉体基本信息、实时数据、健康评估分值，支持对焦炉主体与主要设备的运行数据实时监控，支持对生产数据、计划数据、产量数据、质量数据的实时监控；

20、运维管理应用服务用于通过调用智能焦炉数字模型及算法库提供的运维模型，获得焦炉及装备的故障预警、故障诊断、健康评估、寿命预测、设备运维的功能服务；

21、工艺优化应用服务用于通过调用智能焦炉数字模型及算法库提供的工艺模型，结合生产数据，获得燃烧室nox预测、协同降耗、炭化室荒煤气预测、集气管压力预警的运行优化服务；

22、生产管理应用服务用于通过调用智能焦炉数字模型及算法库提供的工艺模型，结合生产数据，提供计划管理、操作管理、调度管理、原料管理的功能服务；

23、统计分析应用服务用于提供对生产计划数据、设备运行数据、质量数据、环保能源数据的统计分析功能。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、1、完全针对焦炉装备实际应用场景开展的定制化设计，结合边缘服务、大数据、机理模型、数字孪生技术，在符合焦炉管理的基础上，进行焦炉装备的数字化转型，具有部署方式灵活、动态扩容、高效运维、功能灵活定制的特点；

26、2、通过构建设备接入子模块、协议转换子模块，能够支持大部分主流工业协议接入；

27、3、基于工业技术、知识、经验、方法，构建适用于焦炉的三维立体模型、运维模型和工艺模型，实现焦化工业技术、经验、知识的模型化、标准化、软件化、复用化，支撑智能焦炉数字化系统生产运营及智能运维相关功能服务实现；

28、4、利用三维模型与采集到的信息进行数字孪生，真实还原焦炉结构及生产过程，实现虚实联动，能够快速精准定位故障异常，节省维修时间；

29、5、利用运维模型和工艺模型，通过实时、直观、高效、科学的方式，提供专业、完备的焦炉设备生产运营和智能运维服务。

技术特征：

1.一种基于工业数字模型的智能焦炉数字化系统，其特征在于，包括边缘服务模块、工业大数据模块、智能焦炉数字模型及算法库、工业服务模块；

2.根据权利要求1所述的一种基于工业数字模型的智能焦炉数字化系统，其特征在于，所述的边缘服务模块包括设备接入子模块、协议转换子模块、边缘管理子模块；

3.根据权利要求1所述的一种基于工业数字模型的智能焦炉数字化系统，其特征在于，所述的智能焦炉数字模型及算法库包括三维立体模型、运维模型、工艺模型；

4.根据权利要求1所述的一种基于工业数字模型的智能焦炉数字化系统，其特征在于，所述工业服务模块包括模型管理应用服务、设备管理应用服务、实时监控应用服务、运维管理应用服务、工艺优化应用服务、生产管理应用服务、统计分析应用服务；

技术总结本发明涉及一种基于工业数字模型的智能焦炉数字化系统，包括边缘服务模块、工业大数据模块、智能焦炉数字模型及算法库、工业服务模块；边缘服务模块用于接入焦炉系统中控制系统、工业仪表、传感器、生产设备；工业大数据模块用于基于设备数据、业务数据，创建大数据仓库；智能焦炉数字模型及算法库用于存放数字化模型及算法；工业服务模块用于采用微服务开发方法。本发明的优点是：针对焦炉装备实际应用场景开展的定制化设计，结合边缘服务、大数据、机理模型、数字孪生技术，在符合焦炉管理的基础上，进行焦炉装备的数字化转型，具有部署方式灵活、动态扩容、高效运维、功能灵活定制的特点。技术研发人员：刘晓东,王凯,李超,杨祖业,张博,杨尊鸣,段衍泉,康婷,王慧璐,韩龙受保护的技术使用者：中冶焦耐（大连）工程技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23