[發明專利]一種基于數字孿生的泵機組優化運行調節系統及方法

有效

• 申請號: 202011321590.X
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112417619B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 裴吉;龔小波;王文杰;袁建平;袁壽其;張金鳳;李彥軍
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06T17/00;G06F119/02
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

1.一種基于數字孿生的泵機組優化運行調節系統，其特征在于：包括物理本體、虛擬孿生體、數字孿生和數字空間，所述物理本體包括泵機組、泵機組數據采集中心和泵機組控制中心，所述數字空間由信息門戶模塊、數據存儲庫模塊、知識庫模塊、優化算法模塊、機器學習模塊、評估模塊和決策模塊相互耦合演化架構而成，由此驅動數字孿生實現虛擬空間泵機組優化調節系統與物理空間泵機組優化調節系統的數據鏡像、信息交互反饋、優化調節、設備健康診斷和仿真模擬，所述數字孿生包括物理對象孿生、運行過程孿生和控制性能孿生；

基于數字孿生模型實現數字孿生及仿真模擬，所述數字孿生的數據模型包括運行感知監測層、網絡傳輸層、數據交融層和交互控制層，所述感知監測層為數字孿生的物理對象孿生提供監測信息流，所述網絡傳輸層為數字孿生的運行過程孿生提供控制信息流，所述數據交融層為數字孿生的控制性能孿生提供數據信息流，所述交互控制層為數字孿生提供決策控制流。

2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的泵機組優化運行調節系統，其特征在于：所述泵機組、泵機組數據采集中心和泵機組控制中心作為一個整體，構成基于數字孿生的泵機組優化運行調節系統對應的物理實體，所述泵機組包括水泵、流量計、電動閥門、止回閥、旁通管路、壓力表和連接管路，所述泵機組數據采集中心包括各管路流量的采集、各泵啟停狀態的采集、各管路水壓的采集、電動閥門開度的采集、各泵轉速的采集、各泵功率的采集以及其它數據的采集，所述泵機組控制中心包括泵轉速的控制、電動閥門開度的控制和泵啟停的控制。

3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的泵機組優化運行調節系統，其特征在于：所述信息門戶模塊提供人機交互平臺，所述數據存儲庫模塊用于存儲來自于泵機組監測的運行數據，以及數字空間中所有必要的數據及方案信息，所述知識庫模塊提供知識模型，所述優化算法模塊用于對需求工況進行尋優并提供調節方案，所述機器學習模塊用于對歷史決策方案進行學習、對仿真模型進行訓練和優化、對優化算法中的模型進行學習修正、對監測數據進行學習，所述評估模塊用于對方案進行篩選以及對仿真結果進行評估，所述決策模塊用于對評估后的方案進行決策。

4.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的泵機組優化運行調節系統，其特征在于所述數字孿生實現的虛擬空間泵機組優化調節系統的優化運行機理包括如下步驟：

步驟1需求工況，用戶通過信息門戶將需求工況輸入到系統；

步驟2優化方案計算，用戶需求工況傳入到優化模塊和機器學習模塊進行方案計算并給出多個優化方案；

步驟3方案評估，多個優化方案進入評估模塊進行方案的評估，篩選出多個較優的方案；

步驟4仿真計算，多個較優的方案進入數字孿生體進行仿真計算并將結果輸出；

步驟5性能評估，評估模塊對仿真完的結果進行性能評估；

步驟6方案決策，性能評估后，進入決策機模塊進行決策，判斷是否滿足要求，若滿足要求則將最優方案輸出到泵機組控制中心，若不滿足需求則調整參數，重新進行新方案的計算，直到滿足決策機要求；

步驟7泵組控制，控制中心會根據最終方案調節相關變量，使其在一定可靠性下滿足需求工況，使得系統最為節能，從而實現優化調節。

5.根據權利要求4所述的一種基于數字孿生的泵機組優化運行調節系統，其特征在于：所述泵機組優化調節是基于機器學習和優化算法計算方案實現的，通過優化算法和機器學習對新工況的調節提供新方案，對提供的多個方案進行評估后進入數字孿生體進行仿真計算，對仿真結果決策后輸送給泵機組控制中心，控制中心會根據優化方案調節相關變量，使其在一定可靠性下滿足需求工況使得系統最為節能，從而實現優化調節。