[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的泵機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011321590.X
• 申請(qǐng)日: 2020-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN112417619B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴吉;龔小波;王文杰;袁建平;袁壽其;張金鳳;李彥軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20;G06T17/00;G06F119/02
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

本發(fā)明公開一種基于數(shù)字孿生的泵機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法，包括由物理本體、數(shù)字孿生、物理本體的數(shù)字孿生體以及數(shù)字空間組成，數(shù)字空間驅(qū)動(dòng)數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)虛擬空間泵機(jī)組優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)與物理空間泵機(jī)組優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏡像、映射重構(gòu)、信息交互反饋、仿真模擬；以數(shù)字孿生為框架，模型為基底，數(shù)字空間為驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建仿真模型及虛擬孿生體；本發(fā)明基于數(shù)字孿生構(gòu)建泵系統(tǒng)物理本體的虛擬孿生體，實(shí)現(xiàn)物理本體與虛擬孿生體之間的數(shù)據(jù)鏡像與信息交互和物理空間物理實(shí)體與虛擬空間數(shù)字孿生體的物理對(duì)象孿生、運(yùn)行過程孿生和控制性能孿生；通過數(shù)字空間的優(yōu)化算法、機(jī)器學(xué)習(xí)等模塊實(shí)現(xiàn)泵機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)測、優(yōu)化調(diào)節(jié)、仿真模擬、健康預(yù)測等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及泵組優(yōu)化調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)字孿生的泵機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

我國工業(yè)的能源消耗占全國能源消耗總量的70％左右，泵類產(chǎn)品的耗電量占到全國發(fā)電量20％以上，巨大能耗的背景下也代表著巨大的節(jié)能優(yōu)化空間。目前和國外相比，我國泵的效率平均比國外低2％-5％，而在泵系統(tǒng)運(yùn)行效率上低20％左右。關(guān)于水泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化的相關(guān)研究基本已經(jīng)成熟，而現(xiàn)有供水系統(tǒng)在選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制方面等存在不足，使節(jié)能降耗的研究重心被放置在優(yōu)化水泵控制方式上。在泵實(shí)際運(yùn)行中，由于泵閥系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的能耗浪費(fèi)嚴(yán)重。泵送系統(tǒng)的能耗浪費(fèi)主要在于泵運(yùn)行過程中低效率和短壽命，而其根本原因又在于離心泵設(shè)計(jì)的最佳工況與工藝和管路系統(tǒng)需求不匹配，同時(shí)又缺少智能化的工況調(diào)節(jié)手段；

數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)，但是真實(shí)世界的真實(shí)事件具有不確定性，并不完全按照期望的順序出現(xiàn)。因此，當(dāng)數(shù)字孿生系統(tǒng)捕捉到一組真實(shí)事件后，如何以不同順序?qū)@些真實(shí)事件進(jìn)行仿真是數(shù)字孿生仿真系統(tǒng)落地面臨的關(guān)鍵問題之一，因此，本發(fā)明提出一種基于數(shù)字孿生的泵機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于數(shù)字孿生的泵機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法，該基于數(shù)字孿生的泵機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，通過構(gòu)建三維物理模型、邏輯模型、過程模型、控制模型、仿真模型和數(shù)據(jù)模型，描述數(shù)字孿生體演化過程及實(shí)現(xiàn)方法；還在于當(dāng)用戶需求工況改變時(shí)，能夠通過優(yōu)化算法和機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)新工況的調(diào)節(jié)提供新方案，對(duì)提供的多個(gè)方案進(jìn)行評(píng)估后進(jìn)入數(shù)字孿生體進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)仿真結(jié)果決策后輸送給泵機(jī)組控制中心，控制中心會(huì)根據(jù)優(yōu)化方案調(diào)節(jié)相關(guān)變量，使其在一定可靠性下滿足需求工況，使得系統(tǒng)最為節(jié)能，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)節(jié)，同時(shí)還可解決現(xiàn)有泵站或泵機(jī)組在運(yùn)行過程中效率低、可靠性低的問題，解決泵機(jī)組在運(yùn)行過程中監(jiān)測的問題，可以對(duì)設(shè)備健康診斷，從而改善泵運(yùn)行的過程中的健康狀態(tài)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于數(shù)字孿生的泵機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法，包括物理本體、虛擬孿生體、數(shù)字孿生和數(shù)字空間，所述物理本體包括泵機(jī)組、泵機(jī)組數(shù)據(jù)采集中心和泵機(jī)組控制中心，所述數(shù)字空間由信息門戶模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫模塊、知識(shí)庫模塊、優(yōu)化算法模塊、機(jī)器學(xué)習(xí)模塊、評(píng)估模塊和決策模塊相互耦合演化架構(gòu)而成，由此驅(qū)動(dòng)數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)虛擬空間泵機(jī)組優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)與物理空間泵機(jī)組優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏡像、信息交互反饋、優(yōu)化調(diào)節(jié)、設(shè)備健康診斷和仿真模擬，所述數(shù)字孿生包括物理對(duì)象孿生、運(yùn)行過程孿生和控制性能孿生。

進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述泵機(jī)組、泵機(jī)組數(shù)據(jù)采集中心和泵機(jī)組控制中心作為一個(gè)整體，構(gòu)成基于數(shù)字孿生的泵機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的物理實(shí)體，所述泵機(jī)組包括水泵、流量計(jì)、電動(dòng)閥門、止回閥、旁通管路、壓力表和連接管路，所述泵機(jī)組數(shù)據(jù)采集中心包括各管路流量的采集、各泵啟停狀態(tài)的采集、各管路水壓的采集、電動(dòng)閥門開度的采集、各泵轉(zhuǎn)速的采集、各泵功率的采集以及其它數(shù)據(jù)的采集，所述泵組控制中心包括泵轉(zhuǎn)速的控制、電動(dòng)閥門開度的控制和泵啟停的控制。