CN110161999A - 基于大数据的焦化智能制造系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于大数据的焦化智能制造系统，包括采集传输终端模块、大数据服务器模块和应用展示模块；采集传输终端模块采集现有焦化厂的全厂数据并上传大数据服务器模块；大数据服务器模块对上传的数据进行存储、分析、计算并将结果上传应用展示模块；应用展示模块根据上传的结果控制并显示焦化厂的全厂生产。本发明通过智能化大数据系统的搭建，实现了对焦化厂整体和各个工段的监控、数据采集、控制和集中显示；能够根据各个工段的监控数据实时优化系统的整体参数和控制参数，实现各个工段的优化控制，同时针对全厂进行最优化和智能化控制，可靠性高、成本低廉且效率较高。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于大数据的焦化智能制造系统。
背景技术
焦化厂的生产车间包括备煤车间、炼焦车间、化产回收车间、公辅和化验室等车间。整个工艺过程涉及的工段和工序包括有备煤、炼焦、熄焦，筛贮焦，冷鼓、电捕、脱硫及硫回收、蒸氨、硫铵、洗脱苯等工序，其涉及的工艺过程复杂且繁琐，而且各工段之间相对分散。
目前对于焦化厂的制造控制，还处于原始的分散式阶段；各个车间和各个工段进行分散式控制，总控现场仅仅只做数据采集和显示。当需要对某个工段或者某个车间进行数据调整或者参数控制等时，一般采用的都是工作人员人工通知，然后现场工作人员再人工调整的策略。这不仅费时费力，而且成本较高，可靠性还相对较低。同时，现有的焦化厂的制造控制，并未能统一针对全厂进行综合控制，这使得各个车间和各个工位各自为战，全场的生产效率相对较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性高、成本低廉且效率较高的基于大数据的焦化智能制造系统。
本发明提供的这种基于大数据的焦化智能制造系统，包括采集传输终端模块、大数据服务器模块和应用展示模块；采集传输终端模块、大数据服务器模块和应用展示模块依次串联；采集传输终端模块用于采集现有焦化厂的全厂数据，并上传大数据服务器模块；大数据服务器模块用于对上传的数据进行存储、分析和计算，并将分析和计算的结果上传应用展示模块；应用展示模块用于根据上传的结果控制并显示焦化厂的全厂生产。
所述的采集传输终端模块用于采集全厂的数据集群，对各个工段的作业数据进行采集和计算数据下发；具体包括备煤采集子模块、配煤采集子模块、炼焦子模块、冷鼓采集子模块、脱硫过程采集子模块、洗脱苯采集子模块、硫铵与蒸铵采集子模块和化验室采集子模块；备煤采集子模块用于采集备煤现场料筒、皮带机和煤塔的数据并上传；配煤采集子模块用于采集单煤成分、混合煤指标、煤配比、焦炭及化产指标要求数据并上传；炼焦子模块用于采集焦炉工段的工艺和设备运行数据并上传；冷鼓采集子模块用于采集冷鼓工段的工艺和设备运行数据并上传；脱硫过程采集子模块用于采集脱硫工段的工艺和设备运行数据并上传；洗脱苯采集子模块用于采集洗脱苯工段的工艺和设备运行数据并上传；硫铵与蒸铵采集子模块用于采集硫铵与蒸铵的工艺和设备运行数据并上传；化验室采集子模块用于采集焦炭质量、煤气中成分含量和化产品质量等数据并上传。
所述的大数据服务器模块包括存储服务器子模块、计算服务器子模块和应用服务器子模块；存储服务器子模块采用分布式文件系统对数据进行存储，存储现场原始数据和专家知识基础规则库，并采用了分布式缓存机制，协助分布式计算高效读取近期数据和经常访问数据，采用优化算法对数据进行压缩优化处理；计算服务器子模块用于搭建分布式计算环境、和计算调用的算法组件库；应用服务器子模块根据上传的计算和分析数据，对焦化厂的各个工段的控制参数进行计算和优化，对焦化厂的工作状态进行数据判别和预警，并对焦化厂的工作状态进行实时显示，最后将所有数据上传应用展示模块和下发数据采集传输模块。
应用展示模块根据接收的数据显示焦化厂的工作状态，并根据需要进行二维、三维展示。
所述的基于大数据的焦化智能制造系统，软件部分包括数据采集子软件、数据存储子软件、数据计算子软件、数据分析子软件、应用模块子软件和管理平台子软件；数据采集子软件搭载于数据采集服务端上，采集整个厂区各处的数据和下发需要控制的数据；数据存储子软件用于批量处理采集传输终端模块上传的数据，并对数据进行分布、存储和安全管理；数据计算子软件采用大数据生态环境，面向工业时序数据分析的需求做了深度优化；数据分析子软件用于提供各类算法库，针对各个设备和各个工段组建机理模型库或专家库；应用模块子软件用于调用数据分析子软件进行计算和分析并获取相应的结果，最终形成最终的应用服务数据；管理平台子软件用于后台远程监控以及对集群极相关设备的管理。
本发明提供的这种基于大数据的焦化智能制造系统，通过智能化大数据系统的搭建，实现了对焦化厂整体和各个工段的监控、数据采集、控制和集中显示；能够根据各个工段的监控数据实时优化系统的整体参数和控制参数，实现各个工段的优化控制，同时针对全厂进行最优化和智能化控制，可靠性高、成本低廉且效率较高。
附图说明
图1为本发明系统的硬件结构示意图。
图2为本发明系统的软件结构示意图。
图3为本发明系统的功能结构示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明系统的硬件结构示意图：本发明提供的这种基于大数据的焦化智能制造系统，包括采集传输终端模块、大数据服务器模块和应用展示模块；采集传输终端模块、大数据服务器模块和应用展示模块依次串联；采集传输终端模块用于采集现有焦化厂的全厂数据，并上传大数据服务器模块；大数据服务器模块用于对上传的数据进行存储、分析和计算，并将分析和计算的结果上传应用展示模块；应用展示模块用于根据上传的结果控制并显示焦化厂的全厂生产。
在具体实施时，采集传输终端模块用于采集全厂的数据集群，对各个工段的作业数据进行采集和下发需要控制的数据；具体包括备煤采集子模块、配煤采集子模块、炼焦子模块、冷鼓采集子模块、脱硫过程采集子模块、洗脱苯采集子模块、硫铵与蒸铵采集子模块和化验室采集子模块；备煤采集子模块用于采集备煤现场料筒、皮带机和煤塔的数据并上传；配煤采集子模块用于采集单煤成分、混合煤指标、煤配比、焦炭及化产指标要求数据并上传；炼焦子模块用于采集焦炉工段的工艺和设备运行数据并上传；冷鼓采集子模块用于采集冷鼓工段的工艺和设备运行数据并上传；脱硫过程采集子模块用于采集脱硫工段的工艺和设备运行数据并上传；洗脱苯采集子模块用于采集洗脱苯工段的工艺和设备运行数据并上传；硫铵与蒸铵采集子模块用于采集硫铵与蒸铵的工艺和设备运行数据并上传；化验室采集子模块用于采集焦炭质量、煤气中成分含量和化产品质量等数据并上传。
大数据服务器模块包括存储服务器子模块、计算服务器子模块和应用服务器子模块；存储服务器子模块采用分布式文件系统对数据进行存储，存储现场原始数据和专家知识基础规则库，并采用了分布式缓存机制，协助分布式计算高效读取近期数据和经常访问数据，采用优化算法对数据进行压缩优化处理；计算服务器子模块用于搭建分布式计算环境、和计算调用的算法组件库；应用服务器子模块根据上传的计算和分析数据，对焦化厂的各个工段的控制参数进行计算和优化，对焦化厂的工作状态进行数据判别和预警，并对焦化厂的工作状态进行实时显示，最后将所有数据上传应用展示模块。
应用展示模块根据接收的数据显示焦化厂的工作状态，并根据需要进行二维、三维展示。
如图2所示为本发明系统的软件结构示意图：基于大数据的焦化智能制造系统，其软件部分包括数据采集子软件、数据存储子软件、数据计算子软件、数据分析子软件、应用模块子软件和管理平台子软件。
数据采集子软件搭载于数据采集服务端上，采集整个厂区各处的数据和下发需要控制的数据；其支持DP直连、OPC授权、RS485接口、modebus 网络通信、数据库授权、HTML或xml等文档解析等多种数据通信方式，也可以根据需要定制程序。
数据存储子软件用于批量处理采集传输终端模块上传的数据，并对数据进行分布、存储和安全管理；其通过在数据中心机房搭建分布式存储节点、分布式存储系统、数据导入引擎，来批处理现场“采集终端”上传的数据，对数据进行分布、存储、安全管理。采用高效的存储算法及存储架构，根据业务和算法的需求，对数据进行分析、提取、归档；采取特殊的压缩算法对数据压缩，节约存储空间；多层次冗余，保障数据安全；基于容器技术部署，环境隔离，实现高可靠性和高可用性。
数据计算子软件采用基于spark的大数据生态环境，面向工业时序数据分析的需求做了深度优化。通过支持大规模并行和分布式数据处理从而高效地支持智能分析业务需求,支持多种高级语言接口，包括Scala，Java，Python和R,并且在核心引擎之上提供了一系列高级数据分析工具，包括但不限于结构化数据处理工具Spark SQL、图处理工具GraphX以及流处理工具Spark Streaming，可以以基本一致的方式应对不同的业务需求。
数据分析子软件用于提供各类算法库，针对各个设备和各个工段组建机理模型库或专家库；主要提供针对工业智能控制、知识挖掘、智能预测、分类、关联度分析等方向的算法组建库，针对工业各设备或工段进行流体、热能、燃烧等方向组建机理模型库，针对工业已有规程、经验，进行统一化整理、存储、可视化形成的专家库，便于工业特定应用服务调用。
应用模块子软件用于调用数据分析子软件进行计算和分析并获取相应的结果，最终形成最终的应用服务数据。
管理平台子软件用于后台远程监控以及对集群极相关设备的管理。
如图3所示为本发明系统的功能结构示意图：通过大数据平台采集现场数据，利用大数据平台上的各种数据挖掘算法进行现场数据仿真分析，得到各算法模型，进行在线分析处理，优化生产。通过大数据平台分析，可实现厂级的智能调度、厂级监控、数据展示等。主要包括以下功能：
数据采集
依据现场各车间工段及相应数据点的分布，灵活配置采集终端控制器，用于直接采集现场已有或者添加的必要传感器的数据、以及与不同的外部设备控制器通信获取数据；依据各采集终端控制器灵活配置采集服务器，将全厂各车间工段的不同类型、不同平台、不同格式的现场数据进行采集和统一转换，形成全厂数据的集群。
数据存储
通过在数据中心机房搭建分布式存储节点、分布式存储系统、数据导入引擎，来批处理现场“采集终端”上传的数据，对数据进行分布、存储和安全管理。
数据处理组件库
主要提供便于进行基于大数据平台的应用服务开发和发布的基本数据库，主要包括数据源接入组件库、可视化组件库、算法组件库、机理模型 组件库、专家知识基础库等。
1）数据接入组件库
主要指对现场不同数据源数据的自动统一转换接入组件。
2）可视化组件库
主要指对工业数据可视化的报表、趋势、统计分布、动态视图等常用可视化显示组件，以及针对组件的不同数据源灵活配置。
3）算法组件库
针对工业智能控制、知识挖掘、智能预测、分类、关联度分析等方向组建算法库，方便工业特定应用服务调用。常用的算法包括模糊算法、神经网络、支持向量机、遗传算法、蚁群算法、状态空间优化、关联规则、粗糙集、深度学习等。
4）机理模型库
针对工业各设备或工段进行流体、热能、燃烧等方向组建机理模型库，方便工业特定应用服务调用。
5）专家知识基础库
针对工业已有规程、经验，进行统一化整理、存储、可视化。方便工业特定应用服务调用。
应用服务
基于大数据平台，针对用户特定需求，通过管理员授权，依据一定权限可在大数据平台上调用特定服务或服务计算结果，对于特定需要在在调度室、车间等不同现场的专业人员的特定需要安装相应服务客户端，方便专业操作人用使用。平台提供的主要应用服务包括：
（1）生产计划智能编排：依据订单需求和库存信息，结合现场反馈的生产工况，灵活制定生产计划。并能根据临时订单、临时计划检修、设备故障无计划检修等情况下，依据当前设备状态判断工况，结合专家知识规则库，针对不同工艺动态重排最优生产计划。
（2）智能调度
以保证生产计划执行为基准，依据工序和设备状态，物耗供给情况做生产过程协调调度，实现各个过程生产整体平衡和资源利用率最大，从而节能、减排、减人，以及提高产品质量和管理信息化水平。
（3）设备生命周期管理
对焦化过程涉及的主要设备进行厂级统一生命周期管理，实现设备的完整状态跟踪、故障诊断与预测、故障原因排查、故障显示与记录等功能。达到优化设备检修计划、横纵向产品使用情况对比、设备预警在生产上提前排除故障隐患、在出现故障时及时进行原因排查，实现安全稳定生产，保证设备高效运行等目的。
（4）全局参数优化
对焦炉主体生产过程，特别是涉及环保和节能的重要环节，基于大数据平台数据挖掘进行全局工艺参数和控制参数优化。如对使用的水、电、风、蒸汽等根据工况和消耗情况，优化不同工况下各使用工段的额度给定，从源头上减少水、电、风、蒸汽的生产消耗。
（5）数据可视化展示系统
采用专业的统计方法，针对工业绩业管理，物耗管理等方面的予以统计报表，图形，曲线等可视化显示，方便用户体验。
（6）3D可视化展示系统
对焦化行业重要设备和过程的3D动画展示，方便用户对重要设备和过程的监控。
（7）工况判断和关键参数预警子系统
针对现场数据采集，综合分析数据和设备状态，结合工艺专家知识判断当前工况，并对关键餐宿进行预警提示。
交互平台
用于发布工业特定应用服务，用户可以通过该门户调用服务，来指导现场生产、管理、运营。具有权限和用户认证管理，保证门户安全运行。
运维平台
主要是指对大数据平台的运维，方便对大数据平台运维人员内的使用，主要包括组件库管理、服务发布管理、元数据管理、运行情况跟踪、服务调用操作跟踪等。
Claims (5)
1.一种基于大数据的焦化智能制造系统，其特征在于包括采集传输终端模块、大数据服务器模块和应用展示模块；采集传输终端模块、大数据服务器模块和应用展示模块依次串联；采集传输终端模块用于采集现有焦化厂的全厂数据，并上传大数据服务器模块；大数据服务器模块用于对上传的数据进行存储、分析和计算，并将分析和计算的结果上传应用展示模块；应用展示模块用于根据上传的结果控制并显示焦化厂的全厂生产。
2.根据权利要求1所述的基于大数据的焦化智能制造系统，其特征在于所述的采集传输终端模块用于采集全厂的数据集群，对各个工段的作业数据进行采集和下发需要控制的数据；具体包括备煤采集子模块、配煤采集子模块、炼焦子模块、冷鼓采集子模块、脱硫过程采集子模块、洗脱苯采集子模块、硫铵与蒸铵采集子模块和化验室采集子模块；备煤采集子模块用于采集备煤现场料筒、皮带机和煤塔的数据并上传；配煤采集子模块用于采集单煤成分、混合煤指标、煤配比、焦炭及化产指标要求数据并上传；炼焦子模块用于采集焦炉工段的工艺和设备运行数据并上传；冷鼓采集子模块用于采集冷鼓工段的工艺和设备运行数据并上传；脱硫过程采集子模块用于采集脱硫工段的工艺和设备运行数据并上传；洗脱苯采集子模块用于采集洗脱苯工段的工艺和设备运行数据并上传；硫铵与蒸铵采集子模块用于采集硫铵与蒸铵的工艺和设备运行数据并上传；化验室采集子模块用于采集焦炭质量、煤气中成分含量和化产品质量数据并上传。
3.根据权利要求2所述的基于大数据的焦化智能制造系统，其特征在于所述的大数据服务器模块包括存储服务器子模块、计算服务器子模块和应用服务器子模块；存储服务器子模块采用分布式文件系统对数据进行存储，存储现场原始数据和专家知识基础规则库，并采用了分布式缓存机制，协助分布式计算高效读取近期数据和经常访问数据，采用优化算法对数据进行压缩优化处理；计算服务器子模块用于搭建分布式计算环境、和计算调用的算法组件库；应用服务器子模块根据上传的计算和分析数据，对焦化厂的各个工段的控制参数进行计算和优化，对焦化厂的工作状态进行数据判别和预警，并对焦化厂的工作状态进行实时显示，最后将所有数据上传应用展示模块。
4.根据权利要求3所述的基于大数据的焦化智能制造系统，其特征在于应用展示模块包括数据传输子模块和显示子模块；数据传输子模块用于将接收的数据下发至焦化厂的各个工段，从而控制焦化厂的整体工作；显示子模块用于根据接收的数据显示焦化厂的工作状态。
5.根据权利要求1~4之一所述的基于大数据的焦化智能制造系统，其特征在于软件部分包括数据采集子软件、数据存储子软件、数据计算子软件、数据分析子软件、应用模块子软件和管理平台子软件；数据采集子软件搭载于数据采集服务端上，并采集整个厂区各处的数据；数据存储子软件用于批量处理采集传输终端模块上传的数据，并对数据进行分布、存储和安全管理；数据计算子软件采用大数据生态环境，面向工业时序数据分析的需求做了深度优化；数据分析子软件用于提供各类算法库，针对各个设备和各个工段组建机理模型库或专家库；应用模块子软件用于调用数据分析子软件进行计算和分析并获取相应的结果，最终形成最终的应用服务数据；管理平台子软件；用于对所述基于大数据的焦化智能制造系统进行监控和管理。
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Application publication date: 20190823 |