CN112147947A - 数字孪生选煤智能控制系统 - Google Patents

数字孪生选煤智能控制系统 Download PDF

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张庆
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Abstract

本发明公开了一种数字孪生选煤智能控制系统，利用所述三维建模模块构建的模型比例、外观、定位与现实一致，便于利用所述数据采集模块对全场设备信息采集，实现多业务数据采集，并基于数字孪生技术，得到数据镜像，然后利用所述模拟运行模块在可视化平台上进行动画仿真模拟运行，运行结果数据传输到到用户终端，所述实际生产控制模块是在模拟运行的多种结果中选取最优方案，投入现实工厂的实际生产中，并能对实际生产中设备进行展示、设备控制、统计分析等；并进行远程实时监控，同时基于机器学习的算法对煤质参数的变化做出决策，提高选煤的质量，减少工人劳力，节约生产成本。

Description

数字孪生选煤智能控制系统
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种数字孪生选煤智能控制系统。
背景技术
选煤厂智能化研究目前是行业内的热点研究方向，其目前主要的问题是发展不均衡，自动化技术发展较快，从生产集中控制、到生产单元自动控制、到无线移动远程操控、人员定位等发展迅速，但与煤炭洗选领域结合不深；选煤核心内容发展缓慢，重介、浮选智能控制瓶颈难以解决，在线监测精度不足，大量信息没有集成，缺乏数据分析，导致选煤质量降低，增加生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数字孪生选煤智能控制系统，提高选煤质量，降低生产成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种数字孪生选煤智能控制系统，所述数字孪生选煤智能控制系统包括三维建模模块、数据采集模块、模拟运行模块和实际生产控制模块，所述三维建模模块、所述数据采集模块、所述模拟运行模块和所述实际生产控制模块依次连接；
所述三维建模模块，用于利用三维技术对现场设备模型进行重构和补充，构建可视化平台；
所述数据采集模块，用于通过分散控制系统或可编程逻辑控制器对全车间进行多业务数据采集，并基于数字孪生技术，得到数据镜像；
所述模拟运行模块，用于在所述可视化平台上进行动画仿真模拟运行，并将运行结果数据传输到用户终端；
所述实际生产控制模块，用于在所述运行结果数据中选择出运行方案，并根据所述运行方案进行生产和控制分析。
其中，所述三维建模模块包括建模工具单元和三维引擎单元，所述三维引擎单元与所述建模工具单元连接；
所述建模工具单元，用于通过多种三维建模工具中任意一种或多种方式对现场设备模型进行重构和补充；
所述三维引擎单元，用于导入和加载三维模型，并对构建的所述可视化平台进行功能开发。
其中，所述模拟运行模块包括模拟生产单元、生产评估单元和方案选择单元，所述模拟生产单元、所述生产评估单元和所述方案选择单元互相连接；
所述模拟生产单元，用于将所述数据采集模块采集的数据在所述可视化平台上进行模拟运行和控制；
所述生产评估单元，用于将模拟运行后的数据在构建的三维工厂上进行模拟运行，并对运行的工艺参数与数据库总的数据进行对比评估；
所述方案选择单元，用于根据所述生产评估单元的评估数据，判断方案传输方向，并回传至所述模拟生产单元进行参数调整和模拟运行，直至选择出运行方案。
其中，所述实际生产控制模块包括生产单元和生产控制单元，所述生产单元与所述方案选择单元连接，所述生产控制单元与所述生产单元连接；
所述生产单元，用于根据所述方案选择单元选择出的所述运行方案进行生产；
所述生产控制单元，用于利用所述可视化平台进行远程控制。
其中，所述数字孪生选煤智能控制系统还包括人员定位模块，所述人员定位模块与所述三维点云扫描模块连接；
所述人员定位模块，用于基于超宽带计算，在构建的三维虚拟工厂上进行实时定位和显示。
其中，所述数字孪生选煤智能控制系统还包括预警模块，所述预警模块与所述人员定位模块、所述生产单元和所述生产控制单元连接；
所述预警模块，用于对生产过程进行监管和预警，并对被定位人员的逗留和越界进行报警。
本发明的一种数字孪生选煤智能控制系统，所述数字孪生选煤智能控制系统包括三维建模模块、数据采集模块、模拟运行模块和实际生产控制模块，利用所述三维建模模块构建的模型比例、外观、定位与现实一致，便于利用所述数据采集模块对全场设备信息采集，实现多业务数据采集，并基于数字孪生技术，得到数据镜像，然后利用所述模拟运行模块在可视化平台上进行动画仿真模拟运行，运行结果数据传输到到用户终端，所述实际生产控制模块是在模拟运行的多种结果中选取最优方案，投入现实工厂的实际生产中，并能对实际生产中设备进行展示、设备控制、统计分析等；并进行远程实时监控，同时基于机器学习的算法对煤质参数的变化做出决策，提高选煤的质量，减少工人劳力，节约生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种数字孪生选煤智能控制系统的结构示意图。
图2是本发明提供的一种数字孪生选煤智能控制系统的流程示意图。
1-三维建模模块、2-数据采集模块、3-模拟运行模块、4-实际生产控制模块、11-建模工具单元、12-三维引擎单元、31-模拟生产单元、32-生产评估单元、33-方案选择单元、41-生产单元、42-生产控制单元、5-三维点云扫描模块、6-数据库模块、7-人员定位模块、8-预警模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1和图2，本发明提供一种数字孪生选煤智能控制系统，所述数字孪生选煤智能控制系统包括三维建模模块1、数据采集模块2、模拟运行模块3和实际生产控制模块4，所述三维建模模块1、所述数据采集模块2、所述模拟运行模块3和所述实际生产控制模块4依次连接；
所述三维建模模块1，用于利用三维技术对现场设备模型进行重构和补充，构建可视化平台；
所述数据采集模块2，用于通过分散控制系统或可编程逻辑控制器对全车间进行多业务数据采集，并基于数字孪生技术，得到数据镜像；
所述模拟运行模块3，用于在所述可视化平台上进行动画仿真模拟运行，并将运行结果数据传输到用户终端；
所述实际生产控制模块4，用于在所述运行结果数据中选择出运行方案，并根据所述运行方案进行生产和控制分析。
在本实施方式中，利用所述三维建模模块1构建的模型比例、外观、定位与现实一致，便于利用所述数据采集模块2通过分散控制系统(DSC)或可编程逻辑控制器(PLC)对全场设备信息采集，实现多业务数据采集，实现不同应用系统之间的数据共享和应用集成。提供DDE、ODBC、Web、OPC等标准接接口，实现了生产数据与其它应用程序、Internet/Intranet的连接，为应用开发提供了统一的系统资源和共享资源。应用数字孪生技术，形成数据镜像，其配套数据分别应用于虚拟工厂及现实工厂，便于后续的智能系统开发，然后利用所述模拟运行模块3在可视化平台上进行动画仿真模拟运行，运行结果数据传输到服务器，服务器传输数据到用户终端，所述实际生产控制模块4是在模拟运行的多种结果中选取最优方案，投入现实工厂的实际生产中，并能对实际生产中设备进行展示、设备控制、统计分析等；并进行远程实时监控，同时基于机器学习的算法对煤质参数的变化做出决策，提高选煤的质量，减少工人劳力，节约生产成本。
进一步的，所述三维建模模块1包括建模工具单元11和三维引擎单元12，所述三维引擎单元12与所述建模工具单元11连接；
所述建模工具单元11，用于通过多种三维建模工具中任意一种或多种方式对现场设备模型进行重构和补充；
所述三维引擎单元12，用于导入和加载三维模型，并对构建的所述可视化平台进行功能开发。
在本实施方式中，所述建模工具单元11主要通过3DMAX、Maya、Revit、PDMS等不同方式对现场设备模型进行重构和补充，然后通过所述三维引擎单元12导入和加载三维模型，并构建的可视化平台进行功能开发，是支撑平台和前端展示之间的桥梁，三维引擎以及三维建模工具构成的三维编辑平台。
进一步的，所述模拟运行模块3包括模拟生产单元31、生产评估单元32和方案选择单元33，所述模拟生产单元31、所述生产评估单元32和所述方案选择单元33互相连接；
所述模拟生产单元31，用于将所述数据采集模块2采集的数据在所述可视化平台上进行模拟运行和控制；
所述生产评估单元32，用于将模拟运行后的数据在构建的三维工厂上进行模拟运行，并对运行的工艺参数与数据库总的数据进行对比评估；
所述方案选择单元33，用于根据所述生产评估单元32的评估数据，判断方案传输方向，并回传至所述模拟生产单元31进行参数调整和模拟运行，直至选择出运行方案。
在本实施方式中，模拟运行设置在搭建的可视化平台上进行展示和控制，通过对虚拟选煤厂中存在数据的不断模拟运行，加强系统的自学习、自适应能力，使虚拟选煤厂的运行参数逐渐接近实际选煤厂的运行参数，最后得出模拟运行的生产评估，然后通过所述生产评估单元32将方案在虚拟选煤厂中模拟运行一次，得出的整个运行的工艺的能耗、设备工况、产品质量、人员配置、检修周期、工艺稳定性等参数进行评估，通过对历史数据库中的参考数据进行对比评估；所述优化方案设置在生产评估之后，根据生产评估的结果，选择方案升级方向即升级方向，并回到所述模拟生产单元31，对相关环节上的设备及参数进行调整，重新进行模拟运行、生产评估环境，最终，选择最优方案即选择出运行方案，能够有效提高选煤质量。
进一步的，所述实际生产控制模块4包括生产单元41和生产控制单元42，所述生产单元41与所述方案选择单元33连接，所述生产控制单元42与所述生产单元41连接；
所述生产单元41，用于根据所述方案选择单元33选择出的所述运行方案进行生产；
所述生产控制单元42，用于利用所述可视化平台进行远程控制。
在本实施方式中，将所述生产评估单元32产生的最优方案，投入到现实工厂的实际生产中；通过搭建的平台用户在客户端远程控制设备，通过选择出的最优的运行方案进行生产，能够减少人力成本和生产成本。
进一步的，所述数字孪生选煤智能控制系统还包括三维点云扫描模块5，所述三维点云扫描模块5与所述数据采集模块2连接；
所述三维点云扫描模块5，用于将选煤厂的各种物理场景、设备和人员在三维场景中进行重构，形成三维虚拟工厂。
在本实施方式中，将选煤厂的各种物理场景、设备、人员等重构于虚拟空间，形成虚拟工厂；所述虚拟工厂是通过数字孪生技术的研究，通过3DMAX、Maya、Revit、PDMS等方式建立虚拟选煤厂三维模型，采集现实选煤厂的数据，做到现实真实还原，模型比例、外观、定位与现实一致，设备结构误差不超过0.02米，定位误差不超过0.1米。
进一步的，所述数字孪生选煤智能控制系统还包括数据库模块6，所述数据库模块6与所述数据采集模块2、所述生产评估单元32和所述方案选择单元33连接；
所述数据库模块6，用于对所述数据采集模块2、所述生产评估单元32和所述方案选择单元33中所有的数据进行保存、筛选、监测、分析和预警。
在本实施方式中，通过所述数据采集模块2、所述生产评估单元32和所述方案选择单元33中所有的数据的不断积累，建设历史数据库，如三产品重介旋流器系统：通过对旋流器入料压力、密度、非磁性物含量、桶位等工艺参数的积累，通过实际生产中进行补水、分流、添加磁铁矿粉的操作造成的影响，进行数据变化，基于数据积累、数据分析、数据挖掘的应用，建立选煤厂工艺及设备的数学模型，以选煤核心业务为重点，建设数字孪生选煤管控平台，实现对选煤厂中设备、工艺全流程管控，完成对选煤厂工艺流程状态评估，监测煤质变化，基于历史数据积累，调整设备工况；完成对设备运行状态的评估，找出设备性能提升方向及空间，预测设备事故提前检修；完成设计变更对选煤厂能耗、易损件、人员、产品等指标影响评估，寻找最优方案，应用至现实选煤厂中。
进一步的，所述数字孪生选煤智能控制系统还包括人员定位模块7，所述人员定位模块7与所述三维点云扫描模块5连接；
所述人员定位模块7，用于基于超宽带计算，在构建的三维虚拟工厂上进行实时定位和显示。
在本实施方式中，基于超宽带(UWB)技术，可实现实时定位，能够在三维模型地图上展示实时定位信息，并能按条件查询不同设备定位信息，查看人员的详细信息，支持不同角色用不同图标或模型展示，便于区分不同的人员位置，同时并能实现轨迹回放。
进一步的，所述数字孪生选煤智能控制系统还包括预警模块8，所述预警模块8与所述人员定位模块7、所述生产单元41和所述生产控制单元42连接；
所述预警模块8，用于对生产过程进行监管和预警，并对被定位人员的逗留和越界进行报警。
在本实施方式中，能够对数据采集过程、模拟运行过程和生产过程中的所有操作和数据进行监管和预警，提高对系统的监管能力，同时能根据所述人员定位模块7对定位人员的行动速度、滞留时间和是否越界等进行监管和预警信息进行对应的报警处理，提高对工作人员的监管效率。
本发明的一种数字孪生选煤智能控制系统，所述数字孪生选煤智能控制系统包括三维建模模块1、数据采集模块2、模拟运行模块3和实际生产控制模块4，利用所述三维建模模块1构建的模型比例、外观、定位与现实一致，便于利用所述数据采集模块2对全场设备信息采集，实现多业务数据采集，并基于数字孪生技术，得到数据镜像，然后利用所述模拟运行模块3在可视化平台上进行动画仿真模拟运行，运行结果数据传输到到用户终端，所述实际生产控制模块4是在模拟运行的多种结果中选取最优方案，投入现实工厂的实际生产中，并能对实际生产中设备进行展示、设备控制、统计分析等；并进行远程实时监控，同时基于机器学习的算法对煤质参数的变化做出决策，提高选煤的质量，减少工人劳力，节约生产成本。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种数字孪生选煤智能控制系统，其特征在于，
所述数字孪生选煤智能控制系统包括三维建模模块、数据采集模块、模拟运行模块和实际生产控制模块，所述三维建模模块、所述数据采集模块、所述模拟运行模块和所述实际生产控制模块依次连接；
所述三维建模模块，用于利用三维技术对现场设备模型进行重构和补充，构建可视化平台；
所述数据采集模块，用于通过分散控制系统或可编程逻辑控制器对全车间进行多业务数据采集，并基于数字孪生技术，得到数据镜像；
所述模拟运行模块，用于在所述可视化平台上进行动画仿真模拟运行，并将运行结果数据传输到用户终端；
所述实际生产控制模块，用于在所述运行结果数据中选择出运行方案，并根据所述运行方案进行生产和控制分析。
2.如权利要求1所述的数字孪生选煤智能控制系统，其特征在于，
所述三维建模模块包括建模工具单元和三维引擎单元，所述三维引擎单元与所述建模工具单元连接；
所述建模工具单元，用于通过多种三维建模工具中任意一种或多种方式对现场设备模型进行重构和补充；
所述三维引擎单元，用于导入和加载三维模型，并对构建的所述可视化平台进行功能开发。
3.如权利要求1所述的数字孪生选煤智能控制系统，其特征在于，
所述模拟运行模块包括模拟生产单元、生产评估单元和方案选择单元，所述模拟生产单元、所述生产评估单元和所述方案选择单元互相连接；
所述模拟生产单元，用于将所述数据采集模块采集的数据在所述可视化平台上进行模拟运行和控制；
所述生产评估单元，用于将模拟运行后的数据在构建的三维工厂上进行模拟运行，并对运行的工艺参数与数据库总的数据进行对比评估；
所述方案选择单元，用于根据所述生产评估单元的评估数据，判断方案传输方向，并回传至所述模拟生产单元进行参数调整和模拟运行，直至选择出运行方案。
4.如权利要求3所述的数字孪生选煤智能控制系统，其特征在于，
所述实际生产控制模块包括生产单元和生产控制单元，所述生产单元与所述方案选择单元连接，所述生产控制单元与所述生产单元连接；
所述生产单元，用于根据所述方案选择单元选择出的所述运行方案进行生产；
所述生产控制单元，用于利用所述可视化平台进行远程控制。
5.如权利要求4所述的数字孪生选煤智能控制系统，其特征在于，
所述数字孪生选煤智能控制系统还包括人员定位模块，所述人员定位模块与所述三维点云扫描模块连接；
所述人员定位模块，用于基于超宽带计算，在构建的三维虚拟工厂上进行实时定位和显示。
6.如权利要求5所述的数字孪生选煤智能控制系统，其特征在于，
所述数字孪生选煤智能控制系统还包括预警模块，所述预警模块与所述人员定位模块、所述生产单元和所述生产控制单元连接；
所述预警模块，用于对生产过程进行监管和预警，并对被定位人员的逗留和越界进行报警。
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