CN114001561A - 基于物联网的智能数字化运维平台 - Google Patents

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赵月亮
许小亮
马庆娟
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Abstract

本发明涉及加热炉运维技术领域，尤其涉及基于物联网的智能数字化运维平台，所述运维平台由设备端控制组件和云端控制组件组成，其中：设备端控制组件由加热炉温度控制系统以及加热炉烟风控制系统组成，云端控制组件由加热炉热效率诊断优化系统以及设备故障诊断、定位系统组成；利用设备端控制组件对加热炉的工作情况进行采集与控制；利用云端控制组件对加热炉的热效率进行诊断，并对加热炉工作状态以及工作设备进行故障诊断与定位，本发明解决了加热炉控制管路效果不高，能耗高的问题，本运维平台的提出，能够实现加热炉自动控制、加热炉效优化以及设备自动监控的目的，加热炉的节能效果显著增强。

Description

基于物联网的智能数字化运维平台
技术领域
本发明涉及加热炉运维技术领域，尤其涉及基于物联网的智能数字化运维平台。
背景技术
管式加热炉是石油炼制、石油化工、煤化工、焦油加工、原料输送等工业装置中使用的工艺加热炉，是耗能大户，也是一个多变量耦合、多干扰、非线性和时变的系统，具有设备价值高、工艺操作复杂、危险性高，环保压力大等特征。其工艺介质出口温度、氧含量、CO等含量等受燃料低热值、热负荷变化等多方面不确定因素干扰，同时各类执行机构存在较严重非线性、灵敏度差以及面临安全生产压力大等因素，传统的PID控制有时不能满足先进控制与管理的要求，还会出现空燃比不匹配能源耗量较高的现象。在国家智慧工厂建设、数字化转型的大背景下，研究和开发加热炉全生命周期智能运维系统，全面提升设备管理、生产管理、安全管理、节能降耗等环节的数字化水平，将实现加热炉的智能化高效运行，减轻操作工劳动强度，减少人为因素引起的操作波动，降低运营成本，实现稳态能源平衡、减少能耗，实现数字化赋能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于物联网的智能数字化运维平台。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
基于物联网的智能数字化运维平台，运维平台由设备端控制组件和云端控制组件组成，其中：
设备端控制组件由加热炉温度控制系统以及加热炉烟风控制系统组成，云端控制组件由加热炉热效率诊断优化系统以及设备故障诊断、定位系统组成；
加热炉温度控制系统用于对加热炉的炉口温度、炉膛温度、炉管的管壁温度以及烟气流动数据进行采集与控制；
加热炉烟风控制系统用于对加热炉内部的烟气流动的压力以及流量数据进行采集与控制；
加热炉热效率诊断优化系统用于对加热炉的热效率进行诊断；
设备故障诊断、定位系统组成用于记录加热炉的热效率工况数据，并将实时采集的工况数据与数据库中的数据进行对比与诊断。
优选的，所述加热炉温度控制系统由高速红外采集单元、光学影像采集单元以及烟气流动采集单元组成。
优选的，利用所述高速红外采集单元、光学影像采集单元以及烟气流动采集单元对加热炉炉出口温度、炉膛温度场及炉管管壁温度的场分布以及烟气流动数据进行采集。
优选的，所述加热炉烟风控制系统由压力采集单元以及流量采集单元组成。
优选的，利用所述压力采集单元以及流量采集单元对烟风品质敏感度进行采集，并测定投运率。
优选的，所述加热炉热效率诊断优化系统由热效率诊断优化单元、燃烧器自动调节单元、火焰管理单元以及预热器泄漏在线监测单元组成。
优选的，利用所述热效率诊断优化单元、燃烧器自动调节单元、火焰管理单元以及预热器泄漏在线监测单元实时监测加热炉的热效率变化。
优选的，所述热效率诊断优化单元用于知识形式化建模、影响要素敏感度分析以及控制参量迭代优化。
优选的，所述设备故障诊断、定位系统由实时工况数据采集单元以及知识库组成。
优选的，利用所述实时工况数据采集单元以及知识库对加热炉的工作设备进行实时的数据采集，并对设备的故障进行检测、诊断与定位。
本发明的有益效果是：通过本方案提出的运维平台，解决了加热炉控制管路效果不高，能耗高的问题，本运维平台的提出，能够实现加热炉自动控制、加热炉效优化以及设备自动监控的目的，加热炉的节能效果显著增强。
附图说明
图1为本发明提出的基于物联网的智能数字化运维平台的系统框图；
图2为本发明提出的基于物联网的智能数字化运维平台的加热炉温度控制系统图；
图3为本发明提出的基于物联网的智能数字化运维平台的加热炉烟风控制系统图；
图4为本发明提出的基于物联网的智能数字化运维平台的加热炉热效率诊断优化系统图；
图5为本发明提出的基于物联网的智能数字化运维平台的设备故障诊断、定位系统图；
图6为本发明提出的基于物联网的智能数字化运维平台的热效率诊断优化系统图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本实施例中，参照图1-6，基于物联网的智能数字化运维平台，运维平台由设备端控制组件和云端控制组件组成，其中：
设备端控制组件由加热炉温度控制系统以及加热炉烟风控制系统组成，云端控制组件由加热炉热效率诊断优化系统以及设备故障诊断、定位系统组成。
加热炉温度控制系统用于对加热炉的炉口温度、炉膛温度、炉管的管壁温度以及烟气流动数据进行采集与控制：加热炉温度控制系统由高速红外采集单元、光学影像采集单元以及烟气流动采集单元组成。利用高速红外采集单元、光学影像采集单元以及烟气流动采集单元对加热炉炉出口温度、炉膛温度场及炉管管壁温度的场分布以及烟气流动数据进行采集。基于高速红外、光学影像采集、炉内烟气流动传感采集，实现加热炉炉出口温度、炉膛温度场及炉管管壁温度的场分布以及烟气流动数据汇聚，通过机器视觉方法，利用数据挖掘、深度特征自学习等技术解译温度场特性、规律和复杂变化模式，构建燃烧品质敏感参数集，在此基础上，结合全要素控制手段，通过深度强化学习等技术研究炉管的管壁温度控制方法，实现炉出口温度动态自适应控制，提高燃烧效率，优化空燃比，节约燃料。
加热炉烟风控制系统用于对加热炉内部的烟气流动的压力以及流量数据进行采集与控制：加热炉烟风控制系统由压力采集单元以及流量采集单元组成。利用压力采集单元以及流量采集单元对烟风品质敏感度进行采集，并测定投运率。通过研究压力分布、流量分布，构建烟风品质敏感参数集，通过控制参量启发式优化、控制模型在线学习等技术开发加热炉烟风智能控制系统，与加热炉温控制系统协作，满足燃烧需求和环保指标，提高投运率。
加热炉热效率诊断优化系统用于对加热炉的热效率进行诊断：加热炉热效率诊断优化系统由热效率诊断优化单元、燃烧器自动调节单元、火焰管理单元以及预热器泄漏在线监测单元组成。利用热效率诊断优化单元、燃烧器自动调节单元、火焰管理单元以及预热器泄漏在线监测单元实时监测加热炉的热效率变化。在平稳控制的基础上提高燃烧效率，节约燃料用量。
另外，热效率诊断优化单元用于知识形式化建模、影响要素敏感度分析以及控制参量迭代优化。通过专家知识形式化建模、影像要素敏感度分析、控制参量迭代优化等技术实现管内流量均匀和各支路平衡的安全稳定运行控制。
设备故障诊断、定位系统组成用于记录加热炉的热效率工况数据，并将实时采集的工况数据与数据库中的数据进行对比与诊断：设备故障诊断、定位系统由实时工况数据采集单元以及知识库组成。利用实时工况数据采集单元以及知识库对加热炉的工作设备进行实时的数据采集，并对设备的故障进行检测、诊断与定位。构建设备的历史性能退化样本，挖掘与异常、故障和性能退化相关的多源变量关联关系，识别多设备故障耦合、满足工作自适应下的异常监测、故障诊断、性能退化预警、剩余寿命预测以及健康状态评估，实现操作挡板、风机、预热器、燃烧器等设备的健康保障和预测性维护。构建操作挡板、风机、预热器、燃烧器等设备数字孪生体，实时工况数据，与故障诊断 知识库相连，利用机器学习及知识图谱技术，实现设备的故障检测、诊断与定位。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，所述运维平台由设备端控制组件和云端控制组件组成，其中：
设备端控制组件由加热炉温度控制系统以及加热炉烟风控制系统组成，云端控制组件由加热炉热效率诊断优化系统以及设备故障诊断、定位系统组成；
加热炉温度控制系统用于对加热炉的炉口温度、炉膛温度、炉管的管壁温度以及烟气流动数据进行采集与控制；
加热炉烟风控制系统用于对加热炉内部的烟气流动的压力以及流量数据进行采集与控制；
加热炉热效率诊断优化系统用于对加热炉的热效率进行诊断；
设备故障诊断、定位系统组成用于记录加热炉的热效率工况数据，并将实时采集的工况数据与数据库中的数据进行对比与诊断。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，所述加热炉温度控制系统由高速红外采集单元、光学影像采集单元以及烟气流动采集单元组成。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，利用所述高速红外采集单元、光学影像采集单元以及烟气流动采集单元对加热炉炉出口温度、炉膛温度场及炉管管壁温度的场分布以及烟气流动数据进行采集。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，所述加热炉烟风控制系统由压力采集单元以及流量采集单元组成。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，利用所述压力采集单元以及流量采集单元对烟风品质敏感度进行采集，并测定投运率。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，所述加热炉热效率诊断优化系统由热效率诊断优化单元、燃烧器自动调节单元、火焰管理单元以及预热器泄漏在线监测单元组成。
7.根据权利要求6所述的基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，利用所述热效率诊断优化单元、燃烧器自动调节单元、火焰管理单元以及预热器泄漏在线监测单元实时监测加热炉的热效率变化。
8.根据权利要求6所述的基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，所述热效率诊断优化单元用于知识形式化建模、影响要素敏感度分析以及控制参量迭代优化。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，所述设备故障诊断、定位系统由实时工况数据采集单元以及知识库组成。
10.根据权利要求9所述的基于物联网的智能数字化运维平台，其特征在于，利用所述实时工况数据采集单元以及知识库对加热炉的工作设备进行实时的数据采集，并对设备的故障进行检测、诊断与定位。
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