CN115253356B - 基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统、方法及蒸馏塔系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工技术领域，具体地涉及一种基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统、方法及蒸馏塔系统。基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统包括：边缘计算模块、检测模块以及控制模块，其中，所述检测模块用于检测所述蒸馏塔运行时的参数信息；所述边缘计算模块用于根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令；以及所述控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行。本发明可以提高判断、响应和控制调整速度，提升蒸馏塔参与的化工生产的安全性、稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体地涉及一种基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统、方法及蒸馏塔系统。
背景技术
相比于智能化体系在制造业、供应链的快速应用，化工、环保、医药等过程工业行业的自动化生产及处理仍然停留在信息化控制阶段，大部分生产控制仍然采用集中式控制，由技术人员通过中心控制模块控制生产过程。集中式控制属于较低级的控制方式，只适用于结构简单的系统，过于依赖中心控制模块，导致其容错性、可靠性和可扩展性比较差。
另外，现在分布式控制系统在石油化工等大规模自动化控制系统中得到了部分应用。但是，化工、环保、医药等过程工业行业的智能化生产对于现有的分布式控制系统提出了更高要求。智能化生产将计算机算力作为新的生产力，取代人成为生产过程的核心管理者，需要对生产过程进行全方位监控，特别是以蒸馏塔为核心进行高水平的生产管理控制。这将带来监控数据量和处理数据量的快速上升，加重通信系统及后台计算系统的处理负荷量。并且，由于蒸馏塔参与的化工生产的特殊性，需要较快的判断、响应和控制调整速度，单一的分布式控制方式已不能满足需求。
边缘计算指将计算、存储、带宽、应用等资源和服务从网络中心端下沉到网络边缘端，以减少数据处理延迟、降低网络数据传输带宽、降低网络中心功耗。边缘计算就近提供智能互联服务，满足行业在数字化变革过程中对业务实时、业务智能、数据聚合与互操作、安全与隐私保护等方面的关键需求。
蒸馏塔是化工生产过程中的重要分离装置，利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸气压不同这一性质，通过气液两相逆流接触，进行气液相际传热传质，使液相中的轻组分(低沸物)转移到气相中，而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中，实现不同组分分离的目的。
蒸馏塔整体结构复杂，工作时内部耦合十分强烈，动态特性相当复杂，并具有滞后时间较长等特点，导致其控制系统具有高度复杂性。蒸馏塔需要精确调整回流比以降低二次精馏的工作量和温度，提高蒸馏塔的分离效率，提高目标产品产率，降低生产过程中的能源消耗；同时，需要精准控制蒸馏塔的压力，提高其目标产品产率，并且加强生产装置的安全性。因此，基于边缘计算控制的蒸馏塔判断、响应、控制速度更快，调控更加精细，更加适用于化工过程生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统、方法及蒸馏塔系统，该基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统、方法及蒸馏塔系统可以提高判断、响应和控制调整速度，提升蒸馏塔参与的化工生产的安全性、稳定性。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，该蒸馏塔控制系统包括：边缘计算模块、检测模块以及控制模块，其中，所述检测模块用于检测所述蒸馏塔运行时的参数信息；所述边缘计算模块用于根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令；以及所述控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行。
优选地，所述蒸馏塔运行时的参数信息包括：物料质量信息、入塔流量信息、塔顶流出流量信息、回流比信息、气体信息、温度信息、压力信息、液位信息、光学信息、声音信息、浓度信息、黏度信息、电压信息及电流信息中的至少一者。
其中，气体信息优选包括气体的温度、流量和压力信息中的至少一者。
其中，气体优选包括过热水蒸气、CO2和惰性气体中的至少一者。其中惰性气体优选包括氮气、稀有气体等化学性质不活泼的气体。
优选地，所述控制模块包括：物料控制模块、压力控制模块、温度控制模块以及气体控制模块中的至少一者，其中，所述物料控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的物料，所述物料优选包括入塔物料、塔顶流出物料及塔顶回流物料；所述压力控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的压力；所述温度控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的温度；以及所述气体控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的气体。
其中，气体优选包括过热水蒸气、CO2和惰性气体中的至少一者。
其中惰性气体优选包括氮气、稀有气体等化学性质不活泼的气体。
优选地，所述控制模块还包括紧急控制模块，用于根据所述边缘计算指令，对所述蒸馏塔控制系统进行紧急处理控制。
优选地，所述边缘计算模块包括边缘计算芯片、边缘计算模组、边缘计算机、超微计算机中的至少一者。
优选地，所述边缘计算模块包括：数据收发模块、数据预处理模块、数据分析模块、程序指令模块，其中，所述数据收发模块用于接收所述蒸馏塔运行时的参数信息；所述数据预处理模块用于当收到的参数信息的数据量累计达到设定值时，进行处理生成实时监控频谱；所述数据分析模块用于根据所述实时监控频谱，对所述参数信息的数据进行线性变换，实现数据压缩处理；所述程序指令模块用于根据所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令；所述数据收发模块还用于发送所述边缘计算指令至所述控制模块。优选的，程序指令模块包括算法模块，通过其对所述压缩的参数信息的数据进行计算，生成边缘计算指令；更优选的，所述算法模块包括PLS算法模块和PCA算法模块中的至少一者。
优选地，所述边缘计算模块还包括数据诊断模块，其中，所述边缘计算指令包括边缘计算维持指令，所述程序指令模块用于当所压缩的参数信息的数据在预设参数范围内时，生成所述边缘计算维持指令；当所压缩的参数信息的数据中至少一个参数信息的数据在所述预设参数范围外时，生成故障预警指令；所述数据诊断模块用于根据所述故障预警指令以及所压缩的参数信息的数据，确定所述参数信息的异常。
优选地，所述边缘计算指令还包括边缘计算调整指令，所述程序指令模块还用于根据外部输入的调整信息，生成边缘计算调整指令；和/或所述数据诊断模块还用于根据所述参数信息的异常，生成调整信息；所述程序指令模块还用于根据所述数据诊断模块生成的调整信息，生成所述边缘计算调整指令。
本发明第二方面还提供一种基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法，该方法包括：检测所述蒸馏塔运行时的参数信息；根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令；以及根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行。
优选地，所述根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令包括：接收所述蒸馏塔运行时的参数信息；当收到的参数信息的数据量累计达到设定值时，进行处理生成实时监控频谱；根据所述实时监控频谱，对所述参数信息的数据进行线性变换，实现数据压缩处理；根据所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令；发送所述边缘计算指令；优选的，通过PLS算法和PCA算法中的至少一者，将所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令。
优选的，述蒸馏塔运行时的参数信息包括：物料质量信息、入塔流量信息、塔顶流出流量信息、回流比信息、气体信息、温度信息、压力信息、液位信息、光学信息、声音信息、浓度信息、黏度信息、电压信息及电流信息中的至少一者。
优选的，所述控制所述蒸馏塔运行包括：根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的物料，压力，温度，气体的流量、温度和压力中的至少一者；优选的，所述物料包括入塔物料、塔顶流出物料及塔顶回流物料；优选地，所述气体包括过热水蒸气、CO2和惰性气体中的至少一者。
优选地，所述控制所述蒸馏塔运行还包括：根据所述边缘计算指令，对所述蒸馏塔控制系统进行紧急处理控制。
优选的，所述边缘计算指令包括边缘计算维持指令，所述控制所述蒸馏塔运行还包括：当所压缩的参数信息的数据在预设参数范围内时，生成所述边缘计算维持指令，并发送所述边缘计算维持指令；当所压缩的参数信息的数据中至少一个参数信息的数据在所述预设参数范围外时，生成故障预警指令，并根据所述故障预警指令以及所压缩的参数信息的数据，确定所述参数信息的异常。
优选的，所述边缘计算指令还包括边缘计算调整指令；所述控制所述蒸馏塔运行还包括：根据外部输入的调整信息，生成边缘计算调整指令；和/或
根据所述参数信息的异常，生成调整信息，生成所述边缘计算调整指令。
本发明控制方法在第一方面已经进行了详细的说明，为了避免不必要的重复，此处不再赘述。
本发明第三方面还提供一种蒸馏塔系统，该系统包括：蒸馏塔本体；控制执行系统；以及上文所述的蒸馏塔控制系统。
通过上述技术方案，采用本发明提供的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统、方法及蒸馏塔系统，使用边缘计算的方式，可以提高判断、响应和控制调整速度，提升其参与的化工生产过程中蒸馏塔的分离效率、目标产品产率与安全性。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统的结构框图；
图2是本发明一种实施方式的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统的结构框图；
图3A是本发明一种具体实施方式的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统的结构框图；
图3B是本发明另一种具体实施方式的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统的结构框图；
图4是本发明一实施方式的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法的流程图；
图5是本发明另一实施方式提供的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法的流程图；
图6是本发明另一实施方式提供的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法的流程图；
图7是本发明另一实施方式提供的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法的流程图。
附图标记说明
1 边缘计算模块 2 检测模块
3 控制模块 4 控制计算模块
11 数据收发模块 12 数据预处理模块
13 数据分析模块 14 数据诊断模块
15 程序指令模块 31 物料控制模块
32 压力控制模块 33 温度控制模块
34 气体控制模块 35 紧急控制模块
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
第一方面，如图1所示，本发明提供的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统包括：边缘计算模块1、检测模块2以及控制模块3，其中，所述检测模块2用于检测所述蒸馏塔运行时的参数信息；所述边缘计算模块1用于根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令；以及所述控制模块3用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行。
本发明所称的“蒸馏塔”为广义的蒸馏器件，既包括常规意义上的塔，例如可以是板式塔、填料塔、加压塔、常压塔、减压塔、精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔、具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔等，也包括现有的蒸馏釜。
蒸馏塔整体结构复杂，工作时内部耦合十分强烈，动态特性相当复杂，并具有滞后时间较长等特点，导致其控制系统具有高度复杂性，因此需要及时的判断、响应和控制调整，以精确调整回流比、压力和温度，从而降低生产过程中的能源消耗，提高分离效率及目标产品产率，并且加强生产装置的安全性。
检测模块2例如可以是各类用于测量蒸馏塔运行时的参数信息的传感器，例如测量物料质量信息、入塔流量信息、塔顶流出流量信息、回流比信息、气体信息、温度信息、压力信息、液位信息、光学信息、声音信息、浓度信息、黏度信息、电压信息及电流信息中的至少一者的传感器。
其中，气体信息可以为任意的能够在蒸馏塔运行时可发生变化的气体信息，包括但不限于包括气体的温度、流量或者压力信息中的至少一者。
其中，所述气体可以包括蒸馏塔运行时形成的气态物质或者以气态形式存在的物质，包括但不限于过热水蒸气、CO2和惰性气体中的至少一者。其中惰性气体可以包括氮气、稀释气、稀有气体等化学性质不活泼或者是相对于所进行的化学反应为惰性的气体。
检测模块2在测量到蒸馏塔运行时的参数信息之后，及时反馈给边缘计算模块1。边缘计算模块1可以根据蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令。边缘计算模块1可以将计算、存储、带宽、应用等资源和服务从网络中心端下沉到网络边缘端，以减少数据处理延迟、降低网络数据传输带宽、降低网络中心功耗。位于蒸馏塔周边的边缘计算模块1可以通过前端有效的数据预处理，提高整体系统的数据处理能力，使判断、响应和控制调整速度更快，降低生产过程中的能源消耗，提高分离效率及目标产品产率，并且加强生产装置的安全性。
随后，控制模块3就可以用于根据接收到边缘计算指令，控制蒸馏塔运行。具体的控制方式如下文详述。
边缘计算模块1可以包括边缘计算芯片、边缘计算模组、边缘计算机，及基于RISC-V指令集的超微计算机的任一项，或者任意几项的组合。
根据本发明一种优选的实施方式，如图2所示，该基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统还可以包括至少控制计算模块4，其同样可以根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，生成并发送指令，以控制蒸馏塔的运行，以辅助边缘计算模块1，或者以在边缘计算模块1出现故障时进行备用。在集成边缘计算模块1后，对于蒸馏塔的控制更加灵敏精确，蒸馏塔的能源消耗更低，分离效率更高，目标产品产率更高，并可以减少人工依赖。
其中，所述控制计算模块4可以为分布式控制计算模块，也可以为集中式控制计算模块。
需要说明的是，如上所述的控制计算模块4也可以适用于图3A和图3B中的具体实施方式，图3A和图3B的具体实施方式以下将进行详细说明。
图3A是本发明另一种具体实施方式的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统的结构框图。如图3A所示，所述边缘计算模块1包括：数据收发模块11、数据预处理模块12、数据分析模块13以及程序指令模块15，其中，所述数据收发模块11用于接收所述蒸馏塔运行时的参数信息；所述数据预处理模块12用于当收到的参数信息的数据量累计达到设定值时，进行处理生成实时监控频谱；所述数据分析模块13用于根据所述实时监控频谱，对所述参数信息的数据进行线性变换，实现数据压缩处理；所述程序指令模块15用于根据所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令；所述数据收发模块11还用于发送所述边缘计算指令至所述控制模块3。
数据收发模块11主要采用DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)方式收发参数信息的数据，参数信息的数据的传输过程不需要CPU干预，减少传输耗时，降低传输功耗。
数据预处理模块12用于当参数信息的数据的收发得到的数据量累计达到设定值时，采用蝶形算法进行处理完成FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)生成实时监控频谱，实现边缘端快速监控。
数据分析模块13对于采样获得的监控数据，进行算法分析，对监控数据进行线性变换，实现参数信息的数据压缩处理。
其中，所述算法分析可以通过算法模块进行，优选的，所述算法模块包括PLS算法模块(偏最小二乘法)和PCA算法模块(主成分分析)中的至少一者。
根据本发明一种优选的实施方式，所述算法模块为PCA算法模块，本发明还包括对于参数信息的数据主成分与参数信息的数据原始变量线性关系不明显的监控数据，采用因子分析方法进行数据压缩处理。
程序指令模块15根据所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令，具体生成方式，将在下文详述。
图3B是本发明另一具体实施方式提供的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统的结构框图。如图3B所示，所述边缘计算模块1还包括数据诊断模块14，其中，所述边缘计算指令包括边缘计算维持指令，所述程序指令模块15用于在所压缩的参数信息的数据在预设参数范围内时，生成所述边缘计算维持指令；在所压缩的参数信息的数据中至少一个参数信息的数据在所述预设参数范围外时，生成故障预警指令；所述数据诊断模块14用于根据所述故障预警指令以及所压缩的参数信息的数据，确定所述参数信息的异常。
具体地，所述程序指令模块15根据前期输入的各项预设参数范围，与数据分析模块13发出的实时监控的参数信息的数据进行实时对比。如果参数信息的数据处于预设范围内，则向控制模块3发送边缘计算维持指令。如果至少一个参数信息的数据脱离预设参数范围，则停止向反控制模块3发送边缘计算维持指令。
更进一步的，所述程序指令模块15在停止向反控制模块3发送边缘计算维持指令后，还继续向数据诊断模块14发送故障预警指令，由数据诊断模块14诊断故障类型。
数据诊断模块14在收到故障预警指令之后，将经过压缩处理后的参数信息的数据生成线性图，对图表中的异常点进行自动/手动标记，从而通过模型检测找出故障点。确定参数信息的异常，判断故障异常类型。随后数据诊断模块14可以通过预设规则计算出需要调整的参数，如温度、压力、物料流量、气体等参数差值。其中，控制气体包括控制其流量、温度和压力中的至少一者；
在一具体实施方式中，所述边缘计算指令还包括边缘计算调整指令，所述程序指令模块15还用于根据外部输入的调整信息，生成边缘计算调整指令；和/或所述数据诊断模块14还用于根据所述参数信息的异常，生成调整信息；所述程序指令模块15还用于根据所述数据诊断模块生成的调整信息，生成所述边缘计算调整指令。
具体地，如果本系统未设置全自动调整，可以在数据诊断模块14确定需要调整的参数之后，在显示单元上进行信息输出提示需要调整的参数，此时可以通过终端选择是进行维持、人为调整或自动调整。
如果选择的是人为调整，则在人为输入调整信息之后，程序指令模块15随之生成边缘计算调整指令，以使控制模块3根据指令调整物料进出料速度、压力、温度及气体。
如果选择的是自动调整，则数据诊断模块14直接根据所述参数信息的异常，生成调整信息并发送调整信息给程序指令模块15，程序指令模块15随之生成边缘计算调整指令，以使控制模块3根据指令调整物料进出料速度、压力、温度及气体。
当然，如果选择的是进行维持，程序指令模块15仍然重新发送边缘计算维持指令。
如果本系统设置了全自动调整，无需在显示单元上进行信息输出提示需要调整的参数。数据诊断模块14可以直接根据所述参数信息的异常，生成调整信息并发送调整信息给程序指令模块15，程序指令模块15随之生成边缘计算调整指令，以使控制模块3根据指令调整物料进出料速度、压力、温度及气体。
根据本发明一种优选的实施方式，所述控制模块3包括：物料控制模块31、压力控制模块32、温度控制模块33以及气体控制模块34中的至少一者，其中，所述物料控制模块31用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的物料；所述压力控制模块32用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的压力；所述温度控制模块33用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的温度；以及所述气体控制模块34用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的气体。
前述控制气体可以包括控制其流量、温度和压力中的至少一者。
物料控制模块31可以根据边缘计算指令发出的对物料进行控制的指令对物料系统进行控制，物料系统可以包括进出料管道、回流管道、自动/手动阀门、计量泵、泵。
温度控制模块33可以根据边缘计算指令发出的对温度进行控制的指令对温度系统进行控制，温度系统可以包括加热模块、再沸器模块、制冷模块、换热器模块、循环水系统、蒸汽系统及气体系统。
压力控制模块32可以根据边缘计算指令发出的对压力进行控制的指令对压力系统进行控制，压力系统可以包括减压系统及增压系统。
气体控制模块34可以根据边缘计算指令发出的对气体进行控制的指令对气体系统进行控制，气体系统可以包括气体管道、阀门、泵、流量计。
因为过程生产的特性，控制模块可以同时控制多个蒸馏塔，并通过整个系统/子系统/子单元的传感器，与对应的边缘计算模块1进行交互。
所述控制模块3还包括：紧急控制模块35，用于根据所述边缘计算指令，对所述蒸馏塔控制系统进行紧急处理控制。
紧急控制模块35可以控制紧急处置系统，紧急处置系统可以包括紧急停止反应系统、停车安全系统及自动维护系统，在生产异常的情况下进行紧急处理，并进行自动检修、自动维护及自动调试。
边缘计算技术的蒸馏塔控制系统涉及的通信可以是有线/无线通信，包括5G、4G、3G、2G、GNSS、GPRS、GSM、Cat 1、Cat 2、Cat 3、Cat 4、Cat 5、Cat 6、eMTC、NB-IoT、蓝牙模组、Wifi、ZigBee、红外、EPA总线、Modbus协议总线、HART协议总线，及其他类型通信总线。主要为各单元提供信息交互功能。
蒸馏塔的各个主要部件均包含身份识别模块，包括RFID芯片、二维码，外界可以身份识别模块对特定部件进行快速定位，加强外界对主要部件的识别能力。
第二方面，如图4所示，本发明提供了一种基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法，该方法包括：
步骤S31，检测所述蒸馏塔运行时的参数信息；
步骤S32，根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令；以及
步骤S33，根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行。
优选地，所述蒸馏塔运行时的参数信息包括：物料质量信息、入塔流量信息、塔顶流出流量信息、回流比信息、气体信息、温度信息、压力信息、液位信息、光学信息、声音信息、浓度信息、黏度信息、电压信息及电流信息中的至少一者。
优选地，所述根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行包括：根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的物料、压力、温度以及气体中的至少一者。
优选的，所述物料包括入塔物料、塔顶流出物料及塔顶回流物料。
优选地，所述气体包括过热水蒸气、CO2和惰性气体中的至少一者。
更优选地，所述控制所述蒸馏塔运行还包括：根据所述边缘计算指令，对所述蒸馏塔控制系统进行紧急处理控制。
图5是本发明另一具体实施方式提供的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法的流程图。如图5所示，所述根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令包括：
步骤S41，接收所述蒸馏塔运行时的参数信息；
步骤S42，当收到的参数信息的数据量累计达到设定值时，进行处理生成实时监控频谱；
步骤S43，根据所述实时监控频谱，对所述参数信息的数据进行线性变换，实现数据压缩处理；
步骤S44，根据所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令；
步骤S45，发送所述边缘计算指令。
其中，可以通过PLS算法和PCA算法中的至少一者，将所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令。
图6是本发明另一具体实施方式提供的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法的流程图。如图6所示，所述边缘计算指令包括边缘计算维持指令，该方法还包括：
步骤S51，判断所压缩的参数信息的数据是否在预设参数范围内；
步骤S52，在所压缩的参数信息的数据在预设参数范围内时，生成所述边缘计算维持指令；
步骤S53，在所压缩的参数信息的数据中至少一个参数信息的数据在所述预设参数范围外时，生成故障预警指令；
步骤S54，根据所述故障预警指令以及所压缩的参数信息的数据，确定所述参数信息的异常。
图7是本发明另一具体实施方式提供的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法的流程图。如图7所示，所述边缘计算指令包括边缘计算调整指令，该方法还包括：
步骤S61，根据所述参数信息的异常，生成调整信息；
步骤S62，根据所述数据诊断模块生成的调整信息，生成所述边缘计算调整指令。
优选地，还可以根据外部输入的调整信息，生成边缘计算调整指令。
本发明在如上第一方面已经对基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法的实施进行了充分的介绍，为了避免不必须的重复，此处不再重复赘述。第三方面，本发明还提供一种蒸馏塔系统，该系统包括：蒸馏塔本体；控制执行系统；以及上文所述的蒸馏塔控制系统。
所述控制执行系统包括：
物料系统、温度系统、压力系统以及气体系统，物料系统、温度系统、压力系统以及气体系统，具体如上文所述，在此不再赘述。
下面通过具体较佳实施例结合附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例和对比例以某石油精馏中型板式精馏塔为例进行说明，其塔径为500mm，塔高为500mm，第一次试验时间为2020年12月。第二次试验时间为2021年1月。
实施例
结合图3B进行基于边缘计算技术的蒸馏塔控制：
步骤S1，通过检测模块2，检测所述蒸馏塔运行时的参数信息；
步骤S2，通过边缘计算模块1，根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令；以及
步骤S3，通过控制模块3，根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行；
步骤S4，通过紧急控制模块35，根据所述边缘计算指令，对所述蒸馏塔控制系统进行紧急处理控制。
其中，步骤S1中，所述蒸馏塔运行时的参数信息包括：物料质量信息、入塔流量信息、塔顶流出流量信息、回流比信息、气体信息、温度信息、压力信息、液位信息、光学信息、声音信息、电压信息及电流信息。
其中，步骤S2包括：
步骤S21，通过数据收发模块11(采用DMA方式)，接收所述蒸馏塔运行时的参数信息；
步骤S22，通过数据预处理模块12，当收到的参数信息的数据量累计达到设定值时，采用蝶形算法进行处理完成FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)生成实时监控频谱；
步骤S23，通过数据分析模块13，根据所述实时监控频谱，对所述参数信息的数据进行线性变换，实现数据压缩处理；
步骤S24，通过程序指令模块15，根据所压缩的参数信息的数据，通过PCA算法生成边缘计算指令；
步骤S25，通过数据收发模块11(采用DMA方式)，发送所述边缘计算指令，所述边缘计算指令包括边缘计算维持指令；
步骤S251，判断所压缩的参数信息的数据是否在预设参数范围内；
步骤S252，程序指令模块15根据前期输入的各项预设参数范围，与数据分析模块11发出的实时监控的参数信息的数据进行实时对比；如果参数信息的数据处于预设范围内，则向控制模块3发送边缘计算维持指令；如果至少一个参数信息的数据脱离预设参数范围，停止向反控制模块3发送边缘计算维持指令，并生成故障预警指令，发送至数据诊断模块14；
步骤S253，通过数据诊断模块14，根据所述故障预警指令以及所压缩的参数信息的数据，生成线性图，对图表中的异常点进行自动/手动标记，从而通过模型检测找出故障点，确定所述参数信息的异常，判断故障异常类型；
步骤S254，根据所述参数信息的异常，通过预设规则计算出需要调整的参数，生成调整信息，包括控制其速度、压力、温度和气体中的至少一者；
步骤S255，根据所述数据诊断模块14生成的调整信息，生成所述边缘计算调整指令；和/或
步骤256，根据外部输入的调整信息，生成边缘计算调整指令，通过自动调整，直接根据所述参数信息的异常，生成调整信息并发送调整信息给程序指令模块，程序指令模块随之生成边缘计算调整指令，并发送至控制模块。
边缘计算模块包括边缘计算芯片及边缘计算模组。
其中，步骤S3中，通过物料控制模块31，根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的物料系统，从而控制物料，所述物料优选包括入塔物料、塔顶流出物料及塔顶回流物料；所述物料系统包括出料管道、回流管道、自动/手动阀门、计量泵、泵；
通过压力控制模块32，根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的压力系统，从而控制压力，压力系统包括减压系统及增压系统；
通过温度控制模块33，根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的温度系统，从而控制温度，温度系统包括加热模块、再沸器模块、制冷模块、换热器模块、循环水系统、蒸汽系统及气体系统；以及
通过气体控制模块34，根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的气体系统，从而气体的流量、温度和压力；气体系统包括气体管道、阀门、泵、流量计；其中，所述气体包括过热水蒸气。
边缘计算技术的蒸馏塔控制涉及的通信是有线/无线通信，包括Cat 1和EPA总线。
蒸馏塔的各个主要部件均包含身份识别模块，包括RFID芯片、二维码，外界可以通过身份识别模块对特定部件进行快速定位，加强外界对主要部件的识别能力。
采用本发明的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法后，蒸馏塔的性能提升效果如表1所示。
对比例
按照实施例的方式设置蒸馏塔运行时的各项参数，不同的是，本对比例的蒸馏塔控制方法不使用边缘计算技术。
表1
由表1可以看出，本发明通过基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法，能够有效降低能耗、和人工干预次数，并提高产率。
上文所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制方法与上文所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统的实施方式类似，在此不再赘述。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者模块不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者模块所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者模块中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施方式而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (20)
1.一种基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，其特征在于，该蒸馏塔控制系统包括：
边缘计算模块、检测模块以及控制模块，其中，
所述检测模块用于检测所述蒸馏塔运行时的参数信息；
所述边缘计算模块用于根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令；以及
所述控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行；
其中，所述边缘计算模块包括：
数据收发模块、数据预处理模块、数据分析模块、程序指令模块，其中，
所述数据收发模块用于接收所述蒸馏塔运行时的参数信息；
所述数据预处理模块用于当收到的参数信息的数据量累计达到设定值时，进行处理生成实时监控频谱；
所述数据分析模块用于根据所述实时监控频谱，对所述参数信息的数据进行线性变换，实现数据压缩处理；
所述程序指令模块用于根据所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令；
所述数据收发模块还用于发送所述边缘计算指令至所述控制模块；
所述蒸馏塔运行时的参数信息包括：
物料质量信息、入塔流量信息、塔顶流出流量信息、回流比信息、气体信息、温度信息、压力信息、液位信息、光学信息、声音信息、浓度信息、黏度信息、电压信息及电流信息中的至少一者；
其中，所述控制模块包括：
物料控制模块、压力控制模块、温度控制模块以及气体控制模块中的至少一者，其中，
所述物料控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的物料；
所述压力控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的压力；
所述温度控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的温度；以及
所述气体控制模块用于根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的气体的流量、温度和压力中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，其特征在于，所述物料包括入塔物料、塔顶流出物料及塔顶回流物料。
3.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，其特征在于，所述气体包括过热水蒸气、CO2和惰性气体中的至少一者。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括紧急控制模块，用于根据所述边缘计算指令，对所述蒸馏塔控制系统进行紧急处理控制。
5.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，其特征在于，所述边缘计算模块包括边缘计算芯片、边缘计算模组、边缘计算机、超微计算机中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，其特征在于，所述程序指令模块包括算法模块，通过其对所述压缩的参数信息的数据进行计算，生成边缘计算指令。
7.根据权利要求6所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，其特征在于，所述算法模块包括PLS算法模块和PCA算法模块中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，其特征在于，所述边缘计算模块还包括数据诊断模块，其中，所述边缘计算指令包括边缘计算维持指令，
所述程序指令模块用于当所压缩的参数信息的数据在预设参数范围内时，生成所述边缘计算维持指令；当所压缩的参数信息的数据中至少一个参数信息的数据在所述预设参数范围外时，生成故障预警指令；
所述数据诊断模块用于根据所述故障预警指令以及所压缩的参数信息的数据，确定所述参数信息的异常。
9.根据权利要求8所述的基于边缘计算技术的蒸馏塔控制系统，其特征在于，所述边缘计算指令还包括边缘计算调整指令，
所述程序指令模块还用于根据外部输入的调整信息，生成边缘计算调整指令；和/或
所述数据诊断模块还用于根据所述参数信息的异常，生成调整信息；
所述程序指令模块还用于根据所述数据诊断模块生成的调整信息，生成所述边缘计算调整指令。
10.一种基于权利要求1-9中任意一项所述的边缘计算技术的蒸馏塔控制系统的蒸馏塔控制方法，其特征在于，该方法包括：
检测所述蒸馏塔运行时的参数信息；
根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令；以及
根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行。
11.根据权利要求10所述的蒸馏塔控制方法，其特征在于，所述根据所述蒸馏塔运行时的参数信息，进行边缘计算，生成并发送边缘计算指令包括：
接收所述蒸馏塔运行时的参数信息；
当收到的参数信息的数据量累计达到设定值时，进行处理生成实时监控频谱；
根据所述实时监控频谱，对所述参数信息的数据进行线性变换，实现数据压缩处理；
根据所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令；
发送所述边缘计算指令。
12.根据权利要求11所述的蒸馏塔控制方法，其特征在于，通过PLS算法和PCA算法中的至少一者，将所压缩的参数信息的数据，生成边缘计算指令。
13.根据权利要求10所述的蒸馏塔控制方法，其特征在于，所述蒸馏塔运行时的参数信息包括：
物料质量信息、入塔流量信息、塔顶流出流量信息、回流比信息、气体信息、温度信息、压力信息、液位信息、光学信息、声音信息、浓度信息、黏度信息、电压信息及电流信息中的至少一者。
14.根据权利要求10所述的蒸馏塔控制方法，其特征在于，所述控制所述蒸馏塔运行包括：
根据所述边缘计算指令，控制所述蒸馏塔运行时的物料，压力，温度，气体的流量、温度和压力中的至少一者。
15.根据权利要求14所述的蒸馏塔控制方法，其特征在于，所述物料包括入塔物料、塔顶流出物料及塔顶回流物料。
16.根据权利要求14所述的蒸馏塔控制方法，其特征在于，所述气体包括过热水蒸气、CO2和惰性气体中的至少一者。
17.根据权利要求10所述的蒸馏塔控制方法，其特征在于，所述控制所述蒸馏塔运行还包括：根据所述边缘计算指令，对所述蒸馏塔控制系统进行紧急处理控制。
18.根据权利要求17所述的蒸馏塔控制方法，其特征在于，所述边缘计算指令包括边缘计算维持指令，所述控制所述蒸馏塔运行还包括：当所压缩的参数信息的数据在预设参数范围内时，生成所述边缘计算维持指令，并发送所述边缘计算维持指令；当所压缩的参数信息的数据中至少一个参数信息的数据在所述预设参数范围外时，生成故障预警指令，并根据所述故障预警指令以及所压缩的参数信息的数据，确定所述参数信息的异常。
19.根据权利要求18所述的蒸馏塔控制方法，其特征在于，所述边缘计算指令还包括边缘计算调整指令；所述控制所述蒸馏塔运行还包括：根据外部输入的调整信息，生成边缘计算调整指令；和/或
根据所述参数信息的异常，生成调整信息，生成所述边缘计算调整指令。
20.一种蒸馏塔系统，其特征在于，该系统包括：
蒸馏塔本体；
控制执行系统；以及
权利要求1-9中任一项所述的蒸馏塔控制系统。
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| GR01 | Patent grant | ||
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