CN117216148B - 碱性水电解制氢系统运行维护平台系统 - Google Patents

Abstract

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，包括：自底层至顶层的设备层、LOT层、NaaS层、IaaS层、PaaS层和SaaS层。其中：所述设备层与硬件设备进行通信、控制和管理，设备层采集的数据发送至LOT层。所述LOT层用于设备层与NaaS层之间进行数据交互和数据处理，并采用Taas技术测试应用与硬件设备之间的控制和管理是否正常。所述NaaS层提供外层网络数据通讯，将LOT层的数据发送至IaaS层。IaaS层、PaaS层和SaaS层采用传统结构。本发明可以在不影响生产系统运行稳定的基础上进行应用的新增或变更，并可以进行业务逻辑的调整和优化。

Description

碱性水电解制氢系统运行维护平台系统

技术领域

本发明涉及生产系统运维管理技术领域，尤其涉及一种拓展碱性电解槽负荷范围的系统及方法。

背景技术

工业互联网为智能制造提供不可或缺的网络连接，提供工业大数据的采集、传输、计算和分析，提供新模式、新业态发展所必须的信息服务。工业互联网将为企业研发设计、经营决策、组织管理提供新的工具，为产业链上下游协同提供新的平台，将有力推动我国工业生产方式由粗放低效走向绿色精益、生产组织由分散无序走向协同互通、产业生态由低端初级走向高端完善，进而逐步破解工业发展难题，推动全产业链整体跃升。加快研制工业互联网前沿关键技术，将使我国在全球新一轮产业变革的竞争中走在前列，改变长期以来我国在技术、产业发展过程中跟随发达国家脚步的态势。

对生产系统进行数据采集和远程运行维护管理的平台系统是目前比较常见的工业互联网运用。但是现有的运行维护平台，尤其是涉及大规模管道建模，过程还比较复杂，且工作量很大的碱性水电解制氢的远程运行维护系统，存在以下问题：

1.系统应用较为常规和模板化，定制化业务流程添加困难，一般需要进行应用定制，成本较高。

2.系统展示的画面大多为限连接结构，不能直观反应生产线构成，不利于工作人员直观发现生产线上的实际问题点所在。

3.系统应用新增或改进后，其业务逻辑（例如：针对某情况，该应用需要产生对应的控制指令，硬件设备接收该控制指令后产生相应的动作反馈）是否符合应用预期，现有技术缺乏有效的验证手段，尤其是平台系统运行稳定后根据需要新增或改进的应用，要使得业务逻辑符合预期，一般需要根据对业务逻辑进行多次调整（例如根据硬件设备和系统整体运行反馈，对控制指令进行修正）。这很容易在业务逻辑调整期间造成生产系统的不稳定或导致安全事故，由此进一步导致了绝大多数平台系统难以根据需要进行应用的改进或调整。

发明内容

为解决现有技术的存在的问题，本发明提供了一种碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，包括：自底层至顶层的设备层、LOT层、NaaS层、IaaS层、PaaS层和SaaS层。其中：

所述设备层与硬件设备进行通信、控制和管理，设备层采集的数据发送至LOT层。

所述LOT层用于设备层与NaaS层之间进行数据交互和数据处理，并采用Taas技术测试应用与硬件设备之间的控制和管理是否正常。

所述NaaS层提供外层网络数据通讯，将LOT层的数据发送至IaaS层。

所述IaaS层通过网络资源、存储资源、计算资源和能源资源相互关联，共同构成了云计算和基础设施服务的基础设施。

所述PaaS层提供容器编排引擎、大数据AI服务、开发者服务及富含各类功能与服务的微服务组件池，供开发者构建适合自己的工业物联网解决方案。

所述SaaS层用于构建应用服务。

其中：

所述PaaS层包括工业大数据平台和能力中心建设平台。

所述工业大数据平台，采用Flink作为数据处理引擎,提供多种数据采集接口，统一的任务调度及监控告警功能，并监控数据采集过程的执行状态。

所述SaaS层包括制氢生产厂站的设备和设施全景3D可视化应用，以将制氢生产厂站的设备和设施进行3D全景展示。

进一步的，所述工业大数据平台通过大数据组件支持工作人员设计图形化的工作流程，并可以对工作流程进行流程模板创建编辑、流程导入/导出、流程启用/停用、复杂调度、流程依赖、版本管理的操作。

进一步的，所述工业大数据平台提供标准的SQL编辑器，以使得进行数据分析时可以支持多引擎使用及进行即席查询。

进一步的，所述工业大数据平台可以创建可视化图表以用于数据分析和展示，并且支持用户对元数据管理和分析。

进一步的，所述工业大数据平台通过制定数据质量标准，以对数据全局情况掌控，并进行数据资产监控、数据安全管理、数据全生命周期管理。

进一步的，所述能力中心建设平台为AI平台，提供机器学习算法库、知识图谱、自动化机器学习、模型开发、模型部署功能。

进一步的，所述制氢生产厂站的设备和设施全景3D可视化应用，包括如下执行步骤：

S1. 收集和整理需要可视化的数据，确保数据格式正确并符合可视化需求。

S2. 选择合适的可视化工具。

S3. 创建场景和可视化对象。

S4. 将数据映射到可视化对象的属性上。

S5. 根据需求在可视化对象上添加交互功能。

S6. 根据需要设置光照效果和材质属性。

S7. 根据需求添加动画和特效。

S8. 将完成的3D可视化模型部署到适当的环境中，以便平台用户访问和分享。

进一步的，采用Taas技术测试应用与硬件设备之间的控制和管理是否正常的方法包括：

首先，构建与碱性水电解制氢系统相同的模拟系统。

其次，测试人员根据需要编写对应业务流程在不同预设情形下的测试用案例，该测试用案例至少包括预设情形、模拟控制指令和设备正确响应反馈。

之后，通过LOT层向模拟系统发送测试用案例中的模拟控制指令，并接收或判断设备响应反馈。

最后，将设备模拟系统中的设备依模拟控制指令进行的设备响应反馈与测试用案例中的设备正确响应反馈对比，如一致则判断设备反馈符合预期，如不一致则判断设备反馈存在异常。

如设备反馈存在异常，则适应性调整测试用案例中的模拟控制指令，至设备反馈符合预期，得到针对该案例预设情形的优化控制指令。

以优化控制指令作为平台系统在该案例对应的业务流程在该案例预设情形发生时的平台向碱性水电解制氢系统发出的控制指令。

进一步的，所述模拟系统为数字仿生得到的数字模拟器系统，或将碱性水电解制氢系统等比例缩小后构建的由硬件设备组成的现实模拟系统。

本发明的至少具有以下优点之一：

1.本发明可以非常方便的根据需要对平台系统内的应用进行规范化管理。

2.本发明可以根据需要以图表形式或3D可视化展示的方式向用户展示生产系统的运行情况。

3.本发明可以在不影响生产系统运行稳定的基础上进行应用的新增或变更，并可以进行业务逻辑的调整和优化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种碱性水电解制氢系统运行维护平台系统的系统框架结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

一种碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，如图1所示，包括：自底层至顶层的设备层、LOT层、NaaS层、IaaS层、PaaS层和SaaS层。其中：

所述设备层与硬件设备进行通信、控制和管理，设备层采集的数据发送至LOT层。

所述LOT层用于设备层与NaaS层之间进行数据交互和数据处理，并采用TaaS技术测试应用与硬件设备之间的控制和管理是否正常。

所述NaaS层提供外层网络数据通讯，将LOT层的数据发送至IaaS层。

所述IaaS层通过网络资源、存储资源、计算资源和能源资源相互关联，共同构成了云计算和基础设施服务的基础设施。

所述PaaS层提供容器编排引擎、大数据AI服务、开发者服务及富含各类功能与服务的微服务组件池，供开发者构建适合自己的工业物联网解决方案。

所述SaaS层用于构建应用服务。

其中：

所述PaaS层包括工业大数据平台和能力中心建设平台。

所述工业大数据平台，采用Flink作为数据处理引擎,提供多种数据采集接口，统一的任务调度及监控告警功能，并监控数据采集过程的执行状态。

所述SaaS层包括制氢生产厂站的设备和设施全景3D可视化应用，以将制氢生产厂站的设备和设施进行3D全景展示。

现有技术的平台基本框架一般由IaaS层，PaaS层和SaaS层构成，其中：

Saas层作用是将应用主要以基于WEB的方式提供给用户，是现有技术中比较常见的应用提供方式，能够根据用户的需求进行定制化和个性化的开发，使用户能够根据自己的业务流程和需求定制和配置软件功能，提高工作效率和用户满意度，通过云端更新和升级，及时引入新功能和修复bug，为用户提供持续的创新和改进。

PaaS层提供容器编排引擎、大数据AI服务、开发者服务及富含各类功能与服务的微服务组件池，供开发者构建适合自己的工业物联网解决方案。同时对云计算资源进一步封装、优化，如搭建AI平台等，例如本发明的工业大数据平台和能力中心建设平台。

IaaS层一般提供需要的基础设施服务资源，例如数据的获取、交互、缓存等。

可见，现有技术对于平台系统与硬件设备之间主要进行数据直连，并不考察通信、控制和管理，例如：平台系统基于采集的生产系统数据，经过特定业务流程处理后生成了对应的控制反馈，此时平台系统将该控制反馈发送至硬件设备，至于是否是控制指令要求的硬件设备接收了该控制指令、硬件设备是否执行了该控制指令，该控制指令产生的效果是否符合预期，现有平台系统均需要等待生产系统运行到至少下一数据采集周期采集新的数据后，由业务流程进行分析才能确认，有时产生的风险点不在该业务流程的分析范围内，则需要等待其他相关业务流程的反馈。这种延时的应用与硬件设备之间的控制和管理确认，很容易导致生产系统出现不稳定，甚至安全事故风险。

控制反馈与硬件设备响应之间存在的问题，一般在平台系统稳定运行后很少出现，但是当平台新增或改进应用，导致业务流程和业务逻辑出现改变时，平台系统与生产系统之间是否可以产生预期的优化效果，往往需要在平台系统与生产系统之间进行多次调试，尤其是涉及需要向生产系统发出控制指令，调整生产系统运行状态的业务流程。此时，以实际生产系统进行应用调试，一方面使得应用的新增或改进难度提升，需要更长的调试时间。另一方面容易使得生产系统出现运行异动，引起系统的不稳定性增加和安全风险增加。

本发明通过在IaaS层与硬件设备之间引入了设备层和LOT层，其中LOT层采用TaaS技术测试应用与硬件设备之间的控制和管理是否正常。具体包括：

首先，构建与碱性水电解制氢系统相同的模拟系统。所述模拟系统为数字仿生得到的数字模拟器系统，或将碱性水电解制氢系统等比例缩小后构建的由硬件设备组成的现实模拟系统。

其次，测试人员根据需要编写对应业务流程在不同预设情形下的测试用案例，该测试用案例至少包括预设情形、模拟控制指令和设备正确响应反馈。

之后，通过LOT层向模拟系统发送测试用案例中的模拟控制指令，并接收或判断设备响应反馈。

最后，将设备模拟系统中的设备依模拟控制指令进行的设备响应反馈与测试用案例中的设备正确响应反馈对比，如一致则判断设备反馈符合预期，如不一致则判断设备反馈存在异常。

如设备反馈存在异常，则适应性调整测试用案例中的模拟控制指令，至设备反馈符合预期，得到针对该案例预设情形的优化控制指令。

以优化控制指令作为平台系统在该案例对应的业务流程在该案例预设情形发生时的平台向碱性水电解制氢系统发出的控制指令。

本发明在IaaS层与硬件设备之间加入了设备层、LOT层和NaaS层，并结合了TaaS技术和模拟系统。此时，通过TaaS技术可以在业务逻辑发生变化时，首先在模拟系统中进行测试和模拟，以验证新的业务逻辑下，其业务流程变化对生产系统可能产生的影响，尤其是涉及对硬件设备进行控制的业务流程变化，硬件设备是否正确响应、硬件设备响应后是否产生符合预期的变化等，都可以由TaaS在模拟系统中进行模拟解决。待业务逻辑优化完成后，再由平台系统执行该新的业务逻辑。

此外，本发明通过TaaS技术，还可以验证设备层与硬件设备之间的通讯是否顺畅，接收指令的设备与数字指令信号之间是否符合等。例如：向硬件设备A发送绑定硬件设备A关联IP地址的通讯反馈请求B，通过测试是否能接收到来自硬件设备A的通讯反馈C，以判断平台系统与生产系统硬件A之间是否通讯顺畅、是否可以正确的设备进行响应。

NaaS是一种提供网络功能和服务的模式，此项目应用在网络层它将网络资源（如带宽、路由器、防火墙等）作为服务提供给用户，用户可以根据需要按需使用这些网络功能，而无需自己购买和管理网络设备。同时NaaS关注网络安全、带宽、延迟等问题，以确保网络的可靠性和效率。在碱性水电解制氢系统运行维护平台集成系统中，应用NaaS有一些潜在的优势，其中包括：，1）灵活性，大型集成系统通常需要使用复杂的网络功能和服务，而NaaS可以根据需要提供各种功能，以满足系统的要求。用户可以根据实际需求快速调整和扩展网络功能。2）简化管理，大型集成系统涉及大量的网络设备和复杂的网络配置，使用NaaS可以将网络管理的责任转移给服务提供商，减轻系统管理的负担。3）节省成本，购买和维护大型网络设备的成本往往很高，使用NaaS可以通过按需支付来降低资本投入，并且根据实际使用量收费，更加灵活和经济高效。

综上，本发明通过TaaS提供的测试环境、测试工具和测试人员，可以进行全面而深入的软件测试和质量保证，帮助企业发现和解决潜在的问题，确保系统的正确运行。这对于工业互联网而言至关重要，因为在工业环境中，软件的稳定性和可靠性非常关键。NaaS提供了网络功能和服务作为服务的模式，为工业互联网提供了灵活、可扩展和经济高效的网络解决方案。通过NaaS，企业可以根据需要按需使用网络资源，提高网络的可用性和性能。

与传统WEB系统架构相比，本发明引入TaaS和NaaS的优势包括，1）更智能和自动化：TaaS层提供的智能监控和故障诊断能力可以实现对制氢系统的自动化监控和故障处理，减少对人工干预的需求，提高运行效率。2）更强大的网络和通讯能力：NaaS层提供的网络服务能力增强了系统内部和外部的数据交流和通信能力，支持远程操作和监控。同时，网络安全机制能够确保数据的安全传输和访问。

与传统IaaS、PaaS、SaaS框架结构的平台系统组合相比，本发明引入TaaS和NaaS的优势包括，1）高度定制化：通过引入TaaS和NaaS，可以根据具体需求定制化系统架构和功能，并进行相应的测试和验证，从而满足制氢系统的特殊要求。而IaaS、PaaS加SaaS组合往往是更加通用的服务组合，难以精确满足特定的制氢系统需求。2）更强的技术和网络支持：TaaS层提供的技术服务和NaaS层提供的网络服务能力使得系统具备更强的技术和网络支持能力，能够更好地应对制氢系统的复杂性和安全性要求。

实施例2

基于实施例1的一种碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，所述工业大数据平台通过大数据组件支持工作人员设计图形化的工作流程，并可以对工作流程进行流程模板创建编辑、流程导入/导出、流程启用/停用、复杂调度、流程依赖、版本管理的操作。

本发明大数据平台中的数据分析支持即席查询，提供标准的SQL编辑器，支持多引擎使用；大数据平台可以支持创建可视化图表用于数据分析和展示；支持用户对元数据管理和分析；制定数据质量标准,进行数据全局情况掌控，数据资产监控，数据安全，数据全生命周期的管理等。

本发明大数据平台可以将数据进行整合，打破企业内各个条线的业务壁垒，实现可管控的数据共享，基于数据库的基础上构建数据仓库和分析环境，降低企业的运营成本。

同时标准化的编辑器也便于对平台系统内的应用进行规范化管理，使得应用的新增和优化更规范，有利于提高新的业务逻辑的测试效率。

实施例3

基于实施例1的一种碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，所述能力中心建设平台为AI平台，提供机器学习算法库、知识图谱、自动化机器学习、模型开发、模型部署功能。

本发明为开发人员提供数据处理、算法开发、算法模型开发及应用开发的环境和工具；为业务用户提供丰富的行业算法模板以及算法模型；为系统管理用户提供管理与运维功能。其中，AI平台具备海量数据处理能力、成熟的算法库、分布式模型训练、预测能力及完善的平台资源管理能力等。AI平台提供丰富的API和SDK接口，方便企业将成熟的算法模型以及应用集成在AI平台进行统一的管理。

实施例4

基于实施例1的一种碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，所述制氢生产厂站的设备和设施全景3D可视化应用，包括如下执行步骤：

S1. 首先进行数据准备，收集和整理需要可视化的数据，确保数据格式正确并符合可视化需求。

S2. 选择合适的可视化工具，在此项目3D可视化场景需求不同，择适合的3D可视化工具或库，例如Three.js、D3.js、Unity等来进行开发。

S3. 创建场景和对象，使用选定的工具或库创建3D场景，并在场景中添加需要可视化的对象，例如模型、几何体、粒子等。

S4. 将数据映射到可视化对象的属性上，例如位置、颜色、大小等，以便在可视化中展示数据的特征和关系。

S5. 根据需求添加交互功能，例如旋转、缩放、平移视角，以及数据筛选和过滤等，以增强用户的交互体验。

S6. 根据需要设置光照效果和材质属性，以提高场景的真实感和视觉效果。

S7. 根据需求添加动画和特效，例如物体的运动、变形、粒子效果等，以增加场景的生动性和表现力。

S8. 将完成的3D可视化模型部署到适当的环境中，以便平台用户访问和分享。

该应用使得本发明碱性水电解制氢系统运行维护平台系统可将制氢生产厂站的设备和设施全景以3D可视化的方式向用户进行呈现，并根据需要在运行节点上标注相应的运行参数，使得用户可以更直观的观察生产全景情况，判断生产系统的运行状态。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，其特征在于，包括：自底层至顶层的设备层、LOT层、NaaS层、IaaS层、PaaS层和SaaS层；其中：

所述设备层与硬件设备进行通信和数据采集，设备层采集的数据发送至LOT层；

所述LOT层用于设备层与NaaS层之间进行数据交互和数据处理，并采用TaaS技术测试应用与硬件设备之间的控制和管理是否正常；

所述NaaS层提供外层网络数据通讯，将LOT层的数据发送至IaaS层；

所述IaaS层通过网络资源、存储资源、计算资源和能源资源相互关联，共同构成了云计算和基础设施服务的基础设施；

所述PaaS层提供容器编排引擎、大数据AI服务、开发者服务及富含各类功能与服务的微服务组件池，供开发者构建适合自己的工业物联网解决方案；

所述SaaS层用于构建应用服务；

其中：

所述PaaS层包括工业大数据平台和能力中心建设平台；

所述工业大数据平台，采用Flink作为数据处理引擎,提供多种数据采集接口，统一的任务调度及监控告警功能，并监控数据采集过程的执行状态；

所述SaaS层包括制氢生产厂站的设备和设施全景3D可视化应用，以将制氢生产厂站的设备和设施进行3D全景展示；

采用Taas技术测试应用与硬件设备之间的控制和管理是否正常的方法包括：

首先，构建与碱性水电解制氢系统相同的模拟系统；

其次，测试人员根据需要编写对应业务流程在不同预设情形下的测试用案例，该测试用案例至少包括预设情形、模拟控制指令和设备正确响应反馈；

之后，通过LOT层向模拟系统发送测试用案例中的模拟控制指令，并接收或判断设备响应反馈；

最后，将设备模拟系统中的设备依模拟控制指令进行的设备响应反馈与测试用案例中的设备正确响应反馈对比，如一致则判断设备反馈符合预期，如不一致则判断设备反馈存在异常；

如设备反馈存在异常，则适应性调整测试用案例中的模拟控制指令，至设备反馈符合预期，得到针对该案例预设情形的优化控制指令；

以优化控制指令作为平台系统在该案例对应的业务流程在该案例预设情形发生时的平台向碱性水电解制氢系统发出的控制指令；

所述模拟系统为数字仿生得到的数字模拟器系统，或将碱性水电解制氢系统等比例缩小后构建的由硬件设备组成的现实模拟系统。

2.根据权利要求1所述碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，其特征在于，所述工业大数据平台通过大数据组件支持工作人员设计图形化的工作流程，并可以对工作流程进行流程模板创建编辑、流程导入/导出、流程启用/停用、复杂调度、流程依赖、版本管理的操作。

3.根据权利要求1所述碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，其特征在于，所述工业大数据平台提供标准的SQL编辑器，以使得进行数据分析时可以支持多引擎使用及进行即席查询。

4.根据权利要求1所述碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，其特征在于，所述工业大数据平台可以创建可视化图表以用于数据分析和展示，并且支持用户对元数据管理和分析。

5.根据权利要求1所述碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，其特征在于，所述工业大数据平台通过制定数据质量标准，以对数据全局情况掌控，并进行数据资产监控、数据安全管理、数据全生命周期管理。

6.根据权利要求1所述碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，其特征在于，所述能力中心建设平台为AI平台，提供机器学习算法库、知识图谱、自动化机器学习、模型开发、模型部署功能。

7.根据权利要求1所述碱性水电解制氢系统运行维护平台系统，其特征在于，所述制氢生产厂站的设备和设施全景3D可视化应用，包括如下执行步骤：

S1. 收集和整理需要可视化的数据，确保数据格式正确并符合可视化需求；

S2. 选择合适的可视化工具；

S3. 创建场景和可视化对象；

S4. 将数据映射到可视化对象的属性上；

S5. 根据需求在可视化对象上添加交互功能；

S6. 根据需要设置光照效果和材质属性；

S7. 根据需求添加动画和特效；

S8. 将完成的3D可视化模型部署到适当的环境中，以便平台用户访问和分享。