一种基于数字孪生和多源数据融合的智能运维系统

技术领域

本发明属于水泥生产设备运维技术领域，具体涉及一种基于数字孪生和多源数据融合的智能运维系统。

背景技术

我国的水泥企业是典型的能源消耗大户，在水泥生产中电能的消耗约占水泥成本的约30％，生产中的供、用电设备类型复杂，大功率设备较多，负荷变化较大。

虽然一些水泥生产企业也配备有多种运维方案，也存在采用基于传感器的实时监测方案，在一定程度上减少了人力损耗和实现了自动化监测，但在数据可视化与交互性、管理单位参与度方面的功能还很欠缺。现有运维方案缺点如下：

(1)运维方案在定位故障位置和类型时常需要停机检查，且需要结合专家组成员进行故障判定，导致运维时间较长，停机损失较大；

(2)如当需要运维人员远程对水泥生产设备的运转状况进行监测时，往往需要采取联网获取传感器数据以便于对运转状况进行判断，但水泥生产设备运转过程中的特定数据往往具有极高的商业价值，而数据传递过程中安全性较差，可靠性难以得到保证。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种基于数字孪生和多源数据融合的智能运维系统，以解决背景技术中提出的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于数字孪生和多源数据融合的智能运维系统，系统包括：

感知层模块，用于在设备现场实时监控设备运转情况，以形成设备运转的动态数据；

数字孪生模块，用于构建设备的二维物理模型，并将所述二维物理模型与所述感知层模块进行实时双向通讯连接，并输出基于所述动态数据的设备监测反馈数据；

数据库，用于预先存储设备反馈数据、异常数据及与异常数据对应的预警信息；

传输模块，用于提供若干交互通道，并执行所述数字孪生模块、所述数据库及云平台基于所述交互通道的加密交互；

云平台，用于提供所述交互通道对应密钥及对应安全度要求，并将所述传输模块和所述设备现场进行双向通讯连接，实现基于所述预警信息对设备进行指导维修和应急抢险，以完成设备的智能运维。

作为本发明进一步优化方案，所述动态数据具体为设备振动、温度、声音的传感器数据以及视频监控的监控数据；

所述反馈数据具体为：与所述二维物理模型中设备对应的所述传感器数据、所述监控数据的实时映射数据；

所述异常数据具体为所述反馈数据中异常传感器数据或异常监控数据。

作为本发明进一步优化方案，所述二维物理模型建立具体为：在时间维度、空间维度对设备的几何、物理、行为、规则的特征进行二维实体刻画。

作为本发明进一步优化方案，所述传输模块通过预设的检测逻辑判断所述交互通道以及所述交互通道密钥是否符合所述安全度要求，

若均符合所述安全度要求，则输出所述反馈数据在特定时间序列中的异常数据，并将所述异常数据再次传递至所述数据库进行互联映射，以生成对应所述异常数据的预警信息以及更新信息，并将所述更新信息存储于所述数据库中；

若存在至少一个不符合所述安全度要求，则输出交互安全告警，并终止数据传递过程。

作为本发明进一步优化方案，所述检测逻辑包括：

首先，判断所述交互通道是否为默认交互通道以及是否满足所述安全度要求；

其次，判断所述密钥是否为数据库默认密钥或满足所述安全度要求。

作为本发明进一步优化方案，所述密钥包括：获取若干所述交互通道的通道特征参数，根据所述通道特征参数生成第一密钥池；确定所述数据库中所述交互数据的类别，依据类别生成第二密钥池。

作为本发明进一步优化方案，所述安全度要求具体包括：判断所述密钥与所述第一密钥池的相关性是否小于所述第一密钥池预设阈值、以及与所述第二密钥池的相关性是否小于所述第二密钥池的预设阈值。

作为本发明进一步优化方案，所述预设阈值为所述第一密钥池和所述第二密钥池所存储的最大密钥量的50％。

作为本发明进一步优化方案，所述特定时间序列具体为设备发生故障对应的时间节点，且所述数据库基于所述时间节点向所述云平台输出预警信息。

作为本发明进一步优化方案，所述传输模块还包括：

分类模块，用于对所述异常数据进行预分类以筛选出紧急异常数据和常规异常数据；

互联模块，用于优先将所述紧急异常数据与所述数据库中预设的异常数据优先匹配，以生成对应的预警信息、更新信息、交互安全告警信息；

映射模块，用于将所述紧急异常数据和所述常规异常数据与所述数据库中预设的异常数据进行映射，并输出映射结果，将所述映射结果作为所述更新信息存储于所述数据库中。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过数字孪生可更直观展示设备运转情况，将传感器数据及监控数据与虚拟二维物理模型实时映射，输出实时动态数据的反馈数据，并依据反馈数据使数据库、传输模块、云平台建立加密数据交互，输出设备运维方案，代替常规人工巡检，及时进行故障告警，降低非计划停机概率，降低设备运维成本，实现设备互联数字化智能化；

(2)本发明通过通过多源数据的融合获取实时的数据融合，经过加密传输至云平台，云平台通过传输模块的加密信息交互输出基于实时数据的预警信息，再匹配出基于预警信息对设备运行状态的进行指导设备维修和应急抢险，以完成设备的智能运维；

(3)本发明能通过运维人员远程使用用户终端与云平台建立连接，在线定位故障位置及类型，能及时依据故障类型更新备品备件，能够避免资源浪费及库存积压。

附图说明

图1是本发明中提出的基于数字孪生和多源数据融合的智能运维系统的具体流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种基于数字孪生和多源数据融合的智能运维系统，系统包括：

感知层模块，用于在设备现场实时监控设备运转情况，以形成设备运转的动态数据；其中，动态数据包括设备振动、温度、声音的传感器数据以及视频监控的图像数据。

通过在现场的生产设备部署多种传感器，将水泥设备中需要监控的设备选取关键点位，部署包括振动、温度、声音等传感器，结合视频监控，设备电流电压等参数，反映设备最真实的情况运行状态。

数字孪生模块，用于构建设备的二维物理模型，并将二维物理模型与感知层模块进行实时双向通讯连接，并输出基于动态数据的设备监测反馈数据；其中，二维物理模型建立具体为：在时间维度、空间维度对设备的几何、物理、行为、规则的特征进行二维实体刻画，充分利用物理模型、感知层模块的传感器数据，集成多维度的仿真过程，在虚拟控件中完成映射，从而客观反映相对应水泥厂实体设备在时间序列内的虚拟运转情况。

本发明中反馈数据具体为：与二维物理模型中设备对应的传感器数据、监控数据的实时映射数据，即在构建的虚拟空间内依据动态数据与二维物理模型建立映射关系，输出反馈数据，利用数据孪生模块客观反应设备在虚拟维度的运转情况。

本发明中异常数据具体为反馈数据中异常传感器数据或异常监控数据。

数据库，用于预先存储设备反馈数据、异常数据及与异常数据对应的预警信息；以及提供数据接口。

本发明中传输模块用于提供若干交互通道，并执行数字孪生模块、数据库及云平台基于交互通道的加密交互。

云平台，用于提供交互通道对应密钥及对应安全度要求，并将传输模块和设备现场进行双向通讯连接，实现基于预警信息对设备进行指导维修和应急抢险，以完成设备的智能运维。云平台与用户终端模块通过网络连接，用户终端模块可以为网络终端(手机、电脑等)，便于专家成员进行远程诊断运维。

本发明通过基于各模块间的加密交互，进一步保证了数据传输的安全性，使得本发明中运维系统应用于远程诊断运维更加可靠。

具体来看，本发明中传输模块通过预设的检测逻辑判断交互通道以及交互通道密钥是否符合安全度要求，

若均符合安全度要求，则输出反馈数据在特定时间序列中的异常数据，并将异常数据再次传递至数据库进行互联映射，以生成对应异常数据的预警信息以及更新信息，并将更新信息存储于数据库中；其中特定时间序列具体为设备发生故障对应的时间节点，且数据库基于时间节点向云平台输出预警信息。

若存在至少一个不符合安全度要求，则输出交互安全告警，并终止数据传递过程。

其中，检测逻辑包括：

首先，判断交互通道是否为默认交互通道以及是否满足安全度要求；

其次，判断密钥是否为数据库默认密钥或满足安全度要求。

其中，密钥包括：获取若干交互通道的通道特征参数，根据通道特征参数生成第一密钥池；确定数据库中交互数据的类别，依据类别生成第二密钥池。

其中，安全度要求具体包括：判断密钥与第一密钥池的相关性是否小于第一密钥池预设阈值、以及与第二密钥池的相关性是否小于第二密钥池的预设阈值。

需要说明的是，本发明中预设阈值为第一密钥池和第二密钥池所存储的最大密钥量的50％。

另外，密钥与第一密钥池的相关性具体为数据交互之前所选择的交互通道的特征参数与第一密钥池内50％的最大密钥量是否存在关联，若存在关联则表明所选择的交互通道符合安全度要求；密钥与第二密钥池的相关性具体为数据交互时的交互数据的类别与第二密钥池内50％的最大密钥量是否存在关联，若存在关联则表面所传递的交互数据符合安全度要求。

本发明中交互数据具体为动态数据、反馈数据、异常数据等。

本发明中传输模块还包括：

分类模块，用于对异常数据进行预分类以筛选出紧急异常数据和常规异常数据；

互联模块，用于优先将紧急异常数据与数据库中预设的异常数据优先匹配，以生成对应的预警信息、更新信息、交互安全告警信息；

映射模块，用于将紧急异常数据和常规异常数据与数据库中预设的异常数据进行映射，并输出映射结果，将映射结果作为更新信息存储于数据库中。

其中，数据的映射过程主要包括将生成的紧急异常数据和常规异常数据与数据库中的预设数据进行对应互联，若出现数据互联过程中数据库内没有与异常数据的响应，则映射模块输出映射结果，表明设备出现未出现过得故障情况，映射模块将上述故障情况对应的异常数据存储于数据库中，即对数据库内的异常数据进行实时更新；另外，数据库内的异常数据发生更新则与其对应的预警信息也会发生更新。

本发明中传输模块的传输方式可以集成有线传输、无线传输或DCS数据传输。

本发明传输模块中通过预设的检测逻辑在数字孪生模块、数据库及云平台的加密交互之前进行安全性判断，进一步提升数据异地传输的安全性，若判断得出交互通道和交互通道密钥均符合安全度要求，则进行正常的设备运维的数据传递过程；若存在至少一个不符合所述安全度要求，则输出交互安全告警，并终止数据传递过程；具体的，当存在交互通道为默认通道，但密钥的不满足安全度要求，则输出交互安全告警；当密钥为默认密钥，但交互通道不符合安全度要求，则也会输出安全交互告警。

本发明中运维人员可根据需求适应性选择数据库的交互通道，传输模块首先确定运维人员选择的交互通道是否满足安全度要求，其次再判断所述密钥是否满足安全度要求，若均符合所述安全度要求，则执行数据的正常传递流程，若存在至少一个不符合所述安全度要求，则输出交互安全告警，并终止数据传递过程。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。