一种数据分析方法及相关装置与流程

1.本技术涉及设备控制技术领域，特别涉及一种数据分析方法、数据分析装置、服务器以及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.在设备控制技术领域中，dcs(distributed control systems，集散控制系统)系统是一个为满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化角度出发，将过程控制及过程监控综合在一起，结合4c技术，计算机(computer)、通讯(communication)、显示(crt)和控制(control)，发展起来的新型控制系统。在实际使用dcs系统的过程中，需要基于dcs系统的实际数据进行问题分析和预测。
3.相关技术中，一般通过虚实对照方式对现场的控制工艺进行优化和问题分析。但是，需要依赖工艺模型来完成现场实际情况模拟，工艺仿真算法的精准或调优并不能百分百的模拟真实工艺，并且伴随时间变化还需要不断的进行调优。更严重的是一旦发生问题，用户很难回溯问题发生时的情况，给用户分析问题造成了巨大困难，也无法基于仿真环境的仿真结果得出较好的预测结论。降低了对dcs系统进行分析的效果，降低了dcs系统的可靠性。
4.因此，如何提高对dcs系统进行分析的效果，提高dcs系统的可靠性是本领域技术人员关注的重点问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种数据分析方法、数据分析装置、服务器以及计算机可读存储介质，以提高对于数据进行分析的效果，提高dcs系统的可靠性。
6.为解决上述技术问题，本技术提供一种数据分析方法，包括：
7.通过数据代理从真实环境中获取实时数据；
8.采用所述实时数据对当前仿真算法模型进行调优处理，得到仿真算法模型；
9.当所述真实环境出现异常时，获取历史连续数据；
10.基于所述仿真算法模型对所述历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果。
11.可选的，通过数据代理从真实环境中获取实时数据，包括：
12.通过所述数据代理的客户端从所述真实环境中获取所述实时数据；
13.将所述实时数据发送至所述工艺仿真平台。
14.可选的，在获取历史连续数据之前，还包括：
15.获取连续实时数据，将所述连续实时数据进行保存得到所述历史连续数据。
16.可选的，采用所述实时数据对当前仿真算法模型进行调优处理，得到仿真算法模型，包括：
17.控制工艺仿真平台将所述实时数据作为数据输入；
18.基于所述工艺仿真平台的当前仿真算法模型对所述数据出入进行仿真运算处理，
得到仿真数据；
19.将所述仿真数据输入至虚拟仿真控制器进行控制算法处理，得到仿真控制数据；
20.基于所述实时数据、仿真数据以及仿真控制数据对所述当前仿真算法模型进行调优，得到所述仿真算法模型。
21.可选的，基于所述仿真算法模型对所述历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果，包括：
22.基于所述仿真算法模型对所述历史连续数据进行历史回溯分析，得到事故数据；
23.将所述事故数据作为所述分析结果。
24.可选的，基于所述仿真算法模型对所述历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果，包括：
25.基于修改参数和所述仿真算法模型对所述历史连续数据进行预测，得到预测数据；
26.将所述预测数据作为所述分析结果。
27.本技术还提供一种数据分析装置，包括：
28.实时数据采集模块，用于通过数据代理从真实环境中获取实时数据；
29.仿真算法调优模块，用于采用所述实时数据对当前仿真算法模型进行调优处理，得到仿真算法模型；
30.数据获取模块，用于当所述真实环境出现异常时，获取历史连续数据；
31.仿真分析模块，用于基于所述仿真算法模型对所述历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果。
32.可选的，所述实时数据采集模块，具体用于通过所述数据代理的客户端从所述真实环境中获取所述实时数据；将所述实时数据发送至所述工艺仿真平台。
33.本技术还提供一种服务器，包括：
34.存储器，用于存储计算机程序；
35.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述的数据分析方法的步骤。
36.本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的数据分析方法的步骤。
37.本技术所提供的一种数据分析方法，包括：通过数据代理从真实环境中获取实时数据；采用所述实时数据对当前仿真算法模型进行调优处理，得到仿真算法模型；当所述真实环境出现异常时，获取历史连续数据；基于所述仿真算法模型对所述历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果。
38.通过获取到的实时数据对仿真算法模型进行调优，然后基于调优后的仿真算法模型对该历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果，避免数据有限和数据不完整导致的仿真度较低的问题，提高了分析的效率，同时采用仿真算法模型可以很好的对现场情况进行仿真进而实现分析，提高了分析的准确性和精度，提高对于数据进行分析的效果，提高dcs系统的可靠性。
39.本技术还提供一种数据分析装置、服务器以及计算机可读存储介质，具有以上有益效果，在此不做赘述。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术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技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
41.图1为本技术实施例所提供的一种数据分析方法的流程图；
42.图2为本技术实施例所提供的一种数据分析装置的结构示意图。
具体实施方式
43.本技术的核心是提供一种数据分析方法、数据分析装置、服务器以及计算机可读存储介质，以提高对于数据进行分析的效果，提高dcs系统的可靠性。
44.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
45.相关技术中，一般通过虚实对照方式对现场的控制工艺进行优化和问题分析。但是，需要依赖工艺模型来完成现场实际情况模拟，工艺仿真算法的精准或调优并不能百分百的模拟真实工艺，并且伴随时间变化还需要不断的进行调优。更严重的是一旦发生问题，用户很难回溯问题发生时的情况，给用户分析问题造成了巨大困难，也无法基于仿真环境的仿真结果得出较好的预测结论。降低了对dcs系统进行分析的效果，降低了dcs系统的可靠性。
46.进一步的，相关技术中存在以下问题：
47.1)数据有限：dcs有完善健全的数据管理机制，但是现场有巨大数量的监控数据，特别模拟量数据是连续变化的。如果全部存储代价巨大。dcs都是厂级区域不是大数据环境，没有数据库集群。因此现场只存储关键数据的历史值。
48.2)数据不全：一些就地设备值也不存在于dcs，就地设备是指在dcs中显示这些设备由现场操作人员控制。这些设备的值不被dcs记录管理。但这些值会影响工艺控制。
49.所以在既有的仿真方案中，通常用工艺模型模拟数据和dcs某一时刻关键数据和手动的就地设备数据进行仿真。或者直接全部采用仿真数据，这些方案和在线仿真直接取实时全量连续数据和就地值有本质的差距。因此，本技术提供一种数据分析方法，通过获取到的实时数据对仿真算法模型进行调优，然后基于调优后的仿真算法模型对该历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果，避免数据有限和数据不完整导致的仿真度较低的问题，提高了分析的效率，同时采用仿真算法模型可以很好的对现场情况进行仿真进而实现分析，提高了分析的准确性和精度，提高对于数据进行分析的效果，提高dcs系统的可靠性。
50.以下通过一个实施例，对本技术提供的一种数据分析方法进行说明。
51.请参考图1，图1为本技术实施例所提供的一种数据分析方法的流程图。
52.本实施例中，该方法可以包括：
53.s101，通过数据代理从真实环境中获取实时数据；
54.可见，本步骤旨在通过数据代理从真实环境中获取实时数据。
55.其中，真实环境是指dcs系统运行的真实环境，在运行过程中不断有新的数据产生，获取这些数据作为实时数据，用于后续进行方正算法模型调优。
56.进一步的，本步骤可以包括：
57.步骤1，通过数据代理的客户端从真实环境中获取实时数据；
58.步骤2，将实时数据发送至工艺仿真平台。
59.可见，本可选方案中主要是说明如何获取实时数据。本可选方案中，通过数据代理的客户端从真实环境中获取实时数据，将实时数据发送至工艺仿真平台，也就是发送至数据代理的服务端。主要是考虑到真实环境下有网络安全隔离要求，因此通过数据代理将真实环境下的数据服务器数据转发到在线仿真环境。
60.其中，数据代理分为客户端和服务端组成。
61.客户端部署在真实环境数据服务器，实时采集数据使用tcp(transmission control protocol，传输控制协议)私有协议将数据传输到服务端。初始化时将数据服务器中的热数据(实时数据)内存区整片拷贝镜像到客户端内存区。并从内存区发送给服务端。此后以100ms为周期检查比对热数据和客户端内存区，如果遍历发现数据变化则将变化数据发送服务端。以此提高效率减小负荷。
62.服务端接收客户端的数据，部署在仿真区域。服务端和客户端通信端口需要配在防火墙配置白名单。且除去建立连接外服务端只接收客户端数据。服务端将收到的客户端数据按照配置ip(internet protocol，网际互连协议)直接转发给算法调优环境、数据记录环境、历史回溯环境。服务端具备记录真实工况功能，在完成调优后进入数据记录环境记录数据的环境时，在服务端触发记录真实工况功能。此功能是因为在实际的工艺生产控制中，一些装置和设备需要在现场进行控制，不能由中央控制室的dcs远程控制，这部分就地设备的参数值并不会上报存储到dcs。因此执行初始化真实工况保存时，需要提前在仿真环境按照贴近与真实工况的环境下保存一份包含就地设备值的仿真工况。服务端加载后将这部分数据与其他客户端传输过来的数据，按照工况点表统一存储为初始化工况。
63.基于数据代理可以将真实的dcs实时数据采集提供给仿真环境，这样仿真环境可以基于真实数据作为输入源来进行仿真优化。而不是既有方案中在与真实环境隔离的仿真环境，虽然按照和真实环境相同搭建1:1仿真环境，但是数据并非基于连续的实时数据。整个仿真过程无法实时和真实环境保持一致。
64.s102，采用实时数据对当前仿真算法模型进行调优处理，得到仿真算法模型；
65.在s101的基础上，本步骤旨在采用实时数据对当前仿真算法模型进行调优处理，得到仿真算法模型。也就是，基于真实的实时数据对仿真算法模型进行调优，以便该模型的仿真效果更加真实。
66.进一步的，本步骤可以包括：
67.步骤1，控制工艺仿真平台将实时数据作为数据输入；
68.步骤2，基于工艺仿真平台的当前仿真算法模型对数据出入进行仿真运算处理，得到仿真数据；
69.步骤3，将仿真数据输入至虚拟仿真控制器进行控制算法处理，得到仿真控制数据；
70.步骤4，基于实时数据、仿真数据以及仿真控制数据对当前仿真算法模型进行调
优，得到仿真算法模型。
71.可见，本可选方案中主要是说明如何进行调优。本可选方案中，控制工艺仿真平台将实时数据作为数据输入，基于工艺仿真平台的当前仿真算法模型对数据出入进行仿真运算处理，得到仿真数据，将仿真数据输入至虚拟仿真控制器进行控制算法处理，得到仿真控制数据，基于实时数据、仿真数据以及仿真控制数据对当前仿真算法模型进行调优，得到仿真算法模型。
72.s103，当真实环境出现异常时，获取历史连续数据；
73.在s102的基础上，本步骤旨在当真实环境出现异常时，获取历史连续数据。
74.进一步的，在本步骤之前可以包括：
75.获取连续实时数据，将连续实时数据进行保存得到历史连续数据。
76.可见，在实际运行的过程中通过该步骤实时将数据进行保存记录。当出现问题时，就可以及时获取到对应的历史连续数据。
77.s104，基于仿真算法模型对历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果。
78.在s103的基础上，本步骤旨在基于仿真算法模型对历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果。
79.其中，进行仿真分析的过程可以包括回溯分析和预测分析。其中，回溯分析是基于历史连续数据回溯到事故发生的时刻，并记录数据。其中，预测分析是基于历史连续数据对运行状态和控制状态进行预测，并记录预测的数据。
80.进一步的，本步骤可以包括：
81.步骤1，基于仿真算法模型对历史连续数据进行历史回溯分析，得到事故数据；
82.步骤2，将事故数据作为分析结果。
83.可见，本可选方案中主要是说明如何得到分析结果。本可选方案中，基于仿真算法模型对历史连续数据进行历史回溯分析，得到事故数据，将事故数据作为分析结果。
84.进一步的，本步骤可以包括：
85.步骤1，基于修改参数和仿真算法模型对历史连续数据进行预测，得到预测数据；
86.步骤2，将预测数据作为分析结果。
87.可见，本可选方案中主要是说明如何得到分析结果。本可选方案中，基于修改参数和仿真算法模型对历史连续数据进行预测，得到预测数据，将预测数据作为分析结果。
88.综上，本实施例通过获取到的实时数据对仿真算法模型进行调优，然后基于调优后的仿真算法模型对该历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果，避免数据有限和数据不完整导致的仿真度较低的问题，提高了分析的效率，同时采用仿真算法模型可以很好的对现场情况进行仿真进而实现分析，提高了分析的准确性和精度，提高对于数据进行分析的效果，提高dcs系统的可靠性。
89.以下通过另一具体的实施例，对本技术提供的一种数据分析方法做进一步说明。
90.本实施例中，增加实时采集控制器数据作为数据输入源，将采集的数据在仿真环境作为输入，依据现场数据对工艺仿真平台的工艺算法调优。当完成调优后工艺仿真平台可以最大程度与实际场景保持一致。在出现问题时通过真实数据回溯和调优后的算法实现问题发生过程重演，以此来定位问题。也可用于预测分析。
91.本实施例的技术方案分为算法调优、数据记录和历史回溯三个部分。每个部分都
是1套完整的ots(operator training system，操作员培训系统)架构，也就是仿真环境下dcs、虚拟dpu仿真控制器、工艺仿真平台组成。
92.dcs系统是一个为满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化角度出发，将过程控制及过程监控综合在一起，结合4c技术，计算机(computer)、通讯(communication)、显示(crt)和控制(control)，发展起来的新型控制系统。
93.其中，hollias macs k硬件是高可靠性dcs系统中的一种，采用全冗余、多重隔离、热分析、容错等可靠性设计技术，保证系统在复杂、恶劣的工业现场环境中能安全稳定地长期运行。其中，macs(multiproject automated control system，多元自控系统)软件为分布式dcs控制系统的软件部分。
94.其中，ots(operator training system，操作员培训系统)方案中对现场工艺仿真控制方案包含多个子系统支持：虚拟dpu(data processing unit，处理器分散处理单元)仿真控制器实现激励式虚拟dpu仿真，工艺仿真平台基于机理模型实现工艺仿真，macs实现真实现场的dcs监视和控制。
95.步骤一，采集真实数据作为仿真方案输入源。
96.通过数据代理将真实环境下的数据服务器数据转发到在线仿真环境。因为真实环境下有网络安全隔离要求。因此数据代理分为客户端和服务端2个部分组成。
97.客户端部署在真实环境数据服务器，实时采集数据使用tcp私有协议将数据传输到服务端。初始化时将数据服务器中的热数据(实时数据)内存区整片拷贝镜像到客户端内存区。并从内存区发送给服务端。此后以100ms为周期检查比对热数据和客户端内存区，如果遍历发现数据变化则将变化数据发送服务端。以此提高效率减小负荷。
98.服务端接收客户端的的数据，部署在仿真区域。服务端和客户端通信端口需要配在防火墙配置白名单。且除去建立连接外服务端只接收客户端数据。服务端将收到的客户端数据按照配置ip直接转发给算法调优环境、数据记录环境、历史回溯环境。服务端具备记录真实工况功能，在完成调优后进入数据记录环境记录数据的环境时，在服务端触发记录真实工况功能。此功能是因为在实际的工艺生产控制中，一些装置和设备需要在现场进行控制，不能由中央控制室的dcs远程控制，这部分就地设备的参数值并不会上报存储到dcs。因此执行初始化真实工况保存时，需要提前在仿真环境按照贴近与真实工况的环境下保存一份包含就地设备值的仿真工况。服务端加载后将这部分数据与其他客户端传输过来的数据，按照工况点表统一存储为初始化工况。
99.基于数据代理可以将真实的dcs实时数据采集提供给仿真环境，这样仿真环境可以基于真实数据作为输入源来进行仿真优化。而不是既有方案中在与真实环境隔离的仿真环境，虽然按照和真实环境相同搭建1:1仿真环境，但是数据并非基于连续的实时数据。整个仿真过程无法实时和真实环境保持一致。
100.步骤二，基于数据进行算法调优。
101.算法调中工艺仿真平台中增加触发开关，开关开启后工艺仿真平台进入算法调优状态。此时工艺仿真平台不在按照原有仿真交互执行，即工艺仿真平台按照工艺模型仿真后以ai(analog input，模拟量输入)、di(digital input，数字量输入)数据输入给虚拟dpu仿真控制器，虚拟dpu仿真控制器接收到工艺模拟数据后基于真实控制算法执行后以ao(analog output，模拟量输出)、do(digital output，数字量输出)数据输出给工艺仿真平
台。二者形成运算闭环，macs通过虚拟dpu仿真控制器读取和控制。按照在线仿真算法调优交互：工艺仿真平台接收来自于数据代理的ao、do数据作为输入，按照工艺模型仿真后将ai、di数据输入给虚拟dpu仿真控制器。虚拟dpu仿真控制器运算后不输出给工艺仿真平台，此过程中macs作用保持不变。
102.通过这个交互过程可以基于真实的数据运行控制，运行后的数据和真实场景下的运行数据进行比对。分析差异部分后调整工艺仿真平台工艺参数，使得运算结果越来越逼近真实数据直到满足使用要求。而既有的仿真方案都是基于仿真环境数据来进行模拟，无法根据真实环境的连续实时数据调优。
103.步骤三，对数据进行记录。
104.当经过算法调优后可以得到基于真实数据调优后的工艺算法模型。将这个模块拷贝到数据记录环境下执行数据记录。此环境下根据配置周期，周期性的执行工况保存功能得到模型真实工况、系统真实工况。
105.在此环境下既有基于真实模型调优后的工艺算法模型，也有真实环境的连续实时数据作为输入源，配置完成后实现了基于真实数据的同步记录。与既有方案相比，数据记录环境下可以实时记录完整的真实数据、基于真实数据的仿真数据。真实环境下dcs系统因为容量、稳定性、性能等因素只会记录关键数据的片段值，并且部分就地设备数据在dcs系统是不存储的。数据记录环境下记录了真实dcs的所有连续数据。后续流程可以基于这些全量连续数据进行利用。
106.步骤四，采用仿真模型进行回溯/预测。
107.当现场出现问题时，在回溯/预测环境中加载初始化真实工况、模型真实工况和系统真实工况。工艺仿真平台、虚拟dpu仿真控制器和macs基于这3种工况运行可以回溯故障发生时的所有运行细节。基于这些全量数据历史回溯/预测环境下可以实现2类功能：
108.历史回溯：因为有真实dcs系统的所有历史连续数据，因此可以基于事故发生前的某一时刻数据开始回溯，回溯时基于真实数据调优的工艺模型运行，可以得到事故时刻的工艺、控制的所有相关数据。用户可以基于这些数据分析原因，同时还可以基于事故历史时刻数据脱离历史变化，对控制数据进行调试用于尝试解决事故时刻的控制优化问题。
109.数据预测：基于真实数据调优的工艺模型和真实dcs系统连续数据，可以从历史某一刻开始修改控制系统参数，进行历史时刻的控制预测。也可以基于最新的实时数据将工艺模型加速，预测未来时刻的工艺和控制参数，从而优化生产。
110.可见，本实施例通过获取到的实时数据对仿真算法模型进行调优，然后基于调优后的仿真算法模型对该历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果，避免数据有限和数据不完整导致的仿真度较低的问题，提高了分析的效率，同时采用仿真算法模型可以很好的对现场情况进行仿真进而实现分析，提高了分析的准确性和精度，提高对于数据进行分析的效果，提高dcs系统的可靠性。
111.下面对本技术实施例提供的数据分析装置进行介绍，下文描述的数据分析装置与上文描述的数据分析方法可相互对应参照。
112.请参考图2，图2为本技术实施例所提供的一种数据分析装置的结构示意图。
113.本实施例中，该装置可以包括：
114.实时数据采集模块100，用于通过数据代理从真实环境中获取实时数据；
115.仿真算法调优模块200，用于采用实时数据对当前仿真算法模型进行调优处理，得到仿真算法模型；
116.数据获取模块300，用于当真实环境出现异常时，获取历史连续数据；
117.仿真分析模块400，用于基于仿真算法模型对历史连续数据进行仿真分析，得到分析结果。
118.可选的，该实时数据采集模块100，具体用于通过数据代理的客户端从真实环境中获取实时数据；将实时数据发送至工艺仿真平台。
119.可选的，该仿真算法调优模块200，具体用于控制工艺仿真平台将实时数据作为数据输入；基于工艺仿真平台的当前仿真算法模型对数据出入进行仿真运算处理，得到仿真数据；将仿真数据输入至虚拟仿真控制器进行控制算法处理，得到仿真控制数据；基于实时数据、仿真数据以及仿真控制数据对当前仿真算法模型进行调优，得到仿真算法模型。
120.可选的，该仿真分析模块400，具体用于基于仿真算法模型对历史连续数据进行历史回溯分析，得到事故数据；将事故数据作为分析结果。
121.可选的，该仿真分析模块400，具体用于基于修改参数和仿真算法模型对历史连续数据进行预测，得到预测数据；将预测数据作为分析结果。
122.本技术实施例还提供一种服务器，包括：
123.存储器，用于存储计算机程序；
124.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如以上实施例所述的数据分析方法的步骤。
125.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上实施例所述的数据分析方法的步骤。
126.说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
127.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
128.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
129.以上对本技术所提供的一种数据分析方法、数据分析装置、服务器以及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技
术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。