一种用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统的制作方法

1.本发明涉及设备监测技术领域，尤其涉及一种用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统。


背景技术：

2.工业设备指的是工业生产设备和各类机床，随着工业技术的不断发展，工厂所使用的工业设备种类与数量不断增加，为了方便工作人员对其进行监测与调配，数字孪生成为了工业设备实时数据监测的重要技术手段之一，数字孪生是现实事物具有特定目的的数字化表达，即在虚拟的数字世界实时呈现物理实体的真实情况。随着数字孪生概念的推广与应用，如何将信息空间与物理空间的实体一一映射成为重要的基础工作之一；
3.现有的用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统无法及时向维护人员发送异常设备相关信息，降低维护人员的维护效率；此外，现有的用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统无法直观的向工作人员反馈各设备工作效率，增加工作人员分析难度，为此，我们提出一种用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统，包括工业设备，信息采集模块、终端控制平台、空间构建模块、数据分析模块、设备调度模块、模拟测试模块以及数据云端；
7.所述信息采集模块用于采集各组工业设备基本信息，并对其进行标注记录；
8.所述终端控制平台用于工作人员查看各组工业设备工作状态，并进行选择控制；
9.所述空间构建模块用于收集各组数据并进行数字空间构造；
10.所述数据分析模块用于收集各组工业设备的工作信息，同时对各工业设备进行状态分析；
11.所述设备调度模块用于接收各组分析结果，并对各组工业设备进行调度管理；
12.所述模拟测试模块用于接收各组调度方案，并对其进行模拟仿真，同时对其进行优化调整；
13.所述数据云端用于存储各组调度方案，同时实时接收终端控制平台发送的调用指令，并将对应数据发送至终端控制平台。
14.作为本发明的进一步方案，所述信息采集模块标注记录具体步骤如下：
15.步骤一：信息采集模块接收工作人员上传的各组工业设备的结构图，同时于各组工业设备内置传感器通信连接，并实时接收各组工业设备参数信息；
16.步骤二：将工业设备按照不同类型进行分类，同时对分类完成的各组工业设备进
行编号处理，之后构建设备记录表，并按照所分类型的不同，依次将各类型的工业设备录入设备记录表中；
17.步骤三：依据各组结构图对各组工业设备组成部件名称进行收集，并录入设备记录表相对应位置，同时将各组工业设备参数信息录入设备记录表中，并实时监控各组工业设备工作状态以录入设备记录表中。
18.作为本发明的进一步方案，所述终端控制平台选择控制具体步骤如下：
19.步骤(1)：终端控制平台实时接收设备记录表，并将其反馈给工作人员进行查看；
20.步骤(2)：工作人员可输入相关工业设备的编号，终端控制平台依据其编号进行精确检索，并将相对应工业设备信息进行调取；
21.步骤(3)：工作人员通过终端控制平台对选择需要采集的区域信息，同时终端控制平台生成相关采集指令。
22.作为本发明的进一步方案，所述数字空间构造具体步骤如下：
23.第一步：空间构建模块与外部监控摄像头通信连接，并实时接收监控摄像头抓取的影像数据，同时依据工作人员上传的厂区平面布置竣工图以及建筑物结构图，并依据各组信息建立1:1等比例统一坐标系的主体模型；
24.第二步：同时依据终端控制平台下发的采集指令对主体模型中对应区域模型进行切割提取，同时依据影像数据确认该区域相对应的工业设备，并依据设备记录表中记录的数据构建多组工业设备三维模型，并将其拼接至区域模型中；
25.第三步：实时采集各组工业设备运行情况，并将其同步至相对应区域模型中的三维模型上，同时将构造完成的区域模型反馈至终端控制平台。
26.作为本发明的进一步方案，所述数据分析模块对各组工业设备状态分析具体步骤如下：
27.s1.1：数据分析模块接收相关区域模型，并实时采集该区域模型中各组工业设备工作信息，同时对采集到的工作信息中非二进制的数据转换为二进制；
28.s1.2：通过min-max归一化方法将各组工业设备工作信息转换至0到1区间内，min-max归一化方法的转换函数如下：
[0029][0030]
式中：x
new
表示归一化后的数据；x表示各组工业设备工作信息中的特征数据；x
max
表示特征数据的最大值；x
min
特征数据的最小值；
[0031]
s1.3：数据分析模块通过方差系数对各组工作信息进行特征降维，其具体函数公式如下：
[0032][0033]
式中：σ表示特征数据的标准差；μ表示特征数据的均值；cv表示特征数据的方差系数，若方差系数越大，则表示工作设备运行正常，反之，则表示运行异常；
[0034]
s1.4：收集运行异常的各组工业设备的编号，并在设备记录表进行标记，同时对运行异常的工业设备反馈给相关维护人员。
[0035]
作为本发明的进一步方案，所述设备调度模块调度管理具体步骤如下：
[0036]
s2.1：设备调度模块自行生成调度网络模型，同时接收正常工业设备工作信息，同时将收集到的工作信息整合归类成一组工作数据集；
[0037]
s2.2：将工作数据集导入调度网络模型中，并通过输入、卷积、池化、全连接和输出对各组工作信息进行分析，同时依据分析结果标记空闲状态的工业设备以及工作状态的工业设备，同时绘制各组工业设备的工作效率折线图；
[0038]
s2.3：对空闲状态的工业设备，设备调度模块采集全区域相同类型的工业设备，并将该类型的各组工业设备的工作量进行统计以进行二次分配，同时依据分配结果生成相关调度方案。
[0039]
作为本发明的进一步方案，所述模拟测试模块优化调整具体步骤如下：
[0040]
q1：模拟测试模块接收各组调度方案以及各组工业设备的工作效率折线图，同时与外部互联网通信连接；
[0041]
q2：依据各组调度方案对各组工业设备进行模拟调配，同时实时检测该调度方案完成工作所需时间；
[0042]
q3：从互联网中调取相关工业设备工作调配方案，并将其中完成工作时间较少的调配方案进行提取，并将其与原有调度方案进行整合归纳以对原有调度方案进行优化，之后将优化完成的调度方案反馈至终端控制平台。
[0043]
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0044]
1、本发明设置有数据分析模块，空间构建模块依据各组信息建立1:1等比例统一坐标系的主体模型，数据分析模块接收相关区域模型，并依据采集指令对主体模型中对应区域模型进行切割提取，并实时采集该区域模型中各组工业设备工作信息，同时对采集到的工作信息中非二进制的数据转换为二进制，再通过归一化方法将各组工业设备工作信息转换至0到1区间内，同时数据分析模块通过方差系数对各组工作信息进行特征降维，收集运行异常的各组工业设备的编号，并在设备记录表进行标记，同时对运行异常的工业设备反馈给相关维护人员，能够实时对各组设备运行状态进行分析，同时及时向维护人员反馈异常设备信息，大幅提高对异常设备的排查效率，同时提高维护人员的设备维护效率；
[0045]
2、本发明设置有设备调度模块，设备调度模块自行生成调度网络模型，同时接收正常工业设备工作信息，同时将收集到的工作信息整合归类成一组工作数据集，再对工作数据集通过输入、卷积、池化、全连接和输出进行分析，同时依据分析结果标记空闲状态的工业设备以及工作状态的工业设备，同时绘制各组工业设备的工作效率折线图，之后对空闲状态的工业设备，设备调度模块采集全区域相同类型的工业设备，并将该类型的各组工业设备的工作量进行统计以进行二次分配，同时依据分配结果生成相关调度方案，能够更加直观的让工作人员对工业设备的工作效率进行查看，方便工作人员分析，同时能够自行生成调度方案，减少工作人员工作量，提高工作人员工作积极性。
附图说明
[0046]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0047]
图1为本发明提出的一种用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统的系统框图。
具体实施方式
[0048]
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。
[0049]
实施例1
[0050]
参照图1，一种用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统，包括工业设备，信息采集模块、终端控制平台、空间构建模块、数据分析模块、设备调度模块、模拟测试模块以及数据云端。
[0051]
信息采集模块用于采集各组工业设备基本信息，并对其进行标注记录。
[0052]
具体的，信息采集模块接收工作人员上传的各组工业设备的结构图，同时于各组工业设备内置传感器通信连接，并实时接收各组工业设备参数信息，之后将工业设备按照不同类型进行分类，同时对分类完成的各组工业设备进行编号处理，之后构建设备记录表，并按照所分类型的不同，依次将各类型的工业设备录入设备记录表中，再依据各组结构图对各组工业设备组成部件名称进行收集，并录入设备记录表相对应位置，同时将各组工业设备参数信息录入设备记录表中，并实时监控各组工业设备工作状态以录入设备记录表中。
[0053]
终端控制平台用于工作人员查看各组工业设备工作状态，并进行选择控制。
[0054]
具体的，终端控制平台实时接收设备记录表，并将其反馈给工作人员进行查看，工作人员可输入相关工业设备的编号，终端控制平台依据其编号进行精确检索，并将相对应工业设备信息进行调取，同时工作人员通过终端控制平台对选择需要采集的区域信息，同时终端控制平台生成相关采集指令。
[0055]
空间构建模块用于收集各组数据并进行数字空间构造。
[0056]
具体的，首先空间构建模块与外部监控摄像头通信连接，并实时接收监控摄像头抓取的影像数据，同时依据工作人员上传的厂区平面布置竣工图以及建筑物结构图，并依据各组信息建立1:1等比例统一坐标系的主体模型，同时依据终端控制平台下发的采集指令对主体模型中对应区域模型进行切割提取，同时依据影像数据确认该区域相对应的工业设备，并依据设备记录表中记录的数据构建多组工业设备三维模型，并将其拼接至区域模型中，再实时采集各组工业设备运行情况，并将其同步至相对应区域模型中的三维模型上，同时将构造完成的区域模型反馈至终端控制平台，能够实时对各组设备运行状态进行分析，同时及时向维护人员反馈异常设备信息，大幅提高对异常设备的排查效率，同时提高维护人员的设备维护效率。
[0057]
实施例2
[0058]
参照图1，一种用于工业设备实时数据监测的电力数字空间孪生系统，包括工业设备，信息采集模块、终端控制平台、空间构建模块、数据分析模块、设备调度模块、模拟测试模块以及数据云端。
[0059]
数据分析模块用于收集各组工业设备的工作信息，同时对各工业设备进行状态分析。
[0060]
具体的，数据分析模块接收相关区域模型，并实时采集该区域模型中各组工业设备工作信息，同时对采集到的工作信息中非二进制的数据转换为二进制，再通过min-max归一化方法将各组工业设备工作信息转换至0到1区间内，数据分析模块通过方差系数对各组
工作信息进行特征降维，收集运行异常的各组工业设备的编号，并在设备记录表进行标记，同时对运行异常的工业设备反馈给相关维护人员。
[0061]
需要进一步说明的是，min-max归一化方法的转换函数如下：
[0062][0063]
式中：x
new
表示归一化后的数据；x表示各组工业设备工作信息中的特征数据；x
max
表示特征数据的最大值；x
min
特征数据的最小值；
[0064]
其具体降维函数公式如下：
[0065][0066]
式中：σ表示特征数据的标准差；μ表示特征数据的均值；cv表示特征数据的方差系数，若方差系数越大，则表示工作设备运行正常，反之，则表示运行异常。
[0067]
设备调度模块用于接收各组分析结果，并对各组工业设备进行调度管理。
[0068]
具体的，设备调度模块自行生成调度网络模型，同时接收正常工业设备工作信息，同时将收集到的工作信息整合归类成一组工作数据集，再将工作数据集导入调度网络模型中，并通过输入、卷积、池化、全连接和输出对各组工作信息进行分析，同时依据分析结果标记空闲状态的工业设备以及工作状态的工业设备，同时绘制各组工业设备的工作效率折线图，之后对空闲状态的工业设备，设备调度模块采集全区域相同类型的工业设备，并将该类型的各组工业设备的工作量进行统计以进行二次分配，同时依据分配结果生成相关调度方案，能够更加直观的让工作人员对工业设备的工作效率进行查看，方便工作人员分析，同时能够自行生成调度方案，减少工作人员工作量，提高工作人员工作积极性。
[0069]
模拟测试模块用于接收各组调度方案，并对其进行模拟仿真，同时对其进行优化调整。
[0070]
具体的，模拟测试模块接收各组调度方案以及各组工业设备的工作效率折线图，同时与外部互联网通信连接，并依据各组调度方案对各组工业设备进行模拟调配，同时实时检测该调度方案完成工作所需时间，之后从互联网中调取相关工业设备工作调配方案，并将其中完成工作时间较少的调配方案进行提取，并将其与原有调度方案进行整合归纳以对原有调度方案进行优化，之后将优化完成的调度方案反馈至终端控制平台。
[0071]
数据云端用于存储各组调度方案，同时实时接收终端控制平台发送的调用指令，并将对应数据发送至终端控制平台。