本發(fā)明涉及一種煤炭儲(chǔ)運(yùn)裝車的數(shù)字孿生監(jiān)控方法，是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)空間與實(shí)物空間有機(jī)結(jié)合的方法，是一種用于煤炭運(yùn)輸機(jī)械和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)合的測控方法。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字孿生充分利用物理模型、傳感器更新、歷史記錄查詢等技術(shù)，集合多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間完成煤炭物流儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備映射，現(xiàn)實(shí)層面對應(yīng)實(shí)體裝備生命周期的過程。目前數(shù)字孿生技術(shù)已融合計(jì)算機(jī)仿真與集成領(lǐng)域的重要研發(fā)方向，在智能制造、能源開發(fā)利用等方面有大量研究并受到廣泛關(guān)注。在發(fā)展初期，數(shù)字孿生技術(shù)主要應(yīng)用于軍工、航空航天領(lǐng)域，隨后在船舶、發(fā)電廠、立體倉庫、醫(yī)療、車間等得到拓展應(yīng)用。由于網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造與智能工廠及煤礦智能化發(fā)展專項(xiàng)措施的實(shí)施，由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能化服務(wù)是科技前沿與應(yīng)用智能化未來的發(fā)展趨勢，如何為儲(chǔ)運(yùn)煤炭的智能化管控提供技術(shù)支撐，使轉(zhuǎn)運(yùn)堆場的儲(chǔ)運(yùn)過程更加智能化，是一個(gè)需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種煤炭儲(chǔ)運(yùn)裝車的數(shù)字孿生監(jiān)控方法。所述的方法通過構(gòu)建數(shù)據(jù)集成監(jiān)控與可視化平臺(tái)，形成煤炭裝車信息物理融，構(gòu)建裝車數(shù)字孿生3d模型，從而提高自動(dòng)化程度與響應(yīng)速度，本發(fā)明所述的自動(dòng)裝車，操作更加簡單，自動(dòng)化程度更高，裝車的效率更高。

2、本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種煤炭儲(chǔ)運(yùn)裝車的數(shù)字孿生監(jiān)控方法，所述數(shù)字孿生監(jiān)控方法所使用的煤炭儲(chǔ)運(yùn)裝車的數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)，包括：安裝在煤炭儲(chǔ)運(yùn)快速定量裝車站上的數(shù)據(jù)集成監(jiān)控與可視化平臺(tái)，所述數(shù)據(jù)集成監(jiān)控與可視化平臺(tái)中設(shè)有：多層級(jí)監(jiān)控子系統(tǒng)、三維可視化監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信與存儲(chǔ)子系統(tǒng)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口；

3、所述的多層級(jí)監(jiān)控子系統(tǒng)包括：上倉皮帶監(jiān)控、倉下給料機(jī)監(jiān)控、液壓系統(tǒng)監(jiān)控、環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控；

4、所述的三維可視化監(jiān)控子系統(tǒng)包括：虛擬場景數(shù)字孿生、實(shí)體數(shù)據(jù)同步反饋、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測；

5、所述的數(shù)據(jù)通信與存儲(chǔ)子系統(tǒng)包括：opc通信、tcp/udp通信協(xié)議、webserver接口、數(shù)據(jù)庫通信接口；

6、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口：生產(chǎn)子系統(tǒng)mes、視覺終端、運(yùn)輸裝備、裝車子系統(tǒng)；

7、其特征在于，所述的煤炭儲(chǔ)運(yùn)裝車的數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)包括：

8、感知層：用于煤炭儲(chǔ)運(yùn)快速定量裝車數(shù)字孿生信息收集；主要采集的信號(hào)有液壓設(shè)備的油溫、油壓、液位值、各類報(bào)警信號(hào)，以及精配倉、筒倉各個(gè)閘門位置開度狀態(tài)，以及筒倉物料高度參數(shù)的不同設(shè)定值，同時(shí)裝車流程里車輛批次、車次、物料種類、收貨公司、車號(hào)、額定載重量、實(shí)裝噸數(shù)的信息需要集成并打包存儲(chǔ)，這些數(shù)據(jù)采集供數(shù)字孿生系統(tǒng)后期控制與感知功能完善；感知層利用plc設(shè)備、電壓傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器的實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)，對液壓系統(tǒng)泵站、過濾泵、風(fēng)機(jī)、加熱裝置的物理設(shè)備生產(chǎn)要素采集，獲取人、機(jī)、物、環(huán)境的多重異構(gòu)數(shù)據(jù)；

9、物理實(shí)體層：用于為后續(xù)各層提供生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與數(shù)據(jù)接口建模參考對象，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)資源融合、虛擬模型仿真、邏輯驗(yàn)證與數(shù)據(jù)分析提供服務(wù)支持；

10、物理融合層：鏈接虛擬孿生體與物理實(shí)體之間交互映射，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步狀態(tài)反饋；

11、3d模型層：實(shí)現(xiàn)煤炭儲(chǔ)運(yùn)裝載系統(tǒng)周期規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)作業(yè)過程控制管理、液壓機(jī)械設(shè)備運(yùn)行維護(hù)與故障預(yù)測等核心組件，由物理模型、仿真模型、邏輯模型、數(shù)據(jù)模型的耦合集成，在裝車塔大量信息數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)對對象數(shù)字孿生、過程孿生及性能孿生：

12、數(shù)據(jù)交互層：通過結(jié)構(gòu)與模型之間數(shù)據(jù)交互與迭代優(yōu)化，物理模型、虛擬模型以及數(shù)據(jù)層之間通過交互層形成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)各個(gè)層面之間的互聯(lián)互通，有效避免信息孤島的產(chǎn)生，各類業(yè)務(wù)能被有效集成融合，物料從上產(chǎn)皮帶運(yùn)輸至裝車塔，各個(gè)工藝流程實(shí)現(xiàn)反饋指導(dǎo)并提高工程效率；

13、應(yīng)用層：用于控制實(shí)體動(dòng)作；應(yīng)用層通過opc?ua客戶端連接實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)統(tǒng)一訪問，并基于傳輸層數(shù)據(jù)支撐，使數(shù)字孿生服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)故障診斷、剩余壽命預(yù)測、智能管控的功能；

14、所述數(shù)字孿生監(jiān)控方法包括如下步驟：

15、步驟1，數(shù)字孿生模型建立與實(shí)施：構(gòu)建裝車數(shù)字孿生體，建立基于數(shù)字孿生與5g通信技術(shù)融合的數(shù)字化平臺(tái)信息共享，利用5g通信網(wǎng)關(guān)技術(shù)、邊緣計(jì)算、高帶寬低延時(shí)的優(yōu)勢，為煤炭儲(chǔ)運(yùn)快速定量裝車提供大規(guī)模邊緣計(jì)算與高速傳輸；建立數(shù)字孿生監(jiān)控，通過數(shù)字孿生對煤炭上倉皮帶生產(chǎn)場景情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過數(shù)字孿生、數(shù)據(jù)融合、深度學(xué)習(xí)與迭代優(yōu)化實(shí)現(xiàn)智能裝車精準(zhǔn)監(jiān)控，提升對危險(xiǎn)源、人員的辨識(shí)度；搭建煤炭儲(chǔ)運(yùn)快速定量裝車數(shù)字孿生模型；

16、步驟2，數(shù)據(jù)收集：感知層收集安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、監(jiān)控檢測數(shù)據(jù)、油溫油壓檢測數(shù)據(jù)、運(yùn)營管控?cái)?shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)隱患數(shù)據(jù)、人員安全定位；

17、步驟3，數(shù)據(jù)處理：通過專家經(jīng)驗(yàn)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、時(shí)序數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析模型、數(shù)據(jù)流式計(jì)算、數(shù)據(jù)批處理，應(yīng)用人工智能算法，工具有大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)、智群理論，最終完成服務(wù)層的信息集成；

18、步驟4，應(yīng)用服務(wù)：應(yīng)用服務(wù)包括：智能化裝車運(yùn)維管理、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測預(yù)警、信息查詢、三維數(shù)字孿生展示。

19、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：本發(fā)明構(gòu)建數(shù)據(jù)集成監(jiān)控與可視化平臺(tái)，與傳統(tǒng)的定量自動(dòng)裝車站平臺(tái)融合形成煤炭自動(dòng)裝車數(shù)字孿生系統(tǒng)，即構(gòu)建物理實(shí)體層，整合自動(dòng)裝車站原有各個(gè)子系統(tǒng)的傳感器和控制器，以及加強(qiáng)各類傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析能力，形成煤炭裝車信息物理融合層，構(gòu)建裝車數(shù)字孿生3d模型層、裝車儲(chǔ)運(yùn)數(shù)據(jù)交互層與智能應(yīng)用服務(wù)層，通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)和智能化訓(xùn)練，解決了現(xiàn)有煤炭儲(chǔ)運(yùn)中協(xié)同管控算法與模型不成熟，裝車過程需要適應(yīng)復(fù)雜多變的裝車環(huán)境和車輛變化，從而提高自動(dòng)化程度與響應(yīng)速度，將傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)升級(jí)為基于數(shù)字孿生的煤炭裝車一體化體系的裝車方法。與現(xiàn)有的自動(dòng)化定量裝車站相比，本發(fā)明所述的自動(dòng)裝車測控，操作更加簡單，自動(dòng)化程度更高，裝車的效率更高。

技術(shù)特征：

1.一種煤炭儲(chǔ)運(yùn)裝車的數(shù)字孿生監(jiān)控方法，所述數(shù)字孿生監(jiān)控方法所使用的煤炭儲(chǔ)運(yùn)裝車的數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)，包括：安裝在煤炭儲(chǔ)運(yùn)快速定量裝車站上的數(shù)據(jù)集成監(jiān)控與可視化平臺(tái)，所述數(shù)據(jù)集成監(jiān)控與可視化平臺(tái)中設(shè)有：多層級(jí)監(jiān)控子系統(tǒng)、三維可視化監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信與存儲(chǔ)子系統(tǒng)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種煤炭儲(chǔ)運(yùn)裝車的數(shù)字孿生監(jiān)控方法，包括：感知層；物理實(shí)體層；物理融合層；3D模型層；數(shù)據(jù)交互層；應(yīng)用層；步驟：數(shù)字孿生模型建立與實(shí)施；數(shù)據(jù)收集；數(shù)據(jù)處理；應(yīng)用服務(wù)。本發(fā)明構(gòu)建數(shù)據(jù)集成監(jiān)控與可視化平臺(tái)，與傳統(tǒng)的定量自動(dòng)裝車站平臺(tái)融合形成煤炭自動(dòng)裝車數(shù)字孿生系統(tǒng)，即構(gòu)建物理實(shí)體層，整合自動(dòng)裝車站原有各個(gè)子系統(tǒng)的傳感器和控制器，以及加強(qiáng)各類傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析能力，形成煤炭裝車信息物理融合層，構(gòu)建裝車數(shù)字孿生3D模型層、裝車儲(chǔ)運(yùn)數(shù)據(jù)交互層與智能應(yīng)用服務(wù)層，通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)和智能化訓(xùn)練。與現(xiàn)有的自動(dòng)化定量裝車站相比，本發(fā)明所述的自動(dòng)裝車測控，操作更加簡單，自動(dòng)化程度更高，裝車的效率更高。

技術(shù)研發(fā)人員：王伯君,劉輝,栗偉,申婕,孫丁丁,盧佳嶺,徐喬木,肖雅靜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中煤科工智能儲(chǔ)裝技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15