基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统及方法与流程

本发明属于能源管理
技术领域：
，特别是涉及一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统及方法，更具体地说，该系统针对钢铁行业的煤气具有可视化监控、查询、显示以及煤气管网动态仿真的功能，可基于煤气管网的风险识别与在线运行辅助调度。
背景技术：
：钢铁企业生产过程中将会附带产生的大量煤气，副产煤气是企业中最重要的二次能源。该煤气主要通过管网进行输运，一个钢铁企业的煤气管网有数十公里长，覆盖范围很广；且煤气输送总量大，一般可达数百万m3/h。由于煤气介质属于有毒、火灾危险性气体，一旦煤气管网系统发生事故，易造成煤气大量泄漏甚至发生爆炸事故，危及人身安全，也将影响企业生产，造成经济损失。然而，目前，国内许多大型钢厂都建立了煤气能源管理系统，可根据全厂生产需求进行煤气能源调配，实现主干管网及设备的运行状态监控与调整。但无法对监测数据进行深层次的开发应用，导致缺乏风险识别及防控分析等智能管理功能，例如，无法根据监测数据实现管网的动态仿真和监控，识别煤气管网是否存在泄漏风险，或煤气是否需要在线运行辅助调度。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统及方法，用于解决现有技术中在煤气的监测数据进行动态仿真与监控下，无法为煤气系统提供辅助调度的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统，包括：可视化监控层，用于采集煤气系统中监测数据；以及将采集的所述监测数据按节点位置对应显示煤气系统拓扑图；动态模拟层，用于根据煤气管网、煤气系统设备地理信息与参数信息进行建模生成相应的煤气管网模型；以所述煤气管网模型为基础计算煤气系统各个节点的监测数据模拟值；应用管理层，其包含辅助调度模块，所述辅助调度模块，用于检测各节点所对应的监测数据是否超过其预设压力阈值和预设流量阈值，根据检测结果发送调度指令至所述动态模拟层计算所述各节点的监测数据模拟值。本发明还提供一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理方法，包括：步骤1，采集煤气系统中监测数据；以及将采集的所述监测数据按节点位置对应显示煤气系统拓扑图；步骤2，根据煤气管网、煤气系统设备地理信息与参数信息进行建模生成相应的煤气管网模型；以所述煤气管网模型为基础计算煤气系统各个节点的监测数据模拟值；步骤3，检测各节点所对应的监测数据是否超过其预设压力阈值和预设流量阈值，根据检测结果发送调度指令返回步骤2计算所述各节点的监测数据模拟值。如上所述，本发明的基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统及方法，具有以下有益效果：本系统分为可视化监控层、动态模拟层与应用管理层，各层级之间既可相对独立又能相互调用，通过可视化监控层采集煤气系统中监测数据，调用动态模拟层中计算模型模拟各个节点所对应的监测数据模拟值；在应用管理层中设有风险识别模块与辅助调度模块，通过风险识别模块检测煤气系统中各个节点是否存在煤气泄漏的风险，提高了煤气系统的安全性；通过辅助调度模块检测煤气系统各节点是否超过其预设压力阈值和预设流量阈值，根据检测结果将调度指令对应监测数据模拟值发送可视化监控层，为用户的调度方案提供了参考建议，提高了其调度工作的安全与效率；同时，将监测数据以及辅助调度模块与风险识别模块的检测结果动态显示至可视化监控层，方便了用户实时监控。附图说明图1显示为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统结构框图；图2显示为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统中辅助调度模块的结构框图；图3显示为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统中风险识别模块的结构框图；图4显示为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理方法流程图；图5显示为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理方法中风险识别流程图；图6显示为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理方法中辅助调度流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。请参阅图1，为本发明提供一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统的结构框图，该系统安装于计算机终端上，通过网络与钢铁企业中的SCADA(数据采集与监视控制系统)系统、网络系统、数据服务器、报警系统与自动化控制系统连接，该系统具体包括：可视化监控层1，用于采集煤气系统中监测数据；以及将采集的所述监测数据按节点位置对应显示煤气系统拓扑图；其中，所述可视化监控层的具体实现框架为：信息处理模块11，用于读取并存储煤气系统拓扑图、煤气管道和设备参数以及其空间地理数据；具体地，煤气系统中包含煤气系统拓扑图、煤气管道、煤气设备、以及煤气管道与煤气设备各自对应空间地理数据。监测模块12，用于根据SCADA系统采集煤气系统的监测数据，其中，该监测数据包括煤气各管段的压力、流量参数及煤气设备的运行参数；具体地，该煤气系统根据预设采集频率通过SCADA系统采集煤气系统的监测数据，其中，监测数据优选为压力参数与流量参数，采集频率优选不小于5HZ(赫兹)；所述监测模块还可查询、读取煤气系统内运行的历史数据，方便用户进行操作。显示模块13，用于根据读取的煤气管道、设备参数以及对应的空间地理数据将所述监测数据对应显示煤气系统拓扑图。具体地，显示模块为计算机终端的显示屏，通过该显示模块不仅能将监测数据按照上述方式对应显示至煤气系统拓扑图，还能将动态模拟层计算各个节点的监测数据模拟值、发送的报警信息按照该节点动态显示到煤气系统拓扑图；以及将应用管理层发送交互数据显示。在本实施例中，通过实时将监测数据动态显示至煤气系统拓扑图，以及将接收的报警信息、交互信息等内容均可展示至显示模块，使煤气系统各个节点均处于可视化监控状态，方便用户在线监控，提高了监控质量与效率。动态模拟层2，用于根据煤气管网、煤气系统设备地理信息与参数信息进行建模生成相应的煤气管网模型；以所述煤气管网模型为基础计算煤气系统各个节点的监测数据模拟值；其中，所述动态模拟层的具体实现框架为：可视化建模器21，用于根据煤气管网、煤气系统设备地理信息与参数信息进行建模生成相应的煤气管网模型，其中，所述煤气管网模型包括管网拓扑关系、煤气管道以及设备的水力参数；具体地，可视化建模器读取信息处理模块中的煤气系统拓扑图中的管网拓扑关系生成管网模型所需的管网拓扑关系，还读取信息处理模块中的煤气管网及设备的参数及空间地理信息生成各煤气管道及设备元件的水力参数；也可以由用户在建模界面调用煤气系统元件模型库中元件自主建模，如：通过建立操作图形或修改管网拓扑关系，选取具体的元件输入相应煤气管道及设备的水力参数。模拟边界参数输入器22，用于根据读取的监测数据或者获取的输入指令生成对应地边界参数；具体地，该监测数据可为存储的历史数据，或者煤气系统相关气源、煤气用户以及煤气设备实时监控所得的数据；该输入指令可为用户输入数据或调度指令。模型解算器23，用于根据所述煤气管网模型数据构建计算模型，在所述计算模型中得到煤气系统中各节点的监测数据模拟值。具体地，根据可视化建模器所建模型，调用相应的系统内置水力模型，包括管道流动的质量、动量及能量守恒方程、管道阻力方程、煤气设备的逻辑控制方程等，并通过调用煤气管网模型数据构建计算模型；通过有限差分法或有限体积法等离散方式对计算模型进行离散，通过数值方法迭代解算出煤气系统中各个节点监测数据模拟值。在本实施例中，通过可视化建模器读取信息处理模块中的相应数据生成煤气管网模型，模拟边界参数输入器通过获取监测数据或者外界输入指令输出相应的边界参数，将边界参数输入至计算模型即可得到该节点所对应监测数据模拟值，即压力参数与流量参数；如果多个节点分别输入所述计算模型就能得到一定时间段内的监测数据模拟值，从而可动态模拟煤气系统管网各个监测数据模拟值。应用管理层3，其包含辅助调度模块，所述辅助调度模块，用于检测各节点所对应的监测数据是否超过其预设压力阈值和预设流量阈值，根据检测结果发送调度指令至所述动态模拟层计算所述各节点的监测数据模拟值。其中，所述应用管理层、动态模拟层与可视化监控层之间均两两相连，相互调用传输交互信息。请参阅图2，为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统中辅助调度模块的结构框图，具体包括：获取单元311，用于获取所述可视化监控层中煤气系统各节点的监测数据，其中，该监测数据包括煤气各管段的压力参数与流量参数；第一检测单元312，用于当检测到煤气系统中某个节点的压力参数与流量参数中至少一个超过该节点预设压力阈值与预设流量阈值时，通过所述可视化监控层向用户发送报警信息，以及显示预设调度指令或自定义调度指令；具体地，如果检测到煤气系统某个节点所对应监测数据(压力参数与流量参数)未超过该节点对应的预设压力阈值与预设流量阈值时，则无需进行任何操作；如果当某个节点监测数据超过预设压力阈值与预设流量阈值时，发送报警信息至可视化监控层，同时，显示预设调度指令或自定义调度指令；其中，自定义调度指令可为用户手动输入。优选地，所有节点的预设压力阈值与预设流量阈值可设为相同阈值，也可根据用户需求按节点不同单一进行设置。第一计算单元313，用于当接收到预设调度指令或自定义调度指令时；将当前获取的边界参数输入至所述动态模拟层中煤气管网模型进行模拟计算，得到相应监测数据模拟值；具体地，在预设调度指令或自定义调度指令中均设有相应的监测数值，按照该监测数值作为边界参数输入至煤气管网模型进行模拟计算，即可得到该节点的监测数据模拟值。回馈单元314，用于将所述预设调度指令或自定义调度指令对应监测数据模拟值发送至所述可视化监控层进行显示，以提供调度参考。在本实施例中，在钢铁企业准备紧急关闭自备电厂、电厂用量在1秒内减为零时，2分钟后启动放散，10分钟后启动电厂备用机组，关闭电厂前煤气系统如下表1所示，获取单元按照气源与用户的气量值可获取到各个节点的流量，第一检测单元检测各个节点是否超过预设流量值，根据检测结果确定是否调用预设调度指令或自定义调度指令；第一计算单元将边界参数输入到煤气管网模型进行模拟计算，即可得到该节点的监测数据模拟值；计算求出整个过程中高炉煤气柜的最大累计吞纳量约为11000m3，而此时煤气柜可存容量大于50000m3，整个调度过程可保证煤气柜的运行安全。同理，按照上述方式也可计算煤气管网系统各节点的压力变化，得知整个过程煤气管网系统最高压力不超过14kPa，没超过管网压力安全限值。由此，辅助调度人员对调度预案进行预判，为用户的调度方案提供了参考建议，提高了其调度工作的安全与效率。表1高炉煤气系统煤气平衡表气源气量(Nm3/h)一高炉304000二高炉505600合计809600用户气量(Nm3/h)热风炉281030高炉喷煤25040转底炉23670加压混合站86870球团厂11120自备电厂225510焦化厂156360合计809600请参阅图3，为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理系统中风险识别模块的结构框图，具体包括：读取单元321，用于读取所述可视化监控层中的监测数据，其中，该监测数据包括煤气各管段的压力参数与流量参数；第二计算单元322，用于将获取的边界参数输入至所述动态模拟层中煤气管网模型进行模拟计算，得到相应监测数据模拟值；还用于根据监测数据模拟值与读取的监测数据计算两者之间的偏差；第二检测单元323，用于当检测到煤气系统中某个节点所对应偏差大于预设阈值时，发送报警信息显示该节点所对应的位置信息。在本实施例中，通过实时监控煤气系统的检测数据，第二计算单元调用煤气管网模型根据各个节点边界参数输出监测数据模拟值，计算出监测数据(实测监测数据)与监测数据模拟值的偏差，检测所述偏差是否大于预设阈值，如果当所述偏差大于该预设阈值，则发送报警信息显示该节点所对应的位置信息；如果所述偏差不大于该预设阈值是，不操作。具体地，例如：当读取单元获取到监测的球团厂、焦化厂分支节点到球团厂入厂节点的编号为10-11的管段上某监测点的流量、压力实测值分别为10896m3/h和5.52kPa；第二计算单元根据实时边界工况模拟该节点流量模拟值、压力模拟值分别为12530.4m3/h和6.42kPa，两者之间的相对偏差分别为13.04％和14.01％，如果该厂预设阈值均为10％；第二检测单元检测流量与压力的偏差均大于预设阈值，发送报警信息显示该节点所对应的位置信息。通过风险识别模监控各个管道节点的监测数据，解决了某个节点的煤气泄漏用户无法发现的问题，提高了整个煤气系统的安全性。请参阅图4，为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理方法，包括：步骤1，采集煤气系统中监测数据；以及将采集的所述监测数据按节点位置对应显示煤气系统拓扑图；其中，步骤1具体的实现流程为：步骤1.1，读取并存储煤气系统拓扑图、煤气管道和设备参数以及其空间地理数据；步骤1.2，根据SCADA系统采集煤气系统的监测数据，其中，该监测数据包括煤气各管段的压力、流量参数及煤气设备的运行参数；步骤1.3，根据读取的煤气管道、设备参数以及对应的空间地理数据将所述监测数据对应显示煤气系统拓扑图。具体地，不仅可采集煤气系统各个节点的监测数据，还可查询、读取煤气系统内运行的历史数据，方便用户进行操作；同时，显示风险识别模块、辅助调度模块输出的报警信息，方便用户用户监控。步骤2，根据煤气管网、煤气系统设备地理信息与参数信息进行建模生成煤气管网模型；以所述煤气管网模型为基础计算煤气系统各个节点的监测数据模拟值；其中，步骤2具体的实现流程为：步骤2.1，根据煤气管网、煤气系统设备地理信息与参数信息进行建模生成相应的煤气管网模型，其中，所述煤气管网模型包括管网拓扑关系、煤气管道以及设备的水力参数；步骤2.2，根据读取的监测数据或者获取的输入指令生成对应地边界参数；步骤2.3，根据所述煤气管网模型数据构建计算模型，求解所述计算模型得到煤气系统中各节点的监测数据模拟值。具体地，根据获取边界参数计算各个节点的监测数据模拟值，达到动态模拟的目的。步骤3，检测各节点所对应的监测数据是否超过其预设压力阈值和预设流量阈值，根据检测结果发送调度指令返回步骤2计算所述各节点的监测数据模拟值。请参阅图5，为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理方法中辅助调度流程图，包括：步骤3.1，获取煤气系统各节点的监测数据，其中，该监测数据包括压力参数与流量参数；步骤3.2，当检测到煤气系统中某个节点的压力参数与流量参数中至少一个超过该节点预设压力阈值与预设流量阈值时，通过向用户发送报警信息，以及显示预设调度指令或自定义调度指令；步骤3.3，当接收到预设调度指令或自定义调度指令时；将当前获取的边界参数输入至煤气管网模型进行模拟计算，得到相应监测数据模拟值；当用户默认预设调度指令，或，主动输入自定义调度指令时；调用调度指令中的边界参数输入至煤气管网模型进行模拟计算，得到相应监测数据模拟值；步骤3.4，将所述预设调度指令或自定义调度指令对应监测数据模拟值进行显示，以提供调度参考。在本实施例中，通过获取各个节点所对应的监测数据，将实测的监测数据分别与预设压力阈值、预设流量阈值比较，检测是否调用预设调度指令或自定义调度指令；当调用预设调度指令或自定义调度指令时，计算该节点所对应的监测数据模拟值，并将该监测数据模拟值返回至可视化监控层进行显示，以提供调度参考，提高了整个煤气系统调度工作的安全与效率。请参阅图6，为本发明提供的一种基于动态模拟的钢铁企业煤气管理方法中风险识别流程图，包括：步骤4.1，读取监测数据，其中，该监测数据包括煤气各管段的压力参数与流量参数；步骤4.2，将获取的边界参数输入至煤气管网模型进行模拟计算，得到相应监测数据模拟值；还用于根据监测数据模拟值与读取的监测数据计算两者之间的偏差；步骤4.3，当检测到煤气系统中某个节点所对应偏差大于预设阈值时，发送报警信息显示该节点所对应的位置信息。在本实施例中，通过对整个煤气系统中各个节点的监测数据进行监控，同时，根据煤气管网模型计算各个节点在边界参数情况下的监测数据模拟值；根据监测数据模拟值与实际的监测数据之间偏差与预设阈值比较，从而可检测出煤气系统中各个节点是否存在煤气泄漏的情况，提高了整个煤气系统的安全性。综上所述，本发明本系统分为可视化监控层、动态模拟层与应用管理层，各层级之间既可相对独立又能相互调用，通过可视化监控层采集煤气系统中监测数据，调用动态模拟层中计算模型模拟各个节点所对应监测数据模拟值；在应用管理层中设有风险识别模块与辅助调度模块，通过风险识别模块检测煤气系统中各个节点是否存在煤气泄漏的风险，提高了煤气系统的安全性；通过辅助调度模块检测煤气系统各节点是否超过其预设压力阈值和预设流量阈值，根据检测结果将调度指令对应监测数据模拟值发送可视化监控层，为用户的调度方案提供了参考建议，提高了其调度工作的安全与效率；同时，将监测数据以及辅助调度模块与风险识别模块的检测结果动态显示至可视化监控层，方便了用户实时监控。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页1 2 3