(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210740713.6 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正 街174号 (72)发明人 尹爱军　吴帅　 (74)专利代理 机构 重庆航图知识产权代理事务 所(普通合伙) 50247 专利代理师 胡小龙 (51)Int.Cl. G16C 20/90(2019.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 30/20(2020.01) C10L 3/10(2006.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 天然气三甘醇脱水装置数字 孪生系统 (57)摘要 本发明公开了一种天然气三甘醇脱水装置 数字孪生系统， 通过设置在物理层内的SCADA系 统采集三甘醇脱水装置的各类数据并构成物理 数据， 通过设置数据层实现物理层与虚拟层之间 的数据交互； 通过在虚拟层内设置由几何模型、 工艺流程模型和虚实映射模型融合得到的数字 孪生模型， 虚实映射模型获取物理数据以输入到 几何模型、 工艺流程模型， 几何模型根据三甘醇 脱水装置由三维建模软件创建得到， 工艺流程模 型由物理模 型实时驱动， 分别由稳态仿真模型和 动态仿真模型推算工艺参数和动态时序响应过 程， 从而得到孪生数据， 以实时预测三甘醇脱水 装置的脱水性能和能耗数据。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 115019907 A 2022.09.06 CN 115019907 A 1.一种天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统， 其特征在于： 包括物理层、 数据层和虚拟 层； 所述物理层内设有SCADA系统， 所述SCADA系统包括用于实时采集数据的传感器和用于 控制所述 三甘醇脱水装置的工艺 参数的PID控制器； 所述数据层内设有PI实时数据库和数据库服务器， 所述SCADA系 统采集得到的物理数 据存储在所述PI 实时数据库内， 且PI 实时数据库内的物理数据经数据预 处理后再存储到所 述数据库服 务器内； 所述虚拟层内设有所述三甘醇脱水装置的数字孪生模型， 所述数字孪生模型由几何模 型、 工艺流程模型和虚实映射模型融合得到； 所述几何模型采用三维建模软件在数字空间内创建得到， 所述几何模型中的每个设备 均添加控制脚本以根据输入的物理数据控制信息与数据更新； 所述工艺流程模型由流程仿真模型和实时数据接口组成， 所述流程仿真模型包括稳态 仿真模型和动态仿真模型； 所述稳态仿真模型通过虚拟设备模块搭建仿真流程， 且所述稳 态仿真模型根据输入的物理数据以推算出流程中的工艺参数； 所述动态仿 真模型为在所述 稳态仿真模型的基础上添加 流程的PID控制器得到， 所述动态仿真模型用于反映所述三甘 醇脱水装置开停车或受到 工况扰动时的动态时序响应过程； 所述虚实映射模型通过所述数据库服务器获取实时的物理数据并将物理数据输入到 所述几何模型和工艺流程模型内， 所述工艺流程模型根据输入的物理数据运算产生孪生数 据以实时预测所述 三甘醇脱水装置的脱水性能和能耗数据。 2.根据权利要求1所述的天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统， 其特征在于： 所述虚拟 层内还设有能耗优化模型， 所述能耗优化模型内具有根据所述孪生数据对 所述三甘醇脱 水 装置的工艺参数进行优化的参数优化算法， 所述虚实映射模型将所述参数优化算法优化得 到的工艺 参数输入到所述SCADA系统的PID控制器。 3.根据权利要求2所述的天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统， 其特征在于： 三甘醇脱 水装置中的能耗是 所有能耗设备消耗能源的总和， 其能耗模型为： 其中， E为设备总 耗能， X＝(x1,x2,…,xj,…xm)为工艺流程中的工艺参数， xj表示第j个 工艺参数； Ei为设备i(i∈N)在工艺 参数X下的耗能； 参数优化 算法优化工艺 参数的目标函数为： 参数优化 算法优化工艺 参数的约束条件为： (1)脱水性能满足设定的脱水指标要求； (2)脱水流 程中， 各环 节的工艺 参数均在各自允许的范围之内。 4.根据权利要求2所述的天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统， 其特征在于： 所述参数 优化算法采用P SO粒子群算法、 退火算法或遗传算法。 5.根据权利要求1 ‑4任一项所述的天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统， 其特征在于：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115019907 A 2还包括应用服 务层， 所述应用服 务层用于数字 孪生模型的可视化展示与操作。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115019907 A 3