一种有机污染物治理的云边协同优化智能管控系统的制作方法

技术特征：
1.一种有机污染物治理的云边协同优化智能管控系统，该特征在于：该系统包括边缘侧有机污染物临氧裂解治理流程设计与动态模型建立、中心云端有机污染物治理优化管控app模块创建以及边缘侧与中心云端两者数据实时传输，具体过程如下：(1)针对丙烯酸有机污染物治理过程，采用临氧裂解治理技术进行换热器、流化床反应器、固定床反应器、气液分离器流程设计；(2)基于反应动力学方程和步骤(1)中流程设计使用流程模拟软件先进行丙烯酸有机污染物治理稳态模型构建，然后采用多变量控制方法设计丙烯酸有机污染物控制系统，最后再次使用流程模拟软件构建边缘侧丙烯酸有机污染物治理动态模型；(3)通过使用opc server软件动态模型的模拟数据传输至采集器软件，再使用采集器软件将数据导入中心云端，即工业操作系统；(4)在工业操作系统上设计丙烯酸有机污染物治理优化管控系统ui界面；建立丙烯酸有机污染物治理优化管控app模块，管控界面设置工艺各参数实时数据界面、监视界面、智能优化界面、进料波动界面、污染排放实时voc、cod监测界面，其中智能优化界面添加实时优化控件；针对边缘侧动态模型的总能耗及反应器效率问题，采用差分进化算法对此进行多目标优化计算，获取最佳优化操作变量，将该功能集成到智能优化界面的实时优化控件；(5)将使用丙烯酸有机污染物治理优化管控app后得到的指令信号通过采集器软件和opc server软件实现数据回写到边缘侧动态模型，与步骤(3)一起实现了边缘侧动态模型与中心云端优化管控app的数据双向传输。2.根据权利要求1所述的有机污染物治理的云边协同优化智能管控系统，其特征在于：步骤(1)中丙烯酸有机污染物治理流程设计主要分为换热器预热阶段、流化床反应器催化反应阶段、固定床反应器催化反应阶段、气液分离器气液分离阶段等四个阶段：第一阶段为换热器预热阶段，先通入空气，使用换热器将流化床反应器、固定床反应器的反应放热对空气与两相有机污染物进行升温，达到反应器预先指定温度；第二阶段为流化床反应器催化反应阶段，通入的气-液两相有机污染物与空气混合后进入流化床反应器，在催化剂的作用下，在该反应器中发生催化临氧裂解，将有机污染物转化为二氧化碳和水等无污染物质；第三阶段为固定床反应器催化反应阶段，将第二阶段催化反应后未反应物与反应物通入固定床反应器进行深度催化反应，两步反应产生大量热量，用于汽化反应物与生成物，剩余热量通过换热阶段来预热进料，以减小能耗，并能够使得初始物料快速达到反应温度；第四阶段为冷凝分离器阶段实现气液分离，底部排出的冷凝液和顶部排出的尾气分别需要达到国家规定的废水直排标准80mgo2/l和废气排放标准120mg/m3。3.根据权利要求1所述的有机污染物治理的云边协同优化智能管控系统，其特征在于：步骤(3)中通过使用opc server软件将动态的模拟数据传输至采集器软件，再使用采集器软件将数据导入工业操作系统的实例模板，具体步骤如下：(1)动态模型数据导出：首先在完成动态模型设置后，将所需要读写的变量导出至opc server软件；(2)采集器软件数据采集：然后通过采集器软件将opc server软件中已导出的动态模型数据采集出，在采集器中设置导出的模拟数据能够进行实时读写与保存；(3)数据接入丙烯酸有机污染物治理优化管控app，先进行工业操作系统和采集器软件
鉴权管理，鉴权管理完成后，将采集器中每条数据传输至中心云端工业操作系统。4.根据权利要求1所述的有机污染物治理的云边协同优化智能管控系统，其特征在于：步骤(4)中在工业操作系统app设计器中建立丙烯酸有机污染物治理优化管控app，并发布web版本，以网页组件模块形式通过工业操作系统嵌入到所述平台。5.根据权利要求1所述的有机污染物治理的云边协同优化智能管控系统，其特征在于：步骤(4)中基于差分进化算法的实时多目标优化方法，为解决反应器反应效率问题，故将两相催化裂解反应器的流化床和固定床反应器催化反应效率以单位时间内反应前后的总有机污染物的含量之比作为第一个目标函数f(1)和第二个目标函数f(2)；f(1)＝v1＝m
1a
/m
1b
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(1)f(2)＝v2＝m
2a
/m
2b
ꢀꢀꢀ
(2)其中v1为流化床反应器中丙烯酸有机污染物催化反应效率、m
1a
为丙烯酸有机污染物进入流化床反应器前含量、m
1b
为丙烯酸有机污染物从流化床反应器流出后含量；v2为固定床反应器中丙烯酸有机污染物催化反应效率、m
2a
为丙烯酸有机污染物进入固定床反应器前含量、m
2b
为丙烯酸有机污染物从固定床反应器流出后含量；为解决流程总能耗问题，故将工艺总能耗作为第三个目标函数f(3)；具体的总能耗计算公式如下：∑p＝p
f
p
c
p
p
p
r1
p
r2
ꢀꢀꢀ
(3)其中，σp,p
f
,p
c
,p
p
,p
r1
,p
r2
分别表示丙烯酸工业生产中的有机污染治理流程总能耗有效功率，各闪蒸罐有效功率、各水泵有效功率、空气压缩机有效功率、流化床反应器调温设备有效功率、固定床反应器调温设备有效功率；上述各设备的功率为有效功率，总功耗应为各设备总功率之和，现若闪蒸罐功率效率为70％、水泵功率效率为65％、空气压缩机效率为60％、流化床反应器调温设备效率为75％、固定床反应器调温设备效率为65％。其中，σp1表示丙烯酸工业生产中的有机污染治理流程总能耗功率；为符合国家污染排放标准，故将处理后的废水cod与废气voc含量作为约束变量g(1)和g(2):0≤g(1)＝cod≤80
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(5)0≤g(2)＝voc≤120
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(6)其中，cod和voc分别表示废水的cod和废气中voc含量；将空气与丙烯酸有机污染物二者进料比、流化床反应器温度与固定床反应器温度作为决策变量，以表达式(1)、(2)、(4)为目标函数、以表达式(5)、(6)作为约束条件；采用差分进化算法方法对目标函数f(1)、f(2)的最大值和f(3)的最小值进行迭代求解。差分进化算法的参数为：种群规模np＝50，变异因子f＝0.63，交叉概率cr＝0.32，最大迭代次数gmax＝100。

技术总结
本发明公开了一种有机污染物治理云边协同优化智能管控系统。在边缘侧提供了一种有机污染物治理的低能耗动态工艺流程设计，使用流程模拟软件建立过程稳态模型、动态模型及其控制系统设计；在中心云端基于工业操作系统创建丙烯酸有机污染物治理优化管控APP模块，用来可视化监测、优化和控制有机污染物的治理过程。以OPC Server软件做数据中转站进行边缘侧与中心云端数据双向传输，实现边端侧动态模型与中心云端的双向数据传输，包括动态模拟数据、决策变量回写、PID参数整定、工况紧急制动等数据信号的协同优化控制。该系统所设立的平台可用于流程的优化、工况模拟与预警和工作人员培训与远程操控。员培训与远程操控。员培训与远程操控。


技术研发人员：崔咪芬 王善涛 薄翠梅 乔旭 汤吉海
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：2021.12.24
技术公布日：2022/4/5