【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及设备腐蚀检测，特别是涉及一种基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统及方法。
技术介绍
1、进入21世纪以来，由于国民经济的迅猛发展和居民生活水平的显著提高，生活与工业用特种设备数量与日俱增，使得中国工业水平飞速发展。然而，特种设备如管道、钢材、锅炉等金属材料，会持续地受到高温高压、内容物腐蚀、材料老化的影响而产生磨损、裂纹、腐蚀等损伤，导致的故障明显高于其它设备，若不及时发现这些安全隐患并维护，可能引起设备泄露、爆炸，造成巨大的经济损失甚至人员伤亡。因此，对设备进行定期腐蚀巡视检查，随时掌握和了解设备的运行情况以及周围环境和保护区的变化情况，是一项必不可少并且很繁琐的日常工作。
2、目前，设备腐蚀检测方式主要采用人力定期巡检、抽检方式进行逐点排查，也有部分设备腐蚀检测采用长期定点远程监测方式，但监测范围较小，且检测结果显示效果仅是简单的数值或图表，展现手段相对单一，设计逻辑及系统管理比较粗放。
3、随着特种设备使用量增加、设备腐蚀检测需求提升、检测环境愈加复杂和检测标准日趋完善，在腐蚀检测作业过程中，以下问题将逐步凸显：一是采用人力巡检不仅耗费人力、物力、财力，且当面对极端恶劣天气条件，为了保证维保人员生命安全，会取消巡检作业；二是采用人力巡检的检测频率相对较低，也很难创造出同等条件下的检测环境，造成每次检测存在条件不一致性，影响检测结果；三是采用人力巡检在面对极端检测情况时，如埋地、架空、高温等环境，进行检测作业的安全隐患太大，容易造成意外事故；四是现有远程监测系统大多监测面积覆盖范围
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统及方法，提高了监测效率和及时性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，包括：依次连接的腐蚀监测数据采集模块、腐蚀监测数据处理与传输模块和腐蚀监测风险管控云平台；所述腐蚀监测数据采集模块用于采集各监测设备的各监测区域的测厚信号和检测数据；所述腐蚀监测数据处理与传输模块用于对各监测区域采集的测厚信号进行数据处理得到各监测区域的测厚值，并将各监测设备的腐蚀监测数据通过网络传输到所述腐蚀监测风险管控云平台，所述腐蚀监测数据包括各监测区域的测厚值和检测数据；所述腐蚀监测风险管控云平台用于根据各监测设备的各监测区域的测厚值进行设备腐蚀风险评估，并采用数字孪生技术可视化显示监测设备的三维模型，监测设备的三维模型用于显示实时的各监测区域的测厚值。
4、可选地，所述腐蚀监测数据采集模块包括分布式设置的电磁超声探头和分布式设置的信号采集模块；一个电磁超声探头对应一个信号采集模块；
5、各所述电磁超声探头用于采集对应监测区域的测厚信号；
6、所述信号采集模块用于采集对应所述电磁超声探头的检测参数和检测状态，所述检测参数包括所述电磁超声探头的激励频率、激励电压、增益、采样长度、声速和平均次数，所述检测状态包括所述信号采集模块所在监测区域的坐标、所在监测区域的表面温度和所述信号采集模块中传感器的剩余电量。
7、可选地，所述腐蚀监测数据处理与传输模块包括数据处理单元，所述数据处理单元用于对各监测区域的测厚信号进行降噪处理，并基于降噪处理后的测厚信号，采用测厚算法计算对应监测区域的测厚值；
8、基于降噪处理后的测厚信号，采用测厚算法计算对应监测区域的测厚值，具体包括：
9、判定降噪处理后的测厚信号中的波峰点和波谷点；
10、确定各波峰点和各波谷点的位置；
11、从第一个波谷点开始，计算第k个波谷点与第k个波峰点的差值，获得m个谷峰差值，k取值范围为1至m的正整数；
12、当第k个谷峰差值满足δtp(k)<0.7*{δtp(k-1)+δtp(k)+δtp(k+1)}/3时，则判定第k个波峰点无效，否则判定第k个波峰点有效；δtp(k)表示第k个谷峰差值，δtp(k-1)表示第k-1个谷峰差值，δtp(k+1)表示第k+1个谷峰差值；
13、利用冒泡排序法对有效峰值点集合进行由大到小排序，提取前两个最大的有效峰值点，将两个最大的有效峰值点的对应时间之差作为时间差；
14、根据公式计算监测区域的测厚值；
15、其中，d表示测厚值，v表示声速，δt表示时间差。
16、可选地，在将各监测设备的测厚值和检测数据通过网络传输到所述腐蚀监测风险管控云平台方面，所述腐蚀监测数据处理与传输模块，具体用于：
17、通过4g模型的网络传输功能，利用tcp协议建立与腐蚀监测风险管控云平台的网络通道，使用mqtt物联网标准协议进行测厚值和检测数据的传输。
18、可选地，所述腐蚀监测数据还包括设备标识id；所述腐蚀监测风险管控云平台包括设备腐蚀数据接入单元，所述设备腐蚀数据接入单元根据设备标识id将接收得到的测厚值和检测数据与监测设备进行绑定。
19、可选地，所述腐蚀监测风险管控云平台还包括腐蚀趋势预测模块，所述腐蚀趋势预测模块用于基于监测区域的测厚值周期序列，采用三次指数平滑法建立三次指数平滑预测模型，并基于所述三次指数平滑预测模型计算该监测区域下个监测周期的腐蚀率。
20、可选地，所述腐蚀监测风险管控云平台还包括设备腐蚀检测参数设置模块，所述设备腐蚀检测参数设置模块用于利用rpc远程服务对检测参数进行远程设置。
21、可选地，所述腐蚀监测风险管控云平台还包括设备腐蚀风险评估模块，设备腐蚀风险评估模块用于根据各监测区域的测厚值计算各监测区域的腐蚀区域相对深度，若所述腐蚀区域相对深度小于或者等于5％，则进行腐蚀预警通知，若所述腐蚀区域相对深度大于5％小于或者等于40％，则进行腐蚀一级告警通知，若所述腐蚀区域相对深度大于40％小于或者等于80％，则进行腐蚀二级告警通知，若所述腐蚀区域相对深度大于80％，则进行腐蚀三级告警通知。
22、可选地，所述腐蚀监测风险管控云平台还包括设备腐蚀风险显示模块，设备腐蚀风险显示模块用于将各监测区域的腐蚀通知信息通过图表、趋势图、列表或者三维模拟场景监测点红色警报闪烁的方式进行显示，所述腐蚀通知信息包括腐蚀预警通知、腐蚀一级告警通知、腐蚀二级告警通知和腐蚀三级告警通知。
23、本专利技术还公开了一种基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测方法，包括：
24、腐蚀监测数据采集模块采集各监测设备的各监测区域的测厚信号和检测数据；
25、腐蚀监测数据处理与传输模块对各监测设备采集的测厚信号进行数据处理得到测厚值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，包括：依次连接的腐蚀监测数据采集模块、腐蚀监测数据处理与传输模块和腐蚀监测风险管控云平台；所述腐蚀监测数据采集模块用于采集各监测设备的各监测区域的测厚信号和检测数据；所述腐蚀监测数据处理与传输模块用于对各监测区域采集的测厚信号进行数据处理得到各监测区域的测厚值，并将各监测设备的腐蚀监测数据通过网络传输到所述腐蚀监测风险管控云平台，所述腐蚀监测数据包括各监测区域的测厚值和检测数据；所述腐蚀监测风险管控云平台用于根据各监测设备的各监测区域的测厚值进行设备腐蚀风险评估，并采用数字孪生技术可视化显示监测设备的三维模型，监测设备的三维模型用于显示实时的各监测区域的测厚值。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测数据采集模块包括分布式设置的电磁超声探头和分布式设置的信号采集模块；一个电磁超声探头对应一个信号采集模块；
3.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测数据处理与传输模块包括数据处理单元，所述数据
4.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，在将各监测设备的测厚值和检测数据通过网络传输到所述腐蚀监测风险管控云平台方面，所述腐蚀监测数据处理与传输模块，具体用于：
5.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测数据还包括设备标识ID；所述腐蚀监测风险管控云平台包括设备腐蚀数据接入单元，所述设备腐蚀数据接入单元根据设备标识ID将接收得到的测厚值和检测数据与监测设备进行绑定。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测风险管控云平台还包括腐蚀趋势预测模块，所述腐蚀趋势预测模块用于基于监测区域的测厚值周期序列，采用三次指数平滑法建立三次指数平滑预测模型，并基于所述三次指数平滑预测模型计算该监测区域下个监测周期的腐蚀率。
7.根据权利要求2所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测风险管控云平台还包括设备腐蚀检测参数设置模块，所述设备腐蚀检测参数设置模块用于利用RPC远程服务对检测参数进行远程设置。
8.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测风险管控云平台还包括设备腐蚀风险评估模块，设备腐蚀风险评估模块用于根据各监测区域的测厚值计算各监测区域的腐蚀区域相对深度，若所述腐蚀区域相对深度小于或者等于5％，则进行腐蚀预警通知，若所述腐蚀区域相对深度大于5％小于或者等于40％，则进行腐蚀一级告警通知，若所述腐蚀区域相对深度大于40％小于或者等于80％，则进行腐蚀二级告警通知，若所述腐蚀区域相对深度大于80％，则进行腐蚀三级告警通知。
9.根据权利要求8所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测风险管控云平台还包括设备腐蚀风险显示模块，设备腐蚀风险显示模块用于将各监测区域的腐蚀通知信息通过图表、趋势图、列表或者三维模拟场景监测点红色警报闪烁的方式进行显示，所述腐蚀通知信息包括腐蚀预警通知、腐蚀一级告警通知、腐蚀二级告警通知和腐蚀三级告警通知。
10.一种基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，包括：依次连接的腐蚀监测数据采集模块、腐蚀监测数据处理与传输模块和腐蚀监测风险管控云平台；所述腐蚀监测数据采集模块用于采集各监测设备的各监测区域的测厚信号和检测数据；所述腐蚀监测数据处理与传输模块用于对各监测区域采集的测厚信号进行数据处理得到各监测区域的测厚值，并将各监测设备的腐蚀监测数据通过网络传输到所述腐蚀监测风险管控云平台，所述腐蚀监测数据包括各监测区域的测厚值和检测数据；所述腐蚀监测风险管控云平台用于根据各监测设备的各监测区域的测厚值进行设备腐蚀风险评估，并采用数字孪生技术可视化显示监测设备的三维模型，监测设备的三维模型用于显示实时的各监测区域的测厚值。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测数据采集模块包括分布式设置的电磁超声探头和分布式设置的信号采集模块；一个电磁超声探头对应一个信号采集模块；
3.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测数据处理与传输模块包括数据处理单元，所述数据处理单元用于对各监测区域的测厚信号进行降噪处理，并基于降噪处理后的测厚信号，采用测厚算法计算对应监测区域的测厚值；
4.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，在将各监测设备的测厚值和检测数据通过网络传输到所述腐蚀监测风险管控云平台方面，所述腐蚀监测数据处理与传输模块，具体用于：
5.根据权利要求1所述的基于物联网的分布式设备腐蚀数字孪生监测系统，其特征在于，所述腐蚀监测数据还包括设备标识id；所述腐蚀监测风险管控云平台包括设备腐蚀数据接入单元，所述设备腐蚀数据接入单元根据设...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑龙，郑阳，张宗健，谭继东，赵晓亮，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：
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