一种己二酸反应室动态液位异常监测系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种己二酸反应室动态液位异常监测系统及方法，步骤S1：采集实时视频画面；步骤S2：对视频画面进行单帧图像采样；步骤S3：利用动态液位异常监测方法对单帧图像进行处理，分析反应室内的液位动态情况；S301：对单帧图像进行处理，提取液面纹理图像；S302：利用图像分割技术分割液面纹理图像，统计像素点得到当前时刻的液位高度；S303：将若干个搅拌周期内的液位高度进行一阶系统的拟合得到液位高度函数；S304：利用液位高度函数计算若干个搅拌周期内的平均液位高度以及最大液位高度；判断其是否超过预设阈值，若超过，反应室液位异常情况；步骤S4：若反应室液位异常，发出异常预警。本发明专利技术提高检测精度、实现了智能化监测。实现了智能化监测。实现了智能化监测。

【技术实现步骤摘要】
一种己二酸反应室动态液位异常监测系统及其方法


[0001]本专利技术涉及己二酸生产工艺领域，具体涉及一种己二酸反应室动态液位异常监测系统及其方法。

技术介绍

[0002]己二酸(Adipic acid)又称肥酸，是一种重要的有机二元酸，结构式为HOOC(CH2)4COOH。在化工生产、有机合成工业、医药、润滑剂制造等方面都有重要作用。己二酸的生产工艺为在V(V)、Cu(II)催化剂存在条件下，硝酸氧化环己醇，通过结晶、增浓、离心、溶解活性炭脱色、重结晶、增浓、离心、干燥等一系列工序，得到成品己二酸。在大规模工业制备己二酸时，需要对己二酸进行提纯处理，目前所采用的己二酸的提纯设备其一侧带有连续多个结晶室，每个结晶室包括1个结晶室(反应室)观察视镜和1个虹吸管观察视镜。该己二酸生产制备过程中，由于其生产工艺中诸多且频繁，现有技术依靠工人的感观和经验判断的结晶异常现象，往往存在判断不够及时准确和耗时费力等情况。随着图像技术的发展，通过图像识别的方式辅助工作人员识别与分析结晶异常现象，减轻一线工人的劳动强度，改善工作环境，逐渐成为了可能。
[0003]实际己二酸的生产制备中，搅动棒在搅拌过程中的晃动以及己二酸加热时的沸腾，不仅会造成己二酸摄像头拍摄图像的抖动，还造成液位的晃动。某一时刻的瞬时液位我们可以通过图像分割技术来加以识别，同样的，通过传统的拉格朗日等拟合插值的方式也可以实现液位的动态识别，但拟合的液位方程未能考虑己二酸液体在搅拌棒工作下的动力学运动。同时，其拟合精度取决于瞬时液位的识别精度，但瞬时液位的精度受到诸多因素的影响存在一定的误差，因此，现有技术还无法从全局的角度来控制动态液位的拟合精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种己二酸反应室动态液位异常监测系统及其方法，利用基于动力学系统的最小化误差二范数的拟合方法，提高动态液位检测精度、实现智能化监测，减轻一线工人的劳动强度，改善工作环境。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种己二酸反应室动态液位异常监测系统，包括：红外线摄像机、网络模块及中控系统，
[0007]所述红外线摄像机安装在反应室观察口，用于沿着所述反应室观察口进行轴向的位置调整，监测液位警示线、搅动棒下半部及其接触区、完整的反应室内壁画面；
[0008]所述红外线摄像机通过网络模块与所述中控系统通讯相连，所述中控系统用于根据所述红外线摄像机采集的图像信息利用图像处理技术对己二酸反应室动态液位进行分析，判断反应室液位是否正常，实现对反应室液位异常的在线监测。
[0009]进一步地，所述中控系统还包括将反应室液位异常数据推送给用户端，发出异常警报。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术的另一个技术方案是：
[0011]一种己二酸反应室动态液位异常监测方法，
[0012]基于上述己二酸反应室动态液位异常监测系统，包括如下步骤：
[0013]步骤S1：采集己二酸反应室内实时视频画面；
[0014]步骤S2：对所述视频画面进行单帧图像采样；
[0015]步骤S3：利用动态液位异常监测方法对所述单帧图像进行处理，分析反应室内的液位动态情况；
[0016]具体包括：
[0017]S301：对所述单帧图像进行处理，提取液面纹理图像；
[0018]S302：利用图像分割技术将所述液面纹理图像中的液面分割出来，并统计像素点得到当前时刻的液位高度；
[0019]S303：将若干个搅拌周期内的液位高度进行一阶系统的拟合得到液位高度函数x(t)；
[0020]S304：利用所述液位高度函数计算若干个搅拌周期内的平均液位高度以及最大液位高度；判断其中任一液位高度是否超过预设阈值，若超过，则存在反应室液位异常情况，否则，反应室的液位正常；
[0021]步骤S4：若反应室液位异常，发出异常预警；否则重复步骤S1～步骤S3进行下一次监测。
[0022]进一步地，所述步骤S301对所述单帧图像进行处理，提取液面纹理图像，包括：
[0023]先将所述单帧图像进行灰度化处理，得到单帧灰度图像；
[0024]然后采用边缘算子对所述单帧灰度图像进行处理，提取液面纹理图像。
[0025]进一步地，所述边缘算子采用Sobel算子或者Laplacian算子或者Canny算子三种中任意一种边缘化处理方法，择优选取识别效果最好的边缘化算子进行处理。
[0026]进一步地，所述步骤S302中利用图像分割技术是：利用卷积神经网络技术。
[0027]进一步地，所述步骤S303将若干个搅拌周期内的液位高度进行一阶系统的拟合得到液位高度函数，包括：
[0028]S3031：建立一阶系统模块,所述一阶系统为：x
′
(t)＝dx(t)/dt＝A
·
x(t)+u，其中，A为待定一维状态系数；u为待定的一维控制系数；x(t)为待定关于时间t的一维液位高度函数，t∈[t0,t
f
]为若干个搅拌周期；
[0029]S3032：利用插值方法建立拟合函数，按照采样周期将若干个搅拌周期时间进行分段，并利用埃尔米特(Hermit)三次样条插值法构造液位高度在时间分段上的拟合函数；所述埃尔米特(Hermit)三次样条插值法在任意时间分段[ti,ti+1]上通过插值方法一个近似解的符号表达式：该符号表达式即为拟合函数；其中，h
i
＝t
i+1
‑
t
i
，τ＝(t
‑
t
i
)/h
i
，α0(τ)＝2τ3‑
3τ2+1，α1(τ)＝τ3‑
τ2+τ，β0(τ)＝
‑
2τ3+3τ2，β1(τ)＝τ3‑
τ2，τ∈[0,1]，t∈[t
i
,t
i+1
]；
[0030]S3033：构建误差函数，利用拟合函数构造在t∈[t
i
,t
i+1
]段的误差函数为
[0031]S3034：基于误差函数建立若干个搅拌周期内所有时间分段上的二次型的最小化
误差模型：对于任意第i个分段代入时间分段上的拟合函数，得到分段误差二次型其中，y
i
＝[x(t
i
),x(t
i+1
)]T
，，x(t
i
)为对应t
i
时刻的液位高度；
[0032]S3035：将二次型的最小化误差模型等效转化为线性方程，线性方程obj＝min(y
T
Fy
‑
2By)，其中，F为(n
·
i+n)
×
(n
·
i+n)维由F
i
的对应叠加矩阵，B为(n
·
i+n)维由B
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种己二酸反应室动态液位异常监测系统，其特征在于，包括：红外线摄像机、网络模块及中控系统，所述红外线摄像机安装在反应室观察口，用于沿着所述反应室观察口进行轴向的位置调整，监测液位警示线、搅动棒下半部及其接触区、完整的反应室内壁画面；所述红外线摄像机通过网络模块与所述中控系统通讯相连，所述中控系统用于根据所述红外线摄像机采集的图像信息利用图像处理技术对己二酸反应室动态液位进行分析，判断反应室液位是否正常，实现对反应室液位异常的在线监测。2.根据权利要求1一种己二酸反应室动态液位异常监测系统，其特征在于：所述中控系统还包括将反应室液位异常数据推送给用户端，发出异常警报。3.一种己二酸反应室动态液位异常监测方法，其特征在于：基于权利要求1或2任一所述己二酸反应室动态液位异常监测系统，包括如下步骤：步骤S1：采集己二酸反应室内实时视频画面；步骤S2：对所述视频画面进行单帧图像采样；步骤S3：利用动态液位异常监测方法对所述单帧图像进行处理，分析反应室内的液位动态情况；具体包括：S301：对所述单帧图像进行处理，提取液面纹理图像；S302：利用图像分割技术将所述液面纹理图像中的液面分割出来，并统计像素点得到当前时刻的液位高度；S303：将若干个搅拌周期内的液位高度进行一阶系统的拟合得到液位高度函数x(t)；S304：利用所述液位高度函数计算若干个搅拌周期内的平均液位高度以及最大液位高度；判断其中任一液位高度是否超过预设阈值，若超过，则存在反应室液位异常情况，否则，反应室的液位正常；步骤S4：若反应室液位异常，发出异常预警；否则重复步骤S1～步骤S3进行下一次监测。4.根据权利要求3所述己二酸反应室动态液位异常监测方法，其特征在于：所述步骤S301对所述单帧图像进行处理，提取液面纹理图像，包括：先将所述单帧图像进行灰度化处理，得到单帧灰度图像；然后采用边缘算子对所述单帧灰度图像进行处理，提取液面纹理图像。5.根据权利要求4所述己二酸反应室动态液位异常监测方法，其特征在于：所述边缘算子采用Sobel算子或者Laplacian算子或者Canny算子三种中任意一种边缘化处理方法，择优选取识别效果最好的边缘化算子进行处理。6.根据权利要求3所述己二酸反应室动态液位异常监测方法，其特征在于：所述步骤S302中利用图像分割技术是：利用卷积神经网络技术。7.根据权利要求3所述己二酸反应室动态液位异常监测方法，其特征在于：所述步骤S303将若干个搅拌周期内的液位高度进行一阶系统的拟合得到液位高度函数，包括：S3031：建立一阶系统模块,所述一阶系统为：x
′
(t)＝dx(t)/dt＝A
·
x(t)+u，其中，A为待定一维状态系数；u为待定的一维控制系数；x(t)为待定关于时间t的一维液位高度函数，t∈[t0,t
f
]为若干个搅拌周期；
S3032：利用插值方法建立拟合函数，按照采样周期将若干个搅拌周期时间进行分段，并利用埃尔米特(Hermit)三次样条插值法构造液位高度在时间分段上的拟合函数；所述埃尔米特(Hermit)三次样条插值法在任意时间分段[t
i
,t
i+1
]上通过插值方法一个近似解的符号表达式：该符号表达式即为拟合函数；其中，h
i
＝t
i+1
‑
t
i
，τ＝(t
‑
t
i
)/h
i
，α0(τ)＝2τ3‑
3τ2+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈恩之，张银杏，石科，谢家君，文才，徐令，雷海波，胥文，魏巍，罗杨，
申请(专利权)人：重庆华峰聚酰胺有限公司，
类型：发明
国别省市：