本发明涉及分布器监测系统，具体为一种催化反应的填料塔气液分布器监测系统。
背景技术：
1、气液分布器作为填料塔中的关键组件，在化工生产过程中，许多工艺步骤都涉及到气液两相之间的物质交换，如吸收、解吸、精馏等。这些过程要求气液两相能够充分接触，以实现高效的传质。填料塔作为一种常用的气液接触设备，通过填充具有大比表面积的填料，为气液两相提供了广阔的接触空间。然而，要使气液两相在填料层内均匀分布并有效接触，就需要依赖气液分布器来实现。
2、气液分布器的主要作用是将进入填料塔的气体和液体均匀、稳定地分配到填料层上，确保气液两相在填料表面形成有效的接触界面。通过合理的分布设计，可以避免局部气液浓度过高或过低，减少沟流、壁流等不良流动现象的发生，从而提高传质效率和分离效果。气液分布器的设计多种多样，以适应不同的操作条件和塔径。常见的类型包括槽式液体分布器、管式分布器、喷淋式分布器、多孔板分布器等。这些分布器各有特点，如槽式分布器适用于液体流量较大的场合，喷淋式分布器则适用于需要细雾状喷淋的场合。设计时需考虑分布器的材质、结构、孔径大小、分布密度等因素。
3、目前对分液器进行监测主要包括流量监测：通过安装在塔顶和塔底的流量计，实时监测气体和液体的流量，确保两者在塔内的分布均匀。
4、压力监测：在塔的不同高度设置压力传感器，监测塔内各段的压力变化，以判断气液流动状态是否正常。
5、温度监测：通过温度传感器监测塔内温度分布，以评估传质效率和热交换情况。
6、图像识别，使用摄像头和图像识别技术监测填料层的气液分布状况，及时发现异常。
7、数据分析与建模：结合传感器数据和操作参数，利用数据分析软件建立填料塔的运行模型，预测和诊断潜在问题。
8、目前的对分液分布器监测系统存在以下缺陷；尽管现有的监测技术在提高填料塔运行稳定性和效率方面发挥了重要作用，但仍存在一些缺陷：
9、监测精度有限：受传感器精度和安装位置的影响，部分监测数据可能存在误差，难以完全反映塔内真实情况。
10、实时性不足：在某些情况下，监测数据的更新速度可能无法满足快速响应的需求，导致问题发现和处理的滞后。
11、缺乏智能化诊断：当前监测系统主要侧重于数据采集和展示，而在智能化故障诊断和预测方面仍有待提升。
12、对特定工况的适应性差：不同填料塔的操作条件和工况差异较大，特别是目前对企业分布器的监测还停留在对例如压力传感器的监测数据设置阈值，当超过阈值及报警的简单触发预警机制，在实际的应用中，由于例如安装在一个分液分布器上的压力传感器具有多个，传统的当其中一个压力传感器段时间超过阈值则进行预警，然而，此种单个传感器短暂的数值超过阈值情况往往是正常的，并且实际生产中存在多种传感器数值超过阈值但系统属于正常运行的情况，所以传统的简单的超过阈值即报警的方式不智能，并且会容易增加工作人员的负担，费时费力，大大增加设备的维护成本和消耗精力。
13、所以针对上述问题，就需要一种催化反应的填料塔气液分布器监测系统。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种催化反应的填料塔气液分布器监测系统。本发明能够同时考虑多个传感器数据，从而提供一个综合的系统状态评估，避免了仅依赖单个传感器阈值可能导致的误报或漏报。异常检测能力，本发明识别系统行为的正常范围，可以检测到单个传感器数据可能未显示的复杂模式或交互效应中的异常。能够同时考虑多个传感器数据，从而提供一个综合的系统状态评估，避免了仅依赖单个传感器阈值可能导致的误报或漏报。本发明能进行系统早期预警，通过持续监控统计量（如t²和q统计量），本发明能够在系统性能开始偏离正常范围时发出早期预警，助于预防潜在的故障或过程恶化。
2、本发明是这样实现的：
3、本发明提供一种催化反应的填料塔气液分布器监测系统，包括安装在填料塔气液分布器上的粒子图像测速仪，安装在分布器截面上的用于测量各点的压力值的至少一个压力传感器；反映流体分布的均匀性；
4、安装在分布器入口与出口之间的差压变送器；用于测量分布器入口与出口之间的压力差，判断是否有堵塞现象发生；
5、安装在分布器进、出口上的至少一个电磁流量计；用于监测通过分布器的气体或液体流量；
6、安装在分布器各个支撑结构上的振动传感器；用于监测分布器及其支撑结构的振动数据；
7、安装在分布器视窗上的视窗摄像头；通过视觉检查观察分布器内部流体流动情况和是否有堵塞物；
8、安装在分布器上的激光水平仪，用于测量分布器的水平度；
9、所述的粒子图像测速仪、压力传感器、压差变送器、电磁流量计、振动传感器、视窗摄像头和激光水平仪均分别通过无线数据接入模块接入互联网，其中，无线数据接入模块包括wifi模块、蓝牙模块、lora模块或4g dtu，
10、通过互联网连接有监控端，所述监控端包括与所述粒子图像测速仪、压力传感器、压差变送器、电磁流量计、振动传感器、视窗摄像头和激光水平仪连接的服务器，所述服务器连接有pc端，所述服务器通过无线连接有至少一个智能终端。
11、进一步，通过粒子图像测速仪测量分布器内流体速度，通过差压变送器测量分布器入口与出口之间的压力差，通过电磁流量计监测通过分布器的气体或液体流量，通过振动传感器监测分布器及其支撑结构的振动数据，通过视窗摄像头进行视觉检查分布器内部流体流动情况，通过激光水平仪测量分布器的水平度。
12、所述的智能终端为智能手机或平板电脑，并且所述智能终端为多个。
13、进一步，本发明提供一种催化反应的填料塔气液分布器监测方法，在服务器中中，具体按以下步骤执行：
14、s1:首先通过数据获取清洗模块，对采取到的粒子图像测速数据、压力数据、压差数据、电磁流量数据、振动数据和激光水平数据进行数据清洗；具体包括去除异常值，设定阈值，剔除超出正常范围的数据点；
15、填充缺失值，采用插值或回归方法填充缺失的数据值；剔除重复采样或数据冗余导致的重复数据；并通过滤波器进行取出数据噪声，如式（1）-式（2）；
16、式（1）
17、式（2）
18、其中，是滤波后的输出数据，是输入信号，是平滑因子，范围在0和1之间，是窗口大小，用于平均的样本数量；
19、s2:计算分布器内的气体和液体的平均流量;如式（3）；
20、式（3）
21、其中，是个时间点的流量读数，是总样本数；
22、s3:计算分布器内的前后的平均压力差，如式（4）；
23、式（4）
24、s4:使用方差或表示分布器内的气液分布均匀度，如式（5）；
25、式（5）
26、其中，为平均值，是第个测量点的读数；
27、s5:在服务器中通过数据模型训练模块，将步骤s1-s4整理出的数据进行使用历史数据集构建 pca模型，通过寻找数据协方差矩阵的最大特征值对应的特征向量，找到数据的主要变化方向，进行分布器正常运行状态数据的主成分分析；如式（6）；
28、式（6）
29、其中，是得分矩阵，是载荷矩阵的转置，和分别对应主成分和原始变量的投影；
30、s6:建立控制限，基于pca模型，计算两个关键统计量，统计量和统计量；如式（7）-式（8）；
31、式（7）
32、式（8）
33、其中，是 pca 得分向量，是基于历史数据估计的得分矩阵的协方差矩阵，是重构误差向量；
34、s7:确定控制限，基于历史数据集的和统计量，计算其相应的控制限，使用分布和分布确定95%或99%的置信水平；
35、[s8:在服务器中，通过异常判断模块，通过模型进行实时监控，使用新收集的传感器数据更新pca模型，并计算实时的和统计量，将实时计算的和统计量与步骤s7确定的控制限进行比较；当实时的或统计量超过其对应的控制限时，则判断当前的操作状态偏离了正常范围，存在异常；
36、s9:检测到异常，进一步分析pca载荷矩阵，确定变量或传感器数据的异常贡献最大的数据，基于异常定位的结果；
37、s10:在服务器中，通过预警信息下发模块对定位的异常结果进行向智能终端进行下发异常预警信息。
38、进一步，本发明其中视窗摄像头的数据用于构建 pca 模型，将图像数据转换为数值特征向量，具体按以下步骤执行:
39、s6.1:首先进行图像预处理，将彩色图像转换为灰度图像，如式（9）;
40、式（9）
41、其中，分别代表红色、绿色、蓝色通道的像素强度；
42、s6.2:将图像缩放到统一大小，并进行归一化处理，将像素值归一化到[0,1]区间;如式（10）-式（11）；
43、式（10）
44、其中，为的图像矩阵，为其像素值，和分别为行和列的索引；
45、式（11）
46、其中，和从0开始的行和列索引，为图像的宽度、列数，
47、s6.3:将所有图像的特征向量组成数据矩阵，每一行代表一个图像的特征向量，并对数据矩阵进行中心化，使每一列的均值为零;
48、s6.4:基于中心化数据，计算协方差矩阵c;
49、如式（12）-式（13）；
50、式（12）
51、式（13）
52、其中，为中心化后矩阵的第列，为原始数据矩阵的第列，为一个的矩阵，其中每一行都是相同的向量，为每一列的均值。
53、s6.5:选择前个最大的特征值对应的特征向量，构成主成分矩阵；
54、s6.6:应用pca，使用主成分矩阵将数据矩阵投影到低维空间，得到得分矩阵。
55、进一步，在服务器中设有通过预警信息下发模块进行下发预警信息，其预警信息下发对象包括项目负责人智能终端、值班人员智能终端和故障对应处理人员智能终端，所述的项目负责人智能终端和故障对应处理人员智能终端对应设置有异常处理情况及设备状态模块，和异常情况处理总结及建议模块。直接下发到责任人的预警终端，可灵活分配计划的负责人，并且及时落实到位，对故障处理后提供异常情况处理总结，对后续的设备维护和减少故障率有明显的帮助促进作用。
56、进一步，本发明提供一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被主控制器执行时实现如上述中的任一项所述的方法。
57、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
58、1、能够同时考虑多个传感器数据，从而提供一个综合的系统状态评估，避免了仅依赖单个传感器阈值可能导致的误报或漏报。
59、异常检测能力：
60、本发明使用统计模型pca来识别系统行为的正常范围，可以检测到单个传感器数据可能未显示的复杂模式或交互效应中的异常。
61、2、进行系统早期预警：
62、通过持续监控统计量（如t²和q统计量），本发明能够在系统性能开始偏离正常范围时发出早期预警，有助于预防潜在的故障或过程恶化。
63、3、本发明故障诊断辅助，当检测到异常时，本发明可以帮助定位异常的来源，通过分析模型的载荷矩阵来识别哪些传感器数据或过程变量的变动最显著，从而指导故障诊断。
64、4、本发明减少维护成本，通过精确的异常检测和早期预警，能够减少不必要的计划外停机，降低维护成本，同时避免过度维护，提高设备的可用性和效率。
65、5、优化过程控制，本发明提供的实时监测和分析结果可以用于调整过程参数，优化控制策略，从而改善过程性能和产品质量。
66、6、本发明方法能够随着过程特性和操作条件的变化进行调整，通过对模型进行定期更新和验证，保持其有效性。提供的综合评估和异常检测信息可以作为决策支持工具，帮助工程师和管理者基于数据做出更加明智的操作和维护决策。
1.一种催化反应的填料塔气液分布器监测系统，其特征在于：包括安装在填料塔气液分布器上的粒子图像测速仪，安装在分布器截面上的用于测量各点的压力值的至少一个压力传感器；安装在分布器入口与出口之间的差压变送器；
2.根据权利要求1所述的一种催化反应的填料塔气液分布器监测系统，其特征在于：通过粒子图像测速仪测量分布器内流体速度，通过差压变送器测量分布器入口与出口之间的压力差，通过电磁流量计监测通过分布器的气体或液体流量，通过振动传感器监测分布器及其支撑结构的振动数据，通过视窗摄像头进行视觉检查分布器内部流体流动情况，通过激光水平仪测量分布器的水平度。
3.根据权利要求1所述的一种催化反应的填料塔气液分布器监测系统，其特征在于：其中，无线数据接入模块包括wifi模块、蓝牙模块、lora模块或4g dtu。
4.根据权利要求1所述的一种催化反应的填料塔气液分布器监测系统，其特征在于：所述的智能终端为智能手机或平板电脑，并且所述智能终端为多个。
5.一种催化反应的填料塔气液分布器监测方法，其特征在于：在服务器中中，具体按以下步骤执行：
6.根据权利要求5所述的一种催化反应的填料塔气液分布器监测方法，其特征在于：其中视窗摄像头的数据用于构建 pca 模型，将图像数据转换为数值特征向量，具体按以下步骤执行:
7.根据权利要求6所述的一种催化反应的填料塔气液分布器监测方法，其特征在于：在步骤s6.4中，如式（12）-式（13）；
8.根据权利要求5所述的一种催化反应的填料塔气液分布器监测方法，其特征在于：在服务器中设有通过预警信息下发模块进行下发预警信息，其预警信息下发对象包括项目负责人智能终端、值班人员智能终端和故障对应处理人员智能终端，所述的项目负责人智能终端和故障对应处理人员智能终端对应设置有异常处理情况及设备状态模块，和异常情况处理总结及建议模块。
9.一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被主控制器执行时实现如上述权利要求5-8中的任一项所述的方法。
