一种空预器的红外成像监测系统的制作方法

本发明涉及热工设备监测，具体为一种空预器的红外成像监测系统。

背景技术：

1、空预器的红外成像监测系统是一种专门用于监控和管理空气预热器(空预器)运行状态的先进监测技术，该系统通过安装在空预器关键位置的红外摄像设备，实时采集设备表面的温度数据，并将这些数据转化为热成像图像，通过对温度分布的监测和分析，系统能够全面了解空预器的换热效果，并通过直观的热图像帮助操作人员及时掌握设备的运行状况，该监测系统通常包括数据处理、存储、显示和报警等模块，能够实时显示温度信息，并在检测到异常温度变化时发出警报，通过持续监测和数据分析，该系统为设备维护提供了科学依据，有助于提升空预器的运行效率和安全性，但是现有的空预器的红外成像监测系统在进行实际使用过程中，还是存在一些需要解决的问题。

2、首先，传统的空预器监测系统往往依赖单一的温度阈值判断来识别堵塞问题，这种方法容易受到环境噪声和测量误差的影响，导致误报率高，准确性不足，此外，单一的监测手段难以全面捕捉温度异常的复杂模式，容易错过早期的堵塞迹象，导致故障未能及时预防，最终可能导致设备的非计划停机和高昂的维修成本；

3、其次，在传统空预器控制系统中，运行参数的调整通常是基于实时反馈的被动响应方式，难以提前应对即将发生的异常状况，由于缺乏预测能力，系统只能在故障发生后进行调整，往往导致堵塞问题的发现和解决滞后，增加了设备的停机风险和维护成本，同时，简单的反馈调节策略难以保证系统在各种复杂工况下的最优运行状态；

4、最后，传统的空预器监测系统大多采用集中式的数据采集和处理方式，存在监测覆盖面有限、数据采集不及时、监测盲区等问题，在大型或复杂的空预器设备中，这种集中式架构难以有效覆盖所有关键区域，导致一些局部区域的温度异常或堵塞问题无法及时检测，同时，当部分传感器或采集单元出现故障时，整个系统的可靠性会受到较大影响，增加了系统的运行风险。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种空预器的红外成像监测系统，解决了系统依赖单一的温度阈值判断来识别堵塞容易产生误差的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种空预器的红外成像监测系统，包括红外成像模块、数据处理模块、存储与记录模块、显示与报警模块、控制与反馈模块、分布式监测模块和远程监控与管理模块；

3、所述红外成像模块用于获取空预器不同区域的表面温度图像；

4、所述数据处理模块用于对红外成像模块获取的温度图像进行分析，并结合多种检测模式的数据进行融合分析；

5、所述存储与记录模块用于存储温度图像数据及分析结果，并进行历史数据的存储和管理；

6、所述显示与报警模块用于实时显示监测结果，并在通过算法检测到异常时发出报警；

7、所述算法具体包括异常检测算法和温度变化速率检测算法以及聚类算法；

8、所述异常检测算法公式为：

9、

10、其中，x是当前温度值，μ是该区域的历史平均温度，σ是该区域的历史标准差,z大于±3则判定为异常；

11、所述温度变化速率检测算法公式为：

12、y＝ax+b

13、其中，y是温度值，xx是时间，a是温度变化的速率，绝对值a大于设定阈值，则判定为速率异常；

14、所述聚类算法采用以下步骤：

15、s1、采集多个温度点数据；

16、s2、对这些数据进行k的聚类，设定适当的簇数k；

17、s3、判断k，某个k的温度至偏离其他k的中心值则判断异常；

18、所述控制与反馈模块用于根据监测结果调整空预器的运行参数，进行预测性控制；

19、所述分布式监测模块用于通过多个分布式智能节点采集、处理和分析空预器内部各区域的数据，并形成分布式监测网络；

20、所述远程监控与管理模块用于通过互联网和专用网络远程访问和监控系统的运行状态，允许维护人员和管理人员进行远程故障诊断、参数调整和数据分析。

21、优选的，所述红外成像模块包括多点红外摄像单元和动态校准单元；

22、所述多点红外摄像单元布置在空预器的关键换热区域，全面覆盖空预器内部的温度分布，用于获取不同区域的温度图像；

23、所述动态校准单元用于通过内置的温度基准源定期对红外摄像单元进行校准。

24、优选的，所述数据处理模块包括多模式数据融合单元和智能图像处理单元；

25、所述多模式数据融合单元用于结合红外成像数据与其他模式如声波、振动、气流的检测数据，进行融合分析，以提高异常识别的准确性；

26、所述智能图像处理单元用于利用深度学习算法分析温度图像，识别和定位温度异常区域，并结合其他模式的数据进一步验证异常情况；

27、所述深度学习算法采用损失函数对图像进行评估，具体公式为：

28、

29、其中，xi为输入图像，为重建图像，x为输入图像的表示，通常是一个二维数组，每个元素表示图像中某个像素的值，n为输入图像中的像素总数。

30、优选的，所述存储与记录模块包括数据存储单元、数据管理单元、数据存储单元和数据管理单元；

31、所述数据存储单元用于对温度图像、监测数据以及分析结果进行存储，并支持历史数据的查询和对比分析；

32、所述数据管理单元用于管理存储的历史数据，提供数据压缩和备份功能，确保数据的长期保留和快速访问；

33、所述数据存储单元用于对温度图像、监测数据以及分析结果进行存储，并支持历史数据的查询和对比分析；

34、所述数据管理单元用于管理存储的历史数据，提供数据压缩和备份功能。

35、优选的，所述数据管理单元包括数据加密单元和数据备份与恢复单元；

36、所述数据加密单元用于对存储的数据进行加密处理；

37、所述数据备份与恢复单元用于定期备份关键数据，并在数据丢失和损坏时能够快速恢复。

38、优选的，所述显示与报警模块包括实时显示单元和智能报警单元；

39、所述实时显示单元用于在监控界面上实时显示温度分布图和监测结果，提供多模式数据的综合展示；

40、所述智能报警单元用于根据温度异常的严重程度发出分级报警信号，并支持报警信息的多种通知方式。

41、优选的，所述智能报警单元包括多级报警策略单元和远程报警通知单元；

42、所述多级报警策略单元用于根据监测到的异常程度、持续时间和环境条件，动态调整报警的级别和响应策略；

43、所述远程报警通知单元用于在检测到重大异常时，通过电子邮件、短信和移动应用程序将报警信息发送给远程维护人员和管理人员。

44、优选的，所述控制与反馈模块包括预测性控制单元和反馈调节单元；

45、所述预测性控制单元用于基于实时监测数据和历史趋势，建立预测模型预测可能出现的异常，并提前调整空预器的运行参数，所述监测数据包括温度数据、风机速度、烟气流量、气压和湿度和设备运行状态，所述历史趋势包括历史温度变化趋势、历史风机速度趋势、历史烟气流量趋势和运行事件记录，所述运行参数包括风机速度和烟气流量；

46、所述预测模型建立包括以下步骤：

47、s11、数据采集：从系统中获取当前空预器运行的温度数据、风机速度、烟气流量、气压、湿度，同时从数据存储模块中获取空预器在不同运行条件下的历史温度数据、风机速度、烟气流量关键参数的变化记录；

48、s22、数据预处理：对取得的数据进行去除异常值、填补缺失数据，同时从实时监测数据和历史数据中提取温度变化速率、烟气流量的波动幅度的关键特征，最后将数据进行标准化处理，以消除不同特征之间的量纲差异；

49、s33、选择模型：根据需求从ari ma模型、lstm模型和支持向量回归模型中三选一；

50、s44、模型训练：首先将历史数据分为训练集和验证集，其次使用训练集训练预测模型，最后使用验证集验证模型的准确性，调整模型以避免过拟合；

51、s55、模型部署：将训练好的模型部署到系统中，利用实时监测数据进行预测，再根据预测结果，判断未来一段时间内可能出现的温度异常、烟气流量异常；

52、所述反馈调节单元用于根据实际监测数据调整运行参数，并优化控制策略。

53、优选的，所述分布式监测模块包括智能节点单元和节点通信单元：

54、所述智能节点单元用于在空预器内外布置多个智能节点，这些节点具备数据采集、初步处理和分析能力，形成一个分布式监测网络；

55、所述节点通信单元用于在各智能节点之间以及与中央控制单元之间进行数据和分析结果的通信。

56、优选的，所述红外成像模块与所述数据处理模块通过电性连接，所述数据处理模块与所述存储与记录模块通过电性连接，所述数据处理模块与所述显示与报警模块通过电性连接，所述数据处理模块通过电性连接与所述控制与反馈模块通过电性连接，所述控制与反馈模块与所述分布式监测模块通过电性连接，所述分布式监测模块与所述数据处理模块所述分布式监测模块通过电性连接与所述数据处理模块连接，所述分布式监测模块与所述红外成像模块通过电性连接，所述存储与记录模块与所述远程监控与管理模块通过电性连接，所述显示与报警模块与所述远程监控与管理模块通过电性连接，所述控制与反馈模块与所述远程监控与管理模块通过电性连接。

57、本发明提供了一种空预器的红外成像监测系统。具备以下有益效果：

58、1、本发明通过结合异常检测算法、温度变化速率检测算法和聚类算法，形成了一个多层次、多维度的综合分析体系，首先，异常检测算法能够迅速识别出温度数据中的异常点，预警可能存在的运行异常；其次，温度变化速率检测算法进一步分析温度的动态变化情况，检测出温度变化异常的区域；最后，通过聚类算法，系统能够识别温度分布的异常模式，进一步验证并定位堵塞区域，这种多算法结合的方式大幅提升了空预器堵塞检测的准确性和可靠性，能够有效预防潜在故障，减少维护成本和停机时间，同时提高了系统运行的安全性。

59、2、本发明通过将预测性控制与反馈调节相结合，构建了一套智能化的运行调整机制，通过实时监测数据和历史趋势的分析，预测性控制单元能够提前识别出潜在的异常趋势，并在异常发生之前主动调整空预器的运行参数，如风机速度和烟气流量，从而有效防止堵塞等问题的发生，而反馈调节单元则根据实际监测数据进行实时调整，确保系统在运行过程中始终保持在最优状态，以此显著提高了空预器的运行稳定性，减少了因堵塞或其他异常引发的紧急停机，同时也提升了设备的整体效率。

60、3、本发明通过引入分布式监测模块，使得系统能够利用多个分布式智能节点对空预器内部各区域的数据进行全面监测、处理和分析，这些智能节点具备本地处理和初步分析能力，并通过网络与中央系统进行实时数据传输和共享，形成一个高效的分布式监测网络，通过这种分布式架构，系统可以实现全方位、多点的精确监测，大大提高了数据采集的覆盖范围和灵活性，降低了监测盲区的可能性，同时，这种架构还提高了系统的可扩展性和容错能力，确保在部分节点故障时系统仍能保持正常运行，从而进一步增强了空预器监测系统的可靠性和稳定性。