[发明专利]一种铝电解槽热平衡状态监控方法及系统

说明书

本发明提供一种铝电解槽热平衡状态监控方法及系统。与现有技术相比，本发明通过建立铝电解槽与可视化虚拟槽之间的映射，将铝电解槽的实时监测数据在可视化虚拟槽上进行实时展示，并对采集到的特征参数进行深度挖掘和深度学习，不仅实现了对铝电解槽的热平衡状态进行及时准确的判断，还能帮助工作人员更加准确、及时地判断生产安全。

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解槽热平衡状态监控方法及系统。

背景技术

铝电解槽是一种熔盐电解工艺中的重要生产设备。在铝电解槽运行过程中，槽内物料在强直流电作用下会发生剧烈的电化学反应同时放出大量焦耳热。槽内物料在不断吸收焦耳热后会逐步形成高温熔盐体系。由于槽内熔体与外界环境存在着巨大的温差，电解槽将源源不断的对外散失热量。而工业铝电解槽所采用的熔盐体系，需要在950℃左右的温度下才能进行电解过程。因此为稳定熔盐体系所需的电解温度，电解槽内部都设有合理的保温结构。当内部保温结构合理时，电解槽在运行过程中将处于一种热平衡状态，即电能转化而供给铝电解槽的热收入与电解过程所需消耗的热量以及从槽体向环境所散失的热量之和的热支出相等。需要注意的是，实际的铝电解槽无法一直处于理想的热平衡状态，但从长期稳定运行角度来看，电解槽的热场可以到达动态的热平衡。

由于铝电解槽槽况复杂，加之当前技术水平的限制，实际电解铝的生产过程中，铝电解槽很难控制在动态的热平衡之中，常常出现红炉、漏槽的情况，不仅会给企业带来巨大的经济损失，还可能引发火灾、爆炸等严重事故，更有甚者还会造成现场工作人员的伤亡。因此，为避免此类事故的发生，必须对电解槽的热平衡状态进行监测。

传统铝电解槽监测手段，受限于铝电解槽工作条件复杂、自动化程度低等因素，主要依赖工人经验决策，无法对铝电解槽的热平衡状态进行及时准确的判断。

发明内容

本申请的发明目的在于提供一种铝电解槽热平衡状态监控方法及系统，以解决现有铝电解槽监测手段无法对铝电解槽的热平衡状态进行及时准确的判断的问题。

为达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案。

一方面，提供一种铝电解槽热平衡状态监控方法，包括如下步骤：

S1、根据铝电解槽的设计参数，利用Unity构建铝电解槽的可视化虚拟槽；

S2、将构建的铝电解槽的可视化虚拟槽注册至HoloLens，利用HoloLens自带的深度相机获取铝电解槽的火眼图像数据；利用温度传感器获取铝电解槽热场数据，利用电流传感器和电压传感器获取铝电解槽的电场数据；

S3、将所述火眼图像数据分为第一训练集、第一验证集和第一测试集，利用第一训练集对ConvLSTM分类器进行训练，利用第一验证集对ConvLSTM分类器进行验证，得到训练好的ConvLSTM分类器；将所述热场数据分为第二训练集、第二验证集和第二测试集，利用第二训练集对第一CNN分类器进行训练，利用第二验证集对第一CNN分类器进行验证，得到训练好的第一CNN分类器；将所述热场数据分为第三训练集、第三验证集和第三测试集，利用第三训练集对第二CNN分类器进行训练，利用第三验证集对第二CNN分类器进行验证，得到训练好的第二CNN分类器；

S4、将所述第一测试集作为训练好的ConvLSTM分类器的输入，得到第一分类结果；将所述第二测试集作为训练好的第一CNN分类器的输入，得到第二分类结果；将所述第三测试集作为训练好的第二CNN分类器的输入，得到第三分类结果；

S5、将所述第一分类结果、第二分类结果和第三分类结果作为Softmax函数的输入，得到电解槽隶属于各热平衡状态的隶属度；

S6、利用证据理论对所述隶属度进行处理，得到电解槽属于各热平衡状态的置信度，所述置信度最高对应的热平衡状态即为热平衡状态最终分类结果；