1.反应釜反应过程中安全参数检测方法,其用于检测反应釜反应过程的物料温度、气体温度、液位高度、气体压力,其特征在于,所述反应釜反应过程中安全参数检测方法包括以下步骤:步骤一:获取当前时刻tk所述反应釜内反应物中不同高度处的物料温度Tpk,对Tpk处理得到物料温度平均值 ;获取当前时刻tk所述反应釜内反应物上方气体不同高度处的气体温度Tqk,对Tqk进行校正优化后得到气体温度平均值 ;
其中, 为当前时刻tk所述反应釜反应过程的物料温度; 为当前时刻tk所述反应釜反应过程的气体温度;
步骤二:获取当前时刻tk所述反应釜内反应物液位高度h1k,基于 对h1k进行校正优化得到校正后的液位高度 ;
其中, 为当前时刻tk所述反应釜内反应过程的液位高度;h1k利用超声波测量间接得到;
步骤三:获取当前时刻tk所述反应釜内反应物上方两处不同位置的气体压力α1k、α2k,基于 、 对α1k、α2k分别进行校正得到校正后的气体压力 、 ,并将 、 融合得到优化后的气体压力 ;
其中, 为当前时刻tk所述反应釜内反应过程的气体压力;
步骤三中,对气体压力αyk采用扩展卡尔曼滤波进行预测校正,y=1,2;
对αyk采用扩展卡尔曼滤波进行预测校正的方法包括以下步骤:S301,建立反应物上方气体压力的预测方程为:;
其中, 为当前时刻tk的气体压力先验预测值, 为上一时刻tk‑1的气体压力后验估计值;Rg为气体常数,vq(k‑1)为上一时刻tk‑1气体的比体积,vqk为当前时刻tk气体的比体积;wg(k‑1)为上一时刻tk‑1的过程噪声;a、b为修正数;
S302,建立气体压力观测方程Zgk:
Zgk=αyk+vgk;
其中,vgk为当前时刻tk气体压力的测量噪声;
S303,对气体压力进行先验估计:
;
S304,计算气体压力协方差:
;
其中, 为当前时刻tk气体压力协方差的预测值;Pg(k‑1)为上一时刻tk‑1气体压力协方差的后验估计值;Ag(k‑1)为上一时刻tk‑1对后验估计值进行线性化得到的雅可比矩阵;
T
wgkQgwgk 为气体压力扩展卡尔曼滤波过程噪声,wgk是当前时刻tk的气体压力过程噪声,Qg是过程噪声wgk的协方差矩阵;
S305,计算气体压力增益系数:
;
T
其中,Kgk为当前时刻tk的增益系数,Hg为观测方程Zgk的系数矩阵;vgkRgvgk 为气体压力扩展卡尔曼滤波的测量噪声,vgk是当前步气体压力测量噪声,Rg为测量噪声vgk的协方差矩阵;
S306,计算气体压力后验估计值:
;
其中, 为当前时刻tk气体压力的后验估计值,hg(αyk)即气体压力期望值的非线性表达式;
S307,更新气体压力协方差:
;
其中,Pgk为当前时刻tk气体压力协方差的后验估计值,I为单位矩阵。
2.根据权利要求1所述的反应釜反应过程中安全参数检测方法,其特征在于,所述反应釜包括釜体;所述釜体的釜顶内在两处不同位置设置有两个压力传感器,用于检测两处不同位置的气体压力α1k、α2k;
其中,对 、 进行融合的方法包括以下步骤:将α1k与 进行比较,得到α1k和 的偏差为σk,1;
将α2k与 进行比较,得到α2k和 的偏差为σk,2;
令 和 ;
计算 ;λk,1和λk,2分别为 和 的加权因子。
3.根据权利要求1所述的反应釜反应过程中安全参数检测方法,其特征在于,所述反应釜还包括收容换热介质的夹套,所述夹套设置在所述釜体外围用于使所述换热介质对所述釜体进行换热;
所述釜体内设置有n个温度传感器,用于获取釜体不同位置处的温度;其中,反应物液面以上有m个温度传感器,用于采集反应釜内反应物上方气体不同高度处的气体温度Tqk;反应物液面以下有n‑m个温度传感器,用于采集所述反应釜内反应物中不同高度处的物料温度Tpk。
4.根据权利要求3所述的反应釜反应过程中安全参数检测方法,其特征在于:步骤一中,对Tpk处理的方法为:;
其中,Tipk表示当前时刻tk从上至下第i个温度传感器采集的温度值。
5.根据权利要求4所述的反应釜反应过程中安全参数检测方法,其特征在于:步骤一中,对Tqk采用扩展卡尔曼滤波进行预测校正;
对Tqk采用扩展卡尔曼滤波进行预测校正的方法包括以下步骤:S101,基于热平衡方程,构建反应物上方气体温度预测方程为:;
其中, 为当前时刻tk的气体温度先验预测值,Vp为反应物体积,ΔH为摩尔反应热,r为化学反应速度,t表征时间,U为反应釜与夹套之间的传热系数,AR为夹套与反应釜接触面积, 为反应釜内物料温度, ,Tc为换热介质出口温度,M为反应物的质量,Cp为反应物的比热容,Cq为反应物上方气体的比热容;mq为反应物上方气体质量;dTq为单位时间气体的温度变化量, 为上一时刻tk‑1的气体温度后验估计值,wq(k‑1)为上一时刻tk‑1的过程噪声;
S102,建立反应物上方气体温度观测方程Zqk:Zqk=Tqk+vqk;
其中,vqk为当前时刻tk气体温度的测量噪声;
S103,对各个位置的气体温度进行先验估计:;
S104,计算气体温度协方差:
;
其中, 为当前时刻tk气体温度协方差的预测值;Pq(k‑1)为上一时刻tk‑1气体温度协方差的后验估计值;Aq(k‑1)为上一时刻tk‑1后验估计值进行线性化得到的雅可比矩阵;
T
wqkQqwqk 为气体温度扩展卡尔曼滤波过程噪声,wqk是当前时刻tk的气体温度过程噪声,Qq是过程噪声wqk的协方差矩阵;
S105,计算气体温度增益系数:
;
T
其中,Kqk为当前时刻tk的增益系数,Hq为观测方程Zqk的系数矩阵;vqkRqvqk 为气体温度扩展卡尔曼滤波的测量噪声,vqk是当前步气体温度测量噪声,Rq为测量噪声vqk的协方差矩阵;
S106,对各个位置的气体温度进行后验估计:;
其中, 为当前时刻tk的气体温度后验估计值;hq(Tqk)气体温度期望值非线性表达式;
S107,更新气体温度协方差:
;
其中,Pqk为当前时刻tk气体温度协方差的后验估计值,I为单位矩阵;
S108,将全部的气体温度后验估计值取平均值 ,作为当前时刻tk气体温度平均值 。
6.根据权利要求5所述的反应釜反应过程中安全参数检测方法,其特征在于,所述超声波测量采用超声波液位传感器;所述超声波液位传感器设置在反应釜内壁、并位于反应物液面上方,用于测量到反应物液面的距离Lk;
所述反应釜内反应物液位高度h1k=h‑Lk;
其中,h为所述超声波液位传感器的安装高度,Lk为当前时刻tk的测量距离。
7.根据权利要求6所述的反应釜反应过程中安全参数检测方法,其特征在于,步骤二中,对h1k进行校正优化的方法包括:对Lk采用扩展卡尔曼滤波进行预测校正得到校正后的测量距离 ;
依据 得到校正后的液位高度 ;
其中,对Lk采用扩展卡尔曼滤波进行预测校正的方法包括以下步骤:S201,建立超声波声速Vs和当前时刻tk气体温度平均值 的拟合关系,并进而建立测量距离的预测方程:;
其中, 为当前时刻tk测量距离的先验预测值, 为上一时刻tk‑1测量距离的后验估计值, 为上一时刻tk‑1气体校正优化后的温度值,Vs(k‑1)为上一时刻tk‑1超声波声速,ts(k‑1)为上一时刻tk‑1超声波声速来回传播的总时间,ws(k‑1)为上一次tk‑1的系统过程噪声;
S202,建立测量距离的观测方程Zsk:Zsk=Lk+vsk;
其中,vsk为当前时刻tk测量距离的测量噪声;
S203,对测量距离进行先验估计:
;
S204,计算测量距离协方差:
;
其中, 为当前时刻tk测量距离协方差的预测值;Ps(k‑1)为上一时刻tk‑1测量距离协方差的后验估计值;As(k‑1)为上一时刻tk‑1对后验估计值进行线性化得到的雅可比矩阵;
T
wskQswsk 为测量距离扩展卡尔曼滤波过程噪声,wsk是当前时刻tk测量距离的过程噪声,Qs是过程噪声wsk的协方差矩阵;
S205,计算测量距离增益系数:
;
T
其中,Ksk为当前时刻tk的增益系数,Hs为观测方程Zsk的系数矩阵;vskRsvsk 为测量距离扩展卡尔曼滤波的测量噪声,vsk是当前步测量距离测量噪声,Rs为测量噪声vsk的协方差矩阵;
S206,计算测量距离后验估计值:
;
其中, 为当前时刻tk测量距离的后验估计值,即为校正后的测量距离;hs(Lk)为超声波测量期望值的非线性表达式;
S207,更新测量距离协方差:
;
其中,Psk为当前时刻tk测量距离协方差的后验估计值,I为单位矩阵。
8.反应釜反应过程中安全参数检测装置,其特征在于,其使用了如权利要求1‑7中任一项所述的反应釜反应过程中安全参数检测方法,所述反应釜反应过程中安全参数检测装置包括:物料温度数据检测模组,其用于实时采集反应釜内反应物中不同高度处的物料温度Tpk,并对Tpk进行处理得到物料温度平均值 ;
气体温度数据检测模组,其用于实时采集反应釜内反应物上方气体不同高度处的气体温度Tqk,并对Tqk进行优化后,取平均值得到优化值 ;
液位高度数据检测模组,其用于实时采集反应釜内的测量距离Lk,对Lk进行优化得到优化值 ,并基于 得到校正后的液位高度 ;
以及气体压力数据检测模组,其用于实时采集反应釜内反应物上方气体压力数据α1k、α2k,对α1k、α2k进行优化得到数据融合值 。
9.反应釜反应过程的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:采用如权利要求1‑7中任一项所述的反应釜反应过程中安全参数检测方法得到反应釜反应过程的物料温度 、气体温度 、液位高度 、气体压力 ;
判断 是否处于是否在一个预设的温度范围中;
若 不在预设的温度范围中,判断 与温度范围上限温度、下限温度的关系;
其中,若 大于所述温度范围的上限温度,发出报警,降低流经夹套的换热介质温度,对反应釜进行冷却降温;
若 小于所述温度范围的下限温度,升高流经夹套的换热介质温度,对反应釜进行升温;
判断 与液位安全值h1、液位预警值h2、液位报警值h3的大小;其中,h3>h2>h1;
若 ,减少向反应釜进料,增加反应釜的出料,直至 ,停止反应釜出料;
若 ,发出报警,停止向反应釜进料,反应釜停止搅拌,以最大流量进行反应釜出料,直至 ,停止反应釜出料,反应釜重新开始搅拌;
判断 是否在一个预设的压力范围中;
若 不在预设的压力范围中,判断 与压力范围上限压力、下限压力的关系;
其中,若 大于所述压力范围的上限压力,发出报警,对反应釜进行泄压;
若 小于所述压力范围的下限压力,则发出报警,对反应釜进行加压。
10.反应釜反应过程的控制装置,其特征在于,包括:数据检测模块,其包括温度检测模块、液位检测模块、压力检测模块;其中,温度检测模块包括物料温度检测子模块和气体温度检测子模块;所述物料温度检测子模块用于获取反应釜反应过程的物料温度;所述气体温度检测子模块用于获取反应釜反应过程的气体温度;所述液位检测模块用于获取反应釜内反应过程的液位高度;所述压力检测模块用于获取反应釜内反应过程的气体压力;
机构执行模块,其包括温度执行模块、液位执行模块、压力执行模块;其中,温度执行模块用于调整反应物温度;所述液位执行模块用于控制反应物液位高度;所述压力执行模块用于调整气体压力;以及控制器,其用于接收数据检测模块获取的数据,并通过无线传输给远程监控端,并接收远程监控端下发的指令,并控制对应的执行模块进行工作;其中,远程监控端依据如权利要求9所述的反应釜反应过程的控制方法向控制器下发指令。