本文關(guān)鍵詞：基于紅外圖像的銅電解精煉過(guò)程狀態(tài)檢測(cè)研究　出處：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：銅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。2014年全國(guó)精銅產(chǎn)量為796萬(wàn)噸。銅電解精煉過(guò)程中,由于需要消耗大量電能而備受關(guān)注。電流效率是影響銅電解精煉能耗的主要因素,以20萬(wàn)噸電解系列為例,電流效率提升0.1%,產(chǎn)量將提高200余噸,年產(chǎn)值1000余萬(wàn)元以上。生產(chǎn)過(guò)程中,導(dǎo)致電解電流效率降低的主要原因是電解槽陰-陽(yáng)極極板間短路和陰極導(dǎo)電棒與母線之間的斷路,以及電解槽各陰極之間電流的分布不均。因此,發(fā)現(xiàn)和消除電解槽的短路、斷路故障并及時(shí)處理,確保陰極之間電流分布均勻,是銅電解生產(chǎn)管理的重要工作內(nèi)容。目前國(guó)內(nèi)采用人工巡檢方式檢測(cè)短路和斷路故障,工作量大,勞動(dòng)強(qiáng)度高。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)巡檢,及時(shí)發(fā)現(xiàn)短路/斷路故障,對(duì)提高電解電流效率、增加產(chǎn)量、降低能耗和產(chǎn)品成本,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和改善操作環(huán)境,具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。本文利用圖像處理技術(shù),通過(guò)對(duì)電解槽紅外圖像的增強(qiáng)、幾何校正、特征點(diǎn)定位、邊緣提取、圖像分割和故障部位標(biāo)識(shí),實(shí)現(xiàn)電解槽短路故障的自動(dòng)監(jiān)測(cè)；在此基礎(chǔ)上根據(jù)導(dǎo)電陰極棒溫度分布與電流、環(huán)境溫度關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,利用電解槽紅外圖像獲得溫度變化實(shí)現(xiàn)電解槽的陰極間的電流分布狀況的估計(jì)。針對(duì)采集到的紅外圖像存在對(duì)比度差、細(xì)節(jié)不夠清晰等問(wèn)題,提出基于空間域的自適應(yīng)對(duì)比度增強(qiáng)方法,并通過(guò)粒子群和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等自尋優(yōu)機(jī)制改進(jìn)算法對(duì)紅外圖像進(jìn)行增強(qiáng),提高計(jì)算效率和魯棒性,并對(duì)桶形畸變和偏轉(zhuǎn)進(jìn)行了幾何校正和傾斜校正。利用電解槽側(cè)部固有特征點(diǎn)和改進(jìn)的邊緣提取算法準(zhǔn)確定位電解槽左右和上下邊緣,實(shí)現(xiàn)電解槽圖像的精確分割。對(duì)分割后的電解槽圖像,提出浮動(dòng)閾值策略的差值圖像縱向積分方法，對(duì)蓋布和不蓋布圖像感興趣區(qū)域(ROI)分別進(jìn)行檢測(cè),檢出率達(dá)到97%。為了進(jìn)一步提高檢出率,構(gòu)造了故障樣本和非故障樣本的特征向量,利用訓(xùn)練后的SVM分類器獲得了更高的檢出率。批量圖片的故障部位標(biāo)識(shí)效果驗(yàn)證了該方法的有效性。借助多物理場(chǎng)仿真軟件COMSOL建立電解槽陰極棒溫度分布的物理模型,產(chǎn)生了不同條件下的樣本數(shù)據(jù)。本文在分析輸入輸出變量之間物理機(jī)理的基礎(chǔ)上,分別給出了采用PLS和SVM方法構(gòu)建電解槽陰極導(dǎo)電棒溫度分布與導(dǎo)通電流之間的數(shù)學(xué)模型,并從模型精度與魯棒性兩方面進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比。運(yùn)用SVM回歸的數(shù)學(xué)模型對(duì)電解槽陰極棒紅外圖像進(jìn)行處理,電解槽各陰極之間的電流分布估計(jì)值與實(shí)際值誤差較小,在準(zhǔn)確檢測(cè)出陰極導(dǎo)電棒與母線的斷路故障的同時(shí),使銅電解槽電流分布非接觸式監(jiān)測(cè)成為可能,并為企業(yè)進(jìn)一步根據(jù)電流分布優(yōu)化槽型及生產(chǎn)工藝提供了有力支撐。最后,本文完成巡回定位拍照的巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用。巡檢裝置借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收控制指令并下傳信息,按照指定的運(yùn)行軌跡往復(fù)運(yùn)行,通過(guò)射頻卡實(shí)現(xiàn)電解槽分組和定位拍照,拍攝的紅外圖像經(jīng)無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)下傳至采集端電腦,按照上述方法完成電解槽故障診斷、標(biāo)識(shí)和電流分布估計(jì),驗(yàn)證了前面提出的算法有效性。系統(tǒng)應(yīng)用到金用集團(tuán)20萬(wàn)噸銅電解精煉車間,為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,達(dá)到了預(yù)期效果。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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本文編號(hào)：1312034