CN110597172B - 基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统及其工作方法 - Google Patents

基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统及其工作方法，包括视窗图像采集单元、智能视频分析单元、通讯单元、程控PLC信号通讯单元和程控PLC；视窗图像采集单元设置于分离塔的观测窗，用于采集分离塔内对应观测窗位置处的树脂视频图像；视窗图像采集单元通过通讯单元与智能视频分析单元通讯连接，视窗图像采集单元采集的树脂视频图像通过通讯单元传输至能视频分析单元并保存；智能视频分析单元通过程控PLC信号通讯单元与程控PLC通讯连接；智能视频分析单元识别树脂视频图像中阴阳树脂的百分比占比，程控PLC控制执行相应的树脂输送工作。本发明人力成本低，效率高，具有实时数据，能够完成自动化控制，避免出现树脂输空现象。

Description

基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统及其工作方法
技术领域
本发明属于树脂再生监控控制技术领域，尤其涉及基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统及其工作方法。
背景技术
随着电力系统的发展,企业对电力装备智能化、信息化提出了新的要求。在树脂再生过程中，树脂再生自动化是过程控制的最终目标。自动化控制的再生系统应该能在实时识别树脂比例的情况下给以控制系统信号以控制再生过程，实现系统的自动化控制；同时记录识别结果，包括实时识别结果，工作人员对系统的操作等。当前的再生控制系统都是依靠人工观测树脂的比例情况，缺点是不能够实时控制再生系统，容易出现因工作人员疏忽导致的树脂输空的情况。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统及其工作方法，人力成本低，效率高，具有实时数据，能够完成自动化控制，避免出现树脂输空现象。
技术方案：为实现上述目的，本发明的基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统，包括视窗图像采集单元、智能视频分析单元、通讯单元、程控PLC信号通讯单元和程控PLC；
所述视窗图像采集单元设置于分离塔的观测窗，用于采集分离塔内对应观测窗位置处的树脂视频图像；
所述视窗图像采集单元通过通讯单元与智能视频分析单元通讯连接，所述视窗图像采集单元采集的树脂视频图像通过通讯单元传输至所述智能视频分析单元并保存；
所述智能视频分析单元通过程控PLC信号通讯单元与程控PLC通讯连接；所述程控PLC通过程控PLC信号通讯单元传输智能分析起止命令至所述智能视频分析单元，以控制智能视频分析单元对其内保存的树脂视频图像进行实时分析的开始以及停止；所述智能视频分析单元识别树脂视频图像中阴阳树脂的百分比占比，并通过程控PLC信号通讯单元传输至所述程控PLC，通过所述程控PLC控制执行相应的树脂输送工作。
进一步地，所述视窗图像采集单元包括摄像机和补光装置；所述摄像机设置在分离塔的观测窗的正面，与分离塔的上部观测窗对应的所述摄像机监控分离塔内的树脂总量，与分离塔的中部观测窗对应的所述摄像机监控分离塔内的阳阴树脂比例，与分离塔的下部观测窗对应的所述摄像机监控分离塔内的阳树脂输送终点，且摄像机为具有网络通信功能的高清工业数字摄像机；
所述补光装置为条形LED灯阵列或环形LED灯阵列，分离塔的每个所述观测窗均对应设置有位于其两侧的两个条形LED灯阵列，或分离塔的每个所述观测窗均对应设置有环绕围合在其外周的一个环形LED灯阵列。
进一步地，所述程控PLC信号通讯单元包括模拟信号输出卡和数字信号输入卡；
所述智能视频分析单元通过模拟信号输出卡输出阴阳树脂的百分比占比至所述程控PLC，且模拟信号输出卡的通道数大于等于观测窗的个数；
所述程控PLC通过数字信号输入卡将各个观测窗的智能分析起止命令输入至智能视频分析单元，且数字信号输入卡的通道数大于等于观测窗的个数；
所述智能分析起止命令包括开始工作命令和停止工作命令，高电平为开始工作命令，低电平为停止工作命令。
进一步地，所述智能视频分析单元包括工控机和安装于工控机内的树脂界面图像智能识别软件，工控机运行所述树脂界面图像智能识别软件对树脂视频图像进行实时分析。
进一步地，所述通讯单元包括交换机，还包括将摄像机、交换机、工控机三者通讯连接的通讯网络。
基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统的工作方法，具体步骤如下：
步骤一：开启各摄像机，摄像机通过观测窗采集分离塔内对应位置的树脂视频图像，并将树脂视频图像传输至工控机并保存，等待由数字信号输入卡输入的程控PLC的开始工作命令；
步骤二：工控机接收到开始工作命令后，工控机运行树脂界面图像智能识别软件开始对树脂视频图像实时分析，识别树脂视频图像中阴阳树脂的百分比占比，在工控机的界面上显示结果，并通过模拟信号输出卡实时输出阴阳树脂的百分比占比至程控PLC；
步骤三：程控PLC在接收到阴阳树脂的百分比占比后，控制执行相应的树脂输送工作；
步骤四：程控PLC的停止工作命令通过数字信号输入卡输入工控机后，工控机停止运行控制树脂界面图像智能识别软件，停止树脂视频图像实时分析。
进一步地，在步骤二中，实时分析的树脂视频图像为摄像机实时捕获的视频图像中观测窗内的树脂区域，输出的为该观测窗的阴树脂的百分比占比，占比范围为0％-100％，相应的阳树脂的占比为100％－阴树脂占比；
具体处理过程如下：
a)对摄像机实时捕获的树脂视频图像中观测窗内树脂区域图像进行去噪、缩放预处理，并将图像从RGB颜色模型转化为HSV颜色模型，处理后的HSV图像和RGB图像尺寸相同；
b)对预处理后的RGB图像和HSV图像进行特征提取与分类识别，识别结果包括全阴树脂、全阳树脂和阴阳混合树脂三类，当全阴树脂对应百分比占比为100％，则全阳树脂对应百分比占比为0％；
如果识别结果为阴阳混合树脂类别，则利用阴阳树脂颜色差别，以像素点为分析对象，对预处理后的RGB图像和HSV图像进行特征提取和无监督聚类，聚类类别为阴树脂和阳树脂两类；
c)分别统计阴阳树脂中属于阴树脂和阳树脂两个类别的像素个数，计算百分比占比。
进一步地，在步骤三中，树脂输送工作的具体过程如下：
失效树脂从混床输送到分离塔再生且在分离塔里实现自动分层后，当摄像机采集中部观测窗的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到阴阳树脂有明显分层，且当摄像机采集下部观测窗的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到全部是阳树脂时，程控PLC自动执行阴树脂输送到阴床顺控；
输送阴树脂过程中，当摄像机采集中部观测窗的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到阴树脂量占比30％时，程控PLC停止输送阴树脂，启动输送阳树脂到阳床；
输送阳树脂过程中，当摄像机采集下部观测窗的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到有明显的阴阳树脂分界面且阳树脂占比30％时，停止输送阳树脂；
分离塔输送阴阳树脂步序结束。
有益效果：本发明的基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统及其工作方法，有益效果如下：
1)界面识别率不受外界因素干扰，识别率高，完全取代运行人员在再生过程中实时监控阴阳树脂分层效果；能自动输送阴、阳树脂，自动判断阴阳树脂输送终点；
2)树脂比例调整在不改变分离塔结构情况下，可根据实际需求任意调整阴阳树脂比；调整阴阳树脂比后能有效提高混床周期制水总量，再生设备使用频次相应减少，提高了设备的可靠性；
3)树脂总量监控与预警树脂输送总量实时监控，树脂量异常实时预警防止树脂跑漏；
4)避免了过再生情况，大大减少了再生自用水量、酸碱用量以及废水排放量，可大幅减少电厂实现零排放的投资和运营成本，节能降耗的效果明显；
5)树脂的分离与输送精度提高，树脂配比发生混乱的现象基本消除，高速混床出水水质更加优良和稳定；
6)能实现远程监测及全自动控制树脂再生过程，实现无人值守。
附图说明
附图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1所示，基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统，包括视窗图像采集单元、智能视频分析单元、通讯单元、程控PLC信号通讯单元和程控PLC6；
所述视窗图像采集单元设置于分离塔7的观测窗3，用于采集分离塔7内对应观测窗3位置处的树脂视频图像；
所述视窗图像采集单元通过通讯单元与智能视频分析单元通讯连接，所述视窗图像采集单元采集的树脂视频图像通过通讯单元传输至所述智能视频分析单元并保存；
所述智能视频分析单元通过程控PLC信号通讯单元与程控PLC6通讯连接；所述程控PLC6通过程控PLC信号通讯单元传输智能分析起止命令至所述智能视频分析单元，以控制智能视频分析单元对其内保存的树脂视频图像进行实时分析的开始以及停止；所述智能视频分析单元识别树脂视频图像中阴阳树脂的百分比占比，并通过程控PLC信号通讯单元传输至所述程控PLC6，通过所述程控PLC6控制执行相应的树脂输送工作。
所述视窗图像采集单元包括摄像机1和补光装置2；所述摄像机1设置在分离塔7的观测窗3的正面，与分离塔7的上部观测窗3对应的所述摄像机1监控分离塔7内的树脂总量，与分离塔7的中部观测窗3对应的所述摄像机1监控分离塔7内的阳阴树脂比例，与分离塔7的下部观测窗3对应的所述摄像机1监控分离塔7内的阳树脂输送终点，且摄像机1为具有网络通信功能的高清工业数字摄像机；
所述补光装置2为条形LED灯阵列或环形LED灯阵列，分离塔7的每个所述观测窗3均对应设置有位于其两侧的两个条形LED灯阵列，或分离塔7的每个所述观测窗3均对应设置有环绕围合在其外周的一个环形LED灯阵列。确保观测窗3光照均匀、增强对比度，避免因灯光、日光等外来光源导致观测窗3光照不均，形成干扰。
所述程控PLC信号通讯单元包括模拟信号输出卡8和数字信号输入卡9；
所述智能视频分析单元通过模拟信号输出卡8输出阴阳树脂的百分比占比至所述程控PLC6，且模拟信号输出卡8的通道数大于等于观测窗3的个数；
所述程控PLC6通过数字信号输入卡9将各个观测窗3的智能分析起止命令输入至智能视频分析单元，且数字信号输入卡9的通道数大于等于观测窗3的个数；
所述智能分析起止命令包括开始工作命令和停止工作命令，高电平为开始工作命令，低电平为停止工作命令。
所述智能视频分析单元包括工控机5和安装于工控机5内的树脂界面图像智能识别软件，工控机5运行所述树脂界面图像智能识别软件对树脂视频图像进行实时分析。
所述通讯单元包括交换机4，还包括将摄像机1、交换机4、工控机5三者通讯连接的通讯网络。
基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统的工作方法，具体步骤如下：
步骤一：开启各摄像机1，摄像机1通过观测窗3采集分离塔7内对应位置的树脂视频图像，并将树脂视频图像传输至工控机5并保存，等待由数字信号输入卡9输入的程控PLC6的开始工作命令；
步骤二：工控机5接收到开始工作命令后，工控机5运行树脂界面图像智能识别软件开始对树脂视频图像实时分析，识别树脂视频图像中阴阳树脂的百分比占比，在工控机5的界面上显示结果，并通过模拟信号输出卡8实时输出阴阳树脂的百分比占比至程控PLC6；
步骤三：程控PLC6在接收到阴阳树脂的百分比占比后，控制执行相应的树脂输送工作；
步骤四：程控PLC6的停止工作命令通过数字信号输入卡9输入工控机5后，工控机5停止运行控制树脂界面图像智能识别软件，停止树脂视频图像实时分析。
在步骤二中，实时分析的树脂视频图像为摄像机1实时捕获的视频图像中观测窗3内的树脂区域，输出的为该观测窗3的阴树脂的百分比占比，占比范围为0％-100％，相应的阳树脂的占比为100％－阴树脂占比；
具体处理过程如下：
a)对摄像机1实时捕获的树脂视频图像中观测窗3内树脂区域图像进行去噪、缩放预处理，并将图像从RGB颜色模型转化为HSV颜色模型，处理后的HSV图像和RGB图像尺寸相同；
b)对预处理后的RGB图像和HSV图像进行特征提取与分类识别，识别结果包括全阴树脂、全阳树脂和阴阳混合树脂三类，当全阴树脂对应百分比占比为100％，则全阳树脂对应百分比占比为0％；
如果识别结果为阴阳混合树脂类别，则利用阴阳树脂颜色差别，以像素点为分析对象，对预处理后的RGB图像和HSV图像进行特征提取和无监督聚类，聚类类别为阴树脂和阳树脂两类；
c)分别统计阴阳树脂中属于阴树脂和阳树脂两个类别的像素个数，计算百分比占比。
在步骤三中，树脂输送工作的具体过程如下：
失效树脂从混床输送到分离塔7再生且在分离塔7里实现自动分层后，当摄像机1采集中部观测窗3的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到阴阳树脂有明显分层，且当摄像机1采集下部观测窗3的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到全部是阳树脂时，程控PLC6自动执行阴树脂输送到阴床顺控；
输送阴树脂过程中，当摄像机1采集中部观测窗3的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到阴树脂量占比30％时，程控PLC6停止输送阴树脂，启动输送阳树脂到阳床；
输送阳树脂过程中，当摄像机1采集下部观测窗3的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到有明显的阴阳树脂分界面且阳树脂占比30％时，停止输送阳树脂；
分离塔6输送阴阳树脂步序结束。
本发明还具有以下优点：
7)界面识别率不受外界因素干扰，识别率高，完全取代运行人员在再生过程中实时监控阴阳树脂分层效果；能自动输送阴、阳树脂，自动判断阴阳树脂输送终点；
8)树脂比例调整在不改变分离塔结构情况下，可根据实际需求任意调整阴阳树脂比；调整阴阳树脂比后能有效提高混床周期制水总量，再生设备使用频次相应减少，提高了设备的可靠性；
9)树脂总量监控与预警树脂输送总量实时监控，树脂量异常实时预警防止树脂跑漏；
10)避免了过再生情况，大大减少了再生自用水量、酸碱用量以及废水排放量，可大幅减少电厂实现零排放的投资和运营成本，节能降耗的效果明显；
11)树脂的分离与输送精度提高，树脂配比发生混乱的现象基本消除，高速混床出水水质更加优良和稳定；
12)能实现远程监测及全自动控制树脂再生过程，实现无人值守。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统，其特征在于：包括视窗图像采集单元、智能视频分析单元、通讯单元、程控PLC信号通讯单元和程控PLC(6)；
所述视窗图像采集单元设置于分离塔(7)的观测窗(3)，用于采集分离塔(7)内对应观测窗(3)位置处的树脂视频图像；
所述视窗图像采集单元通过通讯单元与智能视频分析单元通讯连接，所述视窗图像采集单元采集的树脂视频图像通过通讯单元传输至所述智能视频分析单元并保存；
所述智能视频分析单元通过程控PLC信号通讯单元与程控PLC(6)通讯连接；所述程控PLC(6)通过程控PLC信号通讯单元传输智能分析起止命令至所述智能视频分析单元，以控制智能视频分析单元对其内保存的树脂视频图像进行实时分析的开始以及停止；所述智能视频分析单元识别树脂视频图像中阴阳树脂的百分比占比，并通过程控PLC信号通讯单元传输至所述程控PLC(6)，通过所述程控PLC(6)控制执行相应的树脂输送工作；
所述视窗图像采集单元包括摄像机(1)和补光装置(2)；所述摄像机(1)设置在分离塔(7)的观测窗(3)的正面，与分离塔(7)的上部观测窗(3)对应的所述摄像机(1)监控分离塔(7)内的树脂总量，与分离塔(7)的中部观测窗(3)对应的所述摄像机(1)监控分离塔(7)内的阳阴树脂比例，与分离塔(7)的下部观测窗(3)对应的所述摄像机(1)监控分离塔(7)内的阳树脂输送终点，且摄像机(1)为具有网络通信功能的高清工业数字摄像机；
所述补光装置(2)为条形LED灯阵列或环形LED灯阵列，分离塔(7)的每个所述观测窗(3)均对应设置有位于其两侧的两个条形LED灯阵列，或分离塔(7)的每个所述观测窗(3)均对应设置有环绕围合在其外周的一个环形LED灯阵列；
所述程控PLC信号通讯单元包括模拟信号输出卡(8)和数字信号输入卡(9)；
所述智能视频分析单元通过模拟信号输出卡(8)输出阴阳树脂的百分比占比至所述程控PLC(6)，且模拟信号输出卡(8)的通道数大于等于观测窗(3)的个数；
所述程控PLC(6)通过数字信号输入卡(9)将各个观测窗(3)的智能分析起止命令输入至智能视频分析单元，且数字信号输入卡(9)的通道数大于等于观测窗(3)的个数；
所述智能分析起止命令包括开始工作命令和停止工作命令，高电平为开始工作命令，低电平为停止工作命令；
所述智能视频分析单元包括工控机(5)和安装于工控机(5)内的树脂界面图像智能识别软件，工控机(5)运行所述树脂界面图像智能识别软件对树脂视频图像进行实时分析；
所述通讯单元包括交换机(4)，还包括将摄像机(1)、交换机(4)、工控机(5)三者通讯连接的通讯网络。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统的工作方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：开启各摄像机(1)，摄像机(1)通过观测窗(3)采集分离塔(7)内对应位置的树脂视频图像，并将树脂视频图像传输至工控机(5)并保存，等待由数字信号输入卡(9)输入的程控PLC(6)的开始工作命令；
步骤二：工控机(5)接收到开始工作命令后，工控机(5)运行树脂界面图像智能识别软件开始对树脂视频图像实时分析，识别树脂视频图像中阴阳树脂的百分比占比，在工控机(5)的界面上显示结果，并通过模拟信号输出卡(8)实时输出阴阳树脂的百分比占比至程控PLC(6)；
步骤三：程控PLC(6)在接收到阴阳树脂的百分比占比后，控制执行相应的树脂输送工作；
步骤四：程控PLC(6)的停止工作命令通过数字信号输入卡(9)输入工控机(5)后，工控机(5)停止运行控制树脂界面图像智能识别软件，停止树脂视频图像实时分析。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统的工作方法，其特征在于：在步骤二中，实时分析的树脂视频图像为摄像机(1)实时捕获的视频图像中观测窗(3)内的树脂区域，输出的为该观测窗(3)的阴树脂的百分比占比，占比范围为0％-100％，相应的阳树脂的占比为100％－阴树脂占比；
具体处理过程如下：
a)对摄像机(1)实时捕获的树脂视频图像中观测窗(3)内树脂区域图像进行去噪、缩放预处理，并将图像从RGB颜色模型转化为HSV颜色模型，处理后的HSV图像和RGB图像尺寸相同；
b)对预处理后的RGB图像和HSV图像进行特征提取与分类识别，识别结果包括全阴树脂、全阳树脂和阴阳混合树脂三类，当全阴树脂对应百分比占比为100％，则全阳树脂对应百分比占比为0％；
如果识别结果为阴阳混合树脂类别，则利用阴阳树脂颜色差别，以像素点为分析对象，对预处理后的RGB图像和HSV图像进行特征提取和无监督聚类，聚类类别为阴树脂和阳树脂两类；
c)分别统计阴阳树脂中属于阴树脂和阳树脂两个类别的像素个数，计算百分比占比。
4.根据权利要求2所述的基于机器视觉的树脂再生实时在线测控系统的工作方法，其特征在于：在步骤三中，树脂输送工作的具体过程如下：
失效树脂从混床输送到分离塔(7)再生且在分离塔(7)里实现自动分层后，当摄像机(1)采集中部观测窗(3)的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到阴阳树脂有明显分层，且当摄像机(1)采集下部观测窗(3)的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到全部是阳树脂时，程控PLC(6)自动执行阴树脂输送到阴床顺控；
输送阴树脂过程中，当摄像机(1)采集中部观测窗(3)的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到阴树脂量占比30％时，程控PLC(6)停止输送阴树脂，启动输送阳树脂到阳床；
输送阳树脂过程中，当摄像机(1)采集下部观测窗(3)的树脂视频图像经智能视频分析单元实时分析识别到有明显的阴阳树脂分界面且阳树脂占比30％时，停止输送阳树脂；
分离塔(6)输送阴阳树脂步序结束。
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