CN110760895B - 铜电积车间极板电路故障实时监测预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜电积车间极板电路故障实时监测预警系统，包括具有红外热成像功能的球型视频监控摄像机、数据传输链路、局域网系统、服务器、计算机显示和操作设备，多台摄像机、服务器以及计算机显示和操作设备通过数据传输链路接入局域网系统，服务器上安装有视频监控和分析单元；通过温度监测，判断极板是否出现电路故障。即：设定槽面正常温度下限为T_l，上限为T_h，实时温度为T₀。当T₀>T_h时，认为出现“短路”故障，当T₀<T_l时，认为出现“断路”故障。本发明原理清晰，实现效果好，结构稳定，适合大规模工业化生产应用。

Description

铜电积车间极板电路故障实时监测预警方法

技术领域

本发明属于湿法冶金技术领域，涉及一种铜电积车间极板电路故障实时监测预警方法，实现对铜电积车间极板电流回路“短路”及“断路”故障进行实时监测和预警。

背景技术

湿法冶金铜电积过程中，阳极板和阴极板通过导电横梁与电积槽面上导电板搭接形成电流回路，通过电积效应生产出合格的阴极铜产品。由于实际生产过程中受出入槽作业、极板间距调整不合理、导电横梁与导电板接触不良、绝缘子脱落或者长期使用后极板弯曲变形等情况影响，电流回路容易出现“短路”或(和)“断路”故障(简称电路故障)，并造成多方面损失：一、阴极铜产品质量受到破坏，有的形不成合格产品，有的售价达不到预期；二、电流效率降低，生产成本提高；三、阴极板和阳极板受到电积槽内酸性溶液腐蚀，严重短路时发生“烧板”，阴、阳极板使用寿命缩短。工业化生产中，随着电积槽、阳极板、阴极板数量增多，生产年限增加和设备老化，电路故障发生频率越来越高，发现和处置的及时性得不到保障，造成损失较大。比如，传统检测方法主要通过人员手持测温仪测量电积槽面温度，并人工判断电流回路是否出现故障；这种方法虽然简单，但人员需求量大，故障发现不及时，漏检率和误判率高。

近年来，在有色冶炼行业也有其他一些相关报道。比如：

赵仁涛等在《红外热成像技术在铜电解电流分布测量中的应用》(红外应用,2015,37(11):981-985)一文中，对火法冶炼铜电解工艺过程中，温度和电流、电压的拟合关系进行了介绍，对温度变化和电路故障的关系提供了部分理论支撑，但未对电路故障诊断具体实现方法和流程进行清晰描述。

侯宇等在《红外热成像温度监测技术在铝电解槽的应用研究》(冶金自动化,2015(39),62)一文中公布了一种火法冶炼铝电解槽“短路”故障监测装置，张雨等在《铜电解槽短路故障诊断及电流分布建模方法研究》(北京：北方工业大学，2016)一文中公布了一种火法冶炼铜电解槽“短路”故障监测装置。这两种装置基本原理是：通过在电解槽上方安装玻璃钢轨道、在轨道上安装监测小车，小车再安装红外相机，通过可编程逻辑控制器控制小车行进动作并对槽面表面拍照；获取后照片再进行灰度分析，并判断极板是否出现“短路”。第一方面，两项报道中均未对具体实现方法和流程给出描述；第二方面，原文所称，该类装置受到轨道、小车、红外相机、网络传输等各种限制，稳定性和适用性不高。比如，车间跨度大时，轨道安装和小车控制无法实现；小车移动受到行车等吊装设备制约。

因此，在大规模工业化生产条件下，发明一种实时发现、分析、判断和预警铜电积车间极板电路故障的方法，对优化铜电积车间生产组织、提高铜产品质量、降低生产成本，具有重要作用。现有各类装置、方法和研究成果，均无法满足工业化生产应用要求。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：采用信息技术手段，提供一种铜电积车间极板电路故障实时监测预警的方法，满足大规模工业化生产条件下快速定位铜电积车间极板电路故障位置，并实时在线分析预警需要。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铜电积车间极板电路故障实时监测预警系统，其包括具有红外热成像功能的球型视频监控摄像机、数据传输链路、局域网系统、服务器、计算机显示和操作设备，多台摄像机、服务器以及计算机显示和操作设备通过数据传输链路接入局域网系统，服务器上安装有视频监控和分析单元；摄像机有M个，M>1，每个摄像机按照均匀排序方式固定安装在铜电积槽斜上方，摄像机中设置触发预警的正常温度下限T_l、正常温度上限T_h，摄像机的红外热成像镜头照射铜电积槽面进行测温，测得实时温度T₀，摄像机对比T_l、T_h和T₀关系，判断是否存在T₀>T_h或T₀<T_l的情况，并将T₀>T_h或T₀<T_l的预警位置信息、实时温度T₀、温度下限T_l、温度上限T_h传输到视频监控和分析单元中；视频监控和分析单元进行数据处理、存储并触发电路故障预警，将预警信息推送到计算机显示和操作设备；现场工作人员收到预警信息，按照预警信息复核指定区域极板电路故障情况，并予以解决。

其中，还包括：磁盘阵列，通过数据传输链路接入局域网系统，摄像机的红外热成像镜头照射铜电积槽面采集的视频信息存储到磁盘阵列。

其中，多个摄像机种，每个摄像机的温度下限T_l和温度上限T_h相同或不同。

其中，M个摄像机中，第m个摄像机设置N_m个预置点位，并根据预置点位设置自动巡航路径；在第m个摄像机的第n个预置点位监测范围内，采用面测温方式，设置P_mn个温度监测区域。

其中，当摄像机完全垂直照射铜电积槽面时，红外热成像镜头与最近监测位置的距离为D_s，要求摄像机红外热成像最近有效视距L_s<D_s。

其中，当摄像机按照巡航路径旋转时，红外热成像镜头与最远监测位置的距离为D_l，要求摄像机红外热成像最远有效视距L_l>D_l。

其中，所述摄像机第P_mn个面测温尺寸，不小于摄像机可监测目标对象的最小尺寸；设摄像机一共允许设置的测温区域为Q个，单次照射测温允许设置的测温区域为C个，则Q>N_m×P_mn，且C>P_mn。

其中，所述视频监控和分析单元对M个摄像机、M×N_m个预置点位、M×N_m×P_mn个温度监测区域进行编号，编号与铜电积槽面位置相对应，用于准确识别预警位置。

其中，所述视频监控和分析单元长期显示发生预警但未经处理的信息，直到操作人员确认处理完毕。

本发明还提供一种铜电积车间极板电路故障实时监测预警方法，其包括以下步骤：

步骤一、视频监控和分析软件安装在服务器上；

步骤二、摄像机对铜电积车间槽面某区域进行照射测温，获得被照射区域实时温度T₀；同时，视频信息存储到磁盘阵列；

步骤三、摄像机中，对比T_l、T_h和T₀关系，判断是否存在T₀>T_h或T₀<T_l的情况；

步骤四、摄像机将T₀>T_h或T₀<T_l的预警位置信息、实时温度T₀、温度下限T_l、温度上限T_h传输到视频监控和分析单元中；

步骤五、视频监控和分析单元进行数据处理，并触发电路故障预警，将预警信息推送到计算机显示和操作设备；同时，视频监控和分析单元存储当前预警信息；

步骤六、现场工作人员收到预警信息，按照预警信息复核指定区域极板电路故障情况，并予以解决；

步骤七、工作人员在视频监控和分析单元记录故障核查及处理情况，查看历史视频信息和预警信息。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的铜电积车间极板电路故障实时监测预警方法，辅助进行铜电积生产车间生产组织，可以达到以下效果：

(1)原理清晰，实现效果好，结构稳定，适合大规模工业化生产应用。

(2)减少铜电积车间槽面测温作业人员数量，特别是缩减大规模生产环境中的人员数量。以实施例计算，单个铜电积车间大约可以减少2名槽面巡检和操作人员。

(3)提高电流回路“短路”和(或)“断路”故障发现的及时性。以实施例计算，单个车间可以在5分钟内发现一次电路故障监测。

(4)提高阴极铜产品质量。以实施例计算，单个铜电积车间全年至少增加70吨合格阴极铜。

(5)及时避免电路故障后，电流效率增加，阴极板和阳极板受到腐蚀的时间缩短、寿命延长，生产成本降低。

附图说明

图1为本发明所需设备和设备连接示意图。

图2为本发明监测预警方法的基本流程图。

图3为本发明摄像机安装位置示意图。

图4为本发明面测温设置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明的思路是：将铜电积车间槽面某区域温度作为电路故障输出指标，通过温度监测，判断极板是否出现电路故障。即：设定槽面正常温度下限为T_l，上限为T_h，实时温度为T₀。当T₀>T_h时，认为出现“短路”故障，当T₀<T_l时，认为出现“断路”故障。

本发明用到的设备和系统是：具有红外热成像功能的球型视频监控摄像机(简称摄像机)、数据传输链路、局域网系统、服务器、磁盘阵列、计算机显示和操作设备，服务器上集成有视频监控和分析单元。

本发明的具体步骤是：

步骤一、多台摄像机、服务器、磁盘阵列以及计算机等显示和操作设备，通过数据传输链路全部接入局域网系统，视频监控和分析软件安装在服务器上

步骤二、摄像机对铜电积车间槽面某区域进行照射测温，获得被照射区域实时温度T₀；同时，视频信息存储到磁盘阵列；

步骤三、摄像机中，对比T_l、T_h和T₀关系，判断是否存在T₀>T_h或T₀<T_l的情况；

步骤四、摄像机将T₀>T_h或T₀<T_l的预警位置信息、实时温度T₀、温度下限T_l、温度上限T_h传输到视频监控和分析单元中；

步骤五、视频监控和分析单元进行数据处理，并触发电路故障预警，将预警信息推送到计算机显示和操作设备；同时，视频监控和分析单元存储当前预警信息

步骤六、现场工作人员收到预警信息，按照预警信息复核指定区域极板电路故障情况，并予以解决；

步骤七、工作人员在视频监控和分析单元记录故障核查及处理情况，查看历史视频信息和预警信息。

本发明关键点一：摄像机安装和设置

第一步、一共安装M个摄像机，M>1；每个摄像机按照均匀排序方式，固定安装在铜电积槽斜上方，红外热成像镜头可照射铜电积槽面进行测温；

第二步、为每个摄像机设置触发预警的正常温度下限为T_l和正常温度上限为T_h。每个摄像机T_l和T_h可相同，也可不同；

第三步、为第m个摄像机设置N_m个预置点位，并根据预置点位设置自动巡航路径；

第四步、在第m个摄像机的第n个预置点位监测范围内，采用面测温方式，设置P_mn个温度监测区域；

本发明关键点二：视频监控和分析单元功能

功能一、对M个摄像机、M×N_m个预置点位、M×N_m×P_mn个温度监测区域进行编号，编号与铜电积槽面位置相对应，用于准确识别预警位置；

功能二、接收和显示摄像机返回的视频监控影像信息；

功能三、接收和显示摄像机反馈的预警位置信息、实时温度T₀、温度下限T_l、温度上限T_h，生成电路故障预警，并长期存储预警信息；

功能四、操作人员登录视频监控和分析单元，查看预警详细信息、视频信息，记录电路故障复核和处理情况；

功能五、长期显示发生预警但未经处理的信息，直到操作人员确认处理完毕；

本发明关键点：摄像机选择

条件一、具有红外热成像功能的视频监控摄像机，能够设置触发预警的正常温度下限T_l和正常温度上限T_h；

条件二、球型视频监控摄像机，可设置多个预置点位和巡航路径；

条件三、当摄像机完全垂直照射铜电积槽面时，红外热成像镜头与最近监测位置的距离为D_s，要求摄像机红外热成像最近有效视距L_s<D_s；

条件四、当摄像机按照巡航路径旋转式，红外热成像镜头与最远监测位置的距离为D_l，要求摄像机红外热成像最远有效视距L_l>D_l；

条件五、摄像机单次照射测温范围，不超过摄像机水平视场角允许范围；

条件六、摄像机预置点位和巡航路径设置，必须同时满足条件三、条件四、条件五的共同约束；

条件七、摄像机第P_mn个面测温尺寸，不能小于摄像机可监测目标对象的最小尺寸；

条件八、设摄像机一共允许设置的测温区域为Q个，单次照射测温允许设置的测温区域为C个，则Q>N_m×P_mn，且C>P_mn。

实施例

某海外湿法冶金铜矿共有3个电积车间。如图3所示，其中一个车间有4个电积槽单元，每单元长40米、含35个电积槽，每槽64块阳极板、63块阴极板。

如图3所示，单个车间选择6个如下参数的摄像机，并均匀安装在电积槽单元旁边工字钢支撑横梁上：

参数	参数描述
		名称	非制冷焦平面红外热成像双光谱球型摄像机
Ls实际值	12米
		Ll实际值	23米
水平视场角γ	24.6°
		Q实际值	30
C实际值	5
		目标对象最小尺寸	长、宽0.1m

在服务器上安装视频监控和分析软件，并将摄像机、服务器、磁盘阵列、计算机等显示和操作设备，通过RJ-45网线、光缆、无线信号等数据传输链路，接入该铜矿的局域网系统中。所有与局域网系统连接的计算机等显示和操作设备均可共享视频监控和电路故障预警信息。

每个摄像机设置正常温度下限T_l＝43°，正常温度上限T_h＝55°；每个摄像机设置4个预置点位，每个预置点位按照图4方法，设置3个面测温区域。

以车间为单位，按车间编号-摄像机编号-预置点位编号-面测温区域编号规则，为每个摄像机预置点位内测温区域编号，录入视频监控和分析软件。

发生电路故障时，摄像机将预警信息推送到视频监控和分析软件，视频监控和分析软件分析后，触发“短路”和/或“断路”的故障预警。预警信息以待处理列表方式在视频监控和分析软件中显示，提醒操作人员复核并处理电路故障。单个铜电积车间中，人工检查一个电积槽单元电路故障所需时间约为1个小时，而采用该方法后，自动巡航检查时间小于5分，并减少2名槽面巡检和作业人员。

操作人员通过计算机登录视频监控和分析软件，查看预警详细信息、视频信息，处理电路故障并记录复核和处理情况。未经处理的预警信息将一直显示在电路故障列表中，直到确认处理完毕。根据统计，采用该方法后，一个电积槽单元一天内至少比人工检查发现1次以上电路故障。以一片合格阴极铜板重量为50千克计算，单个车间全年增加合格阴极铜70吨以上。

根据实际运行统计，采用该方法后，单个铜电积车间电流效率提高约0.05％-0.1％。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种铜电积车间极板电路故障实时监测预警系统，其特征在于，包括具有红外热成像功能的球型视频监控摄像机、数据传输链路、局域网系统、服务器、计算机显示和操作设备，多台摄像机、服务器以及计算机显示和操作设备通过数据传输链路接入局域网系统，服务器上安装有视频监控和分析单元；摄像机有M个，M>1，每个摄像机按照均匀排序方式固定安装在铜电积槽斜上方；摄像机中设置触发预警的正常温度下限T_l、正常温度上限T_h，摄像机的红外热成像镜头照射铜电积槽面进行测温，测得实时温度T₀，摄像机对比T_l、T_h和T₀关系，判断是否存在T₀>T_h或T₀<T_l的情况，并将T₀>T_h或T₀<T_l的预警位置信息、实时温度T₀、温度下限T_l、温度上限T_h传输到视频监控和分析单元中；视频监控和分析单元进行数据处理、存储并触发电路故障预警，将预警信息推送到计算机显示和操作设备；现场工作人员收到预警信息，按照预警信息复核指定区域极板电路故障情况，并予以解决；

还包括：磁盘阵列，通过数据传输链路接入局域网系统，摄像机的红外热成像镜头照射铜电积槽面采集的视频信息存储到磁盘阵列；

多个摄像机种，每个摄像机的温度下限T_l和温度上限T_h相同或不同；

M个摄像机中，第m个摄像机设置N_m个预置点位，并根据预置点位设置自动巡航路径；在第m个摄像机的第n个预置点位监测范围内，采用面测温方式，设置P_mn个温度监测区域。

2.如权利要求1所述的铜电积车间极板电路故障实时监测预警系统，其特征在于，当摄像机完全垂直照射铜电积槽面时，红外热成像镜头与最近监测位置的距离为D_s，要求摄像机红外热成像最近有效视距L_s<D_s。

3.如权利要求1所述的铜电积车间极板电路故障实时监测预警系统，其特征在于，当摄像机按照巡航路径旋转时，红外热成像镜头与最远监测位置的距离为D_l，要求摄像机红外热成像最远有效视距L_l>D_l。

4.如权利要求2或3所述的铜电积车间极板电路故障实时监测预警系统，其特征在于，所述摄像机第P_mn个面测温尺寸，不小于摄像机可监测目标对象的最小尺寸；设摄像机一共允许设置的测温区域为Q个，单次照射测温允许设置的测温区域为C个，则Q>N_m×P_mn，且C>P_mn。

5.如权利要求4所述的铜电积车间极板电路故障实时监测预警系统，其特征在于，所述视频监控和分析单元对M个摄像机、M×N_m个预置点位、M×N_m×P_mn个温度监测区域进行编号，编号与铜电积槽面位置相对应，用于准确识别预警位置。

6.如权利要求5所述的铜电积车间极板电路故障实时监测预警系统，其特征在于，所述视频监控和分析单元长期显示发生预警但未经处理的信息，直到操作人员确认处理完毕。

7.一种采用权利要求1-6中任意一项所述铜电积车间极板电路故障实时监测预警系统的铜电积车间极板电路故障实时监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、视频监控和分析软件安装在服务器上；

步骤二、摄像机对铜电积车间槽面某区域进行照射测温，获得被照射区域实时温度T₀；同时，视频信息存储到磁盘阵列；

步骤三、摄像机中，对比T_l、T_h和T₀关系，判断是否存在T₀>T_h或T₀<T_l的情况；

步骤四、摄像机将T₀>T_h或T₀<T_l的预警位置信息、实时温度T₀、温度下限T_l、温度上限T_h传输到视频监控和分析单元中；

步骤五、视频监控和分析单元进行数据处理，并触发电路故障预警，将预警信息推送到计算机显示和操作设备；同时，视频监控和分析单元存储当前预警信息；

步骤六、现场工作人员收到预警信息，按照预警信息复核指定区域极板电路故障情况，并予以解决；

步骤七、工作人员在视频监控和分析单元记录故障核查及处理情况，查看历史视频信息和预警信息。

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