CN112526391A - 电解槽故障检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电解槽故障检测系统及方法，通过实时获取并从电解槽的红外热图像中提取出电解槽的边界轮廓以及规格信息；根据规格信息查找电解槽的极板位置，并根据极板位置以及电解槽的边界轮廓确定电解槽各个极板在红外热图像的位置；基于各个极板在红外热图像的位置，统计各个极板在红外热图像的平均亮度，将各个极板的平均亮度分别与预设的亮度阈值进行比较，并根据比较结果判断各个极板是否发生故障，相比现有的人工检测方法，能快速检测出电解槽中是否存在极板中是否存在故障，并对故障极板实现定位。
Description
技术领域
本发明涉及电解槽故障检测技术领域，具体涉及电解槽故障检测系统及方法。
背景技术
ISA(永久阴极电解，又名艾萨)电解法是现代流行的铜电解提纯法。其特点是阴极为永久性的不锈钢板，在不锈钢阴极板上析出电解铜，然后定期取出剥离作为成品。不锈钢阴极平直，阴极质量高。
现有的ISA(永久阴极电解，又名艾萨)电解法为保证日生产总量，降低电能消耗，需要在尺寸一定的电解槽中放置尽量多的极板对数，但出于对生产安全的考虑，通常电解槽中的同极中心距会取80mm-110mm。那么除去阴极和阳极自身的宽度，阴极与阳极相邻表面的距离只有10-20mm。在生产过程中就会出现由于电极放置不正或阴极析出树枝状结晶而引起短路的情况。由于电解车间的电解槽数量多，槽面温度高、酸性液体腐蚀性强、工作环境差，传统工艺中将每个电解槽每根铜棒测量一遍是一个费时费力的工作。对于如何及时发现某个电解槽的某路电解铜棒短路，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了电解槽故障检测系统及方法，用于解决现有的人工检测电解槽的方法效率不高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种电解槽故障检测系统，包括：采集组件以及与所述采集组件连接的数据处理组件，所述采集组件用于实时获取电解槽的红外热图像，并将所述红外热图像发送给所述数据处理组件；
所述数据处理组件用于接收并从所述红外热图像中提取电解槽的边界轮廓以及规格信息，根据所述规格信息查找电解槽的极板位置，并根据所述极板位置以及电解槽的边界轮廓确定各个极板在红外热图像上的位置；基于各个极板在红外热图像上的位置，分别统计各个极板在所述红外热图像上的平均亮度，将各个极板的平均亮度分别与预设的亮度阈值进行比较，根据比较结果判断各个极板是否发生故障。
优选的，所述电解槽包括多个，多个电解槽均设置在同一检测区域，所述采集组件设置在所述检测区域顶部；
所述数据处理组件还用于获取在所述检测区域的多个电解槽的预置位，并将所述预置位发送给所述采集组件；
所述采集组件用于根据所述预置位依次对多个电解槽做间歇性的、周期性的扫描运动，以获取多个电解槽的红外热图像。
优选的，所述采集组件包括带水平俯仰调节的精密转台以及设置在所述精密转台上的带有短焦红外摄像头和长焦红外摄像头的双目红外探测器，所述精密转台与所述双目红外探测器均与所述数据处理组件连接；
所述数据处理组件用于将多个电解槽的预置位依次发送给所述精密转台，并控制所述精密转台依次旋转与所述预置位对应的角度，以使所述双目红外探测器扫描到所述预置位对应的电解槽；
所述双目红外探测器用于扫描多个电解槽的红外热图像，并将多个电解槽的红外热图像发送给所述数据处理组件。
优选的，所述数据处理组件包括边界轮廓提取模块，所述边界轮廓提取模块用于通过Canny(坎尼)边缘检测算法检测出所述红外热图像的边缘像素；基于所述边缘像素，并采用hough变换(霍夫变换)识别图像中的直线段；并根据先验知识从所述直线段中筛选出电解槽的边界轮廓，其中，所述先验知识包括方向约束、平行约束以及设备安装约束。
优选的，所述数据处理组件包括滤波定位模块，所述滤波定位模块用于沿极板朝向方向对所述红外热图像进行均值滤波；沿金属棒裸露区域对均值滤波后的红外热图像进行方向滤波；结合获取得到的所述极板位置在滤波后的红外热图像中电解槽的边界轮廓中均匀地分割出各个极板的位置。
优选的，所述数据处理组件用于当任一极板的平均亮度大于所述亮度阈值时，判断所述极板存在短路故障，所述亮度阈值＝所述电解槽内的平均亮度均值+调节系数×所述电解槽内的亮度方差，其中，所述调节系数为大于1的正数。
一种电解槽故障检测方法，包括以下步骤：
实时获取电解槽的红外热图像，并从所述红外热图像中提取电解槽的边界轮廓以及规格信息；
根据所述规格信息查找电解槽的极板位置，并根据所述极板位置以及电解槽的边界轮廓确定各个极板在红外热图像上的位置；
基于各个极板在红外热图像上的位置，分别统计各个极板在所述红外热图像上的平均亮度，将各个极板的平均亮度分别与预设的亮度阈值进行比较，当任一极板的平均亮度大于所述亮度阈值时，判断所述极板存在短路故障。
优选的，所述电解槽包括多个，且多个电解槽均设置在同一检测区域，获取电解槽的红外热图像，具体包括以下步骤：
获取多个电解槽在所述检测区域的预置位；
根据所述预置位驱动设置在所述检测区域顶部的双目红外探测器依次对多个电解槽做间歇性的、周期性的扫描运动，以获取多个电解槽的红外热图像。
优选的，从所述红外热图像中提取电解槽的边界轮廓，具体包括以下步骤：
通过Canny边缘检测算法检测出所述红外热图像的边缘像素；
基于所述边缘像素，并采用hough变换识别图像中的直线段；
使用先验知识从所述直线段中筛选出电解槽的边界轮廓，其中，所述先验知识包括如方向约束、平行约束以及设备安装约束。
优选的，根据所述极板位置以及电解槽的边界轮廓确定电解槽各个极板在红外热图像的位置，具体包括以下步骤：
沿极板朝向的方向对所述红外热图像进行均值滤波；
沿金属棒裸露区域对均值滤波后的红外热图像进行方向滤波；
结合获取得到的所述极板位置在所述红外热图像中电解槽的边界轮廓中均匀地分割出每根极板的位置。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的电解槽故障检测系统及方法，通过实时获取并从电解槽的红外热图像中提取出电解槽的边界轮廓以及规格信息；根据规格信息查找电解槽的极板位置，并根据极板位置以及电解槽的边界轮廓确定电解槽各个极板在红外热图像的位置；基于各个极板在红外热图像的位置，统计各个极板在红外热图像的平均亮度，将各个极板的平均亮度分别与预设的亮度阈值进行比较，并根据比较结果判断各个极板是否发生故障，相比现有的人工检测方法，能快速检测出电解槽中是否存在极板中是否存在故障，并对故障极板实现定位。
2、在优选方案中，本发明中的电解槽故障检测系统及方法通过将设置在所述检测区域顶部的双目红外探测器，并根据位置信息驱动设置在检测区域顶部的双目红外探测器拍摄依次对多个电解槽做间歇性的、周期性的扫描运动，以获得包含多个电解槽的红外热全景图，并同时对红外热全景图中的多个电解槽进行故障检测，进一步提高了检测的工作效率，此外，通过将长焦和短焦相结合的双目红外探测器设置检测区域顶部，能进一步提高光电探测时的定位精度，扩大了探测视角并且降低了探测成本。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明中的一种电解槽故障检测系统的结构简图；
图2是本发明优选实施例中的一种电解槽故障检测系统的结构图；
图3是本发明优选实施例中的采集组件的安装布局图；
图4是本发明优选实施例中的应用服务器的结构简图；
图5是本发明优选实施例中的应用服务器的工作流程图；
图6是本发明优选实施例中的电解槽轮廓边界检测图；
图7是本发明优选实施例中的短路检测图；
图8是本发明优选实施例中的客户主机端的第一界面；
图9是本发明优选实施例中的客户主机端的第二界面；
图10是本发明优选实施例中的客户主机端的第三界面；
图11是本发明优选实施例中的客户主机端的第四界面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
如图1所示,本发明公开了一种电解槽故障检测系统，包括：采集组件以及与采集组件连接的数据处理组件，采集组件用于实时获取电解槽的红外热图像，并将红外热图像发送给数据处理组件；
数据处理组件用于接收并从红外热图像中提取电解槽的边界轮廓以及规格信息，根据规格信息查找电解槽的极板位置，并根据极板位置以及电解槽的边界轮廓确定各个极板在红外热图像上的位置；基于各个极板在红外热图像上的位置，分别统计各个极板在红外热图像上的平均亮度，将各个极板的平均亮度分别与预设的亮度阈值进行比较，根据比较结果判断各个极板是否发生故障。
另外，在本实施例中，本发明还公开了一种电解槽故障检测方法，包括以下步骤：
实时获取电解槽的红外热图像，并从红外热图像中提取电解槽的边界轮廓以及规格信息；
根据规格信息查找电解槽的极板位置，并根据极板位置以及电解槽的边界轮廓确定各个极板在红外热图像上的位置；
基于各个极板在红外热图像上的位置，分别统计各个极板在红外热图像上的平均亮度，将各个极板的平均亮度分别与预设的亮度阈值进行比较，根据比较结果判断各个极板是否发生故障。
本发明中的电解槽故障检测系统及方法，通过实时获取并从电解槽的红外热图像中提取出电解槽的边界轮廓以及规格信息；根据规格信息查找电解槽的极板位置，并根据极板位置以及电解槽的边界轮廓确定电解槽各个极板在红外热图像的位置；基于各个极板在红外热图像的位置，统计各个极板在红外热图像的平均亮度，将各个极板的平均亮度分别与预设的亮度阈值进行比较，并根据比较结果判断各个极板是否发生故障，相比现有的人工检测方法，能快速检测出电解槽中是否存在极板中是否存在故障，并对故障极板实现定位。
实施例二：
实施例二是实施例的拓展实施例，其与实施例一的不同之处在于，对于电解槽故障检测系统的结构和功能进行了细化，包括以下内容：
在本实施例中，如图2所示，公开了一种电解槽故障检测系统，包括多组采集组件(即图中的双目广域监测转台)、与多组采集组件连接的数据处理组件以及与数据处理组件连接的客户主机端；
其中，采集组件包括带水平俯仰调节的精密转台，处理器以及通过光学负载平台固定在精密转台上的带有短焦红外摄像头和长焦红外摄像头的双目红外探测器，精密转台与双目红外探测器均通过处理器与数据处理组件连接；
在优选方案中，光学负载平台包括2台640*512分辨率红外探测器和适配的长焦和短焦无热化光学镜头；带俯仰调节的精密转台含方位和俯仰两个旋转方向，定位定精0.01°，水平范围360°，俯仰范围+90°～-45°；红外探测器设置有电口转光口模块，所述电口转光口模块用于接插光电滑环，红外探测器采集的双路红外图像信号经处理器处理后，再经光电滑环传输给所述数据处理组件。
此外，根据检测区域的实际情况，单套采集组件的布置如图3所示，单套采集组件将架设高度距离电解槽约10m至15m，采用顶部安装方式，扫描360°范围。架设位置考虑天车协助，搭建维护平台，方便安装和维护。单套采集组件搭载2部红外探测器，将分别配备35mm短焦和75mm长焦红外镜头。单套采集组件扫描区域设计覆盖16个大槽，约240个小槽。单套采集组件将以步进扫描方式轮巡所有电解槽。例从1号从左至右按图示进行轮巡(轮巡路线以现场调试为准)，采用事先手工标记的方法进行预置位信息标记，最多单套记录255个预置位信息。每个小槽步进和检测时间约5～10秒，单套轮巡约2400秒(40分钟)进行预置位周期性扫描；
客户主机端上设置有操作界面，操作界面用于供用户手动录入电解槽的极板位置或多个电解槽在检测区域的预置位，客户主机端还用于将电解槽的极板位置或多个电解槽在检测区域的预置位发送给所述数据处理组件；
其中，数据处理组件优选为应用服务器，如图4所示，应用服务器中包含图像采集模块、设备控制模块、图像算法模块、数据存储模块以及通信模块。其中，图像采集模块负责与采集组件的红外探测器的连接、配置及图像采集等工作。设备控制模块负责采集组件的精密转台的连接、配置及运动控制等工作。图像算法模块实现电解槽的短路检测和短路定位功能。数据存储模块负责记录系统工作状态、记录报警信息、记录用户操作信息、记录图片、报表生成等工作。通信模块完成与客户主机端的通信，包括报警推送、图片推送等。客户主机端包含台式电脑和声光报警器，与应用服务器端通过光纤网通信。主要完成报警提示及处理、报表展示、用户交互、短路极板温度曲线展示等工作。
具体的，图像算法模块包括边界轮廓提取模块以及滤波定位模块。
其中，应用服务器上的软件流程如图5所示，应用服务器根据现场各个电解槽位分布，生产一一对应的预置位信息(电解槽的位置信息)，将所述预置位信息进行存储、记录和发送至精密转台；
所述精密转台带动所述双目红外探测器根据设定的预置位信息做间歇性的扫描周期性运动的过程中，形成若干个凝视视场，该凝视视场的个数根据设定的预置位信息和360度计算得到。
双目红外探测器间歇性的扫描周期性运动获取多个电解槽的红外热图像，并将所述多个电解槽的红外热图像传输给应用服务器；
应用服务器控制采集组件以步进扫描方式轮询所有电解槽，步进的位置，即电解槽的位置，事先手工标记好。每步进到一个位置，会出现2种情况：一是相机视场内包含一个完整的电解槽；二是相机视场内未包含完整的电解槽，此时对该电解槽需要扫描2次，将2幅图片拼接成一幅包含完整电解槽的图片再处理。对于每幅电解槽图片，事先手工标记待分析区域的位置。由于单张电解槽红外热图很可能未包含一个完整的电解槽，无法有效地执行检测(包括电解槽的定位、短路检测)，因此，将多个完整的电解槽的图片拼接成检测区域的红外热全景图，在该全景图中，槽位置、数量在全景图中一一映射，实现极板定位功能。
此外，应用服务器还用于获取相邻时刻的若干图像，根据若干图像做均差值计算、并采集红外图像中对位位置温度数据以获取目标的图像和温度变化差异，并在，客户主机端程序界面上进行全景温度态势显示。
由于转台重复定位误差，在多次轮询过程中，实际待分析区域位置与手工标记的电解槽的位置存在10个像素以内的偏差。因此在做短路检测之前，还需修正手工标记的待分析区域的位置。以达到设计的短路定位精度[-2,2](短路定位精度：假设电解槽中有N根极板，实际短路极板的编号为n，实际检测到的短路极板的编号为n+e,误差e的范围是[-2,2])。
此外，应用服务器软件对一个视场图像，先做图像矫正、细节增强，修正转台定位误差，然后依次分析视场内的每个电解槽，执行短路检测和定位，最后将结果存数据库并报送客户主机端。通过边界轮廓提取模块、滤波定位模块对电解槽内的极板进行滤波定位，最后通过求取每根阴极棒的平均亮度，并统计亮度均值和方差，最后设定阈值，亮度高于阈值的阴极棒为短路阴极棒，从而实现短路报警率100％，和极低的虚报率。其中，短路报警率：假设电解槽某根极板发生短路，短路严重情况影响着极板温升速率，一定时间后系统将触发极板短路报警。
其中，边界轮廓提取模块用于通过Canny边缘检测算法检测出红外热图像的边缘像素；基于边缘像素，并采用hough变换识别图像中的直线段；并根据先验知识从直线段中筛选出电解槽的边界轮廓，其中，先验知识包括如方向约束、平行约束以及设备安装约束；
在本实施例中，边界轮廓提取如图6所示，每个电解槽可识别出三条直线，左侧的黑色直线为电解槽左边界，上下各一条白色直线表示电解槽的上下边界，由此确定重点监测区域，为黑色直线左侧的金属棒裸露区域。
滤波定位模块用于沿极板朝向的方向对红外热图像进行均值滤波；沿金属棒裸露区域执行方向对均值滤波后的红外热图像再一次滤波；结合获取得到的极板位置在红外热图像中电解槽的边界轮廓中均匀地分割出各个极板的位置。
滤波定位模块中已得到电解棒的朝向，为了更稳定的检测并定位出短路阴极棒，设计沿电解棒朝向的方向均值滤波。首先对图像金属棒裸露区域执行方向滤波，接着均匀地分割出每根阴极棒的位置；
短路检测基于短路阴极棒温度升高、热辐射量显著增大的特点，因此，在均匀地分割出每根阴极棒的位置后，求取每根阴极棒的平均亮度，并统计亮度均值和方差，最后设定阈值，亮度高于阈值的阴极棒为短路阴极棒。结果如图7所示，检测到的短路阴极棒为第34根，用红色标记，阴极棒温度约为82度。
此外，如图8-图11所示，客户主机端程序界面示意图，界面主要包括全景温度显示与预警、极板短路显示与定位、报警事件统计分析等。例极板短路显示与定位界面中左侧为菜单栏，包括设备管理、统计分析、事件回溯、设备日志及系统管理。界面中间区域可展示厂区全景态势。若某根极板短路，则自动弹出细节图，并以动画形式标注出是哪个区域、哪个槽、哪根极板发生短路预警，提示用户及时确认并处理。
综上可知，本发明的电解槽故障检测系统将不同波段的多种类型摄像头拼接、融合与步进凝视技术相结合，在使用2个红外探测器情况下可以实现200多个红外探测器拼接的效果，可以实现水平360度全景成像以及任意槽中极板[-2,2]的定位精度和100％的短路报警率。主要应用电解车间工艺管理，可及时检测每个槽的工作状态并实现及时报警和远程操作，可大大降低人力成本，提高检测效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电解槽故障检测系统，其特征在于，包括：采集组件以及与所述采集组件连接的数据处理组件，所述采集组件用于实时获取电解槽的红外热图像，并将所述红外热图像发送给所述数据处理组件；
所述数据处理组件用于接收并从所述红外热图像中提取电解槽的边界轮廓以及规格信息，根据所述规格信息查找电解槽的极板位置，并根据所述极板位置以及电解槽的边界轮廓确定各个极板在红外热图像上的位置；基于各个极板在红外热图像上的位置，分别统计各个极板在所述红外热图像上的平均亮度，将各个极板的平均亮度分别与预设的亮度阈值进行比较，根据比较结果判断各个极板是否发生故障。
2.根据权利要求1所述的电解槽故障检测系统，其特征在于，所述电解槽包括多个，多个电解槽均设置在同一检测区域，所述采集组件设置在所述检测区域顶部；
所述数据处理组件还用于获取在所述检测区域的多个电解槽的预置位，并将所述预置位发送给所述采集组件；
所述采集组件用于根据所述预置位依次对多个电解槽做间歇性的、周期性的扫描运动，以获取多个电解槽的红外热图像。
3.根据权利要求2所述的电解槽故障检测系统，其特征在于，所述采集组件包括带水平俯仰调节的精密转台以及设置在所述精密转台上的带有短焦红外摄像头和长焦红外摄像头的双目红外探测器，所述精密转台与所述双目红外探测器均与所述数据处理组件连接；
所述数据处理组件用于将多个电解槽的预置位依次发送给所述精密转台，并控制所述精密转台依次旋转与所述预置位对应的角度，以使所述双目红外探测器扫描到所述预置位对应的电解槽；
所述双目红外探测器用于扫描多个电解槽的红外热图像，并将多个电解槽的红外热图像发送给所述数据处理组件。
4.根据权利要求1所述的电解槽故障检测系统，其特征在于，所述数据处理组件包括边界轮廓提取模块，所述边界轮廓提取模块用于通过Canny边缘检测算法检测出所述红外热图像的边缘像素；基于所述边缘像素，并采用hough变换识别图像中的直线段；并根据先验知识从所述直线段中筛选出电解槽的边界轮廓，其中，所述先验知识包括方向约束、平行约束以及设备安装约束。
5.根据权利要求1所述的电解槽故障检测系统，其特征在于，所述数据处理组件包括滤波定位模块，所述滤波定位模块用于沿极板朝向方向对所述红外热图像进行均值滤波；沿金属棒裸露区域对均值滤波后的红外热图像进行方向滤波；结合获取得到的所述极板位置在滤波后的红外热图像中电解槽的边界轮廓中均匀地分割出各个极板的位置。
6.根据权利要求1所述的电解槽故障检测系统，其特征在于，所述数据处理组件用于当任一极板的平均亮度大于所述亮度阈值时，判断所述极板存在短路故障，所述亮度阈值＝所述电解槽内的平均亮度均值+调节系数×所述电解槽内的亮度方差，其中，所述调节系数为大于1的正数。
7.一种电解槽故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
实时获取电解槽的红外热图像，并从所述红外热图像中提取电解槽的边界轮廓以及规格信息；
根据所述规格信息查找电解槽的极板位置，并根据所述极板位置以及电解槽的边界轮廓确定各个极板在红外热图像上的位置；
基于各个极板在红外热图像上的位置，分别统计各个极板在所述红外热图像上的平均亮度，将各个极板的平均亮度分别与预设的亮度阈值进行比较，当任一极板的平均亮度大于所述亮度阈值时，判断所述极板存在短路故障。
8.根据权利要求7所述的电解槽故障检测方法，其特征在于，所述电解槽包括多个，且多个电解槽均设置在同一检测区域，获取电解槽的红外热图像，具体包括以下步骤：
获取多个电解槽在所述检测区域的预置位；
根据所述预置位驱动设置在所述检测区域顶部的双目红外探测器依次对多个电解槽做间歇性的、周期性的扫描运动，以获取多个电解槽的红外热图像。
9.根据权利要求8所述的电解槽故障检测方法，其特征在于，从所述红外热图像中提取电解槽的边界轮廓，具体包括以下步骤：
通过Canny边缘检测算法检测出所述红外热图像的边缘像素；
基于所述边缘像素，并采用hough变换识别图像中的直线段；
使用先验知识从所述直线段中筛选出电解槽的边界轮廓，其中，所述先验知识包括如方向约束、平行约束以及设备安装约束。
10.根据权利要求9所述的电解槽故障检测方法，其特征在于，根据所述极板位置以及电解槽的边界轮廓确定电解槽各个极板在红外热图像的位置，具体包括以下步骤：
沿极板朝向的方向对所述红外热图像进行均值滤波；
沿金属棒裸露区域对均值滤波后的红外热图像进行方向滤波；
结合获取得到的所述极板位置在所述红外热图像中电解槽的边界轮廓中均匀地分割出每根极板的位置。
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