CN117031258B - 基于温度的电解电路故障检测系统实现方法及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于温度的电解电路故障检测系统实现方法及其监测方法，该方法首先提出倾斜安装的思路实现故障检测系统，通过倾斜安装扩大摄像头的成像范围，能够实现以更少的摄像头拍摄全车间图片，降低车间轨道布置数量和热成像仪的使用数量；其次，通过给出特定的确定方式，能够结合每个电解车间的实际情况确定一个合适的安装角度，在尽量扩大拍摄范围的同时保证图像精度；最后通过最佳倾斜角度确定有效拍摄电解槽组的长度，并依此规划停车点位，确保所使用到的图都是满足检测精度要求的同时实现对拍摄图像的最大化利用，减少停车点位，进而缩短单次检测周期，提高检测效率，确保车间的安全性。

Description

基于温度的电解电路故障检测系统实现方法及其监测方法

技术领域

本发明属于电解车间产业控制技术领域，尤其是涉及一种基于温度的电解电路故障检测系统实现方法及其监测方法。

背景技术

自1979年超达在澳大利亚汤斯维尔开发出ISA法电解精炼工艺，开启了永久阴极板的应用。随着时间的推移，大规模生产阴极铜的现代化电解工艺，在全世界范围内，得到了广泛的推广，越来越多的企业都在采用以永久性不锈钢阴极板大规模生产阴极铜的工艺。

而随着该工艺的推广，电解槽、阳极板、阴极板数量增多，生产年限增加和设备老化等情况也随之出现，电解槽中的电路故障发生频率越来越高。倘若发现和处置及时性得不到保障，将会造成较大损失。因此，在安全生产过程中，极板电路故障检测是至关重要的。在铜电解过程中“短路”现象尤为明显，其危害也是不言而喻的，它将直接影响铜的质量，造成电流的损失，直接影响了电流效率，实际产铜量也会随之下降。另一方面，在发生极间短路的阴极上，板面极间短路部分通常有大面积粗状结晶和结粒，因此，极间短路和阴极板面质量恶化是伴随发生的。

短路会造成短路极板间的电流分布不均匀，使得短路处的电流较大。现有的生产监控办法都是采用拖表检测、触摸、洒水等传统方式来判断阴极板是否出现短路现象。这样的方式，首先，铜电解冶炼车间整体生产环境为强腐蚀、强磁场、高电流的环境，且在生产过程中随着温度的变化电解液会挥发气体形成酸雾，对检测人员的身体健康也会造成一定的危害，这是传统监测方式的弊端之一。其次，电解车间中，处于生产状态的极板是数以万计的，采用传统人工巡查的方式，单次检测耗时长，提高了生产成本。其三，在高强度的工作状态下人工监测还会出现漏检的情况，短路现象的出现会使得极板温度升高且存在一定的时间差，人工监测的方式无法及时的发现并及时的处置，监测方式本身具有较大的滞后性，且会为车间安全生产带来一定的安全隐患，如火灾。

电解车间中，对于单个电解槽极板来说，短路和断路故障发生概率不高，但是通常一个车间会包含上万个电解槽极板，而且电解过程时365天不间断进行的，所以在一个电解车间中，短路和断路这些故障仍然会时常发生。因此，有必要克服人工监测的缺陷，提出自动监测的研究成果。对此，本领域技术人员进行了大量的研究，例如北方工业大学提出过一个铜电解槽短路故障诊断及电流分布建模方法的研究，该研究利用电流具有热效应，其热量的大小和电流成正比，电流越大，温度越高的特点提出使用热成像的方式进行大面积自动排查。但是该方案存在一定的缺陷，例如：

1、该方案在进行拍摄的时候采用的是传统的正向拍摄的思路，这样的方式能够满足拍摄要求，但是效率有限。

2、该方案采用深度学习的方式判断是否存在温度异常的情况，这种方式首先需要大量的训练数据，而在项目成功架设以后，需要较长的时间去收集大量这样的数据，无法立即实现检测目的；

3、该方案只提出故障检测，未想到通过温度来挑选重点监测对象，也未想到通过温度变化趋势来对重点监测对象进行重点监测，故障检出率不够高，仍然有待改进。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于温度的电解电路故障检测系统实现方法及其监测方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种基于温度的电解电路故障检测系统实现方法，包括位于电解槽上方的轨道、轨道车、热成像仪；轨道车、热成像仪均无线通信连接于工控机，工控机用于依据所设计程序控制轨道车运行与热成像仪拍摄并获取拍摄图像，以及基于拍摄图像进行故障检测分析；

该系统还包括：热成像仪被以地面的垂直线为基准倾斜安装于轨道车上，轨道沿每组电解槽组的延伸方向延伸，热成像仪朝向轨道延伸方向倾斜(即，非轨道的垂直方向倾斜)；倾斜安装角度及拍摄停车点确定方式为：

S 1.确定热成像仪及其参数，参数包括尺寸、分辨率、镜头焦距、长宽比和水平视场角；

确定热成像仪的安装高度；

S2.根据导电棒宽度、热成像仪安装高度、分辨率确定热成像仪的最佳倾斜角度和最大倾斜角度；

将最佳倾斜角度确定为热成像仪的最小安装倾斜角度；

将最大倾斜角度确定为热成像仪的最大安装倾斜角度；

S3.计算最小安装倾斜角度对应的拍摄成像范围X2*Y2；最大安装倾斜角度对应的拍摄成像范围为X3*Y3，X、Y分别表示成像的宽和长，Y>X；

S4.确定每组电解槽组宽度为W1，每两组电解槽组的宽度为W2，每n组电解槽组的宽度为Wn；

S5.分析W1、W2…Wn与X2、Y2，X3、Y3的关系；

寻找X2与X3之间或Y2与Y3之间最大的Wi，i表示1、2、3…n中的任意数值；

S6.将该Wi确定为热成像仪的成像宽度X或长度Y，根据长宽比计算相应的长度Y或宽度X；

S7.基于步骤S6确定的拍摄成像范围X*Y、安装高度和热成像仪参数却倾斜安装角度；

S8.将轨道安装在每i组电解槽组的中间，以使一个热成像仪同时拍摄i组电解槽组的宽度；

S9.根据最佳倾斜角度计算倾斜方向对应的拍摄长度(即电解槽组长度方向所拍摄到的长度，若将Wi确定为热成像仪的成像宽度，则此拍摄长度即热成像仪的成像长度Y，若将Wi确定为热成像仪的成像长度，则此拍摄长度即热成像仪的成像宽度X)，确定此为画面有效长度，并依此确定各拍摄停车点，以使热成像仪前后拍摄的有效画面无缝衔接。

通过上述技术方案，首先提出倾斜安装的思路，通过倾斜安装扩大摄像头的成像范围，能够实现以更少的摄像头拍摄全车间图片，降低车间轨道布置数量和热成像仪的使用数量；其次，通过给出特定的确定方式，能够结合每个电解车间的实际情况确定一个合适的安装角度，在尽量扩大拍摄范围的同时保证图像精度；最后通过最佳倾斜角度确定有效拍摄电解槽组的长度，并依此规划停车点位，确保所使用到的图都是满足检测精度要求的同时实现对拍摄图像的最大化利用，减少停车点位，进而缩短单次检测周期，提高检测效率，进一步确保车间的安全性。

在上述的基于温度的电解电路故障检测系统实现方法中，步骤S5中，若X2与X3之间和Y2与Y3之间所确定的Wi是同一个，则将Wi确定为成像宽度，热成像仪被以电解槽组宽度方向为宽，电解槽组延伸方向为长的成像方向安装于轨道车上。即热成像仪是向其成像长度方向倾斜的。

通过上述方式，当成像宽度和长度方向都对应同一Wi时，说明热成像仪在某特定角度下，无论是朝向轨道方向倾斜还是朝向轨道垂直方向倾斜，电解槽组的宽度方向上拍摄数量是一样的，这里使热成像仪的成像宽度对应电解槽组的宽度，实现在尽可能多地拍摄电解槽组的宽度数量的前提下，扩大电解槽组延伸方向的成像长度，提高拍摄画面利用率。

在上述的基于温度的电解电路故障检测系统实现方法中，步骤S5中，若X2与X3之间和Y2与Y3之间所确定的Wi并非同一个，则将Y2与Y3之间的Wi确定为成像长度，热成像仪被以电解槽组宽度方向为长，电解槽组延伸方向为宽的成像方向安装于轨道车上。即热成像仪是向其成像宽度方向倾斜的。

通过上述方式，当成像宽度和长度方向对应不同Wi时，由于Y>X，所以成像长度对应的Wi与成像宽度对应的Wi，前者i大于后者，通过调转摄像头拍摄方向的方式实现尽可能多的电解槽拍摄。

在上述的基于温度的电解电路故障检测系统实现方法中，倾斜方向的拍摄点包括近点、中点和远点；

远点等于二分之一导电棒宽度对应的倾斜角度为最佳倾斜角度；

中点等于二分之一导电棒宽度对应的倾斜角度为最大倾斜角度；

表示单一像素对应的实物尺寸，单位为mm/像素。

通过如下方式确定热成像仪的最佳倾斜角度；

计算远点 h为拍摄高度，δ为像元尺寸，f为镜头焦距，αy为拍摄倾角，βy＝arctan(b/f)为视场角的一半；

使计算此时αy，即最佳倾斜角度，w为导电棒宽度；

通过如下方式确定热成像仪的最大倾斜角度；

使计算此时αy，即最大倾斜角度。

倾斜安装的热成像仪，其拍摄点包括近点、中点和远点。热成像仪单一像素对应的实物尺寸在二分之一导电棒的宽度以下可保证监测准确率，导电棒宽度一般为25mm，即需要单一像素对应的实物尺寸小于12.5mm，即至少2个像素确认1根导电棒的所在位置。当远点小于或等于二分之一导电棒宽度时，表示所拍摄的整张画面可用，将远点/>等于二分之一导电棒宽度时的角度作为最小倾斜角度；而当中点/>小于或等于二分之一导电棒宽度，且远点/>大于二分之一导电棒宽度时，表示所拍摄的画面只有部分可用，将中点/>等于二分之一导电棒宽度时的角度作为最大倾斜角度，此时中点至远点不可用。通过两个角度的确定，保证拍摄范围足够大且有效图片占比多。

在上述的基于温度的电解电路故障检测系统实现方法中，画面有效长度-第一偏差值被作为轨道车的停车点位间距，以使相邻热成像仪拍摄的有效画面无缝衔接；这些逻辑被编写入工控机的设计程序中，工控机依设计程序每到一个停车点位停止轨道车行走，启动热成像仪拍摄，拍摄结束后，继续按程序行走拍摄。由于是倾斜设计，且在热成像仪、高度等确定的情况下最大程度的提高了单次拍摄的有效面积，从而有效提高拍摄效率，提高系统的数据获取效率，进而间接降低布置成本(对于同样大小的车间，在同样时间内完成一次全车间扫描只需要更少的热成像仪即可完成)。

步骤S6中，将Wi+第二偏差值作为热成像仪的成像宽度X或长度Y。第二偏差值也能跟第一偏差值一样是为了克服外界的某些影响，用于保证画面的全覆盖；

步骤S7中，确定安装角度为得到的倾斜安装角度±偏差角。

在上述的基于温度的电解电路故障检测系统实现方法中，轨道两端具有连接于所述工控机的限位装置，以使轨道车不致从两端脱轨；

各条轨道上的热成像仪具有相同的安装高度；

一种基于温度的电解电路故障监测方法，该方法包括：

S 1.通过上述方法实现所述的系统；

S2.工控机按照点位控制参数控制轨道车的移动以及热成像仪的拍摄；事先对各点位拍摄的图片进行编号设置，编号分为五级，按车间编号-轨道车编号-区域编号-电解槽编号-极板编号，通过该编号可知晓极板在车间的具体位置。

S3.工控机获取到热成像仪拍摄的热成像图后，一方面将热图进行拼接得到标注基图，另一方面对图片进行灰度处理并进行灰度值检测；

S4.若实测灰度值为G1＞灰度上限值为Gh，判定为“短路”；若实测灰度值为G1＜灰度下限值为Gl，判定为“断路”；

并在标注基图上输出检测结果，指出故障极板及其位置和故障状态。

标注基图上以方框框出故障极板，在方框旁标注编号与故障状态。编号分为五级，按车间编号-轨道车编号-停车位置编号-电解槽编号-极板编号。故障状态分为：“短路”、“断路”。

在上述的基于温度的电解电路故障监测方法中，步骤S4中，工控机中还预存有灰度风险值Gd，若灰度风险值Gd＜实测灰度值为G1＜灰度上限值为Gh，则将相应极板划归重点监测。

在上述的基于温度的电解电路故障监测方法中，重点监测方式为：

根据检测结果，记录实测灰度值在Gh与Gd之间的阴极板编号；

在不间断监测过程中，每次得到新的监测结果时，将被记录阴极板的新的灰度值与记录的灰度值进行温度变化趋势分析，当温度变化趋势满足设定的情形时，发出报警信号。如，在连续的监测过程中，温度一直趋于上升趋势，即使其未到Gh，也对该极板发出报警信号。

在上述的基于温度的电解电路故障监测方法中，所述的灰度上限值Gh、灰度下限值Gl和灰度风险值Gd由用户事先设定；

或者，所述的灰度上限值Gh、灰度下限值Gl和灰度风险值Gd由工控机分别通过以下方式自主设定：

每隔设定时间段设定一次Gh、Gl和Gd；

获取一次全车间检测过程中各热成像图的灰度处理结果，以灰度值为横坐标，数量为纵坐标绘制所有极板灰度值对应的正态分布图；

取正态分布图数据量集中区域至少前80％的数据量对应的最高灰度值和最低灰度值；

计算最高灰度值与最低灰度值之间所有极板的灰度值平均值，将其作为正常灰度值；

取正常灰度值*a为灰度上限值Gh，正常灰度值*b为灰度下限值Gl，正常灰度值*c为灰度风险值Gd；a、b、c由用户事先设定，且a和c均大于1，a大于c，b小于1。

本发明的优点在于：

(1)本发明由于采用自动不间断循环，可有效做到及时发现电解车间电路故障情况，通过及时发现电路故障来减少损耗的产生，同时提高生产效率，以及降低火灾等现场生产事故风险；

(2)实现电路故障检测的无人化，从源头上杜绝了人员的身体伤害；

(3)采用倾斜的摄像头拍摄图像，并且通过安装高度、导电棒宽度等综合因素确定倾斜角度，在保证拍摄精度，保证监测准确率的同时增加摄像头单次拍摄的有效面积，从而在确保图像拍摄效果的同时增大单次拍摄的有效面积，减少拍摄次数，缩短整体监测时间，提高监测效率；

(4)结合电解车间的实际情况，将轨道安装在每若干组电解槽组的中间，同时使摄像头倾斜为宽度上能够拍摄两组或多组电解槽组的角度，保证一次拍摄得到两组或多组电解槽组的数据，能够减少车间中轨道的布置数量和热成像仪的使用数量，降低布置成本和设备成本，即在保证监测效率的同时，通过倾斜安装及拍摄，增大有效成像范围，降低成本；

(5)直接采用热成像灰度值的方式判断短路故障，实现简单，且可行性高；

(6)采用自动更新的灰度阈值方式，能够自动剔除环境温度对使用热成像检测电路故障的方式造成的影响，无需根据地区的变化对不同地区的系统设置特定的不同的灰度阈值，也无需根据季节性的变化调整灰度阈值，在提高灵活性的同时，提高灰度阈值的设置准确性，进而实现简化系统布置的同时实现更高的检测精度；更无需因为每个电解周期内电解槽温度会发生变化而需要人工频繁调整灰度阈值。

附图说明

图1为本发明基于温度的电解电路故障检测系统实现方法及其监测方法的方法流程图；

图2为轨道、轨道车、热成像仪在电解车间内的安装示意图；

图3为热成像仪垂直向下安装的拍摄示意图；

图4为热成像仪倾斜安装的拍摄示意图；

图5为利用绘图软件确定倾斜安装角度过程中的示意图；

图6为两张前后相邻的两张拍摄图片的拼接示意图；

图7未实施例中正向拍摄的示意图；

图8为实施例中倾斜51.3度的示意图；

图9为实施例中倾斜50.75度的示意图；

图10为本方案安装倾斜角度及拍摄点位规划的方法流程图；

图11为每次检测后处理过程的流程图；

图12为以灰度值为横坐标，数量为纵坐标的正态分布示意图。

附图标记：轨道支架1；行车2；轨道3；轨道小车4；热成像仪5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供了一种基于温度的电解电路故障检测系统实现方法及其监测方法，首先给出用于实现电解电路故障检测系统的实现方法，然后基于该系统进行电解故障监测方法。提出倾斜拍摄的思路，我们知道在高度一定，摄像头一定的情况下，摄像头对拍摄目标倾斜能够拍摄到更广的视野，如果能够提高单次拍摄的有效面积，进而减少整体监测所耗时间，提高监测效率，同时可降低硬件成本。本方案通过给出选择合适角度的方式，在保证拍摄精度，保证监测精度的前提下提高单次拍摄的有效画面，加快拍摄速度，从而提高监测效率。

如图1所示，本实施例以铜电解车间为例，在车间内安装轨道，在轨道上设置轨道车，轨道车由电机驱动，沿轨道进退，抵达预设的点位后停止。通过给予不同的脉冲信号，可控制电机运行的速度与行程，以此实现对停止位置的预设。轨道车上安装有热成像仪，热成像仪用于获取车间热成像图。在轨道车抵达预设的停止点位后，给予触发信号，拍摄一张热成像图。轨道车带动热成像仪扫掠车间，工控机控制轨道车运行，同时控制热成像仪拍摄，并接收拍摄图像。轨道车与热成像仪均无线连接于工控机，工控机负责通过预先设计的程序软件控制轨道车的移动，热成像仪的拍摄，图片的存储、故障极板的判定，重点监测的设置等。热成像仪负责拍摄铜电解车间全数槽面的热成像图，工控机通过对接收到的热成像图进行灰度处理，然后标定检测锚框，以锚框内的灰度值作为电路故障输出指标，判断极板是否出现电路故障。如，设槽面实测灰度值为G1、灰度风险值为Gd、灰度上限值为Gh、灰度下限值为Gl；实测灰度值为G1＞灰度上限值为Gh，判定为短路；实测灰度值为G1＜灰度下限值为Gl，判定为断路。

具体地，如图2所示，在车间顶部钢梁下方，行车2上方安装长度相同或不同，但是下端高度一致的轨道支架1，然后将轨道3安装在轨道支架1上，可保证安装高度一致。轨道小车4的运行方向与行车2的总体运行方向一致，都是沿电解槽组的延伸方向，与行车控制室的运行方向垂直。轨道的两端，即起点和终点均安装限位装置，限位装置可以电子类的装置，也可以采用纯机械类的电子类的可以为限位传感器，如光电限位器或其他可行的传感器等，机械类的可以采用传统的触碰开关之类的，具体不在此限制。采用电子类的限位装置时，将其连接于PLC，PLC与工控机通讯，工控机根据限位装置的反馈将轨道车限制在轨道内，以避免其脱落轨道。

基于倾斜安装的思路，本方案基于温度的电解电路故障检测系统实现方法如下：

首先根据电解车间的实际情况确定安装高度，然后选择合适的热成像仪及其参数，参数包括尺寸、分辨率、镜头焦距、长宽比和水平视场角。当有多个安装高度和多个热成像仪可选时，按照下面的方法通过模拟方式分别确定倾斜角度，比较安装效果选择最优方案，或者综合考虑选择一个方案即可，具体由相关技术人员确定，此不再赘述。

然后将热成像仪以地面的垂直线为基准倾斜安装于轨道车上。如图3和图4所示，轨道沿每组电解槽组的延伸方向延伸，图3、图4中给出了两组电解槽组，每组电解槽组由若干电解槽依次排列而成，电解槽组的延伸方向即组内电解槽的排列方向，每个电解槽内具有多个极板位，槽内极板位排列方向与组内电解槽排列方向垂直。如图4所示，热成像仪朝向轨道延伸方向倾斜，倾斜安装角度及拍摄停车点确定方式为：

S2.根据导电棒宽度、热成像仪安装高度、分辨率，使用远点和中点/>计算公式分别确定热成像仪的最佳倾斜角度和最大倾斜角度；

将最佳倾斜角度确定为热成像仪的最小安装倾斜角度；

将最大倾斜角度确定为热成像仪的最大安装倾斜角度；

S3.计算最小安装倾斜角度对应的拍摄成像范围X2*Y2；最大安装倾斜角度对应的拍摄成像范围为X3*Y3，X、Y分别表示成像的宽和长，Y>X；

S4.确定每组电解槽组宽度为W1，每两组电解槽组的宽度为W2，每n组电解槽的宽度为Wn；

S5.分析W1、W2…Wn与X2、Y2，X3、Y3的关系；

寻找X2与X3之间或Y2与Y3之间最大的Wi，i表示1、2、3…n中的任意数值；

若X2与X3之间和Y2与Y3之间所确定的Wi是同一个，则将Wi确定为成像宽度，热成像仪被以电解槽组宽度方向为宽，电解槽组延伸方向为长的成像方向安装于轨道车上；

若X2与X3之间和Y2与Y3之间所确定的Wi并非同一个，则将Y2与Y3之间的Wi确定为成像长度，热成像仪被以电解槽组宽度方向为长，电解槽组延伸方向为宽的成像方向安装于轨道车上。

S6.将步骤S5中寻找到的Wi确定为热成像仪的成像宽度X或长度Y，根据长宽比计算相应的长度Y或宽度X；

S7.基于步骤S6确定的拍摄成像范围X*Y、安装高度和热成像仪参数确定倾斜安装角度；

S8.将轨道安装在每i组电解槽组的中间，以使一个热成像仪同时拍摄i组电解槽组的宽度；

S9.根据最佳倾斜角度计算倾斜方向对应的拍摄长度，确定此为画面有效长度，并依此确定各拍摄停车点，以使热成像仪前后拍摄的有效画面无缝衔接。

步骤S7中的倾斜安装角度可以通过相似三角形等几何原理计算得到。在实际应用中，也可以利用绘图软件直接得到，具体为：根据安装高度、传感器尺寸和镜头焦距等参数确定正向拍摄的成像范围。然后如图5所示，在绘图软件，如CAD中绘制正向拍摄的图示，图5中的左边图示，接着，通过保持安装高度不变，旋转角度的方式即可寻找地面覆盖长度(成像范围的成像宽或成像长)为X或Y的角度，图5的右边两个图是旋转不同角度后的结果。此种确定方式具有简单直接的优点。实际应用中，具体采用何种方式由本领域技术人员自行选择。进一步地，画面有效长度-第一偏差值被作为轨道车的停车点位间距，以使相邻热成像仪拍摄的有效画面无缝衔接；第一偏差值具体可以为0，也可以为其他略小的数值，如果是其他数值，那么前后两张图片是有微小重叠的，微小重叠是为了避免因为某些不可预估的因素导致出现微小偏移，通过微小重叠，能够保证画面的全覆盖。当安装的倾斜角度设计为大于最佳倾斜角度时，可以使此处的第一偏差值设定为0。在拼接为标注基图时，前后画面重叠部分，用清晰度较高画面覆盖清晰度较低画面，如图6所示，用后一张图的有效画面覆盖前一张图的无效画面。

步骤S6中，将Wi+第二偏差值作为热成像仪的成像宽度X或长度Y。第二偏差值大于0即可，由技术人员自由确定，第二偏差值与第一偏差值同样是为了克服外界的某些影响，用于保证画面的全覆盖，具体不在此赘述。

通过以上方式确定安装角度以及每个热成像仪在电解槽组宽度方向上可覆盖的电解槽组数量，如图4所示，该摄像头可覆盖2组电解槽，然后进行轨道架设，每条轨道上设置一辆轨道车，在每辆轨道车上按照安装角度安装热成像仪。

本实施例中，导电棒宽度为25mm，热成像仪的安装高度为11.5m，传感器尺寸：10.88*8.16mm，采用分辨率为640*480，像元尺寸为17μm，水平视场角为24.55°的热成像仪，搭载焦距为25mm的镜头。正向拍摄时，成像范围＝(镜头到物体的距离*传感器尺寸)/镜头焦距＝(11500*10.88)/25＝5004.8，根据长宽比，宽边为3,753.6mm，所以拍摄面积约为5.0*3.7米。两组电解槽组之间距离相对于电解槽组的宽度有限，此处将两组电解槽组之间的距离一半一半算入两组电解槽组的宽度，每组电解槽组的宽度为6720mm，两组电解槽组的宽度为13440mm，三组电解槽组的宽度为20160mm。如图7-图9所示，在该实施例下，通过上述方式可以发现51.3度时，成像长度为13.8米左右，按照长宽比，成像宽度为10.35米左右，根据上述提到的计算公式可得远点/>约为17.1mm/像素，中点/>约为12.5mm/像素，此时中点/>恰好满足要求，成像长度方向上能够覆盖两组槽面宽度，宽度上不够，而若增加倾斜角度，则无法满足中点/>的要求，故本实施例中能覆盖两个电解槽组宽度，且将摄像头安装为，成像宽度朝向轨道延伸方向倾斜，成像长度方向朝向轨道垂直方向。

为了保证画面的全覆盖等因素，本实施例将角度确定为50.75度，此时，成像长度为13.45米左右，成像宽度为10.08米左右，远点约为16.29mm/像素，中点/>约为12.16mm/像素，此时中点/>更能够满足要求，成像长度方向上也仍然能够覆盖两组槽面宽度。

如图10所示，通过以上方式确定安装倾斜角度并完成安装以后，将安装倾斜角度和最佳倾斜角度输入至工控机，由工控机计算规划停车点位，或者由人工规划停车点位输入至工控机。工控机按照设定的停车点不间断控制所有轨道小车和热成像仪进行全车间扫掠拍摄，进而实现自动对全车间进行故障检测，每次检测过程如下：

工控机按照点位控制参数控制轨道车的移动以及热成像仪的拍摄；

如图11所示，工控机获取到所有图片以后，对图片进行畸变矫正，畸变矫正直接采用现有技术即可，不在此赘述，然后分别对图片拼接成标注基图，和对图片进行灰度处理及灰度值分析，最后将分析结果标注在标注基图中。

在投入使用时，事先对对应整个车间的热成像图进行电解槽标定和阴极板标定，然后使用标定后的热成像图拼接成标注基图，每张热成像图都有预设的区域编号。在检测过程中，将每张热成像图按照其区域编号拼接至标注基图的特定位置，并且基于事先标定的检测锚框，对每一张热像图内的阴极板进行灰度值检测及分析，最终将检测结果标注至拼接的标注基图中。

电解槽标定，电解实际生产中，电解槽边放置有导电母排，左右相邻电解槽共用一块导电母排，阴、阳极板的挂耳与导电母排搭接，构成电流回路。两槽极板挂耳之间留有约8-10cm的间隙。通过该间隙可分辨出各电解槽的边缘。阴极板导电棒的外壳为表面光滑的不锈钢。阳极板则为表面粗糙的粗铜，故阳极板的反射率大于阴极板。相应的，阳极板的挂耳灰度值大于阴极板导电棒的灰度值。而挂耳间隙区域的灰度值是相对统一的，在热成像图中会出现一个贯穿全槽的长方形区域。因此，软件可通过此长方形区域，来确认各电解槽的边缘，实现自动标定各电解槽的检测锚区。

阴极板标定，如上所述，阴、阳极板的反射率不同，会带来灰度值上的差异。此外，阴极板上方的导电棒是贯穿全槽的，其在热成像图中，成一灰度值近似的长方形。而阳极板上部则是两端向上延伸出挂耳，中间部分与电解液近乎平齐，其在热成像图中，两端的灰度小于中间部分的灰度。这使得二者的图像特征存在显著差异，通过识别此特征差异可分辨出阴极板与阳极板，从而实现阴极板的自动标定。

上述标定可以采用软件自动完成，也可以由人工完成，针对每个电解车间，在部署本检测装置之后，投入使用之前，完成标定即可。

基于电解槽和阴极板的标定，分别识别出电解槽和阴极板，进而对阴极板进行一一检测分析。即，如实测灰度值为G1＞灰度上限值为Gh，判定为“短路”；若实测灰度值为G1＜灰度下限值为Gl，判定为“断路”，若灰度风险值Gd＜实测灰度值为G1＜灰度上限值为Gh，则将相应极板划归重点监测。分析结果将在标注基图中输出，具体表现形式可以为，显示屏上显示标注基图，在标注基图中以方框分别框住所有故障极板，在每个方框旁边标注编号和故障状态。

编号分为五级，按车间编号-轨道车编号-停车位置编号-电解槽编号-极板编号。故障状态分为：“短路”、“断路”。区域编号与这里的编号都由工作人员事先对各点位的样图进行过标注，工控机根据工作人员对样图的标注结果确定检测过程中的编号，可以看做为，工控机本身具有带有编号的标注基图，在检测过程中，直接按照编号将图片拼接至标注基图的相应位置上即可得到拼接后的标注基图，进而得到每个编号位的极板状态。

现场工作人员收到故障报警信息，按照报警信息前往短路极板所在位置，并予以解决。解决问题后，可人工消除报警。或，等待下一次检测时自动消除。

进一步地，如图1所示，本方案中，除了用于判断是否短路或断路的灰度上限值Gh和灰度下限值Gl，还具有灰度风险值Gd，若灰度风险值Gd＜实测灰度值为G1＜灰度上限值为Gh，则将相应极板划归重点监测。

根据检测结果，记录实测灰度值在Gh与Gd之间的阴极板编号。在不间断监测过程中，每次得到新的监测结果时，将被记录阴极板的新的灰度值与记录的灰度值进行温度变化趋势分析，当温度变化趋势满足设定的情形时，发出报警信号。如，在连续的监测过程中，温度一直趋于上升趋势，即使其未到Gh，也对该极板发出报警信号。

由于铜电解车间的特点，以及本方案检测手段利用温度实现故障检测的特点，在开始出现短路故障时，温度通常不会瞬间变化，本方案通过监控重点对象的温度变化趋势来提前判断其是否发生短路故障，而不必须等到其温度达到上限值，有效提高监测效果。

在一个实施例中，上述的灰度上限值Gh、灰度下限值Gl和灰度风险值Gd由用户事先设定。电解车间有一个特点，就是每个周期，通常9天一个周期，前三天整体温度会较低，发生短路的温度值也较后几天低。此外，由于季节变化等因素，电解车间在不同时候也会有不同的温度。为了避免周期影响以及环境温度变化对检测结果造成影响，用户可以为每个季节确定一个阈值，同时为每个季节的每个周期的前三天和后六天分别确定一个阈值，可以在一定程度上消除环境温度的影响。但是这种方式灵活性不够，且需要用户手动设置，即使事先设置，由系统根据变换自动更替，也需要用户针对多种情况设置多种阈值，十分繁琐，且容易出现偏差。

为了解决传统固定阈值容易受环境影响导致监测精度无法保证的问题，本方案对此提出一种新的阈值设计方式，该方式中的阈值不是一个固定的值，而是一个每隔设定时间段自动更新的值(具体根据设计，如每隔12小时、24小时等)，无需用户进行阈值的设定，更无需在不同环境温度下手动修改阈值。具体由工控机利用全局的灰度值，利用电解车间灰度值的正态分布规律，利用电解车间中断路与短路发生概率不高的电解车间场景特点，以灰度值为横坐标，数量为纵坐标绘制所有极板灰度值对应的正态分布图，如图12所示。取正态分布图至少前80％的数据量对应的最高灰度值和最低灰度值，以图12中虚线以上的数据量达到整体的80％为例，虚线与正态分布曲线的两个交点即分别为前述所取的最高灰度值和最低灰度值。计算最高灰度值与最低灰度值之间所有极板的灰度值平均值，将其作为正常灰度值，最后取正常灰度值*a为灰度上限值Gh，正常灰度值*b为灰度下限值Gl，正常灰度值*c为灰度风险值Gd；a、b、c由用户事先根据经验设定，且a和c均大于1，a大于c，b小于1。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种基于温度的电解电路故障检测系统实现方法，包括位于电解槽上方的轨道、轨道车、热成像仪；轨道车、热成像仪均无线通信连接于工控机，工控机用于依据所设计程序控制轨道车运行与热成像仪拍摄并获取拍摄图像，以及基于拍摄图像进行故障检测分析；其特征在于，该系统还包括：热成像仪被以地面的垂直线为基准倾斜安装于轨道车上，轨道沿每组电解槽组的延伸方向延伸，热成像仪朝向轨道延伸方向倾斜；倾斜安装角度及拍摄停车点确定方式为：

S1.确定热成像仪及其参数，参数包括尺寸、分辨率、镜头焦距、长宽比和水平视场角；

确定热成像仪的安装高度；

S2.根据导电棒宽度、热成像仪安装高度、分辨率确定热成像仪的最佳倾斜角度和最大倾斜角度；

将最佳倾斜角度确定为热成像仪的最小安装倾斜角度；

将最大倾斜角度确定为热成像仪的最大安装倾斜角度；

倾斜方向的拍摄点包括近点、中点和远点；

远点等于二分之一导电棒宽度对应的倾斜角度为最佳倾斜角度；

中点等于二分之一导电棒宽度对应的倾斜角度为最大倾斜角度；

表示单一像素对应的实物尺寸，单位为mm/像素；

S3.计算最小安装倾斜角度对应的拍摄成像范围X2*Y2；最大安装倾斜角度对应的拍摄成像范围为X3*Y3，X、Y分别表示成像的宽和长，Y>X；

S4.确定每组电解槽组宽度为W1，每两组电解槽组的宽度为W2，每n组电解槽组的宽度为Wn；

S5.分析W1、W2…Wn与X2、Y2，X3、Y3的关系；

寻找X2与X3之间或Y2与Y3之间最大的Wi，i表示1、2、3…n中的任意数值；

S6.将该Wi确定为热成像仪的成像宽度X或长度Y，根据长宽比计算相应的长度Y或宽度X；

S7.基于步骤S6确定的拍摄成像范围X*Y、安装高度和热成像仪参数确定倾斜安装角度；

S8.将轨道安装在每i组电解槽组的中间，以使一个热成像仪同时拍摄i组电解槽组的宽度；

S9.根据最佳倾斜角度计算倾斜方向对应的拍摄长度，确定此为画面有效长度，并依此确定各拍摄停车点，以使热成像仪前后拍摄的有效画面无缝衔接。

2.根据权利要求1所述的基于温度的电解电路故障检测系统实现方法，其特征在于，步骤S5中，若X2与X3之间和Y2与Y3之间所确定的Wi是同一个，则将Wi确定为成像宽度，热成像仪被以电解槽组宽度方向为宽，电解槽组延伸方向为长的成像方向安装于轨道车上。

3.根据权利要求1所述的基于温度的电解电路故障检测系统实现方法，其特征在于，步骤S5中，若X2与X3之间和Y2与Y3之间所确定的Wi并非同一个，则将Y2与Y3之间的Wi确定为成像长度，热成像仪被以电解槽组宽度方向为长，电解槽组延伸方向为宽的成像方向安装于轨道车上。

4.根据权利要求3所述的基于温度的电解电路故障检测系统实现方法，其特征在于，画面有效长度-第一偏差值被作为轨道车的停车点位间距，以使相邻热成像仪拍摄的有效画面无缝衔接；

步骤S6中，将Wi+第二偏差值作为热成像仪的成像宽度X或长度Y；

步骤S7中，确定安装角度为得到的倾斜安装角度±偏差角。

5.根据权利要求4所述的基于温度的电解电路故障检测系统实现方法，其特征在于，轨道两端具有连接于所述工控机的限位装置，以使轨道车不致从两端脱轨；

各条轨道上的热成像仪具有相同的安装高度。

6.一种基于温度的电解电路故障监测方法，其特征在于，该方法包括：

S1.通过权利要求1-5任意一项所述的方法实现所述的系统；

S2.工控机按照点位控制参数控制轨道车的移动以及热成像仪的拍摄；

S3.工控机获取到热成像仪拍摄的热成像图后，一方面将热图进行拼接得到标注基图，另一方面对图片进行灰度处理并进行灰度值检测；

S4.若实测灰度值为G1＞灰度上限值为Gh，判定为“短路”；若实测灰度值为G1＜灰度下限值为Gl，判定为“断路”；

并在标注基图上输出检测结果，指出故障极板及其位置和故障状态。

7.根据权利要求6所述的基于温度的电解电路故障监测方法，其特征在于，步骤S4中，工控机中还预存有灰度风险值Gd，若灰度风险值Gd＜实测灰度值为G1＜灰度上限值为Gh，则将相应极板划归重点监测。

8.根据权利要求6所述的基于温度的电解电路故障监测方法，其特征在于，重点监测方式为：

根据检测结果，记录实测灰度值在Gh与Gd之间的阴极板编号；

在不间断监测过程中，每次得到新的监测结果时，将被记录阴极板的新的灰度值与记录的灰度值进行温度变化趋势分析，当温度变化趋势满足设定的情形时，发出报警信号。

9.根据权利要求7所述的基于温度的电解电路故障监测方法，其特征在于，所述的灰度上限值Gh、灰度下限值Gl和灰度风险值Gd由用户事先设定；

或者，所述的灰度上限值Gh、灰度下限值Gl和灰度风险值Gd由工控机分别通过以下方式自主设定：

每隔设定时间段设定一次Gh、Gl和Gd；

获取各热成像图的灰度处理结果，以灰度值为横坐标，数量为纵坐标绘制所有极板灰度值对应的正态分布图；

取正态分布图数据量集中区域至少前80%的数据量对应的最高灰度值和最低灰度值；

计算最高灰度值与最低灰度值之间所有极板的灰度值平均值，将其作为正常灰度值；

取正常灰度值*a为灰度上限值Gh，正常灰度值*b为灰度下限值Gl，正常灰度值*c为灰度风险值Gd；a、b、c由用户事先设定，且a和c均大于1，a大于c，b小于1。