本文關(guān)鍵詞：基于紅外圖像的銅電解精煉過程狀態(tài)檢測研究　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】：銅是國民經(jīng)濟建設(shè)不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。2014年全國精銅產(chǎn)量為796萬噸。銅電解精煉過程中,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余萬元以上。生產(chǎn)過程中,導(dǎo)致電解電流效率降低的主要原因是電解槽陰-陽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。目前國內(nèi)采用人工巡檢方式檢測短路和斷路故障,工作量大,勞動強度高。實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動巡檢,及時發(fā)現(xiàn)短路/斷路故障,對提高電解電流效率、增加產(chǎn)量、降低能耗和產(chǎn)品成本,減輕工人勞動強度和改善操作環(huán)境,具有重要的經(jīng)濟和社會意義。本文利用圖像處理技術(shù),通過對電解槽紅外圖像的增強、幾何校正、特征點定位、邊緣提取、圖像分割和故障部位標識,實現(xiàn)電解槽短路故障的自動監(jiān)測；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現(xiàn)電解槽的陰極間的電流分布狀況的估計。針對采集到的紅外圖像存在對比度差、細節(jié)不夠清晰等問題,提出基于空間域的自適應(yīng)對比度增強方法,并通過粒子群和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等自尋優(yōu)機制改進算法對紅外圖像進行增強,提高計算效率和魯棒性,并對桶形畸變和偏轉(zhuǎn)進行了幾何校正和傾斜校正。利用電解槽側(cè)部固有特征點和改進的邊緣提取算法準確定位電解槽左右和上下邊緣,實現(xiàn)電解槽圖像的精確分割。對分割后的電解槽圖像,提出浮動閾值策略的差值圖像縱向積分方法，對蓋布和不蓋布圖像感興趣區(qū)域(ROI)分別進行檢測,檢出率達到97%。為了進一步提高檢出率,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識效果驗證了該方法的有效性。借助多物理場仿真軟件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行了詳細對比。運用SVM回歸的數(shù)學(xué)模型對電解槽陰極棒紅外圖像進行處理,電解槽各陰極之間的電流分布估計值與實際值誤差較小,在準確檢測出陰極導(dǎo)電棒與母線的斷路故障的同時,使銅電解槽電流分布非接觸式監(jiān)測成為可能,并為企業(yè)進一步根據(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,并實現(xiàn)系統(tǒng)實際應(yīng)用。巡檢裝置借助無線網(wǎng)絡(luò)接收控制指令并下傳信息,按照指定的運行軌跡往復(fù)運行,通過射頻卡實現(xiàn)電解槽分組和定位拍照,拍攝的紅外圖像經(jīng)無線寬帶網(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、標識和電流分布估計,驗證了前面提出的算法有效性。系統(tǒng)應(yīng)用到金用集團20萬噸銅電解精煉車間,為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益,達到了預(yù)期效果。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：1312034