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中冶南方全新开发基于图像识别及大数据分析的橡皮膜煤气柜安全运行综合诊断系统

泰科钢铁 2020-07-18


作者


中冶南方工程技术有限公司

蔡炜  欧燕  邓维  张超


在煤气柜的正常运行过程中,由于其结构特殊,活塞随着充放气上下移动,会产生一定程度的倾斜、偏移,甚至扭转,当达到一定程度时,可能撕裂橡胶膜,造成煤气大量泄漏,产生安全隐患。然而,当今国内煤气柜的安全监测多是考虑煤气泄漏、柜体超压、活塞运行速度监测等常规项目,对活塞运行状态的在线检测和综合判断还处于空白。


目前煤气柜的建设正朝着大型化方向发展,安全运行的要求越来越严格,及时、准确的检测到活塞的异常状态,综合分析判断、故障预警对煤气柜安全稳定地运行有着极其重大的意义,为此中冶南方工程技术有限公司(以下简称中冶南方)开发了基于图像识别和大数据分析的橡皮膜煤气柜安全运行综合诊断系统,为煤气柜的运行安全保驾护航


01


系统组成

中冶南方开发的系统主要由安装在柜内的现场传感器和安装在操作室的分析装置组成


现场传感器包括两大部分。一是活塞倾斜测量传感器,它包括高精度双轴传感器与放置在活塞大坝上的隔爆箱3。二是活塞偏移扭转传感器,它包括安装在活塞走道栏杆上的3台防爆摄像机;安装在活塞走道栏杆上的3台LED防爆灯;放置在活塞上的隔爆箱2,内装有24V电源和以太网交换机;放置在柜顶的隔爆箱1,内装有24V电源和光电转换模块。


分析装置包括工控机一套和光电转换模块。工控机通过RS232接口来接收高精度双轴传感器采集的活塞倾斜信号,通过以太网接口1来接收三台摄像机拍摄的标记线图像,通过以太网接口2来接收PLC发送的煤气柜运行信号。

图1 系统组成


02


关键技术

基于图像识别及大数据分析的橡皮膜煤气柜安全运行综合诊断系统包括如下技术:


1)煤气柜活塞倾斜在线检测

采用高精度多轴倾角测量技术,在线连续测量活塞运行过程中的平面倾斜角度、倾斜高度以及倾斜方向。


2)煤气柜活塞扭转、偏移在线检测

通过设置在橡皮膜煤气柜柜壁及两层移动装置上的摄像机及标靶,利用图像识别技术实时监测到活塞与T挡板、T挡板与柜壁间的扭转与偏移运动。


测量的基本原理如图2所示,圆形表示活塞,方块表示固定的标记,相机正对标记设置(未显示的画出),当活塞偏移时,上下两台相机都会观察到标记向左移动了,当活塞扭转时,上面的相机观察到标记向左移动了,下面的相机观察到标记向右移动了。说明两台相机就能区分出活塞偏移和扭转,以此类推,三台相机应该能区分出活塞的X偏移,Y向偏移和扭转。

中冶南方全新开发基于图像识别及大数据分析的橡皮膜煤气柜安全运行综合诊断系统

图2 活塞扭转和偏移的测量原理示意

实际相机拍摄到的画面如图3所示,系统会自动检测标记的边缘,并以绿色(当检测到T挡板的标记)或者橙色(当检测到柜璧上的标记)的竖线表示,水平的标尺的0点指示了初始时刻标记线的位置,大于0的部分用青色表示,小于0的部分用红色表示,如果活塞发生了偏移则边缘线将不会处于水平标尺的0点,软件会自动计算边缘线到0点的距离,这个过程与人工读取标尺数值的过程类似,软件会根据活塞运动模型,根据三台相机的偏移距离综合计算出活塞的偏移和扭转值。

图3 标记线的识别与定位


3)煤气柜活塞全姿态在线监视、安全预警

本系统用三维动态画面直观展示煤气柜活塞在倾斜、扭转、偏移三个维度的运动变化,并对活塞的运动异常及运动趋势异常实现分级预警,提示操作人员采取相应的措施。

图4 系统主界面


4)煤气柜安全运行综合诊断

本系统在活塞全姿态在线检测数据的基础上,集合煤气柜的柜位、压力、活塞升降速度等重要运行参数,采用大数据分析方法,依据煤气柜结构特点、运行特点进行关系建模,分析诊断出活塞异常的相关因素,并找出相关因素的异常活跃区间,提醒操作人员作出合理的操作调整。


03


技术原理和特点

中冶南方开发的基于图像识别及大数据分析的橡皮膜煤气柜安全运行综合诊断技术能替代人工定期进柜测量,实现对煤气柜活塞姿态的在线检测和故障诊断


系统采用高精度多轴倾角传感器,直接测量活塞面的倾斜。通过图像识别技术,系统根据活塞与柜体的标靶图像变化,得到煤气柜柜内活塞与T挡板以及T挡板与柜壁的扭转、偏移运动。


系统运用大数据分析方法,利用数据库存储的活塞异常数据和与其对应的气柜重要生产参数,建模求解出活塞异常的关键影响参数,得到关联参数的异常运行区间。


系统构建三维动态展示画面,直观显示出活塞全姿态运动数据,并对数据异常和诊断结果进行分级预警提示。


该技术具有以下特点:

● 实时在线监测活塞运行轨迹,减少操作检修人员进柜时间;

●  针对活塞运行超限状态分级预警,预警活塞故障趋势;

●  归集气柜运行参数,综合诊断气柜运行异常状态,给出操作提示;

●  投资成本低廉,安装、维护简便;

●  保障气柜、管网安全稳定运行,提高生产效率。


中冶南方致力于使用新技术、新方法解决钢铁企业用户的难题和痛点。本次开发的系统创新应用图像识别、大数据分析技术,有效扫除当前煤气柜运行操作对于活塞实时状态监测的盲区,具有测量精准、功能完备、便于维护的特点,无论是在新建煤气柜,还是在原有煤气柜上改造增加本检测系统都简单易行。


结合国内橡皮膜密封式煤气柜存量大的行业现状,中冶南方研发的基于图像识别及大数据分析的橡皮膜煤气柜安全运行综合诊断系统推广应用前景相当可观。

来源:中冶南方

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