紅外智能巡檢機(jī)器人在銅電解過程中的應(yīng)用

劉金泉，羅明輝

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式形成歷史性交匯， “中國制造2025”指出“依托優(yōu)勢企業(yè)，緊扣關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機(jī)器人替代、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控制、供應(yīng)鏈優(yōu)化，建設(shè)重點(diǎn)領(lǐng)域智能工廠、數(shù)字化車間。在基礎(chǔ)條件好、需求迫切的重點(diǎn)地區(qū)、行業(yè)和企業(yè)中，分類實(shí)施流程制造、離散制造、智能裝備和產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)新模式、智能化管理、智能化服務(wù)等試點(diǎn)示范及應(yīng)用推廣?！?/p>

目前國內(nèi)銅冶煉行業(yè)在電解銅生產(chǎn)時(shí)，必須耗費(fèi)大量人力進(jìn)行電解槽故障極板的人工識(shí)別，每天倒班的人員進(jìn)行著枯燥重復(fù)的簡單勞動(dòng)，檢驗(yàn)效率低。

江銅集團(tuán)經(jīng)過國內(nèi)外調(diào)研，率先科研立項(xiàng)，采用智能機(jī)器人+紅外巡檢技術(shù)［1］，通過軌道機(jī)器人完成重復(fù)勞動(dòng)，采用機(jī)器視覺技術(shù)、圖像處理技術(shù)等高科技手段，通過電腦自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)和高效。

2 紅外智能巡檢機(jī)器人

2.1 紅外智能巡檢機(jī)器人的組成

紅外熱成像儀基本原理：紅外線熱成像儀是利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡及光機(jī)掃描系統(tǒng)（或者焦平面技術(shù)）接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反應(yīng)到紅外探測器的光敏元件上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測器之間，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)被檢測物體的紅外熱成像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過電視屏或檢測器顯示紅外圖像。

紅外熱成像智能巡檢機(jī)器人是一套具有集成短路和槽溫在線監(jiān)測兩大功能的高精度智能紅外測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由巡檢機(jī)器人［4-5］、無線通訊網(wǎng)絡(luò)、主控后臺(tái)、手持終端等共四個(gè)部分組成，如圖1 所示。該套系統(tǒng)的核心技術(shù)是通過紅外成像設(shè)備對(duì)電解槽工作溫度進(jìn)行在線采集、傳輸和智能算法分析。

紅外智能巡檢機(jī)器人的運(yùn)行流程如下：

主控后臺(tái)按照設(shè)定的巡檢周期將巡檢指令通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給巡檢機(jī)器人，巡檢機(jī)器人接到巡檢指令后對(duì)槽面區(qū)域進(jìn)行紅外掃描，掃描過程中將掃描的信息通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到主控后臺(tái)，主控后臺(tái)對(duì)當(dāng)前的掃描信息進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析，將分析的結(jié)果通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到手持終端，作業(yè)人員通過查看手持終端上的信息，對(duì)問題進(jìn)行逐一處理，并將處理完的信息通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)反饋到主控后臺(tái)。

圖1 紅外熱成像巡檢智能機(jī)器人的組成

2.2 貴冶電解車間紅外智能巡檢機(jī)器人的布局

在貴冶電解車間三系列西系統(tǒng)南跨區(qū)域，安裝了上述紅外智能巡檢機(jī)器人，如圖2 所示。實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域長120m，寬30m 內(nèi)的256 個(gè)電解槽進(jìn)行實(shí)時(shí)智能監(jiān)控。

為了保證該區(qū)域256 個(gè)電解槽都能進(jìn)行有效的監(jiān)控到，其該區(qū)域的運(yùn)行路徑設(shè)為“S”型，紅外智能巡檢小車從起始點(diǎn)運(yùn)行到終點(diǎn)位置后，再由終點(diǎn)位置返回的起始點(diǎn)位置，完成一次掃描過程。

圖2 吊架系統(tǒng)總體布局圖

3 人工高斯計(jì)與紅外智能巡檢機(jī)器人槽面檢測的對(duì)比

3.1 人工高斯計(jì)槽面檢測

在銅電解過程中陰極板經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短路［7］和涼燒［2］現(xiàn)象，為了減少短路、涼燒現(xiàn)象對(duì)電解過程產(chǎn)生影響，每天必須有專人利用高斯計(jì)對(duì)槽面所有電解槽進(jìn)行拖短路處理。人工高斯計(jì)槽面檢測是利用高斯計(jì)在每槽電銅的耳部進(jìn)行拖移，當(dāng)某處的磁場發(fā)生較大幅度變化時(shí)，通過高斯計(jì)的磁場強(qiáng)弱指示燈來識(shí)別當(dāng)前位置的極板是否出現(xiàn)短路和涼燒現(xiàn)象。

由于人工拖短路每天都要進(jìn)行5 次，每次處理都要花費(fèi)2～3h。在長時(shí)間的作業(yè)會(huì)出現(xiàn)疲勞，而且作業(yè)環(huán)境溫度高也給現(xiàn)場作業(yè)人員帶來更大的勞動(dòng)強(qiáng)度。在拖短路個(gè)過程中人工拖行的位置不能保證一致，拖行位置的偏差導(dǎo)致檢測的磁感應(yīng)強(qiáng)度出現(xiàn)誤差，最終有可能出現(xiàn)沒有檢測到的短路或涼燒極板的現(xiàn)象。

人工高斯計(jì)檢測缺陷：純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大；作業(yè)時(shí)間長，作業(yè)效率低；人工拖表測量位置不一致，造成測量結(jié)果誤差大。

3.2 紅外智能巡檢機(jī)器人槽面檢測

紅外智能巡檢機(jī)器人沿固定軌道對(duì)區(qū)域進(jìn)行紅外圖像連續(xù)掃描［3］，通過高速無線通訊傳輸數(shù)據(jù)至后臺(tái)，后臺(tái)主控計(jì)算機(jī)首先建立過溫區(qū)域圖像特征庫，然后實(shí)時(shí)分析紅外圖像，通過算法校正實(shí)時(shí)的溫度并尋找紅外圖像中的匹配區(qū)域，發(fā)現(xiàn)有異常極板后啟動(dòng)圖像分析模塊，識(shí)別故障極板及所在電解槽外形，定位故障極板位置。將檢測的結(jié)果自動(dòng)打印出故障極板報(bào)表，引導(dǎo)現(xiàn)場處理人員找到超溫極板。

表1 檢測對(duì)比統(tǒng)計(jì)

利用智能巡檢機(jī)器人對(duì)作業(yè)區(qū)域掃描一次只需要20 min，人員只需要對(duì)溫度存在問題的極板進(jìn)行確認(rèn)并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。由于智能巡檢機(jī)器人檢測一次的時(shí)間較短，我們可以增加每天檢測的次數(shù)，可以將多次的檢測結(jié)果形成溫度變化趨勢圖，通過分析該區(qū)域的溫度變化趨勢來更好的對(duì)槽面溫度的進(jìn)行管理。同時(shí)智能巡檢機(jī)器人每天只需要下達(dá)一次任務(wù)，任務(wù)生成后便會(huì)按照任務(wù)的要求自動(dòng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行全天候的掃描檢測，不在需要人為干預(yù)，大大減低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了槽面拖短路的效率。

智能巡檢優(yōu)點(diǎn)：機(jī)器人智能化程度高，取代人工；可持續(xù)作業(yè)，作業(yè)效率高；檢測識(shí)別精度高,系統(tǒng)可開展趨勢分析,實(shí)現(xiàn)預(yù)防維修。

3.3 檢測對(duì)比

我們利用高斯計(jì)拖表和紅外智能巡檢機(jī)器人對(duì)統(tǒng)一區(qū)域電解槽進(jìn)行檢測，再利用手持式紅外成像儀對(duì)兩個(gè)設(shè)備測量的溫度結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)。每組電解槽共有16 槽，每槽共有54 塊陰極板和55 塊陽極板，檢測的對(duì)象為陰極板。其檢測結(jié)果如表1 所示。

由表1 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，通過對(duì)第4 組、第8 組和第12 組的測試，人工用高斯計(jì)拖表查出15 處短路故障極板，紅外智能巡檢小車也查出了15 處同樣位置的故障極板，且紅外智能巡檢小車檢測出3 處短路初期故障，其極板其溫度約在100℃，對(duì)這3 處溫度進(jìn)行持續(xù)跟蹤測量發(fā)現(xiàn)，后期會(huì)發(fā)展成短路極板。我們通過短路初期的溫度進(jìn)行特征處理，形成短路初期溫度特征庫，對(duì)符合短路初期特征庫的進(jìn)行預(yù)判，通過對(duì)短路初期的極板進(jìn)行提前處理，減少短路極板生成的末期量，進(jìn)一步有效的提高電解的電流效率［7］。

4 結(jié)語

通過紅外智能巡檢小車在銅電解精煉過程中出現(xiàn)的短路極板溫度的探索與研究，該設(shè)備在銅電解精煉過程電解槽面的管理中發(fā)揮出很大的優(yōu)勢，不僅可以提高槽面短路處理作業(yè)的效率還可以減少員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步提升了電解槽面智能化管理的程度。該系統(tǒng)平臺(tái)的運(yùn)用可以不斷的優(yōu)化包括紅外原始圖像灰度分析算法、圖像邊緣提取算法、短路極板的溫度特性及形成查找算法、自動(dòng)積累故障特征庫的算法等。該設(shè)備具有廣闊的運(yùn)用前景。