圖像處理技術(shù)在移動(dòng)式除污機(jī)智能控制中的模擬應(yīng)用研究

丁 穎

（陜西服裝工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000）

目前，市面上的處理污水泵站中普遍采用移動(dòng)式格柵除污機(jī)，其具有操作簡(jiǎn)便、清理污漬能力強(qiáng)等特點(diǎn)，符合當(dāng)今社會(huì)綠色環(huán)保理念。憑借單個(gè)可移動(dòng)除污機(jī)頭持續(xù)去污，相比于傳統(tǒng)控制方式采用的超聲波液位計(jì)通過(guò)比較上下液位差來(lái)激活中央控制系統(tǒng)去污，其缺點(diǎn)在于，格柵片如果僅存在少量污物，仍會(huì)激活中央控制系統(tǒng)，去污過(guò)程極為復(fù)雜，每個(gè)移動(dòng)機(jī)頭要進(jìn)行多次去污操作以確保沒(méi)有污漬，直到最后一次去污完全成功后，移動(dòng)機(jī)頭才會(huì)恢復(fù)至原來(lái)位置，每次去污過(guò)程都將近40 min，不僅耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，且會(huì)縮短移動(dòng)式格柵除污機(jī)的使用壽命，加快移動(dòng)機(jī)頭等設(shè)備的磨損[1]。此外，超聲波液位計(jì)在處理污漬過(guò)程中容易受到污水中一些不明雜質(zhì)的影響，這些懸浮狀顆粒在水流強(qiáng)力沖擊下會(huì)影響到超聲波的收發(fā)，對(duì)設(shè)備處理產(chǎn)生影響，使數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差，不適用于智能自動(dòng)化的應(yīng)用，故需要探究一種新型技術(shù)應(yīng)用到移動(dòng)式除污機(jī)智能控制中。

1 模擬實(shí)驗(yàn)

為了解決傳統(tǒng)超聲波液位計(jì)在高強(qiáng)度工作中耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)設(shè)備磨損多、無(wú)法精確去除污漬的問(wèn)題，現(xiàn)將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到移動(dòng)式除污機(jī)智能控制中。

1）首先收集一定量的污水倒入已經(jīng)應(yīng)用圖像處理技術(shù)的移動(dòng)式除污機(jī)，其次開(kāi)啟去污裝置使污水開(kāi)始流動(dòng)，在格柵槽底部安裝高清攝像裝備，循環(huán)拍攝水流經(jīng)過(guò)裝置的照片，比較裝置上污物存在情況[2]。待拍攝完畢后，將應(yīng)用數(shù)字圖像處理相關(guān)技術(shù)，把污物從圖像中提取出來(lái)，記錄每張圖像上污物的面積并進(jìn)行標(biāo)號(hào)，將帶有污物的照片與原圖進(jìn)行減背景操作，隨后對(duì)減完背景的照片進(jìn)行二差化得到污物面積。

2）提取得到污物面積后，可以通過(guò)比較照片中的污物面積大小推算污物殘留程度，進(jìn)而得到圖像處理技術(shù)的污物處理能力。另外，此實(shí)驗(yàn)需要考慮外界光線影響，避免攝像頭受到光線影響。

3）雖然將圖像處理技術(shù)應(yīng)用在移動(dòng)式格柵除污機(jī)可以有效降低成本，提高去污漬能力，但是目前移動(dòng)式格柵除污機(jī)還存在著許多問(wèn)題，應(yīng)用圖像處理技術(shù)時(shí)需要充分考慮[3]。

4）在結(jié)構(gòu)材料選用上，各種類型格柵除污清洗機(jī)構(gòu)的使用升降機(jī)及清洗處理機(jī)構(gòu)的選擇都十分考究，在選擇鋼絲繩的直徑捻向旋轉(zhuǎn)軸及如何使用上，會(huì)由于纏繞或安裝不當(dāng)造成意外事故發(fā)生。因此，在方向上均對(duì)此軸向有著較嚴(yán)格的要求，若此軸的選擇不適或使用纏繞安裝不當(dāng)，會(huì)容易導(dǎo)致各種類型鋼絲繩轉(zhuǎn)速受力不均，受力長(zhǎng)度偏差出現(xiàn)較大軸向差異，進(jìn)而影響格柵除污清洗機(jī)的正常使用。

5）在外界壓力的影響下，格柵除污機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)受力容易不均，當(dāng)出現(xiàn)較大偏差時(shí)，除污機(jī)和電動(dòng)耙式鏟斗與各種鋼筋專用軌道軸承夾板之間會(huì)出現(xiàn)橫向交叉，會(huì)發(fā)生損壞設(shè)備的故障。鋼筋軌道軸承夾板相互銹蝕，可能是因?yàn)殇摻钶S承夾板受到地下水或海水等表面的相互侵蝕應(yīng)力影響。鋼絲繩對(duì)鋼筋軸承和連桿、陽(yáng)極塊以及其他鋼筋連接軌道等的腐蝕主要還是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)空氣潮濕，易受到地下水、海水等的腐蝕。另外還因?yàn)殇摻z受到空氣中大量鹽堿氣、煙霧以及其他腐蝕劑的直接影響[4]。油漆可以有效隔離空氣中的潮濕物質(zhì)，但油漆中的防腐劑有鼓包卡澀口的現(xiàn)象，原因是在刷油漆之前或其軌道上的銹蝕殘留未完全清除干凈。

6）格柵除污機(jī)導(dǎo)污板上選用帶有導(dǎo)向轉(zhuǎn)軸的矩形導(dǎo)向鋼板傳動(dòng)組件，轉(zhuǎn)軸通過(guò)傳動(dòng)軸承座直接安裝在上部傳動(dòng)機(jī)架。導(dǎo)向排污板的整體轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)用力拉動(dòng)與之連接的鋼絲繩一端來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)這些導(dǎo)致?lián)跷郯鍩o(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)的耙軸，在處于原始導(dǎo)污板高速翻轉(zhuǎn)時(shí)，除去擋污板在導(dǎo)污板內(nèi)部配件承重塊上的轉(zhuǎn)動(dòng)作用力，因?yàn)槭艿接绊憰簳r(shí)停止導(dǎo)污板轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后便恢復(fù)導(dǎo)污板運(yùn)行翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。擋污板在處于高速運(yùn)行的翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于導(dǎo)污板經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸無(wú)法正常進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的性能缺陷，因此擋污板在導(dǎo)污板翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向軸上的兩個(gè)位置上，分別安裝了兩個(gè)可以進(jìn)行自潤(rùn)滑的滑動(dòng)或滾動(dòng)式加油軸承，這種軸承主要功能是在無(wú)法進(jìn)行導(dǎo)污板加油時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)通過(guò)撕咬對(duì)磨軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)加油的現(xiàn)象。

7）從軸承傳動(dòng)特性上可以明顯看出，這種傳動(dòng)軸承適合用于格柵除污機(jī)日常運(yùn)行的工況。但由于整個(gè)軸承座在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，很有可能會(huì)導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑油和傳動(dòng)器的性能出現(xiàn)明顯不足，另外隨著一些導(dǎo)致軸承油污澀的材料對(duì)整個(gè)軸承不斷腐蝕磨損，軸承座與油污擋板之間與外孔澀的間隙不斷變化增大，難免會(huì)有小沙?；蛐∈^等一些硬質(zhì)雜物的顆粒進(jìn)入，擴(kuò)大間隙澀的問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)軸承座的轉(zhuǎn)軸停滯卡澀[5]。在早期的軸承座檢修準(zhǔn)備工作中，整個(gè)軸承內(nèi)部容易出現(xiàn)一些類似軸承扭轉(zhuǎn)停滯卡澀的問(wèn)題，這時(shí)需要通過(guò)軸承的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使擴(kuò)大的間隙縮小，這樣便可解決軸承座內(nèi)部的扭轉(zhuǎn)停滯問(wèn)題，有效減小軸承座工作誤差。

2 圖像處理技術(shù)在移動(dòng)式格柵除污機(jī)中的應(yīng)用前景

2.1 圖像處理技術(shù)

隨著科技的不斷進(jìn)步，圖像處理技術(shù)在處理精細(xì)圖像情況下十分有效，尤其是在移動(dòng)式除污機(jī)中高速流轉(zhuǎn)的水體中，需要保證捕捉到細(xì)小的污漬。原理為在圖像采集中使用光學(xué)攝像機(jī)捕捉圖像，將捕捉到帶有污漬的圖像傳送到后臺(tái)計(jì)算機(jī)，在處理模糊照片時(shí)，采用灰度拉伸調(diào)節(jié)照明度，減少圖像模糊，把圖像變?yōu)閮蓚€(gè)色調(diào)，與背景色相比便于區(qū)分，這樣即使是在污水環(huán)境中也可以精準(zhǔn)捕捉到污漬，隨后通過(guò)計(jì)算污漬面積便可以得到最終的去污效果?？梢哉f(shuō)圖像處理技術(shù)與移動(dòng)式格柵除污機(jī)相結(jié)合十分契合，并且圖像處理技術(shù)成本相對(duì)較低，隨著科技的不斷進(jìn)步，這種智能自動(dòng)化裝置在未來(lái)會(huì)擁有廣闊的前景。

2.2 清污機(jī)主要品種

市面上清污機(jī)僅有固定式和移動(dòng)式兩種，固定式由于難以負(fù)荷當(dāng)前高強(qiáng)度的工作已經(jīng)逐漸被淘汰，目前主要應(yīng)用移動(dòng)式來(lái)處理污垢。移動(dòng)式去污機(jī)由可以移動(dòng)的去污頭和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，不同于固定式去污機(jī)，在面對(duì)大量污水時(shí)，移動(dòng)式去污機(jī)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度工作，且安裝簡(jiǎn)易，造價(jià)成本低，占地面積小，后期維護(hù)成本低[6]。目前，隨著世界工業(yè)污水量越來(lái)越多和綠色環(huán)保理念的踐行，移動(dòng)式去污機(jī)的應(yīng)用前景十分明朗。

3 新型系列移動(dòng)式塑料格柵除污機(jī)的應(yīng)用

目前，新型系列移動(dòng)式塑料格柵除污機(jī)在國(guó)內(nèi)已成為具有一定生產(chǎn)規(guī)模的出口商品。廠家不斷研究改進(jìn)產(chǎn)品，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用世界前端的技術(shù)理念，從而研發(fā)出實(shí)踐控制系統(tǒng)中的新型控制套件。這種新型控制套件既能使電動(dòng)導(dǎo)污板在油管內(nèi)部按規(guī)則將各大型卷筒進(jìn)行纏繞，合并固定在每個(gè)大型卷筒上，并能由導(dǎo)污板上專用的一對(duì)彈性大型油管自動(dòng)復(fù)位機(jī)械傳動(dòng)裝置對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位，油管內(nèi)部也設(shè)有較好的自動(dòng)復(fù)位保護(hù)措施，能有效地延長(zhǎng)電動(dòng)導(dǎo)污板彈性油管的正常使用壽命，平穩(wěn)自動(dòng)保護(hù)電動(dòng)導(dǎo)污板，在油管內(nèi)部能同時(shí)復(fù)位，使電動(dòng)導(dǎo)污板上的各個(gè)機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)件全部自動(dòng)處于良好的運(yùn)行工作狀態(tài)。根據(jù)不同產(chǎn)品型號(hào)安裝時(shí)的移動(dòng)行走形式不同，新型移動(dòng)安裝行走方式廣泛應(yīng)用于我國(guó)地面架空軌道，進(jìn)行路軌路線結(jié)構(gòu)主體安裝、架空軌道主體橫向不同高度軌道移動(dòng)行走，產(chǎn)品的安裝移動(dòng)形式如下：格柵式、網(wǎng)篩式、鏟斗式、耙式等。在泵站設(shè)備移動(dòng)控制系統(tǒng)功能配置方面，初步發(fā)展形成了移動(dòng)基本型泵站控制設(shè)備系統(tǒng)和智能型泵站控制設(shè)備系統(tǒng)[7]。

4 泵站設(shè)備移動(dòng)控制系統(tǒng)功能配置

在泵站設(shè)備移動(dòng)控制系統(tǒng)功能配置方面，用戶也可同時(shí)根據(jù)主機(jī)配置的需求分別自行選擇制定控制方案。

1）移動(dòng)基本型泵站控制設(shè)備系統(tǒng)。移動(dòng)主機(jī)操縱整臺(tái)車的運(yùn)行移動(dòng)，操作采取主機(jī)手動(dòng)操控的方式，耙齒輪的運(yùn)行通過(guò)主機(jī)自動(dòng)控制[8]。2）智能型泵站控制設(shè)備系統(tǒng)。泵站用戶主機(jī)可自由選用本公司自主設(shè)計(jì)的整套智能泵站管理控制設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行配置：第一，就地控制箱內(nèi)可配置手動(dòng)、自動(dòng)、聯(lián)動(dòng)及遠(yuǎn)程控制四種模式；第二，主機(jī)配置PLC遠(yuǎn)程控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能夠?qū)Ρ谜驹O(shè)備的人機(jī)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行同步工作，實(shí)施遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)一體化集中控制的移動(dòng)電氣控制設(shè)備系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)一些領(lǐng)域在圍繞泵站設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性方面已有許多創(chuàng)新性的技術(shù)發(fā)展，通過(guò)任意手動(dòng)調(diào)節(jié)它的移動(dòng)桿和平衡桿后，就可以有效確保使用移動(dòng)臺(tái)式除渣除屑耙斗正常移動(dòng)工作，確保后續(xù)的移動(dòng)性和穩(wěn)定性，防止移動(dòng)除渣除屑耙斗正常移動(dòng)時(shí)的傾覆。

此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)針對(duì)大型污水泵站每個(gè)泵的進(jìn)水口需要，分別設(shè)置多臺(tái)電機(jī)采用橫向并列移動(dòng)方式進(jìn)行布置的固定形式排水保護(hù)格柵。其中也存在污水工程技術(shù)設(shè)備投資大、設(shè)備材料綜合利用率不高的技術(shù)弊端，建議廠家考慮推廣使用移動(dòng)式大型圓形格柵除污機(jī)，并對(duì)其基本性能結(jié)構(gòu)包括主體布置形式、主要排水保護(hù)層、構(gòu)件基本性能設(shè)計(jì)、工程成本計(jì)算及一些重要關(guān)鍵技術(shù)性能特點(diǎn)等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。這種移動(dòng)式大型圓形格柵除污機(jī)的成功推廣應(yīng)用，有利于推動(dòng)我國(guó)工程技術(shù)設(shè)備事業(yè)快速發(fā)展[9]。

5 移動(dòng)式格柵除污機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)

移動(dòng)式格柵除污機(jī)目前主要應(yīng)用于發(fā)電廠、攔河壩、自來(lái)水廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)蓄水池等工程（尤其在我國(guó)西部地勢(shì)落差大的地方）。取水口、來(lái)水處時(shí)常飄浮、沖積著諸如水草、枝干、塑料袋等垃圾，嚴(yán)重影響著這些工程的取水質(zhì)量和擾亂了葉輪的正常工作。傳統(tǒng)的格柵除污機(jī)處理能力小，作業(yè)面積窄，一臺(tái)機(jī)器處理一口井，只固定在一個(gè)位置上作業(yè)。移動(dòng)式格柵除污機(jī)則克服了以上諸多缺陷，具有處理量大、作業(yè)面寬、移動(dòng)靈活、自動(dòng)化程度高、除污效果好、使用壽命長(zhǎng)、工作環(huán)境清潔力度大、土建投資少等特點(diǎn)，自動(dòng)監(jiān)控整機(jī)的控制流由PLC可編程序控制器編程控制，觸摸屏顯示，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班；特殊形狀的抓斗，工作時(shí)與格柵緊密嚙合，可刪除纏繞在格柵間的網(wǎng)、毛發(fā)狀污物，使格柵的使用壽命延長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)污水處理工程項(xiàng)目中，使用移動(dòng)式格柵除污機(jī)的需求日漸增多，移動(dòng)式格柵除污機(jī)所具有的特性，使之能夠較好地滿足工藝處理要求，且投資少、運(yùn)行可靠、一機(jī)多用、操作方便、維護(hù)成本低，已逐步在給排水和污水處理行業(yè)中嶄露頭角，廣泛被選擇采用[10-11]。移動(dòng)式格柵除污機(jī)所具有的技術(shù)性能方面的獨(dú)特優(yōu)越性，將使其成為今后水處理裝備的主導(dǎo)產(chǎn)品。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將圖像處理技術(shù)應(yīng)用在移動(dòng)式除污機(jī)智能控制中是十分合適的，可以有效降低移動(dòng)式除污機(jī)智能控制成本，提高去污能力，節(jié)省人力成本。但是，目前這項(xiàng)技術(shù)還未得到實(shí)際應(yīng)用，無(wú)法檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是圖像處理技術(shù)的難點(diǎn)攻克，與移動(dòng)式除污機(jī)結(jié)合的應(yīng)用難關(guān)，還有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。希望未來(lái)能有科研人員早日將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到移動(dòng)式除污機(jī)智能控制中，為我國(guó)環(huán)保去污事業(yè)作出貢獻(xiàn)。