侯增選  景義泉

（大連理工大學(xué) （博士/教授/博導(dǎo)）   天津市一諾天地科技有限公司）  

摘  要  介紹了球團(tuán)礦粒徑檢測(cè)分析及成型控制專家系統(tǒng)的組成和工作原理，主要包括球團(tuán)粒度分析儀和自動(dòng)造球系統(tǒng)。其工作原理是：利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)生球生產(chǎn)的視頻圖像進(jìn)行粒徑分析，準(zhǔn)確檢測(cè)出合格球的比例數(shù)量，并將結(jié)果輸出后對(duì)造球機(jī)進(jìn)行加水量、加料量和轉(zhuǎn)速等因素的調(diào)整，提高球盤出產(chǎn)合格粒徑的生球比例，降低生球返料量，提高生產(chǎn)效率的目的。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)利用攝像頭代替目視作為傳感器，通過(guò)圖像識(shí)別和圖像處理的一系列技術(shù)，對(duì)目標(biāo)的外形進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤計(jì)算，并指導(dǎo)設(shè)備生產(chǎn)。目前這項(xiàng)技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在球團(tuán)礦產(chǎn)線中，球團(tuán)粒度的大小是衡量球團(tuán)質(zhì)量的重要指標(biāo)。通過(guò)在造球盤對(duì)面安裝攝像頭，實(shí)時(shí)分析生球粒度組成情況，并預(yù)測(cè)其趨勢(shì)，可以指導(dǎo)加水量、加料量等參數(shù)，對(duì)穩(wěn)定球團(tuán)質(zhì)量有較好的指導(dǎo)作用。目前這套系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)的球團(tuán)生產(chǎn)線進(jìn)行了應(yīng)用。本文中以該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)某鋼鐵廠的應(yīng)用為例，敘述了該系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用情況。

1  系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)借助機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)生球生產(chǎn)的視頻圖像進(jìn)行粒徑分析，準(zhǔn)確檢測(cè)出合格球的比例數(shù)量，并將結(jié)果輸出后對(duì)造球機(jī)進(jìn)行加水量、加料量和轉(zhuǎn)速等因素的調(diào)整，提高球盤出產(chǎn)合格粒徑的生球比例，降低生球返料量，提高生產(chǎn)效率的目的。由于生球合格率的提升及生球質(zhì)量的穩(wěn)定，起到對(duì)后序生球的干燥、預(yù)熱、焙燒控制提供熱工藝參數(shù)控制的參考依據(jù)的作用。

本系統(tǒng)由粒徑分析儀和自動(dòng)造球系統(tǒng)兩部分組成。其中視頻粒徑分析儀負(fù)責(zé)對(duì)生球的粒徑進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確得出粒徑的比例分布；自動(dòng)造球系統(tǒng)則根據(jù)生球粒徑分布情況和趨勢(shì)、料的水分和來(lái)料量的情況，及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整，達(dá)到自動(dòng)造球，并提升生球合格率。

2  系統(tǒng)組成

2.1 球團(tuán)粒徑分析儀

（1）通過(guò)相機(jī)配合補(bǔ)光光源等前端設(shè)備，連續(xù)拍攝現(xiàn)場(chǎng)圖像。

（2）在球盤旁放置現(xiàn)場(chǎng)控制箱，內(nèi)置配電單元、傳輸設(shè)備等，實(shí)時(shí)將圖像傳輸?shù)胶蠖颂幚碓O(shè)備中。

（3）使用專用的軟件算法，分析出各個(gè)球盤生球的粒徑大小，制作成各粒度分布比例、合格球比例曲線等多種數(shù)據(jù)的顯示。

2.2 自動(dòng)造球控制系統(tǒng)

系統(tǒng)根據(jù)造球圓盤內(nèi)的生球粒度檢測(cè)結(jié)果，并結(jié)合給料圓盤檢測(cè)的下料量，對(duì)造球過(guò)程的加水量進(jìn)行控制，并向造球圓盤控制系統(tǒng)提供信號(hào)，實(shí)現(xiàn)造球圓盤轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，提高造球盤合格粒徑的生球比例，降低生球返料量，提升生產(chǎn)效率的目的。

2.3 造球加水自動(dòng)控制

球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程中混合料的水分對(duì)造球過(guò)程、生球成球率及在鏈篦機(jī)內(nèi)干燥速度影響較大，水分偏低，成球速度慢，產(chǎn)量低；水分偏高，大球多，干燥速度慢，球的爆裂溫度降低。該系統(tǒng)通過(guò)接收球團(tuán)原料水分和生球水分的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)粒徑分布數(shù)據(jù)對(duì)造球加水量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。該系統(tǒng)要滿足人工設(shè)定生球水分工藝限值，當(dāng)監(jiān)測(cè)到生球水分含量達(dá)到工藝上限值時(shí)，加水系統(tǒng)就自動(dòng)停止加水操作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以保證生球適宜的水分。

造球加水自動(dòng)控制是通過(guò)PLC控制器、電磁流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、手動(dòng)球閥、滴水噴頭、霧化噴頭等設(shè)備（不滿足時(shí)需廠家改造），并根據(jù)粒徑檢測(cè)結(jié)果和生球水分檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)造球過(guò)程中對(duì)水分的自動(dòng)控制，防止生球水分含量超出工藝規(guī)定值，確保生球質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3  系統(tǒng)功能

借助機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)分析造球機(jī)出產(chǎn)的生球的粒徑分布，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，得出粒徑變化趨勢(shì)曲線。根據(jù)粒徑分析結(jié)果，自動(dòng)對(duì)加水量進(jìn)行調(diào)整，并向發(fā)包方造球圓盤控制系統(tǒng)提供信號(hào)。及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)的異常情況，減少由于來(lái)料不穩(wěn)定造成的生產(chǎn)波動(dòng)，減少生產(chǎn)損失，提高效率。對(duì)球盤的生球粒徑進(jìn)行分析并做出相應(yīng)控制，并用來(lái)指導(dǎo)后序生產(chǎn)，達(dá)到減少破損，提質(zhì)增產(chǎn)的目的。

4  技術(shù)特點(diǎn)

獨(dú)有強(qiáng)大的軟件分析功能，能對(duì)生球進(jìn)行實(shí)時(shí)的粒徑測(cè)量和比例計(jì)算；生球合格率異常報(bào)警，能夠及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝，提高生球合格率和生產(chǎn)效率；數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，采樣量大，比人工采樣數(shù)據(jù)更具有代表性；具有歷史查詢功能，可以查詢?nèi)我鈺r(shí)間段內(nèi)生球的平均粒級(jí)和分布比例的歷史變化趨勢(shì)；具備數(shù)據(jù)輸出端口，為后續(xù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；采用中文操作界面，控制程序邏輯全部在硬件程序上實(shí)現(xiàn)編程，當(dāng)上位機(jī)停止時(shí)不影響整套系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)自動(dòng)控制專家系統(tǒng)采用PLC參與控制時(shí)要與發(fā)包方使用PLC系統(tǒng)同品牌配套使用，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的兼容性、易操作、可維護(hù)性；現(xiàn)場(chǎng)成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)建立方便，易于維護(hù)，當(dāng)成像系統(tǒng)改變安裝位置或高度、更換圖形采集部分硬件時(shí)，能夠在4-8小時(shí)內(nèi)完成數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)采集，控制精度能夠完成滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

5  結(jié)論

利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)生球生產(chǎn)的視頻圖像進(jìn)行粒徑分析，準(zhǔn)確檢測(cè)出合格球的比例數(shù)量，并將結(jié)果輸出后對(duì)造球機(jī)進(jìn)行加水量、加料量和轉(zhuǎn)速等因素的調(diào)整，提高球盤出產(chǎn)合格粒徑的生球比例，降低生球返料量，提高生產(chǎn)效率的目的。