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)粒度分析儀和自動造球系統(tǒng)。其工作原理是：利用機(jī)器視覺技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對生球生產(chǎn)的視頻圖像進(jìn)行粒徑分析，準(zhǔn)確檢測出合格球的比例數(shù)量，并將結(jié)果輸出后對造球機(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，通過圖像識別和圖像處理的一系列技術(shù)，對目標(biāo)的外形進(jìn)行實時的跟蹤計算，并指導(dǎo)設(shè)備生產(chǎn)。目前這項技術(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)。通過在造球盤對面安裝攝像頭，實時分析生球粒度組成情況，并預(yù)測其趨勢，可以指導(dǎo)加水量、加料量等參數(shù)，對穩(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)器視覺技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對生球生產(chǎn)的視頻圖像進(jìn)行粒徑分析，準(zhǔn)確檢測出合格球的比例數(shù)量，并將結(jié)果輸出后對造球機(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造球系統(tǒng)兩部分組成。其中視頻粒徑分析儀負(fù)責(zé)對生球的粒徑進(jìn)行檢測，準(zhǔn)確得出粒徑的比例分布；自動造球系統(tǒng)則根據(jù)生球粒徑分布情況和趨勢、料的水分和來料量的情況，及時做出相應(yīng)的調(diào)整，達(dá)到自動造球，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）通過相機(jī)配合補(bǔ)光光源等前端設(shè)備，連續(xù)拍攝現(xiàn)場圖像。

（2）在球盤旁放置現(xiàn)場控制箱，內(nèi)置配電單元、傳輸設(shè)備等，實時將圖像傳輸?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)的生球粒度檢測結(jié)果，并結(jié)合給料圓盤檢測的下料量，對造球過程的加水量進(jìn)行控制，并向造球圓盤控制系統(tǒng)提供信號，實現(xiàn)造球圓盤轉(zhuǎn)速的自動控制，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 造球加水自動控制

球團(tuán)生產(chǎn)過程中混合料的水分對造球過程、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)通過接收球團(tuán)原料水分和生球水分的檢測數(shù)據(jù)，并根據(jù)粒徑分布數(shù)據(jù)對造球加水量進(jìn)行自動調(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)測到生球水分含量達(dá)到工藝上限值時，加水系統(tǒng)就自動停止加水操作并發(fā)出報警信號，以保證生球適宜的水分。

造球加水自動控制是通過PLC控制器、電磁流量計、電動調(diào)節(jié)閥、手動球閥、滴水噴頭、霧化噴頭等設(shè)備（不滿足時需廠家改造），并根據(jù)粒徑檢測結(jié)果和生球水分檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)造球過程中對水分的自動控制，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)器視覺技術(shù)和計算機(jī)圖像處理技術(shù)，實時檢測分析造球機(jī)出產(chǎn)的生球的粒徑分布，建立數(shù)據(jù)庫，得出粒徑變化趨勢曲線。根據(jù)粒徑分析結(jié)果，自動對加水量進(jìn)行調(diào)整，并向發(fā)包方造球圓盤控制系統(tǒng)提供信號。及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)的異常情況，減少由于來料不穩(wěn)定造成的生產(chǎn)波動，減少生產(chǎn)損失，提高效率。對球盤的生球粒徑進(jìn)行分析并做出相應(yīng)控制，并用來指導(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

獨有強(qiáng)大的軟件分析功能，能對生球進(jìn)行實時的粒徑測量和比例計算；生球合格率異常報警，能夠及時調(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間段內(nèi)生球的平均粒級和分布比例的歷史變化趨勢；具備數(shù)據(jù)輸出端口，為后續(xù)的自動控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的實時數(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現(xiàn)編程，當(dāng)上位機(jī)停止時不影響整套系統(tǒng)的正常運行，當(dāng)自動控制專家系統(tǒng)采用PLC參與控制時要與發(fā)包方使用PLC系統(tǒng)同品牌配套使用，充分考慮現(xiàn)場的兼容性、易操作、可維護(hù)性；現(xiàn)場成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建立方便，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，能夠在4-8小時內(nèi)完成數(shù)據(jù)庫的自動采集，控制精度能夠完成滿足現(xiàn)場使用要求。

5  結(jié)論

利用機(jī)器視覺技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對生球生產(chǎn)的視頻圖像進(jìn)行粒徑分析，準(zhǔn)確檢測出合格球的比例數(shù)量，并將結(jié)果輸出后對造球機(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。