一种用于生物气化炉的可视自动化防堵方法及系统 |
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| 申请号 | CN202311347925.9 | 申请日 | 2023-10-16 | 公开(公告)号 | CN117186956A | 公开(公告)日 | 2023-12-08 |
| 申请人 | 国能长源荆门发电有限公司; | 发明人 | 熊剑敏; 杨春笋; 黎赛梾; 肖敦哲; 张成; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 生物 质 发电技术领域，具体涉及一种用于生物 气化 炉的可视自动化防堵方法及系统。包括：S001、获取料仓的运行数据，实时拍摄工作视频；S002、 可视化 展示运行数据和工作视频；S003、判断运行数据判断是否满足疏松条件；S004、当满足疏松条件，则启动疏松工作；S005、当不满足疏松条件，则将工作视频解析为工作图像；S006、构建堵料数据集，通过工作图像判断堵料 风 险；S007、当存有堵料风险，则启动疏松工作。本发明具有简化难度、降低人 力 需求、准确性高、易于管理和降低安全隐患的优点，解决了 现有技术 的工作难度大、人力需求高、容易误判、管理难度大和安全隐患的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于生物气化炉的可视自动化防堵方法，其特征在于，该方法包括： |
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| 说明书全文 | 一种用于生物气化炉的可视自动化防堵方法及系统技术领域背景技术[0002] 生物气化炉是一种绿色环保的燃烧设备，它将农作物秸秆、林木废弃物、食用菌渣或牛羊畜粪等生物质原料进行气化，然后燃烧产生的生物质燃气，减少了烟尘排放，且生物质原料为可再生资源，供应充足价格低廉，适合进行取暖或发电。但生物气化炉受限于生物质原料的理化特性，容易产生堵料、棚料和板结等故障，严重时会导致非计划停机，存有事故隐患。 [0003] 生物气化炉的堵料现象主要出现在料仓中，投入生物质物料后，物料在重力作用下向下流动，由于物料之间存有摩擦阻力，物料流动时挤压料仓的仓壁，还会受到仓壁的反作用力，因此内层的中间区域物料更易于向下流动，而贴近仓壁的近壁物料不易流动，当中间区域的物料落下后产生空间，近壁物料才在重力作用下逐渐坍落到中间区域；由于近壁物料长期处于滞流状态，因此容易被压实在料仓的仓壁上，并逐渐增高和增厚，继而产生堵塞的情况。 [0004] 现有的防堵技术通常是依靠人眼观察料仓，当观察员发觉到物料堆积等情况，则使用手工器械对料仓进行疏松，当料仓较多时，巡查工作难度大，且设备不间断运行时，对人力需求较高；此外，人眼观察容易产生误判，难以获知实际的堵塞情况，往往不能及时进行疏松。另一方面，人工工作不易进行复核，管理难度较大，且手工疏松对工作人员以及设备都存有安全隐患，因此需要一种新的用于生物气化炉的可视自动化防堵方法及系统来解决这些问题。 发明内容[0005] 为了克服上述现有的人工观察和疏松料仓存有的工作难度大、人力需求高、容易误判、管理难度大和存有安全隐患的技术缺陷，本发明提供一种简化工作难度、降低人力需求、判断准确性高、易于管理和降低安全隐患的用于生物气化炉的可视自动化防堵方法及系统来解决上述不足。 [0006] 为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的： [0007] 本发明所述的一种用于生物气化炉的可视自动化防堵方法，其特征在于，该方法包括： [0008] S001、获取料仓的运行数据，实时拍摄工作视频； [0009] S002、可视化展示运行数据和工作视频； [0010] S003、判断运行数据判断是否满足疏松条件； [0011] S004、当满足疏松条件，则启动疏松工作； [0012] S005、当不满足疏松条件，则将工作视频解析为工作图像； [0014] S007、当存有堵料风险，则启动疏松工作。 [0015] 所述的获取料仓的运行数据，实时拍摄工作视频，具体为：通过有线或无线的方式，获取料仓的运行数据，所述运行数据包括但不限于手动信号数据、定时任务数据和传感器数据，所述的手动信号数据包括但不限于现场操作机器产生的电信号和远程控制产生的网络信号，所述的定时任务数据包括但不限于固定时间和循环时间，所述的传感器数据包括但不限于断料传感器数据、料仓温度传感器数据和料位高度传感器数据；然后通过摄像机实时对料仓的入料口处进行拍摄，获得工作视频。 [0016] 所述的可视化展示运行数据和工作视频，具体为：将运行数据和工作视频通过有线或无线的方式进行回传，展示在显示器上，所述工作视频的展示方式包括但不限于并排显示、画面分割和循环播放，用于监控至少一个料仓的工作状态，所述运行数据的展示方式包括但不限于单独显示，或叠加在工作视频的上方合并显示。 [0018] 所述的判断运行数据判断是否满足疏松条件，具体为：读取运行数据，对于手动信号数据，当接受到启动的信号，则判定为满足疏松条件，对于定时任务数据，若当前的时间达到设定的固定时间，或累计运行时间达到设定的循环时间的倍数，则判定为满足疏松条件，对于传感器数据，若断料传感器数据为出现断料、料仓温度传感器数据超过警戒温度值，或料位高度传感器数据超过警戒高度值，则判定为满足疏松条件。 [0019] 所述的警戒温度值的设定范围为35℃～45℃，所述的警戒高度值的设定范围为30cm～40cm。 [0020] 所述的当不满足疏松条件，则将工作视频解析为工作图像，具体为：当不满足疏松条件，则解析工作视频，将工作视频按视频帧进行分解，获得多张工作图像，然后对工作图像进行转码，获得可进行使用的工作图像。 [0021] 所述的构建堵料数据集，通过工作图像判断堵料风险，具体为： [0022] S601、输入堵料的工作图像，作为数据集； [0023] S602、对数据集中的图像进行预处理； [0024] S603、提取数据集中的图像的特征； [0025] S604、将目标工作图像与数据集进行特征匹配； [0026] S605、输出匹配结果，判断是否堵料风险。 [0027] 所述的堵料的工作图像采用人工筛选，即每次出现堵料工况时，则调出工作视频，将出现堵料的料仓的工作图像进行保存，所述数据集至少包含100张堵料的工作图像。 [0028] 所述的预处理包括但不限于图像去噪、图像平滑和图像变换。 [0030] 所述的特征匹配采用欧式距离算法。 [0031] 一种用于生物气化炉的可视自动化防堵系统，应用于所述一种用于生物气化炉的可视自动化防堵方法，包括监测模块和疏松模块，其特征在于：监测模块和疏松模块分别设置在料仓上，监测模块和疏松模块之间电连接。 [0032] 所述的监测模块包括摄像机、存储器和上位机，摄像机通过光纤与存储器连接，存储器与上位机电连接；所述的上位机设置有显示器，用于显示摄像机的视频数据。 [0033] 所述的摄像机设置在全向云台上，料仓上对应于摄像机还设置有照明灯。 [0034] 所述的监测模块还包括断料传感器，用于检测物料是否出现断料，远红外传感器，用于监测物料的温度，激光测距仪，用于监测料仓的料位高度。 [0035] 所述的疏松模块包括液压缸、拉杆、刮板和控制柜，控制柜通过供油管与至少一个液压缸连接，液压缸装设在料仓的外侧，液压缸的推杆延伸到料仓的内侧，料仓的内侧设置有拉杆，拉杆与液压缸连接，拉杆上间隔固装有至少一个刮板。 [0036] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0037] 本发明提供一种简化工作难度、降低人力需求、判断准确性高、易于管理和降低安全隐患的用于生物气化炉的可视自动化防堵方法及系统，通过摄像机和传感器实时监测料仓的工作情况，然后在显示器上展示，无需现场巡查，简化了工作难度，只需要少量的工作人员即可进行维护，根据手动信号、定时任务和智能匹配来对料仓进行疏松，相比于人工的主观判断具有更高的准确性；且视频数据和工作数据持久化保存在存储器中，易于进行调取和管理，采用机械化的疏松模块完成疏松工作，相比于手工疏松更加安全可靠，解决了现有的人工观察和疏松料仓存有的工作难度大、人力需求高、容易误判、管理难度大和存有安全隐患的问题，满足了生物气化炉的使用需要。附图说明 [0038] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中： [0039] 图1是本发明的方法流程示意图； [0040] 图2是本发明的S006步骤的方法流程示意图； [0041] 图3是本发明的系统结构示意图； [0042] 图4是本发明的监测模块的结构示意图； [0043] 图5是本发明的疏松模块的结构示意图； [0044] 图6是本发明的疏松模块的俯视示意图。 [0045] 图中：1、监测模块，101、摄像机，102、存储器，103、上位机，104、照明灯，105、断料传感器，106、远红外传感器，107、激光测距仪，108、全向云台， [0046] 2、疏松模块，201、液压缸，202、拉杆，203、刮板，204、控制柜， [0047] 3、料仓。 具体实施方式[0048] 为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。 [0049] 如图1所示，本发明所述的一种用于生物气化炉的可视自动化防堵方法，该方法包括： [0050] S001、获取料仓的运行数据，实时拍摄工作视频； [0051] 所述的获取料仓的运行数据，实时拍摄工作视频，具体为：通过有线或无线的方式，获取料仓的运行数据，所述运行数据包括但不限于手动信号数据、定时任务数据和传感器数据，所述的手动信号数据包括但不限于现场操作机器产生的电信号和远程控制产生的网络信号，所述的手动信号数据还具有最高的优先级，即在任何工况中接收到手动信号数据则立即执行，该设置的优点在于提高手动操作在紧急情况下的快速响应，启动疏松工作来解决堵塞，或是在设备异常时快速停止运行。 [0052] 所述的定时任务数据包括但不限于固定时间和循环时间，在启动后记录总运行时间，每次达到循环时间的倍数时，则触发定时任务，该循环时间的长度可由工作人员进行设置，作为本申请一种可选的实施方式，所述的循环时间为1小时，即每隔一小时工作一次。所述的定时任务还可以是固定的时间点，作为本申请一种可选的实施方式，每秒获取一次当前时间，当运行到该时间点，则触发定时任务。 [0053] 所述的传感器数据包括但不限于断料传感器数据、料仓温度传感器数据和料位高度传感器数据；然后通过摄像机实时对料仓的入料口处进行拍摄，获得工作视频。 [0054] S002、可视化展示运行数据和工作视频； [0055] 所述的可视化展示运行数据和工作视频，具体为：将运行数据和工作视频通过有线或无线的方式进行回传，展示在显示器上，作为本申请一种较佳的实施方式，所述的视频数据采用光纤进行传输。所述工作视频的展示方式包括但不限于并排显示、画面分割和循环播放，其中，并排显示是使用一台以上的显示器分别显示料仓3画面，画面分割是在单台显示器上同时显示至少一个料仓3画面，循环播放是在单台显示器上依次切换显示至少一个料仓3画面，用于监控至少一个料仓的工作状态，该步骤的优点在于提高工作人员的人力效率，降低了现场巡查所需的人力，提高了可监控的料仓3的数量。 [0056] 所述运行数据的展示方式包括但不限于单独显示，或叠加在工作视频的上方合并显示，并且与所监控的料仓3一一对应，该步骤的优点在于观察料仓3情况时还可以直观获知各项数据，便于结合视频内容来准确判断是否存有堵料风险。进一步的，所述的运行数据和工作视频还进行持久化保存，储存在本地或云端的服务器上，所述储存的运行数据和工作视频支持进行数据管理，包括但不限于储存、删除、修改和查找的操作。 [0057] S003、判断运行数据判断是否满足疏松条件； [0058] 所述的判断运行数据判断是否满足疏松条件，具体为：读取运行数据，对于手动信号数据，当接受到启动的信号，则判定为满足疏松条件，对于定时任务数据，若当前的时间达到设定的固定时间，或累计运行时间达到设定的循环时间的倍数，则判定为满足疏松条件，对于传感器数据，若断料传感器数据为出现断料、料仓温度传感器数据超过警戒温度值，作为本申请一种较佳的实施方式，所述的警戒温度值的设定范围为35℃～45℃，或料位高度传感器数据超过警戒高度值，作为本申请一种较佳的实施方式，所述的警戒高度值的设定范围为30cm～40cm，则判定为满足疏松条件。 [0059] S004、当满足疏松条件，则启动疏松工作； [0060] S005、当不满足疏松条件，则将工作视频解析为工作图像； [0061] 所述的当不满足疏松条件，则将工作视频解析为工作图像，具体为：当不满足疏松条件，则解析工作视频，将工作视频按视频帧进行分解，获得多张工作图像，然后对工作图像进行转码，获得可进行使用的工作图像。 [0062] S006、构建堵料数据集，通过工作图像判断堵料风险； [0063] 如图2所示，所述的构建堵料数据集，通过工作图像判断堵料风险，具体为： [0064] S601、输入堵料的工作图像，作为数据集； [0065] 所述的堵料的工作图像采用人工筛选，即每次出现堵料工况时，则调出工作视频，将出现堵料的料仓的工作图像进行保存，不断积累堵料时的工作图像，将其作为堵料标准的数据集，所述数据集至少包含100张堵料的工作图像。 [0066] S602、对数据集中的图像进行预处理； [0067] 所述的预处理包括但不限于图像去噪、图像平滑和图像变换，其中，图像去噪用于去除工作图像上的噪点，减少干扰，图像平滑用于过滤工作图像上的亮度异常区域，使其更加一致，图像变换用于对工作图像进行裁剪和缩放，以使堵料区域更加突出。 [0068] S603、提取数据集中的图像的特征； [0069] 所述的提取数据集中的图像的特征包括但不限于提取颜色特征、提取纹理特征和提取边缘特征，采用的算法为SIFT尺度不变特征转换算法。 [0070] S604、将目标工作图像与数据集进行特征匹配； [0071] 作为本申请一种较佳的实施方式，所述的特征匹配采用欧式距离算法： [0072] [0073] 其中，des1(x1～x128)是数据集中的工作图像，des2(y1～y128)是目标工作图像，即当前实时拍摄的工况。 [0074] S605、输出匹配结果，判断是否堵料风险。 [0075] 将当前的目标工作图像与数据集中的各个图像进行匹配后，若存有类似的匹配图像，则判定为当前存有堵料风险，若没有匹配结果，则输出为不存有堵料风险，并且不断更新当前的目标工作图像，继续进行监测。 [0076] S007、当存有堵料风险，则启动疏松工作。 [0077] 所述的当存有堵料风险，则启动疏松工作，具体为：当存有堵料风险，则启动疏松工作，以往复式的运动铲去料仓3的仓壁上附着的物料，并且至少运行一个往复周期，或者运行一段设定的时间，当停止疏松操作时，则停止铲去物料。 [0078] 如图3所示，一种用于生物气化炉的可视自动化防堵系统，应用于所述的一种用于生物气化炉的可视自动化防堵方法，包括监测模块1和疏松模块2，监测模块1和疏松模块2分别设置在料仓3上。 [0079] 监测模块1用于实时监测料仓3的运行情况，如图4所示，所述的监测模块1包括摄像机101、存储器102和上位机103，摄像机101设置在料仓3的上部，用于对料仓3的物料状态进行拍摄，所述的摄像机101设置在全向云台108上，以便调整摄像机101的视角朝向，所述的全向云台108为现有技术，如公开号为CN204986278U所公布的一种医用摄像万向云台装置，即可满足本申请的全向云台108的使用需要，料仓3上对应于摄像机101还设置有照明灯104，用于提高料仓3的摄像亮度。 [0080] 摄像机101通过光纤与存储器102连接，存储器102用于存储摄像机101的视频数据，所述光纤的两端设置有编码器和解码器，用于对传输的数据进行编解码处理。存储器102与上位机103电连接，以便通过上位机103对存储器102进行管理，包括但不限于储存、删除、修改和查找等操作；所述的上位机103设置有显示器，用于显示摄像机101的视频数据，所述上位机103可自行设置定时任务，以便定时进行疏松操作，所述上位机103还可以发起手动信号，用于主动执行疏松操作。 [0081] 所述的监测模块1还包括断料传感器105、远红外传感器106和激光测距仪107，断料传感器105、远红外传感器106和激光测距仪107与存储器102和上位机103电连接，断料传感器105用于检测物料是否出现断料，当出现断料即表明料仓3内的物料存有堵塞情况，远红外传感器106用于监测物料的温度，激光测距仪107用于监测料仓3的料位高度；所述远红外传感器106和激光测距仪107设置在料仓3的外部 [0082] 监测模块1和疏松模块2之间电连接，如图5所示，所述的疏松模块2包括液压缸201、拉杆202、刮板203和控制柜204，控制柜204通过供油管与至少一个液压缸201连接，所述控制柜204内设置有控制器和驱动供油回路的电机，作为本申请一种可行的实施方式，所述的控制器为西门子PLC S7‑200，液压缸201装设在料仓3的外侧，该设置的优点在于防止物料对液压缸201的运行产生干扰，如图6所示，液压缸201的推杆延伸到料仓3的内侧，料仓 3的内侧设置有拉杆202，拉杆202与液压缸201连接，所述断料传感器105装设在拉杆202上，用于监测物料是否出现断料的情况。 [0083] 拉杆202上间隔固装有至少一个刮板203，拉杆202用于传递液压缸201的推拉，带动刮板203运动，从而疏松料仓3仓壁的近壁物料，使其坍塌下落，消除堵塞风险。当液压缸201带动拉杆202和刮板203完成一次伸出和收缩动作时，即为一个往复周期，当控制柜204接受到疏松启动指令，则通过供油回路驱动液压缸201工作，并执行至少一个往复周期，当控制柜204接受到疏松停止指令，则使液压缸201复位并停止工作。此外，所述控制柜204还可以由现场工作人员手动控制，以便及时发起手动信号，快速启动或终止液压缸201工作。 [0084] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。 [0085] 在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。 [0086] 应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。 [0087] 应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些描述不应限于这些术语。这些术语仅用来将描述区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。 [0088] 取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。 [0089] 还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。 [0091] 本发明所述的一种用于生物气化炉的可视自动化防堵方法及系统具有简化工作难度、降低人力需求、判断准确性高、易于管理和降低安全隐患的优点，通过摄像机101和传感器实时监测料仓3的工作情况，然后在显示器上展示，无需现场巡查，简化了工作难度，只需要少量的工作人员即可进行维护，根据手动信号、定时任务和智能匹配来对料仓3进行疏松，相比于人工的主观判断具有更高的准确性；且视频数据和工作数据持久化保存在存储器102中，易于进行调取和管理，采用机械化的疏松模块2完成疏松工作，相比于手工疏松更加安全可靠，解决了现有的人工观察和疏松料仓3存有的工作难度大、人力需求高、容易误判、管理难度大和存有安全隐患的问题，满足了生物气化炉的使用需要。 |
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