Автоматизированная система управления вращающимися печами с применением технического зрения

• Автор: Юдин, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 203 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Современное состояние разработок в сфере мониторинга и

управления вращающимися печами на основе систем технического зрения

1Л. Анализ вращающейся печи обжига как объекта мониторинга и управления

1.2. Анализ подходов к применению систем технического зрения для мониторинга и оперативного управления вращающимися печами

1.3. Постановка цели и задач исследования

ГЛАВА 2. Разработка метода оценки состояния зоны спекания вращающейся печи на основе анализа изображений

2.1. Сегментация изображений процесса обжига

2.1.1. Анализ методов предобработки изображения

2.1.2. Сегментация областей изображения на основе самоорганизующейся карты
2.1.3. Оптимизация набора текстурных характеристик на основе генетического алгоритма
2.1.4. Алгоритм сегментации изображения процесса обжига
2.2.Вычисление информативных признаков изображения с применением результатов сегментации
2.3. Выбор классификатора и его метода обучения для оценки состояния зоны спекания вращающейся печи
2.4. Метод оценки состояния зоны спекания вращающейся печи на
основе анализа изображений
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. Применение нечеткой логики для мониторинга и управления вращающейся печыо на основе параметров, полученных при анализе изображений
3.1. Качественная оценка параметров процесса обжига на основе информативных признаков изображения
3.2. Советующее нечеткое управление вращающейся печью на основе оценки состояния зоны спекания
3.3. Выводы
ГЛАВА 4. Автоматизированная советующая нечеткая система управления вращающейся цементной печыо мокрого способа производства с применением технического зрения
4.1. Разработка структуры системы
4.2. Подсистема технического зрения для оценки параметров процесса обжига
4.2.1 Аппаратный комплекс подсистемы технического зрения
4.2.2. Программный комплекс подсистемы технического зрения
4.3. Подсистема нечеткого вывода для мониторинга и советующего управления вращающейся печыо с применением оценок параметров процесса обжига
4.4. Полояштельные эффекты применения автоматизированной системы
для операторов вращающейся печи
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Акт опытно-промышленных испытаний системы технического зрения для мониторинга и оперативного управления вращающейся печью обжига цементного клинкера №
ЗАО «Осколцемент»
Приложение 2. Акт внедрения разработок в учебный процесс
Приложение 3. Свидетельства о государственной регистрации программ
для ЭВМ
Приложение 4. Фрагмент листинга программного комплекса
подсистемы технического зрения
Приложение 5. Фрагмент листинга программного комплекса
подсистемы нечеткого вывода
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Вращающиеся печи широко используются в мире на самых различных предприятиях в промышленности строительных материалов при производстве цемента, керамзита, извести. На цементных вращающихся печах, которые применяются на более чем 60-ти предприятиях России и стран СНГ, оператор, как правило, осуществляет субъективное визуальное наблюдение параметров процесса обжига и использует их в дальнейшем для принятия решения по управлению печью. Например, в цементных вращающихся печах, работающих по мокрому способу производства, операторами учитываются такие параметры как состояние материала и факела, размер гранул и величина слоя клинкера на выходе зоны охлаждения печи, угол подъема материала, запыленность, общее состояние зоны спекания вращающейся печи. Контроль названных параметров процесса обжига в зонах спекания и охлаждения печи позволяет операторам управлять не только процессами в этих зонах, но и использовать их при управлении всей вращающейся печью.
В связи с этим актуальна задача разработки автоматизированной системы управления вращающимися печами с применением относительно новой области знаний - технического зрения, которая позволяет осуществлять мониторинг параметров процессов в зонах спекания и охлаждения печи и формировать советы по управлению печыо с использованием информации о состоянии этих зон. Задача актуальна как с точки зрения повышения качества продукции на выходе печи, повышения ее эксплуатационного ресурса, так и в плане улучшения условий труда оператора печи, уменьшения нагрузки на него, повышения оперативности и качества принятия им решений по управлению печыо.
Диссертационная работа выполнялась в рамках соглашения между БГТУ им. В.Г. Шухова и ЗАО «Осколцемент» (г. Старый Оскол), гранта № А - 27/12 Программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 г.г.

из трех состояний зоны спекания. Данную работу также можно рассматривать как исследование некоторых способов обработки изображений процесса обжига, не касающееся аспектов управления вращающейся печыо на основе полученных оценок.
Выделение сегментов материала и факела на изображении процесса обжига во вращающейся печи производства глинозема с применением фильтров Габора в качестве текстурных характеристик подробно рассматривается в статье [83]. Сегментация осуществляется с применением кластеризации на основе нечеткого метода К-средних. При этом в работе не введены показатели качества сегментации и не рассматривается, как ее результаты могут быть применены в системе мониторинга или управления печыо.
Для вращающихся цементных печей мокрого способа в [84] предлагаются ряд интеллектуальных подходов к управлению печыо, в частности, на основе корреляционных динамических моделей, нечетких диаграмм поведения узлов печи, описывающих статические режимы их работы, нейро-нечетких моделей, системы технического зрения для оценки параметров процесса обжига во вращающейся печи, которая обеспечивает нахождение трех оценок - оценки состояния материала, состояния факела и запыленности в печи. Доработка и объединение этих подходов в единую автоматизированную систему управления печыо является перспективным для комплексной автоматизации вращающихся цементных печей мокрого способа производства.
Вопрос автоматизированного мониторинга и оперативного управления вращающимися печами с применением технического зрения рассматривался в ряде диссертационных работ.
Основы создания интеллектуальной советующей системы управления вращающейся цементной печью мокрого способа производства, структура которой содержит систему технического зрения для анализа изображений процесса обжига, изложены в диссертационной работе А.Г. Бажанова [11]. Однако в данной работе не формализовано использование найденных на