凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)中丟球毀球問(wèn)題分析

      凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)中丟球毀球問(wèn)題分析，針對(duì)膠球清洗凝汽器結(jié)垢容易丟球毀球等問(wèn)題，研制出一種能夠自動(dòng)檢測(cè)膠球數(shù)量及其半徑的自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。對(duì)順序采集的膠球|冬I像進(jìn)行圖像拼接，去除重復(fù)部分，然后采用灰度變換、圖像平滑等一系列預(yù)處理算法去噪，去噪后結(jié)合基于小誤差分割法的灰度閣二值化變換對(duì)圖像進(jìn)行分割，得到目標(biāo)明確的分割圖像．利用二值圖像投影變換，進(jìn)行膠球位置定位，獲得膠球的數(shù)量及磨損狀況。多次試驗(yàn)結(jié)果表明，算法具有很好的實(shí)時(shí)性和有效性。該裝置的成功研制填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。在發(fā)電過(guò)程中，凝汽器管壁會(huì)出現(xiàn)不同程度的污垢影響凝汽器換熱，造成機(jī)組真窄降低，增加發(fā)電煤耗。
      目前，大多數(shù)電廠對(duì)凝汽器的結(jié)垢主要是采用周期性高壓清洗的辦法進(jìn)行處理，即膠球清洗。凝汽器膠球清洗裝置是由收球網(wǎng)、膠球輸送泵、裝球室、控制器、膠球及閥門(mén)管路等部件組成的，如圖l所示。
      它借助高壓水流的作用將大于凝汽器冷卻管內(nèi)徑的清潔膠球擠過(guò)冷卻管,對(duì)冷卻管進(jìn)行反復(fù)擦洗,清
洗凝汽器冷卻管內(nèi)污垢并帶出雜質(zhì)。從而可以實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)冷
卻管使用壽命、提高發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益,保障機(jī)組安全運(yùn)行的
目的。而膠球清洗系統(tǒng)清潔效果能否達(dá)到佳,依賴于膠球
個(gè)數(shù)是否足量、膠球半徑是否夠大�？偸谴嬖谶@樣或那樣的
原因?qū)е虑逑催^(guò)程中膠球的堵寒,出現(xiàn)丟球現(xiàn)象,或者造成
膠球磨損,這都直接影響了換熱效果。
      目前,國(guó)內(nèi)電廠中大
都采用定期人工檢查的方法判斷是否需要加球或換球,費(fèi)時(shí)
費(fèi)力,誤差較大。因此，為提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益以及自動(dòng)化
水平,急需開(kāi)發(fā)回收膠球自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
針對(duì)膠球清洗系統(tǒng)膠球回收率低，回收膠球數(shù)量檢測(cè)困
難等問(wèn)題,利用光纖傳感器對(duì)通過(guò)膠球計(jì)
數(shù)的膠球回收自動(dòng)監(jiān)測(cè)器,并開(kāi)發(fā)了利用水流速度的變化檢
測(cè)管道內(nèi)部清洗程度的膠球清洗效果監(jiān)測(cè)器。膠球清洗系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的內(nèi)
部機(jī)械改造,研制出的新型膠球清洗系統(tǒng)膠球回收率基本上
達(dá)到了100%,但其存在的問(wèn)題就是無(wú)法自動(dòng)檢測(cè)膠球的
磨損程度。兩家公司的產(chǎn)品在我國(guó)都是按照整套膠球清洗
系統(tǒng)售賣,購(gòu)價(jià)昂貴。
課題目的在于開(kāi)發(fā)一種無(wú)需更換原膠球清洗系統(tǒng),可以
直接附加在原設(shè)備，上的膠球回收自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖1所
示，它可以自動(dòng)地監(jiān)測(cè)回收膠球的數(shù)量及其半徑，這樣運(yùn)行人員就可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果適時(shí)地添加或更換膠球，保證膠球的數(shù)量以及質(zhì)量，以期達(dá)到佳的清洗效果。
1膠球回收
      自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件配置以及軟件檢測(cè)框圖通過(guò)多次試驗(yàn)，攝像機(jī)的佳有效位置及其范圍得以確定，并根據(jù)強(qiáng)度承受力和光照特點(diǎn)選擇了合適的材料。本系統(tǒng)硬件配置如圖2所示，其中透明管道材料為鑄造鋼、光學(xué)玻璃，管道內(nèi)側(cè)不同角度裝有頻閃燈，攝像機(jī)拍攝角度垂直于密封玻璃面，拍攝焦距町調(diào)。
      從一周期的連續(xù)圖像中自動(dòng)檢測(cè)出所有膠球的數(shù)量及磨損程度。其軟件檢測(cè)框圖如圖3所示。先通過(guò)工業(yè)攝像機(jī)采集膠球連續(xù)圖像，并根據(jù)時(shí)間順序存儲(chǔ)，然后利用圖像拼接算法去除每?jī)煞�連續(xù)圖像之間的重復(fù)部分，再進(jìn)行灰度變換、圖像平滑等一系列預(yù)處理過(guò)程去噪，去噪后采用基于小誤差分割法的灰度圖二值化變換對(duì)圖像進(jìn)行分割，得到目標(biāo)明確的分割圖像，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行膠球位置定位，獲得膠球的數(shù)量及磨損狀況。
2圖像拼接

      要想記錄水流循環(huán)一周期內(nèi)的所有膠球數(shù),必須對(duì)由水
流帶動(dòng)膠球的所有流動(dòng)畫(huà)面進(jìn)行圖像采集,為保證圖像的連
貫性與完整性,硬件配置圖像采集窗口為10cmx10cm,而利
用軟件將拍攝頻率設(shè)為40Hz。這樣雖然能夠保障圖像不會(huì)
缺失,但同時(shí)造成了連續(xù)兩幅圖像之間搭界位置圖像的重
復(fù)。因此,必須先對(duì)每?jī)煞�連續(xù)圖像進(jìn)行圖像拼接,將重
復(fù)部分去掉。
尋找每?jī)煞鶊D像的佳拼接位置,本文采取的拼接方法
是:對(duì)相鄰的兩輻圖像而言.前一幅中心線的右面和后一幅
中心線的左面是有重合部分的。通過(guò)窗口大小以
及頻率的佳設(shè)置,使得雨合部分大寬度僅為單幅圖像的
1/10,這極大地減少了拼接算法的匹配空間,同時(shí)也縮短了
拼接時(shí)間。因此,匹配時(shí)只需在前一幅圖像右邊界1/10的空
間中定義一個(gè)搜索模板(以一個(gè)像素為中心,寬和高自己定
義),分別計(jì)算這個(gè)模板中所有像素點(diǎn)與后一幅圖像中相對(duì)
應(yīng)的位置的像素點(diǎn)的RGR差的平方和,得到的小的那個(gè)
值時(shí)的像素點(diǎn)的位置,即為佳匹配位置.將其記錄下來(lái),并
將前一幅圖像的右半幅與后一幅圖像的左半輻進(jìn)行拼接。
這樣用循環(huán)將所有圖像全部遍歷,找到每?jī)煞鶊D像的佳匹
配位置,即可得到?jīng)]有重復(fù)部分連續(xù)的流動(dòng)畫(huà)面。

3圖像預(yù)處理

      3.1真彩色轉(zhuǎn)換為灰度圖
真彩色圖中包含多達(dá)224種顏色,難于實(shí)施對(duì)比,所
以通常將其轉(zhuǎn)為灰度圖。將真彩色圖灰度化有許多方法,其
中比較常用的方法有平均值法、大值法、加權(quán)法和單色法。
平均值法,就是將圖像的R、G、B值求平均,然后將平均.
值作為灰度圖的灰度值;大值法.就是求像素R、G、B值的
大值,將其大值作為灰度圖的灰度值:單色值法,就是將
圖像的R、G、B值的任何一個(gè)值作為灰度圖的灰度值。
自然界中的所有顏色都可以由紅(R)綠(G)藍(lán)(B)三原
色組合而成,RCB色彩系統(tǒng)是通過(guò)將R、C、B這3種顏色相
加產(chǎn)生其它顏色,是常用的顏色系統(tǒng)。YUV是被歐洲電視
系統(tǒng)采用的一種顏色編碼方法(屬于PAL)。其中“Y"表示
明亮度(luminance或Luma)，即灰度值;而“U"和“V"表示的
則是色度(ChrominanceChroma),作用是描述影像色彩及飽
和度,用于指定像素的顏色。“亮度”是通過(guò)RGB輸人信號(hào)
來(lái)創(chuàng)建的,方法是將RCB信號(hào)的特定部分疊加到--起。YUV
與RCB之間有著如下對(duì)應(yīng)關(guān)系:

      3.2圖像平滑
圖像平滑主要是為了消除噪聲。噪聲并不限于人眼所
能看得見(jiàn)的失真和變形,有些噪聲只有在進(jìn)行圖像處理時(shí)才
可以發(fā)現(xiàn)。為了去除噪聲,有必要對(duì)圖像進(jìn)行平滑,可以采
用低通濾波的方法去除高頻干擾。圖像平滑包括空域法和
頻域法兩大類,在空域法中,圖像平滑的常用方法是采用均。
4基于小誤差分割法的灰度圖二值化變換

      灰度圖的二值化變換就是將--幅灰度圖轉(zhuǎn)換成黑白二
值圖像。具體方法是先指定一個(gè)閾值，如果圖像中某像素
的灰度值小于該閾值.則該像累的灰度值設(shè)置為0(黑),否
則設(shè)為255(白)。變換函數(shù)表達(dá)式如下
[0(x<T)
f(x)=
l255(x≥T)
其中,T為指定的閾值。閾值選取是圖像處理中的基本
向題,直接影響圖像月標(biāo)識(shí)別和跟蹤的重要課題之一。國(guó)內(nèi)
外學(xué)者針對(duì)這--課題進(jìn)行了廣泛深人的研究,提出很多閾值
選取方法的]。其中小誤差法，受月標(biāo)大小和噪聲影響小,
對(duì)小目標(biāo)圖像仍具有好的分割效果,是一種理論嚴(yán)密、效果
佳的國(guó)值選取方法。
本文根據(jù)膠球圖像的特點(diǎn),采用了小誤差分割算法進(jìn)
行梯度圖像分割。
用小誤差法求取佳閾值”1的計(jì)算公式如下:
J(1)=1+2x[Po(1)Inoo(t)+p,(t)Inσ;(t)]
-2x[po(t)Inpo(I)+p,(t)np,(t)]
上式為計(jì)算圖像佳分割閾值的判斷準(zhǔn)則函數(shù),它表示
了小錯(cuò)誤分割概率的問(wèn)題。其中:.
Po(t)=
SA
h(i)，p(4)=
,h(i)
二41
為兩類的樣本總數(shù);

5膠球位置
      定位
眾所周知,光照條件對(duì)圖像處理結(jié)果有著至關(guān)重要的影
響。鑒于此,本裝置在封閉管道內(nèi)側(cè)不同角度配置有一定數(shù)
量的頻閃燈，這有效地避免了光照不穩(wěn)定、不均勻現(xiàn)象以及
圖像中陰影的出現(xiàn)。在得到分割后的二值化閣像的基礎(chǔ)上.
采用水平/垂直投影變換即可實(shí)現(xiàn)膠球的邊界定位。而所謂
水平/垂直投影變換就是將圖1像的某行(或某列)投影到水平
(垂直)軸,將該行(列)的黑點(diǎn)(或白點(diǎn))數(shù)目累加起來(lái)。這
里根據(jù)需要,將每一列像緊的黑點(diǎn)數(shù)柑累加得到圖像在水平
方向上黑像素點(diǎn)的分布麗數(shù),根據(jù)黑像素點(diǎn)的分布,來(lái)確定
膠球的上下邊界和左右邊界,從而獲得膠球的數(shù)量以及半
徑。定位結(jié)果如閣7所示。

6結(jié)論與展望

      在仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,對(duì)300個(gè)樣本球(其中包括280個(gè)完
好球,20個(gè)破損球)進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)證明，本膠球監(jiān)測(cè)系
統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地判斷并顯示回收膠球的數(shù)量及廓損程
度,準(zhǔn)確率大于99.5%;在數(shù)量或完好程度低于規(guī)定閾值時(shí)，
能夠給出自動(dòng)報(bào)警信號(hào);另外,備有歷史記錄,方便工作人員
查閱。

隨著國(guó)內(nèi)電廠市場(chǎng)化的加深,節(jié)能降耗工作的進(jìn)一步開(kāi)
展,膠球清洗系統(tǒng)的節(jié)能產(chǎn)品需求將越米越旺盛。而凝汽器
清洗膠球回收自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用,能明顯地提高發(fā)電機(jī)組
的真空,有效地減少汽輪機(jī)排汽損失,降低汽輪機(jī)的汽耗率。
由于國(guó)內(nèi)一直沒(méi)有此類產(chǎn)品，國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格昂貴,
而且國(guó)外公司都是成套售賣,國(guó)內(nèi)電廠不得不換掉并未完全
失效的膠球清洗系統(tǒng),造成了極大的資源浪費(fèi)。應(yīng)用本產(chǎn)品
時(shí)只需作為原膠球清洗系統(tǒng)的附加系統(tǒng)使用,避免了資源浪
費(fèi),大大減少了資金。因此說(shuō),本產(chǎn)品的成功研制填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，具有很好的市場(chǎng)前景和推廣價(jià)值。