基于视觉识别技术的自动化采样燃料智慧管理系统

技术领域

本发明属于燃煤电厂数字化，智慧化建设，以及运行生产智慧管理的技术领域；具体为基于视觉识别技术的自动化采样燃料智慧管理系统，针对火电厂的燃料管理，并对其中关键的视觉识别自动化采样技术与激光盘煤技术进行深入探究，实现电厂燃料管理的智慧化。

背景技术

现阶段火电厂主要采用人工操作方式对煤样进行采样，人员由于长时间的疲劳操作往往会出现一定的安全事故与一定的采样误差，导致获得的煤样代表性较差。且近年来煤矿整体质量逐步下降，煤价高位运行，利益驱使下的煤炭交易中普遍存在的各种形式的弄虚作假，比如供煤方在煤炭装车时将低于标准的劣质煤装进车底，而将达到或者超过标准的优质煤装在车厢上部；另外一种比较难以发现的是测量数据滞后无法及时杜绝不符合合同要求的煤入场，等等。由于企业在入厂煤质量监管方面的手段的相对落后，给煤炭交易中的弄虚作假得以可乘之机。不仅导致企业的成本增加，更影响安全生产，且个别电厂送入煤场的煤量与入炉燃烧的煤量不平衡，导致煤场库存长期处于警戒线上下，严重威胁电厂的安全生产。

综上所述，火电厂在目前燃料管理方面不精细、各平台相互独立、掺杂使假情况严重、缺乏有效的管理平台，严重威胁着电厂的运行安全。目前，某些电厂只针对此项目进行“数字化煤场”部分，即煤场的管控，并未实现入厂煤漏洞的管控与自动化管理。另有一些只对底层数据进行汇总，能提供报表、统计功能，数据来源均由人进行录入或提取其他人工系统的数据，未实现底层业务的自动化管控。

发明内容

本发明从目前电厂的实际需求出发，结合智慧电厂建设的典型方向，针对火电厂的燃料管理，建立基于视觉识别技术的自动化采样燃料智慧管理系统，形成“采样-入厂验收-煤场掺配-机组燃烧-评价指导”的燃料闭环管理。

本发明是采用如下的技术方案实现的：基于视觉识别技术的自动化采样燃料智慧管理系统，包括激光盘煤系统、自动化采样系统、煤样信息数据库和燃料智能调峰系统；其中自动化采样系统包括视觉识别系统和智慧采样机械臂；

自动化采样系统包括两个方面：1）视觉识别系统使用智能视觉捕捉定位模组对入场车辆实现图像捕捉，智能视觉捕捉定位模组再将捕捉的图像传送到后台，后台依次进行图像背景处理、轮廓像素点与形状特征提取，利用卷积神经网络根据提取到的轮廓像素点与形状特征，实现对入场车辆的智能识别，识别到车辆的类型和其中货车车厢的尺寸参数；2）智慧采样机械臂的末端设置有机械爪，利用视觉识别系统，首先对车辆进行类型识别，识别到的车辆中装煤的货车作为待测车辆，然后再识别货车的车厢的尺寸，待测的货车信息以及该货车的车厢尺寸参数输入到智慧采样机械臂的主控芯片，货车行进到采样点时，主控芯片基于三点标定法，控制机械臂对货车中的煤进行定点采样；

煤样信息数据库包括燃煤信息、煤场信息和燃煤信息与车辆匹配：①燃煤信息：燃煤经过采样分析后，将得到煤的水分、灰分、挥发分、固定碳含量、热值、品种、颜色、含矸情况、外在水分情况、采样时的天气状况、是否为盖帽煤、有没有“埋点现象”，以及采样过程中发现的其他异常情况上传到数据库中；②将单次采样的燃煤信息与每辆车的信息完全匹配，便于后期管理与结算； ③煤场信息：对煤场进行区域划分，燃煤经过采样后按照划分的区域入库，将煤入库的位置实时传输到数据库中；

激光盘煤系统：煤场划分后的每个区域上方设置有高清摄像头，高清摄像头将拍摄的每个区域入库的燃煤的照片发送到后台，后台对每个区域的燃煤照片进行识别，得到煤场中每个区域的燃煤存量情况；

燃料智能调峰系统：基于煤样信息数据库，通过关联分析、综合比较和实时统计，确保燃烧工况与燃料特性实时匹配；通过对相关燃煤信息进行特征值的提取，在机组上煤前，系统自动生成配煤掺烧方案并经人工审核确定后发送至相关班组和个人。

通过本发明的应用，将大幅提高人员安全性和劳动效率、降低劳动强度；对电厂煤场燃料进行智慧化管理，能够及时清晰的了解到煤场燃煤的余量。同时通过将收集到的煤样信息进行合理优化，及时调整送入到锅炉中的量与比例，使其能够很好的满足锅炉运行的需求与相关排放需求，确保燃烧工况与燃料特性的实时匹配，助力电厂稳定运行，最大限度保证燃烧效率，提高环保性，降低发电成本。

附图说明

图1为自动化采样燃料智慧管理系统架构图。

图2为自动化采样燃料智慧管理系统流程图。

具体实施方式

基于视觉识别技术的自动化采样燃料智慧管理系统，包括激光盘煤系统、自动化采样系统、煤样信息数据库和燃料智能调峰系统；其中自动化采样系统包括视觉识别系统和智慧采样机械臂。

自动化采样系统包括两个方面：

1）视觉识别系统

使用智能视觉捕捉定位模组对入场车辆实现图像捕捉，智能视觉捕捉定位模组再将捕捉的图像传送到后台，后台依次进行图像背景处理、轮廓像素点与形状特征提取，利用卷积神经网络根据提取到的轮廓像素点与形状特征，实现对入场车辆的智能识别，识别到车辆的类型和其中货车车厢的尺寸参数。智能视觉捕捉定位模组可以为带有高清摄像头的无人机。

2）智慧采样机械臂

智慧采样机械臂以STM32微控制器为主控芯片，机械臂的末端设置有机械爪，机械臂上还带有摄像机，利用视觉识别系统，首先对车辆进行类型识别，识别到的车辆中装煤的货车作为待测车辆，然后再识别货车的车厢的尺寸，待测的货车信息以及该货车的车厢尺寸参数输入到智慧采样机械臂的主控芯片，货车行进到采样点时，主控芯片基于三点标定法，控制机械臂对货车中的煤进行定点采样。

煤样信息数据库包括燃煤信息、煤场信息等。

①燃煤信息：燃煤经过采样分析后，将得到煤的水分、灰分、挥发分、固定碳含量、热值、品种、颜色、含矸情况、外在水分情况、采样时的天气状况、是否为盖帽煤、有没有“埋点现象”，以及采样过程中发现的其他异常情况等燃煤信息上传到数据库中，便于后期调整不同负荷时，根据煤的性质及时调整不同燃煤的掺配比例。

②将单次采样的燃煤信息与每辆车的信息完全匹配，便于后期管理与结算，做好每一批煤样信息与车辆信息的匹配至关重要，便于后期台账的管理与责任到人。

③煤场信息：煤场是燃料存储的核心区，煤场的数字化管理，煤场入库-堆存-出库等数据的精确统计，可以使生产管理人员清楚掌握生产流程、提高生产过程的可控性、减少人工干预、及时正确地采集生产过程数据。首先对煤场进行区域划分，燃煤经过采样后按照划分的区域入库，将煤入库的位置实时传输到数据库中，通过激光盘煤技术，得到每个区域燃煤的体积。

激光盘煤系统

煤场划分后的每个区域上方设置有高清摄像头，高清摄像头将拍摄的每个区域入库的燃煤的照片发送到后台，后台对每个区域的燃煤照片进行识别，得到煤场中每个区域的燃煤存量情况。

燃料智能调峰系统

基于煤样信息数据库，通过关联分析、综合比较和实时统计，确保燃烧工况与燃料特性实时匹配；通过对相关燃煤信息进行特征值的提取（如燃烧热值、灰分、含碳量等），在机组上煤前，系统自动生成配煤掺烧方案并经人工审核确定后发送至相关班组和个人。

基于视觉识别技术的自动化采样燃料智慧管理系统，本系统以燃料为主线，通过燃料数据信息的采集、存储及分析技术，整合厂内SIS生产实时数据、燃料相关系统数据，打通“入厂验收-激光盘煤-煤场掺配-机组燃烧-评价指导”燃料全过程管控数据链，本系统分为三个层面，首先是设备层与平台层：本产品将出入煤场的车辆与自行搭建的数据库匹配，实现对于不同车辆的自动采集与信息匹配，准确且安全的采集煤样，在采样程中利用三点标定法，控制机械臂对货车中的煤进行定点采样，激光盘煤系统实现实时掌握煤场“场-区-堆-层”的进货情况、消耗量和库存位置，煤场分层的具体煤质信息。最后是系统的应用层：基于煤样信息数据库，通过关联分析、综合比较和实时统计，确保燃烧工况与燃料特性实时匹配；通过对相关燃煤信息进行特征值的提取，在机组上煤前，系统自动生成配煤掺烧方案并经人工审核确定后发送至相关班组和个人。通过单位时间配煤掺烧产生的实际效益，对配煤掺烧方案进行评价，对因配煤掺烧导致的机组非停和烟气排放环保超标直接评价为不合格，配煤掺烧方案自动进入系统黑名单。通过对实际产生的效益与方案实施前系统估算效益之间的差值原因进行分析，并不断优化使估算值尽可能接近实际值，不断提高系统在掺烧前对结果估算的准确性，从而提高配煤掺烧智能化水平。通过程序预设报告格式，由系统自动生成一定时间段内的配煤掺烧评价报告，提高配煤掺烧工作定期评价、总结效率。