基于图像识别的离子交换系统智能再生控制方法及系统

技术领域

本发明涉及发电厂水处理技术领域，具体涉及基于图像识别的离子交换系统智能再生控制方法及系统。

背景技术

作为目前应用较广的传统除盐技术之一的离子交换法除盐，起源于20世纪40年代，具有出水水质好、生产成本较低、技术成熟等突出优点。在常规的软化和脱盐系统中，特别是在制备纯水和高纯水的脱盐系统中，仍然主要使用离子交换水处理方式。离子交换除盐是利用离子交换树脂上可交换的氢离子和氢氧根离子，与水中溶解盐发生离子交换，达到去除水中盐的目的。由于离子交换树脂交换容量有限和离子交换反应的可逆性，离子交换树脂可以通过交换吸附和再生反复利用。

离子树脂失效后必须经过再生处理才能恢复其交换能力备用。树脂的再生是离子交换水处理工艺过程中最重要的环节，再生效果的好坏不仅对工作交换容量和出水水质有直接的影响，而且在很大的程度上决定运行的经济性。化学离子交换制水系统一般采用体内再生，通过程控进行，阴/阳离子交换设备树脂再生工艺为：反洗→放水→预喷射→再生→置换→小正洗→正洗→备用。混合离子交换设备树脂再生工艺为：反洗分层→静置→放水→预喷射→再生→置换→小正洗→正洗→备用。再生关键步骤包括分层、混合、反洗、放水等关键环节。申请号为CN201610688398.1的专利申请《一种软水器的软化树脂再生控制方法》将软水器的运行模式划分为正常运行模式和假日运行模式；通过人工干预控制软水器由正常运行模式切换至假日运行模式，当软水器处于假日运行模式时，实时监测软水器的实际用水量，并判断实际用水量和设定用水量的数值大小，如果实际用水量大于等于设定用水量，则立即将软水器切换至正常运行模式；在软水器处于正常运行模式时，每当软水器累积运行时长达到第一设定时长的整数倍时，则对软化树脂依次进行反洗、吸盐、正洗操作，在软水器处于假日运行模式时，当软水器累积运行时长第一次达到第二设定时长时，对软化树脂依次进行反洗、吸盐、正洗操作，此后每当软水器累积运行时长达到第二设定时长的整数倍时，则对软化树脂依次进行反洗、正洗操作。前述现有专利中的树脂再生控制方法仅对再生操作的时长程控运行，自动化较低，现有技术一般在程控运行的同时还需要运行人员就地检查和配合，耗时耗力。此外部分电厂化学专业人员紧缺，对树脂再生关键环节的确认缺乏经验，使树脂再生质量存在波动，影响离子交换系统安全经济运行。现有技术存在耗时耗力以及系统运行安全性低的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中存在的耗时耗力以及系统运行安全性低的技术问题。

本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：基于图像识别的离子交换系统智能再生控制方法中的混合离子交换设备树脂再生工艺包括以下步骤：

S1、根据DCS程控再生指令，使混合离子交换设备进入反洗步骤，采集并分析树脂反洗图像，据以得到树脂膨胀状态数据，根据所述树脂膨胀状态数据与预置膨胀范围数据判定完成所述反洗步骤并获得待分层沉降树脂；

S2、对所述待分层沉降树脂执行分层及沉降步骤，采集并利用深度学习模型分析树脂分层界面图像以得到分层清晰数据，根据所述分层清晰数据触发所述混合离子交换设备进行静置沉降操作直至所述树脂完全沉降，以获得第一待放水树脂；

S3、对所述第一待放水树脂执行放水步骤，采集并分析树脂放水图像，以处理得到第一树脂上液面高度差值，据以判定完成放水操作，以获得第一待置换树脂；

S4、对所述第一待置换树脂执行预喷射、再生进酸/碱及置换步骤，采集并利用所述深度学习模型处理树脂扰动图像，以得到树脂扰动状态数据，据以调节再生水泵的频率直至所述第一待置换树脂无扰动，利用所述树脂扰动状态数据控制所述混合离子交换设备对所述第一待置换树脂依次进行所述再生进酸/碱及所述置换的操作，以得到待混合树脂；

S5、对所述待混合树脂执行混合步骤，采集混合离子交换器排气阀液位开关动作数据及第二树脂上液面高度差值，据以控制所述离子交换设备进行重新满水、小正洗、正洗及放水操作，采集并利用所述深度学习模型处理树脂混合图像，据以控制所述混合离子交换设备进行混合操作，以得到第一再生树脂。

本发明获取离子交换树脂再生过程中的监控图像，根据预设识别算法及深度学习模型对各监控图像进行识别，获得所述树脂的液面高度及判断树脂的反洗分层、混合情况，减少了运行人员就地检查和配合，节省工时并提高了树脂再生的效率。避免了传统技术中依靠人工操作和经验导致的树脂再生质量波动，保证了离子交换系统安全经济运行。

在更具体的技术方案中，一种基于图像识别的离子交换系统智能再生控制方法还包括阴/阳离子交换设备树脂再生工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1’、根据DCS程控再生指令，使阴/阳离子交换设备进入反洗步骤，以上视镜智能摄像头采集并利用计算机智能分析单元分析树脂反洗图像，据以得到树脂膨胀状态数据，根据所述树脂膨胀状态数据与预置膨胀高度范围数据对比，据以判定完成所述反洗步骤并获得第二待沉降树脂，其中，以反洗排水管出口摄像头监测树脂的泄漏状态数据；

S2’、对所述第二待沉降树脂执行沉降步骤，控制所述阴/阳离子交换设备持续进行静置沉降，直至树脂完全沉降，以获得第二待放水树脂；

S3’、对所述第二待放水树脂执行放水步骤，以中视镜智能摄像头采集并分析树脂放水图像，以所述计算机智能分析单元处理得到联合中排上液位开关状态数据，据以判定完成放水操作，以获得待置换树脂；

S4’、对所述待置换树脂执行预喷射、再生进酸/碱及置换步骤，以所述中视镜智能摄像头采集并通过所述计算机智能分析单元利用所述深度学习模型分析所述树脂扰动图像，以得到再生水泵频率调节数据，据以调节再生水泵直至所述树脂无扰动，控制所述阴/阳离子交换设备进行再生进酸/碱操作，以中排管上酸/碱浓度计采集酸碱浓度变化数据，据以触发并控制所述阴/阳离子交换设备对所述待置换树脂进行置换操作，以获得待正洗树脂；

S5’、以阴离子交换器及阳离子交换器对所述待正洗树脂进行小正洗及正洗操作，当所述阴离子交换器正洗排水DD≤5.0μS/cm，Si O2≤100μg/L且所述阳离子交换器正洗排水Na+≤100μg/L时，判定正洗步骤完成，以获得第二再生树脂。

在更具体的技术方案中，步骤S1包括：

S11、以计算机DCS程控系统向所述混合离子交换设备发送再生指令；

S12、所述混合离子交换设备根据所述再生指令进入所述反洗步骤；

S13、以上视镜摄像头采集并传输所述树脂反洗图像至计算机智能分析单元，据以处理得到树脂膨胀高度与预设高度差值，以判断树脂膨胀高度是否合适，根据所述树脂膨胀高度的状态判定获得所述待分层沉降树脂；

S14、以反洗排水管出口摄像头监测树脂在反洗过程中的树脂泄漏情况，在发现树脂泄漏预设流量时反馈调节反洗水泵频率。

在更具体的技术方案中，步骤S2包括：

S21、通过下视镜智能摄像头采集所述树脂分层界面图像；

S22、传输所述树脂分层界面图像至计算机智能分析单元；

S23、以所述计算机智能分析单元根据所述深度学习模型对比所述树脂分层界面图像与预设标注图像，以判断树脂分层界面是否清晰。

在更具体的技术方案中，步骤S3还包括：

S31、通过中视镜智能摄像头采集所述树脂放水图像并传输至计算机智能分析单元；

S32、以所述计算机智能分析单元根据所述树脂放水的照片处理得到所述第一树脂上液面高度差值，在所述第一树脂上液面高度差值达到20cm时，判断所述树脂的放水步骤完成。

在更具体的技术方案中，步骤S32中的所述第一树脂上液面高度差值为树脂上液面高度与树脂高度差值。

在更具体的技术方案中，步骤S4还包括：

S41、进入预喷射步骤，通过下视镜智能摄像头采集所述树脂扰动图像并传输至计算机智能分析单元，以所述计算机智能分析单元根据所述深度学习模型判断所述第一待置换树脂是否有扰动，当所述第一待置换树脂扰动剧烈时，将所述树脂扰动状态数据反馈至所述再生水泵，以调节所述再生水泵的频率，以使所述第一待置换树脂进入无扰动状态。

S42、进入树脂再生进酸/碱步骤，通过下视镜智能摄像头采集所述树脂扰动图像并传输至所述计算机智能分析单元，以所述计算机智能分析单元根据所述深度学习模型判断树脂是否有扰动，以获取所述数值扰动状态数据；

S43、进入置换步骤，根据所述树脂扰动状态数据置换所述第一待置换树脂，以获得所述待混合树脂。

本发明通过引入智能摄像头直接对设备中离子交换树脂进行观察分析，以此判断树脂再生过程中反洗、分层、放水、再生和混合等关键环节的树脂状态。该技术能够实现无人化值守和除盐水制水系统的智慧化运行。此外还能提高离子交换树脂的再生质量，减少再生酸碱消耗及废液排放，减少树脂损耗率，减少人员工资成本。

在更具体的技术方案中，步骤S5还包括：

S51、对所述待混合树脂执行满水步骤、小正洗步骤；

S53、对所述待混合树脂执行正洗步骤，再进入所述满水步骤，采集混合离子交换器排气阀液位开关动作数据，以中视镜智能摄像头采集所述第二树脂上液面高度差值，据以控制所述混合离子交换设备再进入所述满水步骤及所述放水步骤，以所述中视镜智能摄像头采集所述树脂混合图像，据以控制所述混合离子交换设备混合获取所述第一再生树脂。

在更具体的技术方案中，步骤S53还包括：

S531、进入所述正洗步骤，当正洗排水达到5.0μS/cm时，判定所述正洗步骤完成，进入所述满水步骤；

S532、当所述混合离子交换器排气阀液位开关动作时，所述满水步骤完成，使混合离子交换器进入所述放水步骤，通过中视镜智能摄像头采集的树脂液面高度图像，当树脂液面高度与树脂高度差值小于10～20cm时，使所述混合离子交换器重新进行满水和放水，否则使所述混合离子交换器进入混合步骤；

S533、进入混合步骤，通过中视镜智能摄像头采集所述树脂混合图像并传输至所述计算机智能分析单元，以所述计算机智能分析单元根据所述深度学习模型判断树脂是否充分混合；

S534、所述混合步骤完成后进入所述满水步骤，当所述混合离子交换器排气阀液位开关动作时，判定满水完成并进入所述正洗步骤，当正洗排水达到DD≤0.20μS/cm，SiO2≤20μg/L时，判定正洗步骤完成，获得所述第一再生树脂。

在更具体的技术方案中，一种基于图像识别的离子交换系统智能再生控制系统包括：

反洗单元，用以根据DCS程控再生指令，使混合离子交换设备进入反洗步骤，采集并分析树脂反洗图像，据以得到树脂膨胀状态数据，据以判定完成所述反洗步骤，以获得待分层沉降树脂；

分层沉降单元，用以对所述待分层沉降树脂执行分层及沉降步骤，采集并利用深度学习模型分析树脂分层界面图像以得到分层清晰数据，根据所述分层清晰数据触发所述混合离子交换设备进行静置沉降操作直至所述树脂完全沉降，以获得第一待放水树脂，所述分层沉降单元与所述反洗单元连接；

放水单元，用以对所述第一待放水树脂执行放水步骤，采集并分析树脂放水图像，以处理得到第一树脂上液面高度差值，据以判定完成放水操作，以获得第一待置换树脂，所述放水单元与所述分层沉降单元连接；

置换单元，用以对所述第一待置换树脂执行预喷射、再生进酸/碱及置换步骤，采集并利用所述深度学习模型处理所述树脂扰动图像，以得到树脂扰动状态数据，据以调节再生水泵的频率直至所述第一待置换树脂无扰动，利用所述树脂扰动状态数据控制所述混合离子交换设备对所述第一待置换树脂依次进行所述再生进酸/碱及所述置换的操作，以得到待混合树脂，所述置换单元与所述放水单元连接；

混合单元，用以对所述待混合树脂执行混合步骤，采集混合离子交换器排气阀液位开关动作数据及第二树脂上液面高度差值，据以控制所述离子交换设备进行重新满水、小正洗、正洗及放水操作，采集并利用所述深度学习模型处理树脂混合图像，据以控制所述混合离子交换设备进行混合操作，以得到第一再生树脂，所述混合单元与所述置换单元连接。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明获取离子交换树脂再生过程中的监控图像，根据预设识别算法及深度学习模型对各监控图像进行识别，获得所述树脂的液面高度及判断树脂的反洗分层、混合情况，减少了运行人员就地检查和配合，节省工时并提高了树脂再生的效率。避免了传统技术中以来人工操作和经验导致的树脂再生质量波动，保证了离子交换系统安全经济运行。本发明通过引入智能摄像头直接对设备中离子交换树脂进行观察分析，以此判断树脂再生过程中反洗、分层、放水、再生和混合等关键环节的树脂状态。该技术能够实现无人化值守和除盐水制水系统的智慧化运行。此外还能提高离子交换树脂的再生质量，减少再生酸碱消耗及废液排放，减少树脂损耗率，减少人员工资成本。本发明解决了现有技术中存在的耗时耗力以及系统运行安全性低的技术问题。

附图说明

图1为阴/阳离子交换设备再生方法流程示意图；

图2为混合离子交换设备再生方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

所述阴/阳离子交换设备上视镜、中视镜和反洗排水管出口分别设置摄像头，所述阴/阳离子交换设备上视镜摄像头用于观察树脂反洗时的膨胀高度，所述阴/阳离子交换设备中视镜摄像头用于观察再生预喷射、进酸/碱、置换步骤的树脂扰动情况；所述阴/阳离子交换设备反洗排水管出口摄像头用于观察树脂反洗时有无树脂泄漏。所述摄像头监控图像传送至计算机智能分析单元，所述智能分析单元与计算机DCS程控系统相连。

如图1所示，本实施例采用基于图像识别的离子交换系统智能再生优化控制的方法，其中阴/阳离子交换设备再生方法包括以下步骤：

步骤S01：计算机DCS程控系统发出再生指令，阴/阳离子交换设备进入反洗步骤。通过上视镜的智能摄像头采集树脂反洗的照片，传输至计算机智能分析单元，根据树脂膨胀高度与预设高度差值判断树脂膨胀高度是否合适。所述阴/阳离子交换设备反洗排水管出口摄像头用于观察树脂反洗时有无大量树脂泄漏。所述阴/阳离子交换设备上视镜用于采集设备内树脂反洗时的膨胀高度图像，通过预设算法分析树脂膨胀高度是否在预估高度范围之内，所述膨胀高度超出预估高度则反馈调节反洗水泵频率。

步骤S02：所述树脂反洗完成后进入静置沉降阶段，树脂完全沉降后进入放水步骤，通过中视镜的智能摄像头采集树脂放水的照片，传输至计算机智能分析单元，联合中排上的液位开关至中排放不出水，则判断放水步骤完成。

步骤S03：所述树脂放水完成后进入预喷射步骤，通过中视镜的智能摄像头采集树脂照片，传输至计算机智能分析单元，根据深度学习模型判断树脂是否有扰动。所述树脂扰动剧烈，反馈至再生水泵，频率进行自动调节至树脂基本无扰动。所述树脂基本无扰动，进入再生进酸/碱步骤。

步骤S04：所述树脂再生进酸/碱步骤，通过中排管上的酸/碱浓度计判断再生是否完成，酸/碱浓度计的浓度开始上升并保持不变，再生进酸碱步骤完成。

步骤S05：所述树脂再生进酸/碱完成后进入置换步骤，通过中排管上的酸/碱浓度计判断置换是否完成，酸/碱浓度计的浓度下降后保持不变，置换完成。

步骤S06：所述树脂置换完成后进入小正洗步骤，小正洗完成后进入正洗步骤，当阴离子交换器正洗排水DD≤5.0μS/cm，Si O2≤100μg/L，阴离子交换器正洗步骤完成，阳离子交换器正洗排水Na+≤100μg/L，阳离子交换器正洗步骤完成，阴/阳离子交换设备转为备用。

实施例2

所述混合离子交换设备上视镜、中视镜、下视镜及反洗排水管出口分别设置摄像头，所述混合离子交换设备上视镜用于观察树脂反洗时的膨胀高度，所述混合离子交换设备中视镜用于观察树脂反洗分层时的阴阳树脂界面，所述混合离子交换设备下视镜用于观察树脂再生时的阴阳树脂界面和混合步骤的阴阳树脂扰动状态。所述混合离子交换设备反洗排水管出口摄像头用于观察树脂反洗时有无大量树脂泄漏。

如图2所示，本实施例采用基于图像识别的离子交换系统智能再生优化控制的方法，其中混合离子交换设备再生方法包括以下步骤：

步骤S01’：计算机DCS程控系统发出再生指令，混合离子交换设备进入反洗步骤。通过上视镜的智能摄像头采集树脂反洗的照片，传输至计算机智能分析单元，根据树脂膨胀高度与预设高度差值判断树脂膨胀高度是否合适。所述混合离子交换设备反洗排水管出口摄像头用于观察树脂反洗时有无大量树脂泄漏。所述混合离子交换设备上视镜用于采集设备内树脂反洗时的膨胀高度图像，通过预设算法分析树脂膨胀高度是否在预估高度范围之内，所述膨胀高度超出预估高度则反馈调节反洗水泵频率。

步骤S02’：所述树脂完全膨胀后进入分层阶段，通过中视镜的智能摄像头采集树脂分层界面的照片，传输至计算机智能分析单元，根据深度学习模型判断树脂分层界面是否清晰。分层界面不清晰则通过DCS程控系统发出继续反洗分层的指令，分层界面清晰则通过DCS程控系统发出下一步静置指令。所述混合离子交换设备中视镜摄像头用于采集设备内阴阳树脂分层界面，所述阴阳树脂分界层图像与预设标准图像对比，获得图像差异值；在所述图像差异值大于或预设差异值时，生成重新反洗分层指令，并根据所述重新反洗分层指令使所述阴阳树脂重新反洗分层。所述混合离子交换设备下视镜摄像头用于采集设备内阴阳树脂再生和置换状态，所述阴阳树脂状态图像与预设标准图像对比，获得图像差异值；在所述图像差异值大于预设差异值时，调整反洗水泵流量，直至所述图像差异值小于或等于预设差异值。

步骤S03’：所述树脂分层完成后进入静置沉降阶段，树脂完全沉降后进入放水步骤，通过中视镜智能摄像头采集树脂放水的照片，传输至计算机智能分析单元，根据树脂上液面高度与树脂高度差值达到10～20cm树脂放水步骤完成。

步骤S04’：所述树脂放水完成后进入预喷射步骤，通过下视镜智能摄像头采集树脂分层照片，传输至计算机智能分析单元，根据深度学习模型判断树脂是否有扰动。所述树脂扰动剧烈，反馈至再生水泵，频率进行自动调节至树脂基本无扰动。所述树脂基本无扰动，进入再生进酸/碱步骤。

步骤S05’：所述树脂再生进酸/碱步骤，通过下视镜智能摄像头采集树脂照片，传输至计算机智能分析单元，根据深度学习模型判断树脂是否有扰动。

步骤S06’：所述树脂再生进酸/碱完成后进入置换步骤，通过中视镜智能摄像头采集树脂照片，传输至计算机智能分析单元，根据深度学习模型判断树脂是否有扰动。

步骤S07’：所述树脂置换完成后进入满水步骤，所述混合离子交换器排气阀装有液位开关，当液位开关动作时，满水步骤完成。然后进行小正洗，小正洗完成后进入正洗步骤，当正洗排水达到5.0μS/cm，正洗步骤完成，进入放水步骤。

步骤S08’：所述混合离子交换器进入放水步骤，通过中视镜智能摄像头采集的树脂照片，树脂液面高度与树脂高度差值小于10～20cm时，重新满水和放水；所述树脂高度差值达到10～20cm时，进入混合步骤。

步骤S09’：所述树脂放水步骤完成后进入混合步骤，通过中视镜智能摄像头采集树脂的照片，传输至计算机智能分析单元，根据深度学习模型判断树脂是否充分混合。

步骤S10’：所述树脂混合步骤完成后进入满水，所述混合离子交换设备排气阀液位开关动作，满水完成，进入正洗步骤，当正洗排水达到DD≤0.20μS/cm，SiO2≤20μg/L，正洗步骤完成，混合离子交换器转为备用。

综上，本发明获取离子交换树脂再生过程中的监控图像，根据预设识别算法及深度学习模型对各监控图像进行识别，获得所述树脂的液面高度及判断树脂的反洗分层、混合情况，减少了运行人员就地检查和配合，节省工时并提高了树脂再生的效率。避免了传统技术中以来人工操作和经验导致的树脂再生质量波动，保证了离子交换系统安全经济运行。本发明通过引入智能摄像头直接对设备中离子交换树脂进行观察分析，以此判断树脂再生过程中反洗、分层、放水、再生和混合等关键环节的树脂状态。该技术能够实现无人化值守和除盐水制水系统的智慧化运行。此外还能提高离子交换树脂的再生质量，减少再生酸碱消耗及废液排放，减少树脂损耗率，减少人员工资成本。本发明解决了现有技术中存在的耗时耗力以及系统运行安全性低的技术问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。