图像处理技术在移动式除污机智能控制中的模拟应用研究

丁 颖

（陕西服装工程学院，陕西 咸阳 712000）

目前，市面上的处理污水泵站中普遍采用移动式格栅除污机，其具有操作简便、清理污渍能力强等特点，符合当今社会绿色环保理念。凭借单个可移动除污机头持续去污，相比于传统控制方式采用的超声波液位计通过比较上下液位差来激活中央控制系统去污，其缺点在于，格栅片如果仅存在少量污物，仍会激活中央控制系统，去污过程极为复杂，每个移动机头要进行多次去污操作以确保没有污渍，直到最后一次去污完全成功后，移动机头才会恢复至原来位置，每次去污过程都将近40 min，不仅耗费时间长，且会缩短移动式格栅除污机的使用寿命，加快移动机头等设备的磨损[1]。此外，超声波液位计在处理污渍过程中容易受到污水中一些不明杂质的影响，这些悬浮状颗粒在水流强力冲击下会影响到超声波的收发，对设备处理产生影响，使数据产生误差，不适用于智能自动化的应用，故需要探究一种新型技术应用到移动式除污机智能控制中。

1 模拟实验

为了解决传统超声波液位计在高强度工作中耗时长、对设备磨损多、无法精确去除污渍的问题，现将图像处理技术应用到移动式除污机智能控制中。

1）首先收集一定量的污水倒入已经应用图像处理技术的移动式除污机，其次开启去污装置使污水开始流动，在格栅槽底部安装高清摄像装备，循环拍摄水流经过装置的照片，比较装置上污物存在情况[2]。待拍摄完毕后，将应用数字图像处理相关技术，把污物从图像中提取出来，记录每张图像上污物的面积并进行标号，将带有污物的照片与原图进行减背景操作，随后对减完背景的照片进行二差化得到污物面积。

2）提取得到污物面积后，可以通过比较照片中的污物面积大小推算污物残留程度，进而得到图像处理技术的污物处理能力。另外，此实验需要考虑外界光线影响，避免摄像头受到光线影响。

3）虽然将图像处理技术应用在移动式格栅除污机可以有效降低成本，提高去污渍能力，但是目前移动式格栅除污机还存在着许多问题，应用图像处理技术时需要充分考虑[3]。

4）在结构材料选用上，各种类型格栅除污清洗机构的使用升降机及清洗处理机构的选择都十分考究，在选择钢丝绳的直径捻向旋转轴及如何使用上，会由于缠绕或安装不当造成意外事故发生。因此，在方向上均对此轴向有着较严格的要求，若此轴的选择不适或使用缠绕安装不当，会容易导致各种类型钢丝绳转速受力不均，受力长度偏差出现较大轴向差异，进而影响格栅除污清洗机的正常使用。

5）在外界压力的影响下，格栅除污机在正常运行时受力容易不均，当出现较大偏差时，除污机和电动耙式铲斗与各种钢筋专用轨道轴承夹板之间会出现横向交叉，会发生损坏设备的故障。钢筋轨道轴承夹板相互锈蚀，可能是因为钢筋轴承夹板受到地下水或海水等表面的相互侵蚀应力影响。钢丝绳对钢筋轴承和连杆、阳极块以及其他钢筋连接轨道等的腐蚀主要还是因为现场空气潮湿，易受到地下水、海水等的腐蚀。另外还因为钢丝受到空气中大量盐碱气、烟雾以及其他腐蚀剂的直接影响[4]。油漆可以有效隔离空气中的潮湿物质，但油漆中的防腐剂有鼓包卡涩口的现象，原因是在刷油漆之前或其轨道上的锈蚀残留未完全清除干净。

6）格栅除污机导污板上选用带有导向转轴的矩形导向钢板传动组件，转轴通过传动轴承座直接安装在上部传动机架。导向排污板的整体转动是通过用力拉动与之连接的钢丝绳一端来实现的，当这些导致挡污板无法转动的耙轴，在处于原始导污板高速翻转时，除去挡污板在导污板内部配件承重块上的转动作用力，因为受到影响暂时停止导污板转动，随后便恢复导污板运行翻转状态。挡污板在处于高速运行的翻转过程中，由于导污板经常出现转轴无法正常进行翻转的性能缺陷，因此挡污板在导污板翻转转向轴上的两个位置上，分别安装了两个可以进行自润滑的滑动或滚动式加油轴承，这种轴承主要功能是在无法进行导污板加油时，不会出现通过撕咬对磨轴承来实现转动加油的现象。

7）从轴承传动特性上可以明显看出，这种传动轴承适合用于格栅除污机日常运行的工况。但由于整个轴承座在实际运行过程中的使用时间过长，很有可能会导致轴承润滑油和传动器的性能出现明显不足，另外随着一些导致轴承油污涩的材料对整个轴承不断腐蚀磨损，轴承座与油污挡板之间与外孔涩的间隙不断变化增大，难免会有小沙粒或小石头等一些硬质杂物的颗粒进入，扩大间隙涩的问题，导致整个轴承座的转轴停滞卡涩[5]。在早期的轴承座检修准备工作中，整个轴承内部容易出现一些类似轴承扭转停滞卡涩的问题，这时需要通过轴承的旋转运动使扩大的间隙缩小，这样便可解决轴承座内部的扭转停滞问题，有效减小轴承座工作误差。

2 图像处理技术在移动式格栅除污机中的应用前景

2.1 图像处理技术

随着科技的不断进步，图像处理技术在处理精细图像情况下十分有效，尤其是在移动式除污机中高速流转的水体中，需要保证捕捉到细小的污渍。原理为在图像采集中使用光学摄像机捕捉图像，将捕捉到带有污渍的图像传送到后台计算机，在处理模糊照片时，采用灰度拉伸调节照明度，减少图像模糊，把图像变为两个色调，与背景色相比便于区分，这样即使是在污水环境中也可以精准捕捉到污渍，随后通过计算污渍面积便可以得到最终的去污效果。可以说图像处理技术与移动式格栅除污机相结合十分契合，并且图像处理技术成本相对较低，随着科技的不断进步，这种智能自动化装置在未来会拥有广阔的前景。

2.2 清污机主要品种

市面上清污机仅有固定式和移动式两种，固定式由于难以负荷当前高强度的工作已经逐渐被淘汰，目前主要应用移动式来处理污垢。移动式去污机由可以移动的去污头和自动控制系统组成，不同于固定式去污机，在面对大量污水时，移动式去污机可以实现长时间高强度工作，且安装简易，造价成本低，占地面积小，后期维护成本低[6]。目前，随着世界工业污水量越来越多和绿色环保理念的践行，移动式去污机的应用前景十分明朗。

3 新型系列移动式塑料格栅除污机的应用

目前，新型系列移动式塑料格栅除污机在国内已成为具有一定生产规模的出口商品。厂家不断研究改进产品，并在此基础上应用世界前端的技术理念，从而研发出实践控制系统中的新型控制套件。这种新型控制套件既能使电动导污板在油管内部按规则将各大型卷筒进行缠绕，合并固定在每个大型卷筒上，并能由导污板上专用的一对弹性大型油管自动复位机械传动装置对其进行自动复位，油管内部也设有较好的自动复位保护措施，能有效地延长电动导污板弹性油管的正常使用寿命，平稳自动保护电动导污板，在油管内部能同时复位，使电动导污板上的各个机械传动构件全部自动处于良好的运行工作状态。根据不同产品型号安装时的移动行走形式不同，新型移动安装行走方式广泛应用于我国地面架空轨道，进行路轨路线结构主体安装、架空轨道主体横向不同高度轨道移动行走，产品的安装移动形式如下：格栅式、网筛式、铲斗式、耙式等。在泵站设备移动控制系统功能配置方面，初步发展形成了移动基本型泵站控制设备系统和智能型泵站控制设备系统[7]。

4 泵站设备移动控制系统功能配置

在泵站设备移动控制系统功能配置方面，用户也可同时根据主机配置的需求分别自行选择制定控制方案。

1）移动基本型泵站控制设备系统。移动主机操纵整台车的运行移动，操作采取主机手动操控的方式，耙齿轮的运行通过主机自动控制[8]。2）智能型泵站控制设备系统。泵站用户主机可自由选用本公司自主设计的整套智能泵站管理控制设备系统进行配置：第一，就地控制箱内可配置手动、自动、联动及远程控制四种模式；第二，主机配置PLC远程控制驱动系统，能够对泵站设备的人机联动进行同步工作，实施远程控制和自动监测，能够实现人机一体化集中控制的移动电气控制设备系统，国内一些领域在围绕泵站设备运行稳定性方面已有许多创新性的技术发展，通过任意手动调节它的移动杆和平衡杆后，就可以有效确保使用移动台式除渣除屑耙斗正常移动工作，确保后续的移动性和稳定性，防止移动除渣除屑耙斗正常移动时的倾覆。

此设计开发针对大型污水泵站每个泵的进水口需要，分别设置多台电机采用横向并列移动方式进行布置的固定形式排水保护格栅。其中也存在污水工程技术设备投资大、设备材料综合利用率不高的技术弊端，建议厂家考虑推广使用移动式大型圆形格栅除污机，并对其基本性能结构包括主体布置形式、主要排水保护层、构件基本性能设计、工程成本计算及一些重要关键技术性能特点等进行详细设计。这种移动式大型圆形格栅除污机的成功推广应用，有利于推动我国工程技术设备事业快速发展[9]。

5 移动式格栅除污机应用市场

移动式格栅除污机目前主要应用于发电厂、拦河坝、自来水厂、污水处理厂、农业蓄水池等工程（尤其在我国西部地势落差大的地方）。取水口、来水处时常飘浮、冲积着诸如水草、枝干、塑料袋等垃圾，严重影响着这些工程的取水质量和扰乱了叶轮的正常工作。传统的格栅除污机处理能力小，作业面积窄，一台机器处理一口井，只固定在一个位置上作业。移动式格栅除污机则克服了以上诸多缺陷，具有处理量大、作业面宽、移动灵活、自动化程度高、除污效果好、使用寿命长、工作环境清洁力度大、土建投资少等特点，自动监控整机的控制流由PLC可编程序控制器编程控制，触摸屏显示，可实现无人值班；特殊形状的抓斗，工作时与格栅紧密啮合，可删除缠绕在格栅间的网、毛发状污物，使格栅的使用寿命延长。国内污水处理工程项目中，使用移动式格栅除污机的需求日渐增多，移动式格栅除污机所具有的特性，使之能够较好地满足工艺处理要求，且投资少、运行可靠、一机多用、操作方便、维护成本低，已逐步在给排水和污水处理行业中崭露头角，广泛被选择采用[10-11]。移动式格栅除污机所具有的技术性能方面的独特优越性，将使其成为今后水处理装备的主导产品。

6 结语

综上所述，将图像处理技术应用在移动式除污机智能控制中是十分合适的，可以有效降低移动式除污机智能控制成本，提高去污能力，节省人力成本。但是，目前这项技术还未得到实际应用，无法检验产品质量，尤其是图像处理技术的难点攻克，与移动式除污机结合的应用难关，还有许多问题有待进一步解决。希望未来能有科研人员早日将图像处理技术应用到移动式除污机智能控制中，为我国环保去污事业作出贡献。