基于机器视觉的低压电气柜接线自动检错方法.pdf

自动化应用电力设备基于机器视觉的低压电气柜接线自动检错方法查琼睿（中色非洲矿业有限公司，北京10 0 0 10）摘要：常规的电气柜接线检错方法大多采用逻辑检错原理，自动化程度和检测结果准确度较低，检错耗时较长。本文引入机器视觉，以低压电气柜为例，提出了一种全新的接线自动检错方法，首先，利用机器视觉，采集与预处理低压电气柜图像，将图像拼接为完整的全景图像，提取接线表面编号字符图像特征信息，在此基础上，基于自动化技术，对低压电气柜接线位置进行自动检错。实验结果表明，该方法可行性较高，优势较大，接线检测准确率可达99.35%，且完成自动检错耗时较短，检错准确率与效率显著提升。关键词：机器视觉，自动检错，低压电气，电气柜，机器视觉中图分类号：TM930.12Automatic Error-Checking Method for Low-Voltage Electrical Cabinet WiringAbstract:Most of the conventional electrical cabin et wiring error detection methods adopt the logical error detectionprinciple,with low degree of automation,low accuracy of detection results,and long time for error detection.This paperintroduces machine vision,and takes low-voltage electrical cabinet as an example,proposes a new method of automaticwiring error detection.First,use machine vision to collect and preprocess the images of low voltage electrical cabinet,splicethe images into a complete panoramic image,and extract the image feature information of the number characters on the wiringsurface.On this basis,based on automation technology,the wiring position of low-voltage electrical cabinet is automaticallydetected.According to the experimental results,this method is highly feasible and has significant advantages.The accuracy ofwiring detection can reach 99.35%,and the completion of automatic error detection takes less time.The accuracy andefficiency of error detection have been significantly improved.Key words:machine vision,automatic error detection,low-voltage electrical,electrical cabinet,machine vision文献标识码：ABased on Machine VisionZHA Qiongrui(NFC AFRICA MINING PLC,Beijing 100010,China)0引言在电力工程与电力系统高速发展的趋势下，电气柜的需求量大幅度增长，使用量日益增加!。电气柜接线一旦出现问题，容易引发电气柜设备运行故障，应定期检测电气柜接线是否存在安全隐患2。现阶段传统的电气柜接线检错方法逐步完善，能够逐一检测排查电气柜接线的运行情况，为电气柜运维提供参考依据3。但传统的电气柜接线检错方法仍存在一定不足，检错过程需要消耗大量的人力与物力资源，自动化程度较低，检错耗时较长，且同时检测多个电气柜接线情况时,其检测结果准确度较低4。基于此，本文在传统电气柜接线检错方法的基础上，引人机器视觉技术，以低压电气柜为例,开展了基于机器视觉的低压电气柜接线自动检错方法的研究3-6 1低压电气柜接线自动检错方法设计1.1基于机器视觉采集与预处理低压电气柜图像根据低压电气柜运行特征与图像采集需求，选取适配度较高的机器视觉工业相机，本文选取的基于机器视觉的工业相机型号及技术性能参数，如表1所示。表1工业相机型号及技术性能参数设置参数名称型号品牌最大分辨率尺寸灵敏度动态范围镜头接口参数说明SD-PC1SKDUTC2.560 dpix1920 dpi170 mmx184 mmx304 mmIS067.000(M).IS023,000(C)60 dBF/K/E/C作者简介：查琼睿，男，19 7 2 年生，高级工程师，研究方向为矿山供配电系统及矿山电气自动化应用。132|自动化应用利于电气柜的稳定运行。利用上述提出的基于机器视觉的电力设备自动化应用基于表1,将低压电气柜图像采集精度设定为0.1mm，率，基于此,采用训练完毕后的卷积神经网络识别低压电建立工业相机分辨率与图像采集范围之间的对应关系表气柜接线编号字符，作为最终的识别结构，具有较高的字达式。符畸变鲁棒性。(N,=L/R(1)(N,=L,/R式中：N、N,分别为x、y 方向对应的工业相机感光单元；L、L,分别为xy方向的图像采集范围;R为工业相机图像采集分辨率。通过式（1)获取低压电气柜图像采集范围与采集分辨率。确定图像采集范围后，选取采集点的实际位置，标定相机，利用机器视觉技术实时采集低压电气柜的图像，如图1所示。采集对象低压电气柜图1基于机器视觉的低压电气柜图像采集按照图1，完成图像采集工序，然后对源图像进行拼接处理7。图像拼接流程示意图如图2 所示。源图像1预处理图像配准图2 低压电气柜图像拼接流程根据图像采集范围，定位图像区域，分割图像编号字符串,将其归一化成单一的字符,完成图像预处理8。1.2低压电气柜接线编号定位与识别完成低压电气柜图像采集与预处理后，进行电气柜接线编号定位与识别操作。本文设计的低压电气柜接线编号定位示意图，如图3所示。待测图像基于SWT定位字符区域划分单元格HOG梯度特征训练SVM分类器训练输出编号定位结果图3低压电气柜接线编号定位示意图为了减少接线编号字符边缘存在的粘连9-10,需要对低压电气柜接线编号定位图像进行分割处理，将图像的字符串分割为一系列的单个字符,逐个完成识别。大多低压电气柜导线上字符的高宽比相同，但字符与背景存在一定的灰度差异，对此，可采用投影法分割图像字符。由于低压电气柜中接线切面多为圆形，粘贴在其表面的编号字符相对来说更加容易受字符畸变的影响,降低字符识别的准确2实验分析2.1实验准备本文选取MNS型号的低压电气柜作为此次实验研究的目标，该电气柜外形尺寸为16 50 mmx700mmx400mm，采用IP40壳体防护等级，额定电流为10 0 A，短路关合电流为50 kA,接线、接地螺丝以及接线柱的数量较多,构造复杂，具有使用灵活、维护简便的特征优势。由于MNS型号低压电气柜中接线较为复杂，传统的接线检错方法在应通信总线机器视觉镜头工业相机源图像2预处理图像融合候选连通域字符连通域用过程中，大多存在检测准确率偏低、耗时较长的问题，不处理器显示单元全景图像低压电气柜接线自动检错方法，进行检错实验。接线自动检错实验流程如图4所示。开始建立坐标系结束是接线是否输出结果正确？输出错误接线号图4接线自动检错实验流程按照图4进行接线自动检错实验，在低压电气柜上设立定位点，采集并检错低压电气柜接线情况，检验接线自动检错方法的可行性。2.2实验结果为了突出实验测试结果,使结果更具有说服力，本文引人了对比实验的方法，将本文提出的基于机器视觉的低压电气柜接线自动检错方法设置为实验组,将文献1、文献4提出的方法分别设置为对照组1与对照组2,对3种电气柜接线自动检错方法的应用效果作出对比分析。为了全方位地检验提出检错方法的可行性，选取低压电气柜接线自动检测识别准确率与检错耗时作为此次对比实验的评价指标，设置自动检错中的网络学习率为0.01，选取150 0 0 张低压电气柜接线字符图片作为训练集，10 0 0 0 张低压电气柜接线字符图片作为测试集，利用MATLAB模拟分析软件，测定3种自动检错方法的检测识别正确率与检错耗时并进行对比，对比结果如表2 所示。表2 实验评价指标对比结果实验组对照组1对照组2测试字符图片10000张10000张10000张检测正确字符图片9935张9214张9106张准确率99.35%耗时20.13 ms由表2 可知，3种低压电气柜接线自动检错方法具有(下转第136 页）2023|16期/133接线位置检测92.14%46.87 ms识别定位接线号与阅值对比91.06%49.05 ms4结语自动化应用电力设备计量芯片计算();费率阶梯处理();电量处理();分相电量();需量处理();安全处理();通讯进程();电表清零();显示进程();AD 检测();1在开发不同的智能电表，并用不同的硬件方案平台项目开发过程中，如普通计度器表的51核单片机，多费率多功能表的ARMO核MCU,ANSI标准协议要求的ARM3核的复杂多功能智能电表，本文针对每个产品的特点，分别选用了3个软件架构中的1个：普通计度器表选用了顺序执行的前后台系统软件架构；多费率多功能表选用了时间片轮转的系统软件架构;ANSI标准多功能表选用了多任务系统软件架构。在智能电表的实际开发中,由于不同的客户项目需求不同,适合用不同的程序设计方法，因此,并没有最好的软件架构，只有最合适的软件架构，单纯去分析和比较哪个软件架构最好没有任何实际意义。在一些逻辑清晰、功能单一的系统中，适合选用顺序执行的前后台软件架构，此架构已足够满足考核的需求。在一些功能相对复杂、要求性价比高的系统中，适合选用时间片轮转的软件架构，只是在设计时需重复考虑时间片轮转的效率和最小时间粒子的确定。时间片的最小分辨率是1ms、5m s,还是10 ms,在一些功能要求复杂、协议解析任务繁多的系统中,最合适的是多任务操作系统架构。作为智能电表固件开发人员，掌握3种软件架构是非常有必要的。每种系统的软件架构都具备优势和不足，它们可以让开发人员在开发不同项目的固件时，游刃有余地开发项目,并保证项目系统的实时性和可靠性。1宋伟伟，孙华，崔浪.嵌入式软件开发模式及软件架构的研究J.电子技术与软件工程,2 0 2 1(9):51-52.2刘挺蜀.以嵌入式软件开发模式与软件架构研究J.计算机迷,2 0 17(17):41-41.3张雪.垒议嵌入式软件开发模式与软件架构J.今日自动化，2018(2):91-92.（责任编辑：李慧）参考文献(上接第133页）不同的应用效果。其中，本文提出的基于机器视觉的低压电气柜接线自动检错方法的准确率高达9 9.35%，明显高于另外2 种检错方法，能更加精确地检测低压电气柜接线的实时工况，且完成自动检错耗时较短，符合快速时间内高精度检错的要求，表现出了高效率、高检错质量的优势，可行性较高。3结语为了解决传统检错方法应用范围有限，检错效率与质量效果不佳，无法有效满足电力工程检测人员与电气柜设备安全工作需求的问题，本文引人了机器视觉，提出了一种低压电气柜接线自动检错方法。本文研究实现了在减少接线检错人员工作量的前提下，保证检错结果准确度的目标，检错效率与检错质量显著提升，对提高电气柜生产线的生产质量，促进电力工程的稳定建设发展具有重要的研究意义。1李祖瑜，林道志.一种紧凑型低压接线端子排的改良与研制J.中国新技术新产品，2 0 2 2(2 2)：6 9-7 1.2马忠明,冯新颖,李存超,基于Creo二次开发的电气柜自动布线数字化设计J.电工技术，2 0 2 2(16)：119-12 2.3李作鑫，王飞，林祥礼，等.动车组车下电气柜模块化设计与研究J.铁道车辆,2 0 2 2,6 0(2):56-6 2.4张锦标，张参参，赵小磊，等.基于NIOPC的架车机电气柜模拟测试系统设计J.设备管理与维修,2 0 2 2(15):2 1-2 2.5王金荣，曾忠平.浅谈非标电气柜从设计到使用的质量管理J.中国设备工程,2 0 2 2(11):2 3-2 5.6崔洪岩，丁伟民，李丹，等.电力机车低压电气柜接线端子排设计J.铁道技术监督,2 0 2 1,49(11)：59-6 2.7韩玮,邵春伟，李生军，等.城轨车辆司机室电气柜设计的研究J.中国设备工程,2 0 2 1(2 0):115-117.8侯军燕，胡迎春,基于改进蚁群算法的数控机床电气柜布局优化J.机床与液压,2 0 2 1,49(16)：10 4-10 9.9于子轩,折俊艺，孔晓旭，等.基于热敏绝缘材料的电气柜区块式自灭火装置研究J.消防科学与技术,2 0 2 1,40(2)：2 45-251.10王昕，沈行良，李鹏鹏，等.基于机器识别的电气接线自动检参考文献测技术研究J.制造业自动化,2 0 2 0,42(11)：47-50.（责任编辑：李慧）136|自动化应用