Заказать обратный звонок
Я соглашаюсь на обработку персональных данных и ознакомлен(а) с Политикой конфиденциальности.



Кейс NORDCLAN

Разработка системы контроля целостности зубьев экскаватора и степени их износа

На основе машинного зрения

Цель проекта:

В России на данный момент около 75% всего угля добывается открытым способом - на карьерах и разрезах. Карьерная добыча предполагает использование тяжелой техники: карьерных экскаваторов, бульдозеров, грузовиков, перерабатывающих установок и т.д. Схема добычи угля представлена на картинке:
Узкое место в данной схеме – перерабатывающие установки (дробилки). В одну дробилку обычно свозят породу на переработку от множества экскаваторов. Если выйдет из строя экскаватор или грузовик, то объем добычи хоть и снизится, но производственная цепочка не нарушится и продолжит свою работу. Напротив, если выходит из строя дробилка, то простой ее работы «парализует» отгрузку угля конечным потребителям. При этом время ремонта может варьироваться от нескольких дней до нескольких недель. Причины поломок могут быть разными, но основная – попадание объектов, которые дробилка не может переработать, например, отломанные зубья ковша экскаватора.

Поэтому перед добывающими компаниями стоит актуальная проблема: необходимо обеспечить контроль износа и целостности зубьев ковша экскаватора для обеспечения бесперебойной добычи и поставки угля.

Задачи проекта:

С подобной проблемой к нам обратилась одна из компаний добывающей промышленности. На момент обращения контроль за целостностью зубьев ковша ложился на машинистов экскаватора. При этом рабочие смены идут круглосуточно в любую погоду и время года. Соответственно видимость зубьев может зависеть от уровня освещенности, пыли, осадков, физической усталости машиниста и других факторов.

После осмотра места производства совместно с Заказчиком были определены основные задачи, которые должна решать подобная система контроля:

1. Автоматизировать процесс наблюдения за целостностью зубьев и исключить «человеческий» фактор.
2. Система должна прогнозировать поломку зубьев при значительном их износе.
3. Должны быть механизмы защиты от ложных срабатываний системы при временном или частичном перекрытии зубьев породой или налипанием глины.
4. Должны быть предусмотрены способы информирования машиниста о критическом износе или поломке зубьев для своевременной остановки добычи породы.

Разработка и этапы внедрения системы на карьерный экскаватор ЭКГ-35:


1. Сбор данных с работающего экскаватора и обучение нейронной сети распознавать целостность зубьев экскаватора и их износ в разных условиях

✓ Наши специалисты установили на экскаватор камеру видеонаблюдения и неделю собирали видеозаписи с его работой в разных условиях: день, ночь, осадки, пыль в воздухе, вибрации и т.п.
✓ На основе собранных данных подобрали и обучили нейросеть, чтобы она без ошибок распознавала целостность зубьев на экскаваторе ЭКГ-35 и их износ.
✓ Проверили работу нейросети по распознаванию зубьев на других экскаваторах и на разных моделях ковшей. Нейронная сеть корректно определяла зубья во всех случаях. Это позволило нам с уверенностью говорить о потенциальной успешности сдачи проекта.
Рис. 1. Работа карьерного экскаватора ЭКГ-35
Рис. 2. Ковш с поврежденным зубом
Рис. 3. Обучение нейросети распознавать зубья

2. Подбор оборудования и сборка прототипа

При подборе оборудования учитывались экстремальные условия его работы:
✓ Диапазон температур может колебаться от -60 до +40 на улице и от -30 до +40 в кабине машиниста.
✓ Учитывались внешние уличные условия: осадки, солнечная радиация, пыль в воздухе, различная освещенность при смене времени суток.
✓ Отдельно было уделено внимание значительным вибрациям на стреле экскаватора, где будет расположена камера машинного зрения. Для понимания: стальная пластина толщиной 8 мм (0,8 см) и длиной 40 см, закрепленная на стреле, от вибраций и низких температур покрывается трещинами и ломается за 1.5-2 месяца работы экскаватора.
Состав прототипа:
Рис. 4. Камера машинного зрения с кронштейном для крепления к стреле экскаватора
Рис. 5. Системный блок для обработки потока видео в монтажном коробе для устанавки в кабине машиниста.
Рис. 6. Сенсорный монитор с динамиками для визуального и голосового оповещения машиниста о состоянии зубьев экскаватора

3. Установка на экскаватор и тестирование работы системы в "боевых" условиях

Разработанный программно-аппаратный комплекс был установлен в действующий экскаватор в Кузнецком угольном бассейне в январе, когда ещё сильны Сибирские морозы. В данный момент прототип успешно работает.
Рис. 7. Событие - все зубья на ковше целы
Рис. 8. Событие - один зуб отсутствует.
В программе есть возможность настроить % критического износа зубьев при котором происходит визуальное и голосовое уведомление о наступлении события машиниста. Кроме того, можно сохранить настройки по умолчанию для разных моделей ковшей, которые устанавливаются на экскаваторы:
Рис. 9. Настройка калибровки ковша экскаватора

Система контроля целостности зубьев экскаватора может быть установлена на следующие экскаваторы:

ЭКГ-20
ЭКГ-35
Komatsu WA900
Komatsu PC2000
Komatsu PC4000
Liebher PR9200
Liebher PR9400

По требованию Заказчика система может быть адаптирована и под другие модели экскаваторов.