Контроль гранулометрического состава руды на ГОКе с помощью машинного зрения

Предприятие занимается добычей и переработкой руды. После дробления материал непрерывно движется по конвейеру со скоростью 0,8–0,85 м/с при ширине ленты 1200 мм. Гранулометрический состав руды напрямую влияет на стабильность всей технологической цепочки: загрузку дробильного оборудования, эффективность обогащения и себестоимость переработки.

Контроль фракционного состава — один из ключевых параметров управления производством на ГОКе. Изменение доли крупной фракции или появление негабарита может приводить к перегрузке оборудования, забутовке, росту энергозатрат, ускоренному износу техники и снижению эффективности обогащения.

До внедрения автоматизированной системы контроль гранулометрического состава руды выполнялся лабораторными методами.

Проблема такого подхода в том, что лабораторные данные поступают с большой задержкой. За это время через производственную линию проходят тысячи тонн руды, а отклонения по грансоставу уже начинают влиять на всю технологическую цепочку.

В результате производство фактически реагирует на проблему постфактум, когда последствия уже накоплены:

• перегружены дробилки;
• увеличивается объем крупной фракции;
• растет нагрузка на оборудование;
• ухудшается стабильность обогащения;
• увеличиваются простои и потери.

Предприятию требовалась система, которая сможет автоматически определять гранулометрический состав руды на конвейере без остановки линии и без отбора проб.

Система должна:

• определять распределение руды по фракциям;
• выявлять негабаритные куски;
• работать в реальном времени;
• интегрироваться в производственный контур предприятия.

Дополнительную сложность создают условия эксплуатации на ГОК:

• высокая запыленность;
• перепады температуры от −40 °C до +40 °C;
• влажность 65–70%;
• содержание пыли до 14 мг/м³;
• постоянные вибрации конвейера;
• большой и неоднородный поток материала.

Для проекта внедрена система ML Sense «Контроль фракций» — промышленное решение для контроля фракционного состава руды с использованием машинного зрения и нейросетевых алгоритмов. Решение входит в Реестр отечественного ПО.

Система анализирует поток руды при движении по конвейеру и в режиме реального определяет фракции. Контролируемые диапазоны:

• 10–20 мм;
• 20–40 мм;
• 40–80 мм;
• 80–150 мм;
• 150–200 мм;
• 200–250 мм;
• более 250 мм.

Отдельно система выявляет негабарит — куски руды более 300 мм.

В галерее конвейера устанавливается пост контроля. Камеры непрерывно фиксируют поток руды сверху, после чего видеопоток поступает на промышленный сервер с GPU.

Далее система:

• выделяет отдельные куски руды;
• рассчитывает размеры объектов;
• анализирует распределение фракций;
• формирует гранулометрический состав в процентах;
• передает результаты оператору.

В отличие от лабораторного анализа предприятие получает данные практически сразу, а не спустя часы или сутки. Это позволяет быстрее реагировать на изменения потока руды и предотвращать накопление проблем в технологической цепочке.

Система анализирует только верхний, видимый слой потока руды на конвейере. Поэтому оценка гранулометрического состава строится не по одному кадру, а на основе накопленных данных за определённый промежуток времени.

Поток руды на ленте неоднороден — в разные моменты он может содержать разные по размеру фракции. Чтобы получить устойчивый и репрезентативный результат, система непрерывно наблюдает процесс и усредняет данные.

Для корректного расчёта требуется не менее 15 минут работы при стабильной скорости конвейера. За это время формируется достаточный объём наблюдений, который позволяет точно оценить распределение фракций даже при естественной вариативности потока.

Пост контроля размещается примерно за 6 метров до конвейерных весов — в зоне, где поток материала уже стабилизирован и подходит для корректного контроля дробления руды.

В состав комплекса входят:

• линейная камера машинного зрения;
• камера глубины;
• промышленное освещение;
• система подготовки воздуха;
• виброустойчивая монтажная конструкция;
• коммутационный шкаф;
• промышленный сервер с GPU.

В проекте используется линейная камера, а не стандартная промышленная видеокамера.

Это связано с особенностями потока руды на конвейере: материал движется непрерывно, а сам слой неоднороден — крупные и мелкие фракции постоянно перемешаны.

Линейная камера формирует изображение построчно, синхронно с движением ленты. В результате получается единое непрерывное изображение всего потока без разрывов и искажений, характерных для обычного видео.

Такой подход позволяет точно фиксировать геометрию кусков руды, корректно измерять их размеры и надежно выявлять негабаритные фрагменты свыше 300 мм даже при высокой скорости и нестабильной структуре потока.

Дополнительно в системе используется камера глубины, которая позволяет учитывать не только изображение потока руды, но и его объемную структуру.

На конвейере материал никогда не лежит ровным слоем: куски руды накладываются друг на друга, образуют насыпи и перекрывают нижние фракции. В обычном 2D-изображении это может искажать восприятие размеров и формы объектов.

Камера глубины фиксирует рельеф поверхности потока и позволяет оценивать высоту и объем материала. Благодаря этому система точнее определяет размеры крупных кусков руды и снижает погрешности, связанные с перекрытием фрагментов в потоке.

Для таких условий критична не только точность алгоритмов, но и стабильность качества изображения на всём протяжении работы системы.

На ГОКах основная сложность связана с окружающей средой: высокая запылённость, влажность и резкие перепады температуры приводят к загрязнению оптики, запотеванию и снижению качества съёмки. Это напрямую влияет на точность измерений гранулометрического состава.

Чтобы обеспечить стабильную работу, камеры размещаются в термозащитных кожухах с системой подачи и подготовки воздуха.

Постоянная продувка выполняет несколько задач одновременно:

• защищает оптику от пыли;
• предотвращает запотевание;
• снижает риск конденсата;
• поддерживает стабильное качество изображения при круглосуточной эксплуатации.

Конвейер создаёт постоянные вибрации, которые могут влиять на положение камеры и, как следствие, на точность измерений. Чтобы исключить такие искажения, оборудование устанавливается на отдельную жёсткую монтажную конструкцию с фиксированной геометрией съёмки и учётом вибрационной нагрузки.

Для системы используется специализированное промышленное освещение с равномерной засветкой зоны контроля.

Это особенно важно для ГОКа, где влажная руда дает блики, а пыль влияет на качество изображения. Стабильное освещение позволяет системе корректнее выделять отдельные фракции в потоке материала.

Обработка видео выполняется локально на промышленном сервере с GPU внутри инфраструктуры предприятия.

Для удаленного производственного объекта это важно по нескольким причинам:

• нет зависимости от облачной инфраструктуры;
• обеспечивается работа в реальном времени;
• сохраняется надежность системы при нестабильной связи;
• данные остаются внутри инфраструктуры предприятия.

Система обеспечивает контроль гранулометрического состава руды со следующими показателями:

• до 95% точности для фракций от 40 мм;
• до 85% точности для диапазона 10–40 мм;
• абсолютная ошибка определения грансостава — не более 6%;
• выявление негабарита более 300 мм.

При сравнении с лабораторным ситовым анализом отклонение результатов не превышает 10% по основным фракциям.