1. 項目概述
1.1 項目背景
實踐得知，在鋼包、中間包內(nèi)襯內(nèi)部耐火材料出現(xiàn)前期的缺陷直至完全失效會經(jīng)過由點到面的逐步發(fā)展過程，在內(nèi)襯出現(xiàn)前期剝落的狀態(tài)下，剝落點區(qū)域的溫度則會出現(xiàn)異常高溫，其缺陷區(qū)域的溫度會明顯高于其他位置。若無法及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁薄弱區(qū)域，那么當鋼包再次受鋼時則容易致使耐火材料穿漏，外部鋼板會暴露在高溫液體中，會被直接溶蝕發(fā)生穿爐事故，極易造成生命財產(chǎn)損失。據(jù)不完全統(tǒng)計，每發(fā)生一次鋼鐵水包穿漏事故，造成的直接損失達200萬元。若是鋼包在連鑄平臺穿漏，一次損失高達上千萬。
因此，我公司研制開發(fā)了一套鋼包、中間包耐火材料在線監(jiān)控系統(tǒng)，對鋼包、中間包外壁進行溫度檢測，通過溫度來反饋鋼包內(nèi)壁耐火材料的磨損情況，做到在溫度發(fā)生異常時能夠及時預(yù)警，以此保障煉鋼的安全生產(chǎn)。
1.2 項目建設(shè)分析
1.2.1項目建設(shè)思路
鋼包、中間包紅外在線溫度診斷系統(tǒng)使用數(shù)字視頻技術(shù)、計算機通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過實時動態(tài)監(jiān)控、記錄查詢、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确绞?，實現(xiàn)對耐火材料磨損程度的智能化監(jiān)控。同時對鋼包、中間包外壁溫度實現(xiàn)全程實時監(jiān)控，全面監(jiān)測和記錄一切溫度變化情況，以此反饋鋼包、中間包是否可以滿足安全生產(chǎn)要求。
通過報警與圖像資源的整合、共享，實時、直觀地了解和掌握監(jiān)控區(qū)域的動態(tài)狀況，適時布控、指揮、處置，有效提高鋼包的生產(chǎn)效率，保障工作人員的安全。
根據(jù)安全管理的需求，急切需要通過一種智能化手段，針對鋼包內(nèi)壁耐火材料的磨損程進行監(jiān)控，做到“早發(fā)現(xiàn)、早應(yīng)對、早處置”。
1.2.2現(xiàn)場實況
- 鋼包和中間包均在室內(nèi)車間，現(xiàn)場存在高溫區(qū)域，部分區(qū)域設(shè)備需加裝風冷護罩對設(shè)備進行冷卻；
- 手持式測溫槍只能檢測單點溫度，無法覆蓋全面檢測到爐壁和包壁的整體溫度，更是無法及時找到薄弱點，致使工人勞動強度增加卻效果不明顯；
- 現(xiàn)場實際測試發(fā)現(xiàn)爐壁和包壁溫度的不同可反饋出內(nèi)部不同區(qū)域耐火磚的磨損程度，結(jié)合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)可大體判斷最終使用壽命；
- 連鑄平臺中間包位置遮擋區(qū)域較多，安裝選點需考慮監(jiān)測的全面性；
- 現(xiàn)場中控室位置一般距離部分安裝點位距離較遠，需順延原有線路走線同時需要避開高溫區(qū)；
- 鋼包、中間包現(xiàn)場均采用定點監(jiān)測的方式，對關(guān)鍵區(qū)域進行實時溫度監(jiān)控。鋼包監(jiān)控分為倒渣位監(jiān)測監(jiān)控和連鑄平臺定點監(jiān)測兩個監(jiān)測點位；
煉鋼廠現(xiàn)場示意圖
1.2.3建設(shè)原則
鋼包、中間包紅外在線溫度診斷系統(tǒng)的建設(shè)，是冶金行業(yè)安全管理升級的重要體現(xiàn)，工程建設(shè)應(yīng)滿足以下幾個要求：
1）先進性
本系統(tǒng)技術(shù)起點高，采用具有國際先進技術(shù)水平的進口非制冷式焦平面紅外探測器，實現(xiàn)110592個像素點溫度的實時探測，結(jié)合智能化分析軟件，實現(xiàn)重要部位的日夜安全防戒。
2）實用性
在工程設(shè)計和實現(xiàn)的過程中，始終把客戶的實際需求放在首位，結(jié)合高爐區(qū)域工藝特點以及現(xiàn)場環(huán)境的特殊性設(shè)計出系統(tǒng)操作簡便，現(xiàn)場工作人員可即學即用的智能化管理平臺。
3）可靠性
本系統(tǒng)采用法國進口ULIS探測器，其工作壽命可達8-10年?？紤]到現(xiàn)場高溫環(huán)境需求，設(shè)備整機在+70℃的高低溫試驗箱內(nèi)進行老化試驗及標定過程。通過現(xiàn)場實地勘察充分了解設(shè)備防范需求及環(huán)境情況，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境實際特點采用特定的高防護設(shè)備，滿足惡劣環(huán)境下的運行要求，以此保證設(shè)備的耐久實用。
4）易維護
設(shè)備采用風冷護罩，連通現(xiàn)場氮氣供應(yīng)管道，在對設(shè)備進行降溫的同時也可對設(shè)備內(nèi)粉塵及時清除，減少整機設(shè)備的日常維護。后臺監(jiān)控管理平臺采用模塊化算法，可遠程或者本地更新升級，無需額外的維護工作。
5）擴展性
溫度健康診斷系統(tǒng)設(shè)計之初便留有豐富的接口，便于后期硬件和軟件的更新以及升級工作。為此，設(shè)備采用模塊式結(jié)構(gòu)，可通過相關(guān)接口接入其他硬件。軟件則可通過網(wǎng)絡(luò)升級或者本地固件升級的方式，以此提高系統(tǒng)的可塑性及多樣性。
6）開放性
產(chǎn)品選型必須具有開放的接口，便于整個系統(tǒng)的整合，達到資源統(tǒng)一管理的目的。
7）經(jīng)濟性
在滿足系統(tǒng)需求及系統(tǒng)先進性的同時，做到合理、實用，降低成本，從而達到極高的性能價格比，降低安全管理的運營成本。
1.2.4 需求分析
根據(jù)現(xiàn)場安全管理要求，需要滿足如下需求：
- 風險預(yù)警與火災(zāi)報警：實時全景監(jiān)控與高靈敏度特點，可對高溫實現(xiàn)快速報警；
- 非接觸測溫，不影響鋼包正常運轉(zhuǎn)；
- 報警日志：報警記錄與圖像同步存儲系統(tǒng)；
- 所有采集點視頻圖像可全程或報警觸發(fā)錄像存儲，并可以對以往的歷史圖像進行查詢和回放。
- 電源供給在全天候的環(huán)境下，保證系統(tǒng)不間斷供電。
2. 紅外溫度診斷系統(tǒng)概述
2.1?系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計
系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、視頻數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)、監(jiān)控中心顯示系統(tǒng)等構(gòu)成。實現(xiàn)監(jiān)控中心對前端進行遠程集中監(jiān)控和管理；同時能夠?qū)D像監(jiān)控及分析與自動報警識別，并通過數(shù)傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對鋼包外壁溫度智能監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、分析、高溫點定位、自動報警等功能。
系統(tǒng)架構(gòu)圖
2.2?系統(tǒng)特征
鋼包、中間包紅外在線溫度診斷系統(tǒng)的建設(shè)，是鋼鐵冶煉行業(yè)安全管理升級的重要體現(xiàn)。根據(jù)深耕冶金行業(yè)多年的經(jīng)驗，為解決以上需求，本系統(tǒng)應(yīng)具備以下特征：
- 后端算法對圖像采用無損壓縮的方式，實時傳輸溫度流數(shù)據(jù)，畫面更加流暢的同時可以獲取到任意位置的溫度數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的靈敏性和報警精準度。
- 針對現(xiàn)場特殊的環(huán)境情況，選用高性能紅外熱像儀，根據(jù)不同環(huán)境特征選用不同的防護罩。設(shè)備內(nèi)部探測器采用具有國際先進技術(shù)水平的法國進口ULIS非制冷式焦平面紅外探測器，其工作壽命可達8-10年，在可以實現(xiàn)110592個像素點溫度的實時探測的同時，可充分保證設(shè)備運行的穩(wěn)定性。
- 系統(tǒng)具備自動報警、快速響應(yīng)、自動捕捉最熱區(qū)域等功能，一旦局部出現(xiàn)溫度異常，極早期預(yù)警鋼包風險隱患。鋼包正常溫度為≤380℃，熱像儀測量范圍為（-20-650℃）。
- 系統(tǒng)采用紅外數(shù)字圖像細節(jié)增強（DDE）技術(shù)，用高速處理器先對原始目標信息進行分析，提取出有用灰度信息分布和無用灰度信息分布，然后大比例壓縮無用信息灰度，小比例壓縮甚至拉伸有用信息灰度，得到接近實際層次豐富的圖像。
- 設(shè)備整機在+70℃的高低溫試驗箱內(nèi)進行老化試驗及標定過程。通過現(xiàn)場實地勘察充分了解設(shè)備防范需求及環(huán)境情況。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境實際特點采用防爆護罩，可滿足惡劣環(huán)境下的運行要求，以此保證設(shè)備的耐久實。
- 在線溫度診斷系統(tǒng)設(shè)計之初便留有豐富的接口，便于后期硬件和軟件的更新以及升級工作。為此，設(shè)備采用模塊式結(jié)構(gòu)，可通過相關(guān)接口接入其他硬件。后臺監(jiān)控管理平臺采用模塊化算法，可通過網(wǎng)絡(luò)升級或者本地固件升級等方式，以此提高系統(tǒng)的可塑性及多樣性。
2.3?安裝方案概述
熱修位鋼包：根據(jù)現(xiàn)場實地探測情況，一號修包位處采用4臺紅外熱成像儀對鋼包傾倒完鋼渣后進行全方位實時監(jiān)測，一臺觀測鋼包底部，另外三臺分別從三個方位觀測鋼包四周?，F(xiàn)場紅外熱成像儀采用12V電壓供電，可在現(xiàn)場安裝監(jiān)控服務(wù)器，接入大屏可以實時顯示鋼包熱圖以及高溫點位，協(xié)助現(xiàn)場工人及時發(fā)現(xiàn)高溫區(qū)域，確保檢修工作及時有效地完成。也可通過網(wǎng)口傳輸現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)至中控室內(nèi)的交換機上，將電腦主機連接交換機通過電腦端遠程實時觀測現(xiàn)場鋼包外壁溫度情況。
連鑄平臺：通過現(xiàn)場實地考察，一號連鑄平臺采用4臺紅外熱像儀對連鑄過程中的鋼包和中間包包壁進行全方位監(jiān)測。以中間包為分界線，在兩側(cè)各安裝兩臺紅外熱像儀。一側(cè)用來監(jiān)測正在進行連鑄工序的鋼包包壁和中間包側(cè)面和頂蓋區(qū)域，另一側(cè)監(jiān)測中間包正面包壁，實現(xiàn)對鋼包包壁和中間包各方位全面監(jiān)控，以此保障連鑄過程中對連鑄平臺的防護以及現(xiàn)場工人的安全?？紤]到現(xiàn)場存在高溫區(qū)域以及遮擋較多，施工線材在高溫區(qū)域需使用高溫電源線和高溫網(wǎng)線，以保證數(shù)據(jù)傳輸和供電穩(wěn)定。選定位置需避開人為碰撞或者機械碰撞，以此保證設(shè)備穩(wěn)定運行。
數(shù)據(jù)傳輸以及電源供電：
根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境特征，紅外熱像儀采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，使用千兆超六類雙屏蔽網(wǎng)線，連接工業(yè)級千兆光電交換機，通過鎧裝光纖連接至中控室內(nèi)，以此保證數(shù)據(jù)傳輸流暢、無延遲；現(xiàn)場高溫區(qū)域需鋪設(shè)高溫網(wǎng)線和高溫電源線，所有外露線纜全部套上鍍鋅鋼管作為防護，能夠讓設(shè)備在現(xiàn)場惡劣環(huán)境下實現(xiàn)穩(wěn)定通訊。考慮到現(xiàn)場存在高溫區(qū)域，設(shè)計采用風冷型護罩，外接壓縮空氣或者氮氣，前窗使用高強度鍍碳膜鍺玻璃，在保障設(shè)備工作環(huán)境溫度適宜的同時充分保證設(shè)備安全運行，避免存在安全隱患。
在現(xiàn)場或者中控室安裝系統(tǒng)服務(wù)器，通過網(wǎng)線與光電交換機連接，保持設(shè)備和服務(wù)器在一個局域網(wǎng)內(nèi)。服務(wù)器上搭載定制客戶端軟件，可本地實時預(yù)覽現(xiàn)場紅外圖像，與此同時，也可通過外接大屏在檢修現(xiàn)場實時查看溫度分布情況
2.4 安裝點位
一號修包位：
?
?
安裝示意圖
3、關(guān)鍵產(chǎn)品信息
風冷型紅外熱成像儀
- 產(chǎn)品功能特性：
- 采用進口探測器，擁有優(yōu)異的成像效果以及高精度測溫；
- 通入壓縮空氣或者氮氣可在高溫、高粉塵的特殊環(huán)境下穩(wěn)定工作；
- 針對現(xiàn)場不同監(jiān)測環(huán)境搭配不同視場角的鏡頭，可靈活使用；
- 通入壓縮空氣和氮氣使設(shè)備保持的工作狀態(tài)，測溫更加精準；
- 測溫精準，成像清晰：設(shè)備整機出廠前經(jīng)過高性能黑體溫度校正，同時采用自主研發(fā)的高性能圖像算法，讓設(shè)備在不同環(huán)境下均能展現(xiàn)有優(yōu)異的精度和場景細微差異。
- 功能豐富，經(jīng)濟適用：設(shè)備均采用標準的機芯接口，方便集成的同時具有更高的實用性。
產(chǎn)品外觀
- 產(chǎn)品參數(shù)：
表一 風冷型紅外熱像儀產(chǎn)品參數(shù)
| 型號 | SS-AC-X384D |
| 紅外分辨率 | 384*288 |
| 像素尺寸 | 17um |
| 幀頻 | 50Hz |
| 工作波段 | 8～14um |
| 測溫范圍 | 60℃～600℃ |
| 數(shù)據(jù) | |
| 單幀溫度 | 帶溫度信息的JPG圖片格式 |
| 溫度流 | 全輻射溫度信息存儲 |
| 視頻 | H.264標準視頻格式，兼容通用視頻播放軟件 |
| 電氣接口 | |
| 電源 | DC9～15V，典型功耗2.5W@25℃ |
| 模擬視頻 | NTSC/PAL |
| 以太網(wǎng) | 100/1000Base，支持TCP、UDP、IP、DHCP、RTSP、ONVIF等協(xié)議，內(nèi)置Web Server，兼容主流NVR產(chǎn)品，提供SDK開發(fā)包 |
| 串口 | RS485，支持Pelco云臺控制協(xié)議 |
| 電動鏡頭 | 支持12V電動鏡頭 |
| GPIO | 1路磁隔離輸入，1路繼電器輸出 |
| 環(huán)境參數(shù) | |
| 工作溫度 | -10～+200℃ |
| 儲存溫度 | -40oC～+85℃ |
| 大氣壓力 | 86~106Kpa |
| 粉塵濃度 | ≤200mg/m3 |
| 風量 | 0.3~0.6L/S |
| 尺寸 | 320（L）*133（D）mm |
| 渦旋制冷管 | |
| 進氣量 | 920L/MIN |
| 制冷量 | 2280BTU/Hr |
?
4、紅外在線監(jiān)測平臺
客戶端軟件采用C/S模式與B/S模式相結(jié)合的開發(fā)模式，包括實時、數(shù)據(jù)兩大常用功能模塊和測溫對象、設(shè)備、用戶管理、告警、云臺、錄制管理六大相關(guān)基礎(chǔ)管理模塊。與此同時，提供組件化、標準化的Web API開放平臺接口供其他系統(tǒng)使用，為客戶提供強大且靈活的業(yè)務(wù)集成和數(shù)據(jù)集成能力?？蛻舳塑浖募t外實時畫面監(jiān)測采用了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的紅外圖像處理算法，使得設(shè)備展示出的紅外畫面具有更好的細節(jié)增強效果和更高的畫面可調(diào)節(jié)精準性。此外，客戶端軟件可將相關(guān)配置數(shù)據(jù)實時同步云端，在云端對數(shù)據(jù)進行管理和分析，用戶可通過云平臺自定義設(shè)置異常的通知方式與通知聯(lián)系人，通過客戶端軟件與云端應(yīng)用相結(jié)合實現(xiàn)了智能化的控制體系，為邁向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)智慧化決策打下堅實的基礎(chǔ)。
平臺界面
4.1平臺展示
鋼包、中間包紅外在線溫度診斷系統(tǒng)平臺功能主要包括圖像預(yù)覽、最高溫標記、高溫報警、獨立報價、錄像手動保存、報警自動存儲、報警數(shù)據(jù)查看等。
4.2平臺功能介紹
平臺具體功能如下：
- 在線測溫功能：所有視頻圖像可全程錄像存儲，并可以對以往的歷史圖像進行查詢和回放。
- 獨立報警功能：對不同鋼包不同部位分開設(shè)定報警閾值，實現(xiàn)獨立測溫以及獨立報警功能。
- 風險預(yù)警：實時全景監(jiān)控與高靈敏度特點，發(fā)現(xiàn)異常高溫時可實現(xiàn)毫秒級報警。
- 自定義報警閾值：系統(tǒng)可自定義不同報警閾值和等級，協(xié)助工作人員對隱患發(fā)生的緊急程度和發(fā)展態(tài)勢作出評估。
- 報警類型：分為高溫報警和溫升報警。高溫報警即被測區(qū)域超過預(yù)設(shè)值時報警，溫升報警即被區(qū)域最高溫度在某一時間段內(nèi)出現(xiàn)異常溫升時報警，具體數(shù)值可根據(jù)實際情況設(shè)定。
- 溫度補償：設(shè)備可根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境溫度自動進行溫度補償，以滿足不同溫度環(huán)境下的測溫需求。
- 痕跡管理：對現(xiàn)場所測溫度實時寫入數(shù)據(jù)庫，并自動生成報表與溫度曲線。調(diào)取歷史溫度信息和報警記錄，方便于出現(xiàn)問題后進行故障跟蹤及事故分析。
- 非接觸測溫：在不需要人力巡檢的同事也不影響正常工作的情況下完成溫度獲取。
- 報警日志：報警記錄與圖像同步存儲系統(tǒng)。
- 記錄自動清除：當檢測到系統(tǒng)存儲空間不滿10G時系統(tǒng)自動刪除最開始歷史記錄，避免硬盤空間不足導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法存儲。
- 實時顯示全輻射熱圖：值班人員可通過鼠標查看畫面任意位置的瞬時溫度，對異常情況進行錄制、拍照、分析。
- 高溫追蹤：自動對熱像圖整個畫面或特定區(qū)域進行高溫追蹤，提早發(fā)現(xiàn)隱患區(qū)域。
- 溫度曲線分析：軟件監(jiān)測各區(qū)域裝置外壁溫度時可實時顯示最高溫曲線，通過曲線的變化趨勢用于判定此時各個區(qū)域是否異常。
- 自動診斷：設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)中斷自動檢測恢復(fù)功能，當設(shè)備因斷電或者斷網(wǎng)導(dǎo)致工作異常，待線路正常后可自行排查問題進行恢復(fù)。
- 用戶權(quán)限管理：軟件登錄界面需要特定的賬號密碼，防止現(xiàn)場工人的誤操作。
5. 案例介紹
5.1 鋼包壁監(jiān)控
在鋼包內(nèi)襯出現(xiàn)前期的缺陷直至完全失效，會經(jīng)過由點到面的逐步發(fā)展過程，在內(nèi)襯出現(xiàn)前期剝落的狀態(tài)下，剝落點區(qū)域的溫度會出現(xiàn)異常高溫，其缺陷區(qū)域的溫度會明顯高于其他位置。
紅外熱像儀非接觸式的測溫方式對鋼包進行在線實時溫度監(jiān)控，在鋼包因內(nèi)部耐火材料逐漸侵蝕、脫落，鋼板軟化甚至熔蝕之前，發(fā)現(xiàn)鋼包的早期異常缺陷后報警預(yù)測，最大程度避免鋼包燒穿引起穿包事故。
5.2 魚雷罐監(jiān)控
魚雷罐在使用過程中，以下原因會導(dǎo)致內(nèi)襯耐火材料受損：
1、在盛鐵水的時候耐火磚內(nèi)襯受到高溫鋼水的沖擊而產(chǎn)生沖刷磨損和強烈的熱震而產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力；
2、耐火磚在盛鐵水的期間和倒鐵水的時候受到鐵水和渣的化學侵蝕和空氣的氧化；
3、鐵水倒空溫度急劇下降使耐火磚內(nèi)襯急冷產(chǎn)生熱應(yīng)力。
為了保證安全生產(chǎn)和生產(chǎn)的效率，及時發(fā)現(xiàn)魚雷罐壁破損的潛在威脅成為必要。
5.3 轉(zhuǎn)爐監(jiān)控
轉(zhuǎn)爐的整個運行周期，從裝料到倒渣完畢的時間約為20-30分鐘，在此期間，在適當?shù)木嚯x，通過紅外熱像儀進行長時間連續(xù)的監(jiān)測，可實時監(jiān)測到轉(zhuǎn)爐所有部位的溫度分布及溫升趨勢，使崗位人員及時掌握轉(zhuǎn)爐的運行情況。
5.4 高爐料面監(jiān)控
高爐煉鐵是從爐頂加入礦石、焦炭和石灰石，從爐底部向爐內(nèi)通入加壓空氣，在焦炭燃燒時，礦石、石灰石與焦炭一起發(fā)生反應(yīng)，最終形成鐵水和爐渣。
通過紅外熱像儀可觀察爐內(nèi)料面氣流分布、裝料情況、礦焦分布、料面高度、料面形狀、料面下降；及時發(fā)現(xiàn)爐喉鋼磚及爐襯侵蝕情況；觀測爐內(nèi)溜槽、探尺等爐內(nèi)設(shè)備的運行狀況,及時發(fā)現(xiàn)零部件損壞、脫落；高爐檢修時，在控制室監(jiān)視爐內(nèi)情況，防止發(fā)生指揮事故。
