冶金浇筑在线温度诊断系统技术方案

项目概况

在国民生产和建设中，对钢铁的需求在不断增大，在钢铁厂炼钢过程中，通过将装有精炼好的钢水通过钢包运至回转台，回转台转动到浇筑位置后，通过浇注机将钢水注入到腔室或者中间包中，腔室或中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中，经行铸件成形并迅速凝固结晶。在浇筑过程中，目前都是通过人工经验和可见光设备去辅助现场工人去完成浇筑过程，但是存在人工有遗漏点、可见光在现场灰层大，无法达到预期等情况。

项目现状

经过现场勘查，浇筑现场情况如下：

浇注机现场存在大量粉尘、高温区域，需要加装风冷护罩对设备进行冷却以及除尘；
现在灰层较大，是否浇筑完成通过可见光设备识别率只有60%；远远达不到预期。照成大量的铁液浪费，也容易发生安全问题。
现场实际测试发现包壁温度的不同可反馈出内部不同区域耐火砖的磨损程度，结合现场实测数据可大体判断最终使用寿命；
现场一般取点位温度最高可达70℃-80℃及以上，现场均需要采用带风冷护罩的红外热像仪，一方面是给设备降温、另一方面是清除护罩内粉尘；
现场遮挡较多，安装选点在考虑全面监测，就近可取压缩空气；
现场中控室位置一般距离安装点位距离较远，需顺延原有线路走线同时需要避开高温区；
浇筑现场均采用定点监测的方式，对关键区域实时温度画面完成浇筑速度的确认和通过冒口状态，去判断是否浇筑完成。

浇筑红外在线温度诊断系统需满足以下需求：

对浇筑机关键点位进行全面、精准的非接触式测温，设备安装、运行过程以及施工不影响生产过程正常运行；
设备具备防尘、耐低温、高温以及防爆的特性，能在同时在低温-20℃和高温+60℃正常稳定运行，可根据现场不同环境搭配不同防护等级护罩，变更灵活；
是否浇筑完成判断：通过冒口喷出不同的状态的温度，去判断浇筑系统是否浇筑完成；
通过导流槽和浇口铁水的高温像素点的特征，去判断导流槽和浇口是否在安全定位范围之内；
通过导流槽钢水的高度和面积，去传输一个速度信号给到PLC，通过PLC去控制钢包的倾倒速度，让浇口钢水的量一直维持到安全水平；
设备可稳定运行，高粉尘区域采用风冷护罩，连通现场氮气供应管道，在对设备进行降温的同时也可对设备内粉尘及时清除，减少整机设备的日常维护；
电源供给在全天候的环境下，保证系统不间断供电；
在工程设计和实现的过程中，始终把客户的实际需求放在首位，结合各个区域冶炼工艺特点以及现场环境的特殊性设计出系统操作简便，现场工作人员可即学即用的智能化管理平台；

系统特征

浇筑在线温度诊断监控系统的建设，是钢铁冶炼行业安全管理升级的重要体现。根据深耕冶金行业多年的经验，为解决以上需求，本系统应具备以下特征：

后端算法对图像采用无损压缩的方式，实时传输温度流数据，画面更加流畅的同时可以获取到任意位置的温度数据，提高系统的灵敏性和报警精准度。
针对现场特殊的环境情况，选用高性能红外热像仪，根据不同环境特征选用不同的防护罩。设备内部探测器采用具有国际先进技术水平的法国进口ULIS非制冷式焦平面红外探测器，其工作寿命可达8-10年，在可以实现110592个像素点温度的实时探测的同时，可充分保证设备运行的稳定性。
系统具备自动报警、快速响应、自动捕捉最热区域等功能，。钢水正常温度为≤1300℃，热像仪测量范围为（160-1600℃）。
系统采用红外数字图像细节增强（DDE）技术，用高速处理器先对原始目标信息进行分析，提取出有用灰度信息分布和无用灰度信息分布，然后大比例压缩无用信息灰度，小比例压缩甚至拉伸有用信息灰度，得到接近实际层次丰富的图像。
设备整机在+70℃的高低温试验箱内进行老化试验及标定过程。通过现场实地勘察充分了解设备防范需求及环境情况。根据现场环境实际特点采用防爆护罩，可满足恶劣环境下的运行要求，以此保证设备的耐久实。
在线温度诊断系统设计之初便留有丰富的接口，便于后期硬件和软件的更新以及升级工作。为此，设备采用模块式结构，可通过相关接口接入其他硬件。后台监控管理平台采用模块化算法，可通过网络升级或者本地固件升级等方式，以此提高系统的可塑性及多样性。

总结

综上所述，浇筑红外在线温度诊断系统应从产品特点、环境特征、业务需求、安装方式和施工布局等全方位考虑，在最终效果上实现稳定、及时、精准的风险预警功能，以此保障浇筑生产工艺流程的安全、健康运行。

环境特征：室内环境下的浇注机则需要设备拥有耐高温特性；

产品特点：采用高性能探测器、搭配行业内先进的红外图像处理算法，使得设备展示出的红外画面具有更好的细节增强效果和更高的测温精准性；外壳采用特殊定制的护罩，根据现场需求搭配不同配件，抵抗现场恶劣环境影响；

业务需求：实时、在线、全面性、高精度测温，能保障设备安全运行，不影响生产进度，同时后期维护便捷；

安装方式：一般采用壁挂式或立杆式两种方式；

施工布局：设备安装前、后和施工过程不影响生产的正常进行，并且施工材料均按照环境要求的最高标准进行选型。

方案概述

针对目前浇筑是否完成都是通过传统的人工肉眼查看的方式，不仅工作量大，并且对其状态的不确定性以及缺乏时效性可能会导致钢水从冒口处泄露无法被及时发现，存在巨大的安全隐患。

本方案采用在线式风冷型红外热像仪，搭配涡旋制冷管，接入压缩空气或者氮气。将红外热像仪多角度设置在重点区域进行覆盖式监控，通过钢水和火焰不同温度的特点，可及时判断中间包或者腔室是否浇筑完成，同时通过导流槽内钢水的高度和面积，去给到PLC一个倾斜角信号值，从而让PLC控制钢包倾斜角，防止速度过快或者过慢的情况，让导流槽内的钢水流速一直维持到稳定的水平。通过报警位置画面闪烁告知现作人员超温区域位置，以便及时作出应急处理。

浇注机：采用一台热像仪对导流槽内的钢水和冒口处状态做到共同的监测，通过导流槽内的钢水所占的像素去分析钢水目前的高度和面积，同时给到PLC信号去控制钢包的倾斜角，保证钢水流速保证在安全有效的范围内。保证浇筑效率最大化。同时通过冒口处火焰和钢水不同温度的特性，可以很容易的区分是否浇筑完成；

根据现场环境特征，红外热像仪采用网络数据传输的方式，使用千兆超六类双屏蔽网线，连接工业级千兆光电交换机，通过铠装光纤连接至中控室内，以此保证数据传输流畅、无延迟；现场高温区域需铺设高温网线和高温电源线，所有外露线缆全部套上镀锌钢管作为防护，能够让设备在现场恶劣环境下实现稳定通讯。考虑到现场存在煤气区域且在一年中环境温差很大，设计采用风冷型护罩，外接压缩空气或者氮气，前窗使用高强度镀碳膜锗玻璃，以便充分保证设备安全运行，避免存在安全隐患。

中控室内安装云平台服务器，通过网线与光电交换机连接，保持设备和服务器在一个局域网内。服务器上搭载客户端软件，可本地实时预览现场红外图像，与此同时，也可通过服务器进行远程报警消息推送功能。

双光风冷型红外热像仪

风冷型红外热像仪专门针对冶金、危废、化工行业的高温应用场合研制，搭配高稳定性红外热成像模组，具备网络视频传输功能。可对关键设备、贵重资产进行监控，有助于提前发现问题，防患于未然。可24小时进行图像处理和测温运算。采用安防标准接口，可直接模拟视频输出到监视器也可通过客户端查看视频监控画面，更有多种数据保存功能，方便在线离线分析。

护罩采用双层不锈钢管和铸铝端盖制成，压缩空气通过夹层达到冷却效果，并在前端盖形成风帘起到防尘作用；通入制冷水能够更好地起到降温的效果，为设备的正常工作提供稳定、适宜的环境。具有较好的抗腐蚀及防灰尘能力，能在高温多尘腐蚀性气体较多的环境中使用。风冷型热像仪广泛应用于冶金行业，如烧结、高炉、钢包、铁水罐，危废行业如焚烧炉，化工行业如水泥回转窑等场景，达到提高生产效率、改善工作条件、降低劳动强度的目的，全天候守护您的资产安全。

产品外观：

双光风冷型红外热像仪

产品功能特性：
采用进口探测器，拥有优异的成像效果以及高精度测温；
通入压缩空气或者氮气可在高温、高粉尘的特殊环境下稳定工作；
针对现场不同监测环境搭配不同视场角的镜头，可灵活使用；
通入压缩空气和氮气使设备保持的工作状态，测温更加精准；
测温精准，成像清晰：设备整机出厂前经过高性能黑体温度校正，同时采用自主研发的高性能图像算法，让设备在不同环境下均能展现有优异的精度和场景细微差异。
功能丰富，经济适用：设备均采用标准的机芯接口，方便集成的同时具有更高的实用性。
产品参数：

风冷型红外热像仪产品参数

型号	SS-AC-X384D
红外分辨率	384*288
可见光分辨率	200万黑光 1920*1080
像素尺寸	17um
帧频	50Hz
工作波段	8～14um
测温范围	160℃～1600℃
数据
单帧温度	带温度信息的JPG图片格式
温度流	全辐射温度信息存储
视频	H.264标准视频格式，兼容通用视频播放软件
电气接口
电源	DC9～15V，典型功耗2.5W@25℃
模拟视频	NTSC/PAL
以太网	100/1000Base，支持TCP、UDP、IP、DHCP、RTSP、ONVIF等协议，内置Web Server，兼容主流NVR产品，提供SDK开发包
串口	RS485
电动镜头	支持12V电动镜头
GPIO	1路磁隔离输入，1路继电器输出
环境参数
工作温度	-10～+200℃
储存温度	-40ºC～+85℃
大气压力	86~106Kpa
粉尘浓度	≤200mg/m³
风量	0.3~0.6L/S
尺寸	320（L）*133（D）mm
涡旋制冷管
进气量	920L/MIN
制冷量	2280BTU/Hr

平台介绍

客户端软件采用C/S模式与B/S模式相结合的开发模式，包括实时、数据两大常用功能模块和测温对象、设备、用户管理、告警、云台、录制管理六大相关基础管理模块。与此同时，提供组件化、标准化的Web API开放平台接口供其他系统使用，为客户提供强大且灵活的业务集成和数据集成能力。客户端软件的红外实时画面监测采用了业内领先的红外图像处理算法，使得设备展示出的红外画面具有更好的细节增强效果和更高的画面可调节精准性。此外，客户端软件可将相关配置数据实时同步云端，在云端对数据进行管理和分析，用户可通过云平台自定义设置异常的通知方式与通知联系人，通过客户端软件与云端应用相结合实现了智能化的控制体系，为迈向工业互联网数据智慧化决策打下坚实的基础。

平台功能介绍

平台具体功能与技术目标如下：

在线测温功能：所有视频图像可全程录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放。
独立报警功能：冒口处和导流槽做到分别独立报警。
状态分析：实时全景监控与高灵敏度特点，通过冒口处火焰与钢水不同温度的特性，从而分析出浇筑状态。
导流槽速度分析及控制：通过分析画面中导流槽内钢水所占像素点的数量，从而计算出钢水的在导流槽内的面积和高度。实时给到PLC信号，从而控制钢水倾倒的速度，使导流槽内的钢水维持稳定水平。
导流槽与浇口定位分析：通过红外和可见光相互配合，对导流槽和浇口经行定位分析，控制误差在±40毫米之内。
温度补偿：设备可根据现场实际环境温度自动进行温度补偿，以满足不同温度环境下的测温需求。
非接触测温：在不需要人力巡检的同时也不影响浇注机正常工作的情况下通过温度分析状态。
报警日志：报警记录与图像同步存储系统。
记录自动清除：当检测到系统存储空间不满10G时系统自动删除最开始历史记录，避免硬盘空间不足导致数据无法存储。
自定义报警阈值：系统可自定义不同报警阈值和等级，协助工作人员对隐患发生的紧急程度和发展态势作出评估。
自动诊断：设备具有网络中断自动检测恢复功能，当设备因断电或者断网导致工作异常，待线路正常后可自行排查问题进行恢复。
远程通知：现场搭载云平台服务器，可第一时间将现场报警信息通过短信和公众号的方式推送到相应人员手机上，第一时间掌握现场情况；
用户权限管理：软件登录界面需要特定的账号密码，防止现场工人的误操作。