一、需求背景

鋼鐵廠球團礦灼熱的下料口、高校冶金實驗室內(nèi)的精密儀器運轉(zhuǎn)……動輒1000℃以上的高溫環(huán)境時刻考驗著工業(yè)生產(chǎn)和科研安全。隨著我國工業(yè)制造技術(shù)的高速發(fā)展，此類高溫生產(chǎn)及科研環(huán)境日趨增長，而對環(huán)境數(shù)據(jù)進行全方位監(jiān)測與智能化操作的需求也越來越高。

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控攝像頭無法應(yīng)對高溫環(huán)境，而普通上位機控制系統(tǒng)無法自動識別設(shè)備風(fēng)險從而進行聯(lián)動控制，只能依賴人工不定期巡檢與發(fā)生故障后的被動式操作，帶來安全隱患難發(fā)現(xiàn)、故障響應(yīng)不及時、作業(yè)環(huán)境不友好等一系列問題。

圖1-高溫作業(yè)場景

隨著工業(yè)自動化控制、紅外測溫和數(shù)字孿生等技術(shù)的全面提升和不斷進步，通過高溫工業(yè)電視結(jié)合數(shù)字孿生系統(tǒng)對工業(yè)窯爐進行可視化監(jiān)控已成為應(yīng)用趨勢，能幫助工業(yè)企業(yè)及高校實驗室用戶直觀監(jiān)測高溫作業(yè)全過程及相關(guān)數(shù)據(jù)，顯著提升生產(chǎn)效率和設(shè)備安全性。

二、解決方案

城圖針對工業(yè)企業(yè)及高校實驗室需求，推出高溫環(huán)境可視化數(shù)字孿生監(jiān)測方案，通過內(nèi)窺式窯爐高溫工業(yè)紅外視頻監(jiān)控設(shè)備實現(xiàn)高達2000℃高溫環(huán)境下的視頻或熱成像實時監(jiān)測，結(jié)合自研AI視覺識別算法，自動發(fā)現(xiàn)高溫場景下的故障及風(fēng)險信息并告警；同時對環(huán)境設(shè)備進行全面數(shù)字孿生建模，動態(tài)還原生產(chǎn)試驗的主要環(huán)節(jié)，實時監(jiān)測各處溫度、能耗、壓力及10余種煙氣成分等數(shù)據(jù)，協(xié)助用戶直觀而精細化地還原作業(yè)及科研過程細節(jié)，從而極大提升了生產(chǎn)效率。

系統(tǒng)方案主要適用于2000℃以內(nèi)爐內(nèi)圖像的實時監(jiān)測，如鋼鐵行業(yè)加熱爐、退火爐、熱處理爐，垃圾處理廠焚燒爐，垃圾焚燒發(fā)電鍋爐，玻璃熔窯等工業(yè)高溫窯爐以及工科高等院校的冶金專業(yè)高溫實驗室等。

圖2-城圖高溫環(huán)境監(jiān)測及AI數(shù)字孿生系統(tǒng)

三、系統(tǒng)功能

• 高溫視頻監(jiān)控

采用適用于高溫、高亮度環(huán)境下的專業(yè)工業(yè)相機，結(jié)合風(fēng)冷+水冷組合技術(shù)，有效保障設(shè)備及環(huán)境安全，可直接將鏡頭伸至窯爐內(nèi)(2000℃以下)連續(xù)實時地監(jiān)視爐內(nèi)運行狀況，高清視頻結(jié)合AI視覺識別能夠及時發(fā)現(xiàn)運行中出現(xiàn)的異常情況，防止事故發(fā)生，減少經(jīng)濟損失。

• 熱成像可視化測溫

通過熱紅外成像測溫裝置采集窯爐內(nèi)溫度視頻圖像，基于紅外測溫分析算法計算窯爐內(nèi)的溫度場分布，標識出各個關(guān)鍵點的溫度值，將結(jié)果提供給運維生產(chǎn)人員進行參考。系統(tǒng)可設(shè)定溫度閾值，當(dāng)閾值超出時自動啟動告警和觸發(fā)聯(lián)動處理程序。

• AI視覺識別

可基于紅外和可見光兩種視頻圖像，采用專用深度學(xué)習(xí)算法，根據(jù)生產(chǎn)需求進行圖像的識別，可適應(yīng)不同的場景，例如監(jiān)控下料口堵塞狀況、球團破損、火焰狀態(tài)等等。

• 數(shù)字孿生

本系統(tǒng)支持采用三維數(shù)字孿生技術(shù)，對實際生產(chǎn)或?qū)嶒炇噎h(huán)境進行高精度的3D建模，同步集成多維傳感器數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和其他信息，能夠直觀可視化地實時呈現(xiàn)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)及全視角細節(jié)數(shù)據(jù)；集成基于數(shù)字孿生下的可視化監(jiān)控與控制功能，讓用戶能夠在虛擬環(huán)境中直觀地掌握設(shè)備監(jiān)測狀態(tài)；支持通過仿真模擬，預(yù)測和分析不同生產(chǎn)或?qū)嶒炦^程產(chǎn)生的結(jié)果走向，為實現(xiàn)更科學(xué)的操作控制及管理決策提供有力支持。

四、技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，支持視頻監(jiān)控、壓力計、流量計、熱電偶等多種傳感器的統(tǒng)一接入，并可根據(jù)不同的數(shù)據(jù)處理需求配置多臺專用服務(wù)器，實現(xiàn)流暢安全的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、可視化展示與系統(tǒng)控制。

圖3-系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)

五、部分應(yīng)用案例

案例1：云南某高校-精準均勻加熱智能檢測與控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)實現(xiàn)對高校冶能實驗室最高溫達1600℃高溫金屬燃燒爐進行全流程狀態(tài)和參數(shù)的實時精準在線監(jiān)測、分析和控制，具備物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一接入、精細化智能監(jiān)控及全景實時3D數(shù)字孿生等功能應(yīng)用。

圖4-高校加熱智能檢測與控制系統(tǒng)部署圖

案例2：湖南某電廠-輸渣智慧化監(jiān)測診斷評估及聯(lián)動控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過自主研發(fā)計算機智能分析平臺及多路AI算法，利用內(nèi)窺式耐高溫紅外熱成像裝置和雙目深度圖像采集裝置，實現(xiàn)自主識別輸渣系統(tǒng)格柵渣塊，智能監(jiān)測單位時間內(nèi)落渣“雨量”，聯(lián)動控制鋼帶機轉(zhuǎn)速；實時觀測識別碎渣機與斗提機堵塞情況，若超過閾值系統(tǒng)自動告警提示，同時識別確定渣塊相對位置，聯(lián)動控制擠壓頭進行渣塊擠壓破碎處理，實現(xiàn)渣塊識別與擠渣聯(lián)動控制。主站平臺系統(tǒng)采集并匯總各子系統(tǒng)所有信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，幫助客戶持續(xù)進行量化監(jiān)控與管理優(yōu)化。

圖5-電廠智慧化監(jiān)測系統(tǒng)界面

案例3：江蘇某電廠-落渣雨量智能監(jiān)測分析系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)備由平臺軟件、雨量監(jiān)測算法、風(fēng)門智能控制算法、大渣識別算法、和數(shù)據(jù)處理等模塊組成，利用紅外熱成像結(jié)合激光雷達技術(shù)獲取前景圖像，通過數(shù)據(jù)加密通信技術(shù)將圖像發(fā)送至數(shù)據(jù)處理設(shè)備處，統(tǒng)計分析得出單位時間內(nèi)該渣井內(nèi)落渣的密度，將計算出的密度結(jié)果進行系數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得對應(yīng)的“雨量”級別結(jié)果，實現(xiàn)高效指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。

圖6-電廠智能監(jiān)測系統(tǒng)界面

案例4：湖北某鐵礦-球鐵礦回轉(zhuǎn)窯高溫下料口智能視頻檢測系統(tǒng)

客戶在日常生產(chǎn)過程中，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的球團燒結(jié)大塊很容易在下料口聚集，導(dǎo)致下料口堵塞，影響生產(chǎn)，必須予以清除。傳統(tǒng)方式采用人工觀察+手動扒取球團燒結(jié)大塊來清理下料口，由于回轉(zhuǎn)窯高溫高熱的生產(chǎn)環(huán)境，采用人力手動扒取，效率低，工人勞動負荷大，人身安全難以得到保障。

本系統(tǒng)采用專用工業(yè)相機，鏡頭可直接伸入窯爐內(nèi)部（2000℃以下）連續(xù)實時監(jiān)視爐內(nèi)火焰、物料運行的工作狀態(tài)以及回轉(zhuǎn)窯下料口堵塞情況，結(jié)合視覺識別算法精準檢測下料口有無球團大塊燒結(jié)物以及球團大塊燒結(jié)物的尺寸，幫助客戶顯著提升生產(chǎn)效率及作業(yè)安全。

圖7-鐵礦智能視頻檢測系統(tǒng)部署現(xiàn)場

案例5：國內(nèi)某藥廠-流化床高溫監(jiān)測系統(tǒng)

本系統(tǒng)針對藥廠的主要產(chǎn)線設(shè)備“流化床”內(nèi)部環(huán)境進行150℃高溫監(jiān)測。通過紅外熱成像以及可見光視頻監(jiān)控，采集流化床內(nèi)部的顆粒高速運動情況和溫度分布情況，協(xié)助分析和評估流化床中顆粒劑制造過程。

圖8-藥廠流化床高溫監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)