一、需求背景

鋼鐵廠(chǎng)球團(tuán)礦灼熱的下料口、高校冶金實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的精密儀器運(yùn)轉(zhuǎn)……動(dòng)輒1000℃以上的高溫環(huán)境時(shí)刻考驗(yàn)著工業(yè)生產(chǎn)和科研安全。隨著我國(guó)工業(yè)制造技術(shù)的高速發(fā)展，此類(lèi)高溫生產(chǎn)及科研環(huán)境日趨增長(zhǎng)，而對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)與智能化操作的需求也越來(lái)越高。

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控?cái)z像頭無(wú)法應(yīng)對(duì)高溫環(huán)境，而普通上位機(jī)控制系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)識(shí)別設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)從而進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，只能依賴(lài)人工不定期巡檢與發(fā)生故障后的被動(dòng)式操作，帶來(lái)安全隱患難發(fā)現(xiàn)、故障響應(yīng)不及時(shí)、作業(yè)環(huán)境不友好等一系列問(wèn)題。

圖1-高溫作業(yè)場(chǎng)景

隨著工業(yè)自動(dòng)化控制、紅外測(cè)溫和數(shù)字孿生等技術(shù)的全面提升和不斷進(jìn)步，通過(guò)高溫工業(yè)電視結(jié)合數(shù)字孿生系統(tǒng)對(duì)工業(yè)窯爐進(jìn)行可視化監(jiān)控已成為應(yīng)用趨勢(shì)，能幫助工業(yè)企業(yè)及高校實(shí)驗(yàn)室用戶(hù)直觀監(jiān)測(cè)高溫作業(yè)全過(guò)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(duì)工業(yè)企業(yè)及高校實(shí)驗(yàn)室需求，推出高溫環(huán)境可視化數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)方案，通過(guò)內(nèi)窺式窯爐高溫工業(yè)紅外視頻監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)高達(dá)2000℃高溫環(huán)境下的視頻或熱成像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合自研AI視覺(jué)識(shí)別算法，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)高溫場(chǎng)景下的故障及風(fēng)險(xiǎn)信息并告警；同時(shí)對(duì)環(huán)境設(shè)備進(jìn)行全面數(shù)字孿生建模，動(dòng)態(tài)還原生產(chǎn)試驗(yàn)的主要環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(hù)直觀而精細(xì)化地還原作業(yè)及科研過(guò)程細(xì)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?xún)?nèi)爐內(nèi)圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如鋼鐵行業(yè)加熱爐、退火爐、熱處理爐，垃圾處理廠(chǎng)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(zhuān)業(yè)高溫實(shí)驗(yàn)室等。

圖2-城圖高溫環(huán)境監(jiān)測(cè)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(zhuān)業(yè)工業(yè)相機(jī)，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(shí)時(shí)地監(jiān)視爐內(nèi)運(yùn)行狀況，高清視頻結(jié)合AI視覺(jué)識(shí)別能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中出現(xiàn)的異常情況，防止事故發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失。

• 熱成像可視化測(cè)溫

通過(guò)熱紅外成像測(cè)溫裝置采集窯爐內(nèi)溫度視頻圖像，基于紅外測(cè)溫分析算法計(jì)算窯爐內(nèi)的溫度場(chǎng)分布，標(biāo)識(shí)出各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的溫度值，將結(jié)果提供給運(yùn)維生產(chǎn)人員進(jìn)行參考。系統(tǒng)可設(shè)定溫度閾值，當(dāng)閾值超出時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)告警和觸發(fā)聯(lián)動(dòng)處理程序。

• AI視覺(jué)識(shí)別

可基于紅外和可見(jiàn)光兩種視頻圖像，采用專(zhuān)用深度學(xué)習(xí)算法，根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行圖像的識(shí)別，可適應(yīng)不同的場(chǎng)景，例如監(jiān)控下料口堵塞狀況、球團(tuán)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(duì)實(shí)際生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)室環(huán)境進(jìn)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(shí)時(shí)呈現(xiàn)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)及全視角細(xì)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(hù)能夠在虛擬環(huán)境中直觀地掌握設(shè)備監(jiān)測(cè)狀態(tài)；支持通過(guò)仿真模擬，預(yù)測(cè)和分析不同生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)過(guò)程產(chǎn)生的結(jié)果走向，為實(shí)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(jì)、流量計(jì)、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(tái)專(zhuān)用服務(wù)器，實(shí)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(zhǔn)均勻加熱智能檢測(cè)與控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)高校冶能實(shí)驗(yàn)室最高溫達(dá)1600℃高溫金屬燃燒爐進(jìn)行全流程狀態(tài)和參數(shù)的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、分析和控制，具備物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一接入、精細(xì)化智能監(jiān)控及全景實(shí)時(shí)3D數(shù)字孿生等功能應(yīng)用。

圖4-高校加熱智能檢測(cè)與控制系統(tǒng)部署圖

案例2：湖南某電廠(chǎng)-輸渣智慧化監(jiān)測(cè)診斷評(píng)估及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過(guò)自主研發(fā)計(jì)算機(jī)智能分析平臺(tái)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(shí)現(xiàn)自主識(shí)別輸渣系統(tǒng)格柵渣塊，智能監(jiān)測(cè)單位時(shí)間內(nèi)落渣“雨量”，聯(lián)動(dòng)控制鋼帶機(jī)轉(zhuǎn)速；實(shí)時(shí)觀測(cè)識(shí)別碎渣機(jī)與斗提機(jī)堵塞情況，若超過(guò)閾值系統(tǒng)自動(dòng)告警提示，同時(shí)識(shí)別確定渣塊相對(duì)位置，聯(lián)動(dòng)控制擠壓頭進(jìn)行渣塊擠壓破碎處理，實(shí)現(xiàn)渣塊識(shí)別與擠渣聯(lián)動(dòng)控制。主站平臺(tái)系統(tǒng)采集并匯總各子系統(tǒng)所有信息進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，幫助客戶(hù)持續(xù)進(jìn)行量化監(jiān)控與管理優(yōu)化。

圖5-電廠(chǎng)智慧化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面

案例3：江蘇某電廠(chǎng)-落渣雨量智能監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)備由平臺(tái)軟件、雨量監(jiān)測(cè)算法、風(fēng)門(mén)智能控制算法、大渣識(shí)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(dá)技術(shù)獲取前景圖像，通過(guò)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(jì)分析得出單位時(shí)間內(nèi)該渣井內(nèi)落渣的密度，將計(jì)算出的密度結(jié)果進(jìn)行系數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得對(duì)應(yīng)的“雨量”級(jí)別結(jié)果，實(shí)現(xiàn)高效指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。

圖6-電廠(chǎng)智能監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)

客戶(hù)在日常生產(chǎn)過(guò)程中，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的球團(tuán)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(dòng)扒取球團(tuán)燒結(jié)大塊來(lái)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(dòng)扒取，效率低，工人勞動(dòng)負(fù)荷大，人身安全難以得到保障。

本系統(tǒng)采用專(zhuān)用工業(yè)相機(jī)，鏡頭可直接伸入窯爐內(nèi)部（2000℃以下）連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)視爐內(nèi)火焰、物料運(yùn)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(jué)識(shí)別算法精準(zhǔn)檢測(cè)下料口有無(wú)球團(tuán)大塊燒結(jié)物以及球團(tuán)大塊燒結(jié)物的尺寸，幫助客戶(hù)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(cè)系統(tǒng)部署現(xiàn)場(chǎng)

案例5：國(guó)內(nèi)某藥廠(chǎng)-流化床高溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本系統(tǒng)針對(duì)藥廠(chǎng)的主要產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備“流化床”內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行150℃高溫監(jiān)測(cè)。通過(guò)紅外熱成像以及可見(jiàn)光視頻監(jiān)控，采集流化床內(nèi)部的顆粒高速運(yùn)動(dòng)情況和溫度分布情況，協(xié)助分析和評(píng)估流化床中顆粒劑制造過(guò)程。

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