鋼鐵企業高溫熔融金屬生產安全可視化系統的設計與實現

任才 宋曉亮 潘建設

(1.中冶集團武漢勘察研究院有限公司,湖北武漢 430080;2.寶武集團鄂城鋼鐵有限公司,湖北鄂州 436001)

0 引言

由于鋼廠煉鐵廠生產的液態金屬屬于超高溫液體,與液態金屬產生關系的容器、運輸車輛和設備都屬于高危險源,液態金屬生產運行過程中涉及到人員安全、車輛安全、設備安全[1-2]。根據鄂城鋼鐵現場調研及用戶需求確認,目前鋼廠液態金屬總線安全管理現狀主要有以下幾點:

(1)液態金屬總線各作業區相對分散且各區域安全管理相對獨立,缺少一個系統將作業區安全狀況整合起來,對各作業區安全預警進行響應。

(2)液態金屬總線涉及到的車輛信息、人員信息、設備信息、液態金屬狀態信息等由不同的系統進行單獨管理,缺少一個系統將以上信息整合起來,形成視覺和認識上的整體感受。

(3)各區域都存在作業人員配合設備現場作業的情況,經常需要進入危險區域范圍,而此時的危險因素即時識別和危險狀況報警機制有待完善。

(4)液態金屬轉運作業時,危險因素識別不夠智能,危險發生前或發生時無法即時對現場作業人員產生反饋。

(5)液態金屬運輸過程中,對于車輛的位置沒有實時追蹤,無法實時掌握車輛位置和狀態。

本系統采用C/S架構[3],結合地理信息技術[4]、二三維動態展示技術、室外高精度定位技術(CORS)[5]、室內高精度定位技術(UWB)[6]等技術,將作業人員信息、液態金屬容器和設備信息、車輛信息、液態金屬狀態信息、天車運行數據、視頻監控數據、作業區域地理要素信息等與生產和安全相關的數據集成起來,對液態金屬總線運行狀態實時三維展示,對作業時危險因素即時識別,對危險情況即時響應。

1 系統架構

液態金屬安全可視化系統主要對與液態金屬相關的人員、設備、車輛進行實時位置追蹤,對液態金屬生產運行過程中涉及的危險區域進行標定和實時監控,對液態金屬狀態信息進行實時顯示,對危險因素進行識別和預警。

系統功能主要包括作業場景三維動態展示、液態金屬定位跟蹤、人員車輛位置跟蹤、危險區域安全監控、作業區視頻可視化監控、以及用戶車輛后臺管理等輔助功能。

外部數據接收服務主要包括鐵區動態管控系統數,包括對車輛位置、鐵罐數量、鐵罐狀態(空罐、重罐),鐵罐屬性(毛重、皮重、凈重)等進行數據解析;煉鋼車間物流跟蹤系統數據包括對天車位置、液態金屬容器位置及屬性、液態金屬狀態等數據解析。數據發送是將已經解析成功的數據通過約定協議編輯成可識別的格式傳輸給三維展示平臺,驅動三維場景動態展示。系統架構如圖1所示。

系統架構包括基礎設施層、平臺服務層、可視化應用層。基礎設施層包括:主機網絡資源、視頻、定位等硬件設施。平臺服務層包括:時空信息基礎服務平臺、位置服務系統、視頻系統,時空信息基礎服務平臺[7]能夠為可視化應用層提供地理信息資源服務,如:三維地圖數據服務、接口服務、開發示例等;位置服務可以為可視化應用層提供位置信息;視頻系統可以為可視化應用層提供視頻資源和視頻智能分析結果。可視化應用層是面向用戶的網站,直接向用戶提供具體的功能實現。

2 系統功能

2.1 作業場景三維動態展示

系統對特定生產作業空間建立三維模型[8],三維模型對作業空間內的設備、管道、作業區域等進行真實的展現。使用高精度室內定位技術,對車間作業人員進行實時精準定位,同時建立人體三維模型,將定位信息與三維場景模型結合,對空間內作業人員的實時位置、人員信息進行三維展示。系統提供場景手動和自動切換、場景漫游、視角切換、鏡頭飛行等三維操作功能。界面如圖2所示。

圖1 系統架構

圖2 三維展示窗口

2.2 液態金屬定位跟蹤

液態金屬總線動態專題圖從總體上展示液態金屬在高爐與煉鋼廠之間運輸流轉的實時情況,從而顯示鐵水罐車在高爐與煉鋼廠實時運輸過程和狀態。

通過對牽引機車和車架安裝高精度定位裝置,獲取運輸車輛的定位信息,實時在圖面上展示,顯示液態金屬實時運輸過程。同時通過獲取鐵區動態管控系統鐵水罐和車架相關屬性和狀態信息,跟隨車輛的運動進行實時顯示,顯示信息包括車輛位置、鐵罐數量、鐵罐狀態(空罐、重罐),鐵罐屬性(毛重、皮重、凈重)等。

當液態金屬進入煉鋼車間以后,通過對接煉鋼物流跟蹤系統,獲取煉鋼車間天車位置信息[9],鐵罐、鐵包、鋼包的位置信息,液態金屬狀態屬性信息。隨著液態金屬在煉鋼車間的生產運行,三維場景中對以上信息實時展示。界面如圖3所示。

2.3 人員車輛定位跟蹤

在液態金屬流轉區域建設U W B 定位系統和地基增強系統[10],實現人員和車輛的高精度定位。地基增強系統主要實現液態金屬運輸過程中車輛的位置定位,U W B 定位系統主要實現作業場景中操作人員位置定位。定位數據實時傳回系統后臺服務器,通過數據解析、坐標轉換、數據發送等處理,為三維場景動態展示功能提供數據支持。界面如圖4所示。

2.4 危險區域安全監控

系統實現對特定危險區域進行安全監控,包括煉鋼廠作業危險區域安全監控、運輸鐵路沿線安全監控和高爐作業危險區域安全監控。監控手段包括基于定位信息和電子圍欄的危險區域監控,以及基于視頻智能識別的危險因素監控。

煉鋼廠作業危險區域安全監控是在煉鋼作業場景中對危險區域內人員活動產生的危險因素進行顯示和報警。在三維場景中建立電子圍欄,并為現場作業人員配發UWB定位終端。系統可對定位終端進行報警級別管理,根據作業人員的工種、作業內容設置不同的報警級別。不同報警級別的作業人員在進入危險區域后,通過不同的觸發條件觸發報警。圖3展示了轉爐前危險區域電子圍欄的標定。

圖3 液態金屬跟蹤定位

圖4 鐵水運輸車輛位置跟蹤

3 結論

液態金屬安全可視化系統將作業人員信息、液態金屬容器和設備信息、車輛信息、液態金屬狀態信息、天車運行數據、視頻監控數據、作業區域地理要素信息等與生產和安全相關的數據集成起來,結合地理信息技術、二三維動態展示技術、視頻動態分析技術、室外高精度定位技術、室內高精度定位技術,對液態金屬總線運行狀態實時三維展示,對作業時危險因素即時識別,對危險情況即時響應。

本系統的建成可以解決目前液態金屬生產安全管理存在的以下問題:

(1)將液態金屬總線生產過程三維動態展示,可以實時查看各個作業區人員、車輛、液態金屬容器及相關設備的位置和屬性信息;

(2)對液態金屬位置、作業人員位置、運輸車輛位置進行實時追蹤,識別危險因素;

(3)在各危險區域設置電子圍欄,危險區域闖入情況進行報警;

(4)接入作業區域視頻動態分析數據,對生產過程中的危險情況進行報警和響應。

本系統的建成契合寶武集團智能制造的發展方向,對液態金屬總線生產運行中的安全管理提供必要的幫助和完善,在現階段是十分必要的。