基于2D和3D可視化技術(shù)的高爐爐體三維熱力圖監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用方案

在當(dāng)今 工業(yè)4.0 新時代的推動下，不僅迎來了 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 的發(fā)展，還開啟了 5G 時代的新次元。而伴隨著帶寬的提升，網(wǎng)絡(luò)信息飛速發(fā)展，能源管控上與實時預(yù)警在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中也占著舉足輕重的地位。高爐作為鋼鐵產(chǎn)業(yè)十分重要的一環(huán)，它的數(shù)據(jù)監(jiān)控和預(yù)警提示有著極為重要的價值和意義。

下面我們將介紹一下使用 Hightopo（以下簡稱 HT ） 提供的技術(shù)通過 2/3D 融合搭建的高爐爐體三維熱力圖監(jiān)控系統(tǒng)。

界面簡介及效果預(yù)覽

2D 面板上呈現(xiàn)了高爐的基本信息，熱傳感器信息，高爐檢測信息；3D 可視化場景中呈現(xiàn)了高爐的真實幾何結(jié)構(gòu)，采用三維熱力圖呈現(xiàn)了高爐各個關(guān)鍵位置的溫度信息，底部方位指針定位了高爐的朝向和傳感器位置，兩側(cè)的高度標(biāo)識展示了爐體關(guān)鍵位置高度信息。

在可視化系統(tǒng)的實現(xiàn)上，3D 場景采用以 HT 輕量化 HTML5/WebGL 建模的方案，實現(xiàn)快速建模、運行時輕量化到甚至手機終端瀏覽器即可 3D 可視化運維的良好效果；而在對應(yīng)的 2D 圖紙上，使用特有的矢量，在各種比例下不失真，加上布局機制，解決了不同屏幕比例下的展示問題。

具體功能及實現(xiàn)

整個高爐煉鐵工藝主要涉及到以下系統(tǒng)： 原料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、爐頂裝料設(shè)備、爐體系統(tǒng)、粗煤氣系統(tǒng)、風(fēng)口平臺及出鐵場系統(tǒng)、渣處理系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)、煤粉制備及噴吹系統(tǒng)、輔助設(shè)施系統(tǒng)。爐體系統(tǒng)作為整個高爐煉鐵系統(tǒng)的心臟，它的使用壽命決定了整個高爐系統(tǒng)的壽命，所有的附屬系統(tǒng)均是為爐體系統(tǒng)服務(wù)的，重要的化學(xué)反應(yīng)也都是在爐體系統(tǒng)內(nèi)完成。

高爐爐體的溫度監(jiān)測至關(guān)重要，例如爐缸局部過熱，可能出現(xiàn)爐體燒穿事故，一旦燒穿，方圓 50 米范圍內(nèi)的設(shè)備設(shè)施將蕩然無存，會面臨巨大的經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。

此時利用我們這個系統(tǒng)，就可以直觀的三維熱力圖通過讀取后端實時傳入的熱傳感器數(shù)據(jù)來動態(tài)呈現(xiàn)，提供熱力范圍調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)需要來調(diào)節(jié)不同峰值下的熱力表現(xiàn)，例如我們將 1000 攝氏度視為預(yù)警值，在爐體某處達到該數(shù)值時熱力圖呈現(xiàn)紅色。

高爐爐體主要分為：爐頂封罩、爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸、爐底、爐基，通過用戶傳入的對應(yīng)位置的半徑和高程信息，做簡單處理后使用 HT 自帶的建模組件可自動生成整個爐體。

采用這種方式生成爐體，省去了 3D 設(shè)計師建模的過程，可用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式生成任意大小、高度的爐體。

爐型的好壞關(guān)系到高爐的產(chǎn)出和壽命，本系統(tǒng)還提供了動態(tài)調(diào)節(jié)高爐爐體各個關(guān)鍵位置尺寸的功能，可用于高爐設(shè)計規(guī)劃，以期達到在不同高爐尺寸下觀測高爐產(chǎn)出效率、負荷能力，優(yōu)化高爐造型。

高爐內(nèi)部的狀態(tài)往往也是關(guān)注的重點，例如：內(nèi)襯狀態(tài)、熱傳感器部署運行狀態(tài)、內(nèi)壁裂縫、爐腹渣蝕情況、爐底鐵水侵蝕情況等信息。

再此系統(tǒng)種還提供了 剖切功能 和 內(nèi)窺功能 ，剖切功能可直觀地查看爐體內(nèi)部熱力分布，在采用頂視圖的觀察模式下可以參考底部的圓盤刻度來定位過熱處的準(zhǔn)確方位。

高爐溫度檢測可以采用熱傳感器，通過采集鐵水的溫度并計算分析，反應(yīng)出高爐爐體各個部分的熱量分布。當(dāng)該系統(tǒng)用于設(shè)計時，可以通過調(diào)整傳感器的位置來直觀地觀察不同傳感器的分布與熱力分布范圍的關(guān)系，達到合理設(shè)置傳感器分布位置的目的。

本系統(tǒng)的內(nèi)窺功能不同于剖切，內(nèi)窺主要用于觀測爐體內(nèi)部各種設(shè)備的定位和檢測數(shù)據(jù)，此時無需再用熱力圖做呈現(xiàn)，可以配合三維數(shù)據(jù)面板來展示設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)，也可以在 3D 場景以外做呈現(xiàn)，點選相應(yīng)的設(shè)備則在 2D 頁面中呈現(xiàn)該設(shè)備的狀態(tài)。

可以通過在點選的圖元上派發(fā)事件來觸發(fā)相機內(nèi)窺，也可以在三維場景上做全局監(jiān)聽。

總結(jié)

在實時數(shù)據(jù)監(jiān)管下，預(yù)警信息也相當(dāng)重要，保障生產(chǎn)有序進行的同時，加速生產(chǎn)效率，解決了資源利用率問題，環(huán)境問題等等。數(shù)字化 和 智能化 管控是 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 的發(fā)展趨勢，在很大程度上解放了人力和勞力，在信息飛速傳訊的時代，數(shù)據(jù)可視化和智能管控的結(jié)合，會演繹出許多驚奇的效果碰撞。

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