一、需求背景

鋼鐵廠球團礦灼熱的下料口、高校冶金實驗室內的精密儀器運轉……動輒1000℃以上的高溫環(huán)境時刻考驗著工業(yè)生產和科研安全。隨著我國工業(yè)制造技術的高速發(fā)展，此類高溫生產及科研環(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)控攝像頭無法應對高溫環(huán)境，而普通上位機控制系統(tǒng)無法自動識別設備風險從而進行聯(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)字孿生等技術的全面提升和不斷進步，通過高溫工業(yè)電視結合數(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)全過程及相關數(shù)據(jù)，顯著提升生產效率和設備安全性。

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，通過內窺式窯爐高溫工業(yè)紅外視頻監(jiān)控設備實現(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險信息并告警；同時對環(huán)境設備進行全面數(shù)字孿生建模，動態(tài)還原生產試驗的主要環(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效率。

系統(tǒng)方案主要適用于2000℃以內爐內圖像的實時監(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，結合風冷+水冷組合技術，有效保障設備及環(huán)境安全，可直接將鏡頭伸至窯爐內(2000℃以下)連續(xù)實時地監(jiān)視爐內運行狀況，高清視頻結合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溫度視頻圖像，基于紅外測溫分析算法計算窯爐內的溫度場分布，標識出各個關鍵點的溫度值，將結果提供給運維生產人員進行參考。系統(tǒng)可設定溫度閾值，當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，采用專用深度學習算法，根據(jù)生產需求進行圖像的識別，可適應不同的場景，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，對實際生產或實驗室環(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)主要設備結構及全視角細節(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)境中直觀地掌握設備監(jiān)測狀態(tài)；支持通過仿真模擬，預測和分析不同生產或實驗過程產生的結果走向，為實現(xiàn)更科學的操作控制及管理決策提供有力支持。

四、技術架構

系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術架構，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器，實現(xiàn)流暢安全的數(shù)據(jù)轉發(fā)、可視化展示與系統(tǒng)控制。

圖3-系統(tǒng)網(wǎng)絡部署架構

五、部分應用案例

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)測單位時間內落渣“雨量”，聯(lián)動控制鋼帶機轉速；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)設備由平臺軟件、雨量監(jiān)測算法、風門智能控制算法、大渣識別算法、和數(shù)據(jù)處理等模塊組成，利用紅外熱成像結合激光雷達技術獲取前景圖像，通過數(shù)據(jù)加密通信技術將圖像發(fā)送至數(shù)據(jù)處理設備處，統(tǒng)計分析得出單位時間內該渣井內落渣的密度，將計算出的密度結果進行系數(shù)轉換，獲得對應的“雨量”級別結果，實現(xiàn)高效指導工業(yè)生產。

圖6-電廠智能監(jiān)測系統(tǒng)界面

案例4：湖北某鐵礦-球鐵礦回轉窯高溫下料口智能視頻檢測系統(tǒng)

客戶在日常生產過程中，回轉窯產生的球團燒結大塊很容易在下料口聚集，導致下料口堵塞，影響生產，必須予以清除。傳統(tǒng)方式采用人工觀察+手動扒取球團燒結大塊來清理下料口，由于回轉窯高溫高熱的生產環(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部（2000℃以下）連續(xù)實時監(jiān)視爐內火焰、物料運行的工作狀態(tài)以及回轉窯下料口堵塞情況，結合視覺識別算法精準檢測下料口有無球團大塊燒結物以及球團大塊燒結物的尺寸，幫助客戶顯著提升生產效率及作業(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)針對藥廠的主要產線設備“流化床”內部環(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)絡結構