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(shí)代的推動(dòng)下，不僅迎來(lái)了 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 的發(fā)展，還開(kāi)啟了 5G 時(shí)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(shí)時(shí)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(jià)值和意義。

下面我們將介紹一下使用 Hightopo（以下簡(jiǎn)稱(chēng) HT ） 提供的技術(shù)通過(guò) 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(jiǎn)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(cè)信息；3D 可視化場(chǎng)景中呈現(xiàn)了高爐的真實(shí)幾何結(jié)構(gòu)，采用三維熱力圖呈現(xiàn)了高爐各個(gè)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(shí)展示了爐體關(guān)鍵位置高度信息。

在可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)上，3D 場(chǎng)景采用以 HT 輕量化 HTML5/WebGL 建模的方案，實(shí)現(xiàn)快速建模、運(yùn)行時(shí)輕量化到甚至手機(jī)終端瀏覽器即可 3D 可視化運(yùn)維的良好效果；而在對(duì)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(jī)制，解決了不同屏幕比例下的展示問(wèn)題。

具體功能及實(shí)現(xiàn)

整個(gè)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(tái)及出鐵場(chǎng)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(gè)高爐煉鐵系統(tǒng)的心臟，它的使用壽命決定了整個(gè)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(cè)至關(guān)重要，例如爐缸局部過(guò)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(wú)存，會(huì)面臨巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。

此時(shí)利用我們這個(gè)系統(tǒng)，就可以直觀(guān)的三維熱力圖通過(guò)讀取后端實(shí)時(shí)傳入的熱傳感器數(shù)據(jù)來(lái)動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，提供熱力范圍調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)需要來(lái)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(dá)到該數(shù)值時(shí)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(guò)用戶(hù)傳入的對(duì)應(yīng)位置的半徑和高程信息，做簡(jiǎn)單處理后使用 HT 自帶的建模組件可自動(dòng)生成整個(gè)爐體。

采用這種方式生成爐體，省去了 3D 設(shè)計(jì)師建模的過(guò)程，可用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)高爐爐體各個(gè)關(guān)鍵位置尺寸的功能，可用于高爐設(shè)計(jì)規(guī)劃，以期達(dá)到在不同高爐尺寸下觀(guān)測(cè)高爐產(chǎn)出效率、負(fù)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(diǎn)，例如：內(nèi)襯狀態(tài)、熱傳感器部署運(yùn)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(guān)地查看爐體內(nèi)部熱力分布，在采用頂視圖的觀(guān)察模式下可以參考底部的圓盤(pán)刻度來(lái)定位過(guò)熱處的準(zhǔn)確方位。

高爐溫度檢測(cè)可以采用熱傳感器，通過(guò)采集鐵水的溫度并計(jì)算分析，反應(yīng)出高爐爐體各個(gè)部分的熱量分布。當(dāng)該系統(tǒng)用于設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整傳感器的位置來(lái)直觀(guān)地觀(guān)察不同傳感器的分布與熱力分布范圍的關(guān)系，達(dá)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(guān)測(cè)爐體內(nèi)部各種設(shè)備的定位和檢測(cè)數(shù)據(jù)，此時(shí)無(wú)需再用熱力圖做呈現(xiàn)，可以配合三維數(shù)據(jù)面板來(lái)展示設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)，也可以在 3D 場(chǎng)景以外做呈現(xiàn)，點(diǎn)選相應(yīng)的設(shè)備則在 2D 頁(yè)面中呈現(xiàn)該設(shè)備的狀態(tài)。

可以通過(guò)在點(diǎn)選的圖元上派發(fā)事件來(lái)觸發(fā)相機(jī)內(nèi)窺，也可以在三維場(chǎng)景上做全局監(jiān)聽(tīng)。

總結(jié)

在實(shí)時(shí)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(jìn)行的同時(shí)，加速生產(chǎn)效率，解決了資源利用率問(wèn)題，環(huán)境問(wèn)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(shì)，在很大程度上解放了人力和勞力，在信息飛速傳訊的時(shí)代，數(shù)據(jù)可視化和智能管控的結(jié)合，會(huì)演繹出許多驚奇的效果碰撞。

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