高炉的3D数字孪生体,线上操控高炉作业 点击:184 | 回复:0



可视化

    
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发表于:2021-11-30 17:19:42
楼主

以国家“工业4.0”和“中国制造2025”战略思想为引领,结合国家智能化工业建设最新标准,依托5G通信、工业互联网、数字孪生等前沿技术,逐步实现设备智能运行、状态智能监测、过程智能控制、参数智能设定、管理智能精细、决策智能调节,达到减员增效、降低劳动强度,提升高炉效率、稳定产品质量的目标。

在长江边的宝山基地全天候成品码头,则利用5G技术,让重载公路无人驾驶车辆成为运输主力。一辆辆蓝色车身、能载重120吨的无人驾驶重载框架车从卷材仓库驶出,沿着预定路线,将成品卷材送往码头。无人化码头的实现需要可视化的协助,图扑自主研发的 HT for Web ,将成熟的图形图像渲染技术、高效的设计和开发工作流程,引入到工业互联网的数字可视化领域,助力加速国内工业互联网云平台战略落地。通过 2D 和 3D 的无缝融合,构建高炉炉体的 web 三维热力图监控系统。

2D 面板上呈现了高炉的基本信息,热传感器信息,高炉检测信息;3D 可视化场景中呈现了高炉的真实几何结构,采用三维热力图呈现了高炉各个关键位置的温度信息,底部方位指针定位了高炉的朝向和传感器位置,两侧的高度标识展示了炉体关键位置高度信息。

在可视化系统的实现上,3D 场景采用以 HT 轻量化 HTML5/WebGL 建模的方案,实现快速建模、运行时轻量化到甚至手机终端浏览器即可 3D 可视化运维的良好效果;而在对应的 2D 图纸上,使用特有的矢量,在各种比例下不失真,加上布局机制,解决了不同屏幕比例下的展示问题。

HT 在高炉炼铁工业组态领域合作的项目登陆 CCTV9 《纪录频道》。

中国宝武钢铁集团就是一个将5G、物联网、人工智能、云计算等技术充分应用于钢铁生产的企业代表。位于上海的宝山钢铁基地C008热镀锌智能车间被称为“黑灯工厂”,凭借人工智能研判、工业机器人、远程集中控制等多项技术,工厂内无需人工操作,可以实现24小时不开灯作业。车间内,从调运钢卷上料,到巡视高炉,再到在锌锅区域捞渣作业,已全部由机器人完成,颠覆了人们对钢铁生产的旧印象。

整个高炉炼铁工艺主要涉及到以下系统:原料系统、上料系统、炉顶装料设备、炉体系统、粗煤气系统、风口平台及出铁场系统、渣处理系统、热风炉系统、煤粉制备及喷吹系统、辅助设施系统。

高炉炉体的温度监测至关重要,例如炉缸局部过热,可能出现炉体烧穿的事故,一旦烧穿,方圆 50 米范围内的设备设施将荡然无存,造成巨大的经济损失甚至人员伤亡。

Hightopo 的三维热力图通过读取后端实时传入的热传感器数据来动态呈现,提供热力范围调节功能,可根据需要来调节不同峰值下的热力表现,例如我们将 1000 摄氏度视为预警值,在炉体某处达到该数值时热力图呈现红色。通过颜色的改变直观判断温度的高低,对高炉温度的调控方便快捷。

高炉炉体主要分为:炉顶封罩、炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸、炉底、炉基,通过用户传入的对应位置的半径和高程信息,做简单处理后使用 HT 自带的建模组件可自动生成整个炉体。采用 3D 轻量化建模,在普通设备就可以进行展示,而且不卡顿。可用数据驱动的方式生成任意大小、高度的炉体。

炉型的好坏关系到高炉的产出和寿命,通过 Hightopo的可视化系统,形成高炉的数字孪生体。动态调节高炉炉体各个关键位置尺寸的功能,用于高炉设计规划,以期达到在不同高炉尺寸下观测高炉产出效率、负荷能力,优化高炉造型。线上测试各种规格的高炉效率,减少实际的试错成本。

效果参考:

高炉内部的状态往往也是关注的重点,例如内衬状态、热传感器部署运行状态、内壁裂缝、炉腹渣蚀情况、炉底铁水侵蚀情况等信息。运用 Hightopo 自主研发核心产品 HT for Web,实现可交互式的 Web 三维场景,可进行缩放、平移、旋转,场景内各设备可以响应交互事件。可通过可视化大屏操作高炉剖切和内窥 ,剖切功能可直观地查看炉体内部热力分布,在采用顶视图的观察模式下可以参考底部的圆盘刻度来定位过热处的准确方位。

效果参考:

高炉温度检测可以采用热传感器,通过采集铁水的温度并计算分析,来反应高炉炉体各个部分的热量分布。当该系统用于设计时,可以通过调整传感器的位置来直观地观察不同传感器的分布与热力分布范围的关系,达到合理设置传感器分布位置的目的。将这些相对固定的线下资源搬到HT客户端,实现高炉监控的数字化、云端化。

内窥功能不同于剖切,内窥主要用于观测炉体内部各种设备的定位和检测数据,此时无需再用热力图做呈现,可以配合三维数据面板来展示设备设施的状态,也可以在 3D 场景以外做呈现,点选相应的设备则在 2D 页面中呈现该设备的状态。可以通过在点选的图元上派发事件来触发相机内窥,也可以在三维场景上做全局监听。

效果参考:

高炉的数字孪生可以实现各种形态下的效率测试,可在线上实验好最好效果再投入生产。“十三五”以来,中国制造业数字化网络化智能化水平显著提升,试点示范项目生产效率平均提高45%、产品研制周期平均缩短35%。根据《“十四五”智能制造发展规划》(征求意见稿),到2025年,规模以上制造业企业基本普及数字化,重点行业骨干企业初步实现智能转型。




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