铁水罐监控系统

1.铁水罐概述

铁水罐作为铁水运输容器，高温液态铁水装在铁水罐内，通过机车运输到炼钢工序，再通过行车将铁水罐内的铁水倒入炼钢炉内。铁水罐使用过程中耐材不断被高温铁水侵蚀，耐材侵蚀过多可能会烧穿耐材，造成安全事故和经济损失；因此当侵蚀到一定部位时，就必须重新砌筑耐材，如果耐材侵蚀不严重就进行修砌，会造成经济浪费。因此如何进行铁水罐内耐材的侵蚀状况作出准确的判定是保证钢厂生产安全和降低生产成本的重要环节。

铁水罐作为连接高炉与炼钢等多个生产环节的设备，各个铁水罐的合理化管理及调用是提供钢厂生产效率的重要手段，找到一种行之有效并且效果明显的铁水罐调度管理方式是提高生产效率有效方式。

2.设计思路

为了保证铁水罐的生产安全以及提高铁水罐利用效率，设计了以电子识别为基础的系统方案，在每一个铁水罐上贴上电子标签通过读卡器等设备来识别出每一个铁水罐，然后通过调度系统有效掌握其工作状态以及所在的位置，提高生产效率；另外使用红外热像仪在前端测量铁水罐的外壁温度以判断其内衬的侵蚀情况，通过对同一个铁水罐罐壁温度在时间轴上的持续记录对其侵蚀情况作出趋势分析，为铁水罐进行安全分级及时告警保证生产安全。

2.1 建设原则

冶金转炉在线监控系统的建设，是冶金行业安全管理升级的重要体现，工程建设应满足以下几个要求：

1）先进性

本系统技术起点高，采用具有国际先进技术水平的非制冷式焦平面热成像仪">红外热成像仪，结合先进的分析控制软件，实现鉴于重要部位的日夜安全防戒。

2）实用性

在工程设计和实现的过程中，始终把使用单位的实际需求放在首位，满足用户的功能参数要求。系统操作简便，工作人员稍加培训即可熟练使用。

3）可靠性

充分分析防范需求及环境情况，采用优质设备，满足安防要求，保证设备耐久实用。

4）易维护

具有设备自检及自动故障报告功能，平时无需额外的维护工作。

5）扩展性

系统设计留有充分的余地，以便日后比较方便地进行系统扩充。为此，设备采用模块式结构，在需要时可随时补充，使系统具备灵活的扩展性。

6）开放性

产品选型必须具有开放的接口，便于整个系统的整合，达到资源统一管理的目的。

7）经济性

在满足系统需求及系统先进性的同时，做到合理、实用，降低成本，从而达到极高的性能价格比，降低安全管理的运营成本。

2.2 设计依据

《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-92
《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94
《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
《建筑设计防火规范》GBJ 16-87
《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-92
《火灾自动报警系统施工及验收规范》OBBJ50166-92
《通用性应用电视设备可靠性试验方法》GB 12322-90
《电工电子产品应用环境条件无气侯防护场所使用》GB 4798.4-90
《保护接地和防雷接地标准》IEC64-4-41

3.铁水罐红外监测系统

3.1、系统组成
整个系统由罐号自动识别系统、铁水罐调运系统以及罐体显示和温度监测系统组成，其中罐号自动识别系统是基础，铁水罐调运系统是重点，罐体显示和温度监测系统是核心。通过罐号自动识别系统识别罐号，然后以合理、高效的调运方式使用各个铁水罐，保证生产效率；同时，罐体显示和温度监测系统实时检测罐体的温度情况，及时发现隐患并预警，保证生产安全。

3.1.1、罐号自动识别系统
在钢厂运转中，都会存在多个铁水罐同时运行，为了方便对铁水罐的管理和对每一个铁水罐的准确记录分析，需要对铁水罐进行识别。在铁水罐上贴上电子标签，当铁水罐通过某一固定位置时，通过微波天线对其进行监测，然后读卡器进行识别之后传递给控制端的PC机。这样既能知道当前铁水罐所在的位置，也可以对其进行标记。

RFID射频识别的特点：

快速扫描、RFID辨识器可同时识别读取数个RFID标签。
体积小型化、形状多样化、RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精准度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。
抗污染能力和耐久性、传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性，可以适应较为恶劣的工作环境。
可重复使用、现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增，修改、删除RFID卷标内存储的数据，方便信息的更新。
穿透性和无屏障阅读、在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非透明的材质，并能够进行穿透性通信。
安全性、由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。
采用超高频电子射频技术在高炉和炼钢之间建立铁水包位置信息和机车运动方向信息，在高炉侧铁水罐受铁位置、铁轨分叉和合并位置、铸铁侧、炼钢侧位置等重要节点位置进行铁水罐位置的跟踪，同时判断其运动方向，提高铁水罐利用率从而提高生产效率。

3.1.2、铁水罐调运系统
铁水罐调用系统实现对铁水罐的实时状态和位置的在线跟踪，提升铁前与钢后的生产组织和调度管理水平，实现铁水包的实时状态和位置的在线跟踪，提升铁前与钢后的生产组织和调度管理水平，缩短铁水包周转时间，减少在线周转罐数，进而实现铁水罐高效运转。

3.1.3、罐体显示和温度监测系统

在铁水罐经过的特定位置安装在线式红外热像仪，通过红外热像仪探测铁水罐的温度，然后将铁水罐的温度及红外热像仪传递到控制端的电脑上，结合罐号自动识别系统将不同的铁水罐的每次经过的温度信息存入特定的文件夹中，方便后期分析。

同时，在线式热像仪实时监测的过程中，当监测到铁水罐的温度高于某一设定值时，系统会给出报警信号提醒工作人员注意，并及时进行检查或者检修。

铁水罐耐材侵蚀检测：

配备华阳机电专业高分辨率热成像，成像精度高，测温精准；

检测耐材侵蚀厚度，根据不同侵蚀程度智能选择报警级别进行报警推送；

智能识别铁水罐号，根据每个铁水罐号进行针对性检测；

配备专业云台进行数据存储，可实时远程获取所需检测数据；

铁水罐侵蚀检测报警软件：

支持自定义设置灵活的报警阈值多级报警，实时与耐材侵蚀厚度做对比，报警无延迟；

配合使用铁水罐号智能识别系统，根据RFID标签进行数据读取和管理；

数据存储形式多样，可提供温度数据预测趋势，智能预测异常发生；

支持即时发送异常报警消息提醒，可自定义消息推送方式，包括手机语音播报、手机短信提醒以及微信提醒等服务；

3.1.3.1、网络架构设计
铁水罐在线监控系统由网络传输系统、视频数据存储系统、远程监控管理系统、监控中心显示系统等构成。实现监控中心对前端进行远程集中监控和管理；同时能够将图像监控及分析与自动报警识别，并通过数字传输网络实现对转炉智能监测的数据采集、分析、高温点定位、自动报警等功能。

系统采用标准化、网络化、免维护式的系统结构，具有高度的可靠性和安全性，同时符合ISO/OSI开放系统互联标准。

系统具备软硬件的扩充能力，支持系统结构的扩展和功能升级；
系统为其它系统提供标准图像接口，以利于其它系统调用及二次开发；
系统所提供的支撑软件能支持用户进一步开发应用软件；
系统的软硬件接口采用国际标准或工业标准，支持与其它标准硬件、其它网络及不同生产商的设备互联，可达到信息资源共享；
系统所选用的硬件平台符合现代工业标准，具有一定市场销售规模的通用化、系列化的标准产品，并有可靠的维修服务支持，存在有其它替代品的可能，并充分考虑到计算机硬件的飞速发展；
为适应系统多级监控要求，系统具有灵活的多级组网能力；
系统具备开放的二次接口。
铁水罐在线监控系统包括红外热像仪、风冷防护罩及系统服务器等设备。

3.1.3.2、红外热像仪原理
一般我们人眼能够感受到的可见光波长为：0.38—0.78微米。通常我们将比0.78微米长的电磁波，称为红外线。自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。

同一目标的热图像和可见光图像是不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布图像，或者说，红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。

² 红外热成像的特点
自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，都会发出红外线，红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射。大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。我们利用这两个窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到前方的情况。

² 在线式红外热像仪
采用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热像仪。

其特点如下：

1）实时显示探测范围内各点温度
2）穿透能力强，在恶劣环境下可见度高
3）追踪温度异常并自动报警

3.1.3.3、红外热像仪

型号	X384D600
红外分辨率	384×288
像素尺寸	17um
帧频	50Hz
工作波段	8～14um
测温范围	60～600℃
图像
成像距离	约20倍焦距至无穷远
测温模板	支持全局高低温追踪，支持点、线、矩形、椭圆测温模板，支持模板内高低温追踪
图像增强	自适应拉伸、手动增强
调色板	白热、黑热、铁红、红饱和等多种调色板
调焦方式	手动
数据
单帧温度	带温度信息的PNG或BMP图片格式
温度流	全辐射温度信息存储，可离线修正温度
视频	H.264标准视频格式，兼容通用视频播放软件
电气接口
电源	DC9～15V，典型功耗2.5W@25℃
模拟视频	NTSC/PAL
以太网	100/1000Base，支持TCP、UDP、IP、DHCP、RTSP、ONVIF等协议，内置Web Server，兼容主流NVR产品，提供SDK开发包
串口	RS485，支持Pelco云台控制协议
电动镜头	支持12V电动镜头
GPIO	1路磁隔离输入，1路继电器输出
环境参数
工作温度	-10～+60℃
储存温度	-40ºC～+85℃
湿度	非冷凝10%～95%
外壳防护	IP54
抗冲击性	25G
抗振动性	2G
机械参数
重量	240g（不含镜头）
尺寸	59(L)58(W)67(H)mm（不含镜头）
安装	1个1/4 UNC-20、4个M3螺纹安装孔

采用双层不锈钢材料制造，具有较好的抗腐蚀能力，适用于高温、高粉尘的环境或温差较大的环境；所有连线都位于后部盖板上，通过塑包软管与管道相连，达到保护作用。所以广泛应用于冶金、电力、玻璃、建材等行业，达到提高生产效率，改善工作环境，降低劳动强度的目的。

风冷防护罩技术参数：

环境温度：≤200℃ ●相对湿度：≤80%（40℃）
大气压力：86～106Kpa ●粉尘浓度：≤200mg/ m3
入口处压缩空气温度：≤35℃ ●压力：0.3～0.6Mpa
风量：0.3～0.6L/S
3.2、系统功能
3.2.1、内部耐材厚度显示
高温的铁水盛入到铁水罐后,罐壁的温度会随着升高,罐内的耐材的厚薄程度后影响到罐壁表面的温度,因此可以通过罐体显示和温度监测系统测量罐壁的温度,结合众多的数据得出铁水罐壁温度与罐内厚度的关系,从而直接由温度得出罐壁的厚度。

红外热像仪能够获取视场范围内的全副温度数据,因此当结合罐壁温度与罐内耐材厚度的关系后就可以得出全副的罐体的耐材厚度,鼠标移动到指定的地方后就可以直接显示出当前位置的罐体的耗材厚度,及时知晓铁水罐的运行健康状态,保证生产的安全。

3.2.2、罐体分析及趋势管理
根据罐号自动识别系统可以知道每一个罐的信息，当每次该罐过来到测量位置的时候就记录一次其温度，久而久之就会对同一个罐的温度在时间轴上形成曲线，根据测量的温度或者厚度可以很直观地放映出铁水罐内的耗材的老化趋势，在保证生产安全的同时还可以对耗材的保护，减小或者减缓耗材的损耗提供研究思路。

获知罐体的损耗趋势之后可以反馈到铁水罐调运系统中，调运系统可以根据实际的生产需求合理地安排铁水罐的调运，对于损坏程度较高的铁水罐可以少用、甚至是直接停运检修。

3.2.3、罐体状态的分级评价

状态分级	具体描述	罐号
一级	铁水罐工作状态良好
二级	工作正常
三级	具有潜在危险
四级	内衬侵蚀，需要重点注意
五级	内衬侵蚀严重，急需停工检修

系统根据检测到的罐体温度以及罐体耐材厚度，从正常到危险对罐进行五级的评价，当处于前二级时可以不用关注罐的状态，当处于后面二级时需要重点关注罐的状态。

3.2.4、数据和趋势管理
对所有的铁水罐的罐号信息、罐体最高温度、最高温度时间、数字温度图片，进行存储、分析、下载等供用户进行再次开发和分析。

4. 铁水罐在线监控系统特点

采用铁水罐在线监控系统，可以实时检测温度情况并按预先设定的预警值发出声光报警信号，从而使值班人员能及时采取相应的措施，确保转炉的安全生产。具备以下优点：

不影响运输，免维护：非接触测温，不影响转炉正常运行。
报警可视化：提供红外热像图，值班人员可迅速定位报警位置并处理。
高分辨率红外热像自动监控：实现对转炉全覆盖、全天候监控。
智能分析和报警：通过获取的温度数据，系统智能分析当前状态，并发出报警。
设备自动识别管理：对与系统采集的热图（无论自动采集还是人工采集）进行自动识别，通过图像配准的方法识别出该热图能有效的设备目标，保证温度检测的有效性。
详细设备工作状态管理：建立所有设备以及设备部件的管理体系，在报警的时候可以详细到具体隐患（发热）部位。
自动预警：在监测过程中，如发现目标设备温度异常自动报警，报警信息有文字信息和声音信息，提示运行人员具体的报警位置状况信息，以便跟踪发热点，确认告警情况并排除故障。
检测精度高：采用的红外热像仪本身的采样精度比便携式仪器的精度和分辨率高，便于及时判断设备的具体过热点，为准确判断并采取相应措施争取了宝贵的时间。
系统具备可靠性、实时性较高的优点：采用本系统，自然环境不会有任何影响，无论是刮风下雨，还是低温高温都可以实现不间断自动监测。
节省人力：采用本系统，由于系统自动化程度较高，可实现设备自动巡检、自动预警、自动输出报表等功能。减少了人员到现场巡视次数，提高值班人员工作效率。