数字孪生高炉炼铁可视化系统&厂区
2022-06-13 08:44:14   来源： ()　   评论：0 点击：

如今，钢铁行业已经摆脱了传统生产模式，开始迈向信息化、智能化。然而随着5G、AI、云计算等技术融合的时代的到来，钢铁行业更是迎来了一场华丽升级。

因此，推动新一代信息技术与制造技术的融合发展，是未来钢铁行业可持续发展的必然趋势。与以人工智能、大数据、云计算、区块链、5G技术为代表的智能制造技术正在成为钢铁企业趋之若鹜的新目标。 

图扑软件采用自主研发的HT for Web产品，搭建了高炉炉体三维热力图监控系统和高炉炼铁 3D 大屏可视化。高炉作为钢铁产业十分重要的一环，它的数据监控和预警提示有着极为重要的价值和意义。

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。

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。

本系统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。

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。

采用这种方式生成炉体，省去了 3D 设计师建模的过程，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，本系统还提供了动态调节高炉炉体各个关键位置尺寸的功能，可用于高炉设计规划，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。 

这个功能用到了 HT 组件中的 slider, 可根据滑块的数值大小自动调节每个传感器产生的热力图范围大小，较大范围的热力图会聚合到一起。

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。本系统提供了 剖切功能 和 内窥功能 ，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。

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。

本系统的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。

在整个高炉炼铁厂可视化系统的 2D 面板上，呈现了昨日历史与今日实时的一些重要预警数据，在管控上能起到实时监控的作用，也能与历史数据进行对比，从而使生产与安全达到预期的预警效果；其次 3D 场景通过轻量化的模型呈现出一座高炉炼铁厂的基本运作流程以及铁水罐车运送钢铁的动画，加上环绕的漫游效果，起到全方位的实时监控状态的变化。

动画实现

在静态的场景以及面板下，很难直观地去体现一个 2/3D 嵌合的系统的优越性。动画却是赋予生命灵魂的所在，一个恰到好处的 UI 动画设计可以使面板的交互体验鲜活起来，而在 3D 场景中，通过一组简单形象的铁水罐车运输和传送带运送可以让人清晰地明白生产运输的流程，对于模型建筑的管控，利用好视角切入点，我们可以设置全方位的沉浸式漫游巡视。综上，通过轻量模型场景与矢量组件面板的优势叠加，可以呈现出一套灵活的高炉炼铁厂生产预警系统。

数字化 和 智能化 大屏管控是 工业互联网 的发展趋势，在很大程度上解放了人力和劳力，在信息飞速传讯的时代，大数据可视化和智能管控的结合，会演绎出许多惊奇的效果碰撞。对实时数据监管下，预警信息也相当重要，保障生产有序进行的同时，我们也要关注安全问题，所以在大屏上呈现的许多内容，都极其具有行业跟上工业互联网的步伐代表性。

厂区 3D 室内定位及电子围栏 

现代工业化的推进在极大加速现代化进程的同时也带来的相应的安全隐患，在传统的可视化监控领域，一般都是基于 Web SCADA 的前端技术来实现 2D 可视化监控，本系统采用 Hightopo 的 HT for Web 产品来构造轻量化的 3D 可视化场景，该 3D 场景从正面展示了一个现代化工厂的现实场景，室内定位包括工厂工人的实时位置、电子围栏的范围、现场的安全情况等等，帮助我们直观的了解当前工厂人员的安全状况。

厂人员实时定位效果及电子围栏效果

人物前进一步，则往管道的点集中推进一个点的坐标，同时绘制新的管道部分。同理，人物后退一步，则管道的点集中推出当前最后一个点的坐标，同时管道失去最后两点连接的部分。另外我通过使用定时器，对轨迹图的前进和后退分别做了快进和快退的处理。以下为轨迹图的运行效果：

安全生产一直是工业生产的重要话题，安全生产是国家的一项长期基本国策。通过 3D 的可视化的实时定位，可以更加直观、全面地了解工作作业状态，保证安全生产的进行，降低了事故发生的可能性。通过轨迹回放，若发生事故也可以追溯事故发生经过及原因，方便改进管理方式，防范于未然。