[发明专利]一种可实时立体监视高炉状态的系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于高炉操作控制领域，涉及一种实时立体监视高炉炉体及炉内生产过程的系统,该系统能在高炉生产过程中通过连续的计算、统计、分析展示高炉的生产状态，这种展示是一种可以多方位、可操作、炉体可连续旋转的查看的监视高炉炉内外的系统。

背景技术

高炉是一种将铁矿石还原成铁水的高压密闭反应容器，高炉的密闭性使得铁水的还原过程无法直接观测，这就需要大量的外围辅助测点来实现高炉操作者对高炉内部反应的了解和掌握，所以对这些测点进行实时准确的、有效的监控就显得非常重要。

现有技术首先将炉体内外的检测点，如炉体温度和炉缸侵蚀线位置等信息接入基础自动化系统，再通过二维画面对这些大量的检测点进行显示，这些检测点的平面显示基本都没有标明位置信息，或者是标明了位置信息但是不够准确，包括高炉冶炼过程中的一些炉内仿真模型也是以平面的方式进行展现的，由于高炉本体是一个非平面性的工业反应容器，平面的展现监控方式要求操作人员经常对照高炉图纸来定位检测点或者炉内仿真模型的真实位置信息，这样的监测点展示方式不仅增加了高炉操作者操作高炉、及时实时掌握高炉内外情况的复杂性，而且很容易导致操作人员对高炉信息（检测点值、炉内仿真模型信息）定位的不准确，从而引起高炉炉况的判断失准，给高炉安全生产、高效生产带来了隐患。

发明内容

本发明所针对高炉生产过程是一个对检测点处理后的动态的、连续的、智能的表达过程，目的就是要解决现有技术存在的复杂性和不准确性，达到对高炉炉体内外各个检测点准确把握，并且对检测点的阶段性最大值、最小值、平均值、标准差等参数进行连续性的展示，也包括对高炉炉缸内部化学侵蚀线的表达。

为解决上述技术问题，本发明涉及一种可实时立体监视高炉状态的系统，采用以下技术方案：

硬件方面，包括用于检测高炉炉体温度的传感器、PLC、交换机、服务器和客户端，采取基于OPC（OLE for Process Control,用于过程控制的OLE）的工业以太网数据采集技术，PLC通过交换机与服务器相连，服务器和客户端通过局域网连接。

软件方面，服务器包括数据采集模块、与数据采集模块输出端相连的炉体温度数据分析模块和炉缸侵蚀线计算模块、与炉体温度数据分析模块和炉缸侵蚀线计算模块的输出端相连的数据存储模块；客户端包括高炉立体模型模块和与数据存储模块相连的交互模块，高炉立体模型模块的数据输出至交互模块。

所述炉体温度数据分析模块用于计算炉内检测点温度的最大值、最小值、平均值和标准差，结合检测点的位置信息，运算结果显示在客户端。所述炉缸侵蚀线计算模块对高炉炉型基础数据和高炉炉体碳砖的实时数据进行计算，确定炉缸砖衬中的温度场，根据温度场确定1150℃侵蚀线的位置。所述高炉立体模型模块基于高炉炉型基础数据、炉体温度数据和炉缸侵蚀线数据，利用3D软件对高炉进行可视化建模。所述交互模块用于接收数据存储模块和高炉立体模型模块的数据并显示在客户端界面上，也把录入客户端的数据传送给数据存储模块。

本发明涉及一种利用以上系统可实时立体监视高炉状态的方法，步骤如下：

（1）  高炉炉型基础数据录入：高炉炉型基础数据包括高炉炉型尺寸、高炉炉体碳砖的温度测点坐标、高炉炉缸砌筑参数等数据，需要人工录入客户端交互模块，并存储在数据存储模块；

（2）  高炉炉体碳砖温度的采集：由放置在高炉炉体内的传感器采集实时温度，经过PLC处理，由服务器中的炉体温度数据分析模块读取，在所采集的数据进行处理后存储到数据存储模块中，对每一个检测点建立与其在炉体位置坐标相应的对应关系；

（3）  炉体温度分析计算：炉体温度数据分析模块计算各检测点温度的最大值、最小值、平均值和标准差，按照坐标对应关系存储在数据存储模块；

（4）  计算炉缸侵蚀等温线：数据采集完成后，应用高炉炉型基础数据和炉体温度实时数据进行计算，依据稳态导热方程，用稳定网格的有限元或有限差分的方法计算炉缸砖衬中的温度场，根据网格节点的温度确定砖衬导热系数，如果温度高于1450℃，将采用铁水的有效导热系数计算炉缸砖衬中的温度场，根据温度场确定1150℃侵蚀线的位置，计算得出的数据存储在数据存储模块；

（5）  建立高炉炉体模型：利用3DMAX软件对高炉进行三维立体建模，模型包括五部分：炉喉部分、炉身部分、炉腰部分、炉腹部分和炉缸部分，采用先整体再局部的方式进行建模将炉体各检测点的位置准确对应在模型上；