前言

鋼鐵是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的中流砥柱，是國(guó)家的命脈，是國(guó)家生存和發(fā)展的物質(zhì)保障。鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0等新一輪工業(yè)革命的興起，同時(shí)為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及地理環(huán)境演變的新趨勢(shì)和新要求，智慧鋼廠成為我國(guó)煉鋼企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)、應(yīng)對(duì)能源變革的新舉措，其智能系統(tǒng)建設(shè)成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

建設(shè)背景

市場(chǎng)背景

鋼鐵工業(yè)是典型的資源、能源密集型行業(yè)。為了推動(dòng)我國(guó)鋼鐵工業(yè)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，鋼鐵企業(yè)應(yīng)強(qiáng)化數(shù)字化、智能化技術(shù)應(yīng)用，通過(guò)加強(qiáng)數(shù)字化管理、推動(dòng)智慧制造，助力生產(chǎn)過(guò)程的綠色化、集約化、互聯(lián)化，從而降低生產(chǎn)過(guò)程碳排放。從而推動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的智慧制造等。

政策背景

2023年02.《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》，要推動(dòng)數(shù)字技術(shù)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合，在工業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域，加快數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用。

2022年01.《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，力爭(zhēng)到2025年，鋼鐵工業(yè)創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，關(guān)鍵工序數(shù)控化率達(dá)到80%左右，生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率達(dá)到55%，打造30家以上智能工廠。

2021.11.《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃》，推進(jìn)行業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型。對(duì)于鋼鐵行業(yè)，要聚焦設(shè)備維護(hù)低效化、生產(chǎn)過(guò)程黑箱化、下游需求碎片化等痛點(diǎn)。

建設(shè)目標(biāo)

本設(shè)計(jì)遵循結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、集成化，達(dá)到煉鋼廠管理平臺(tái)各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享、互通互動(dòng)。建成一套統(tǒng)一管理、分級(jí)控制的智慧煉鋼廠綜合管理平臺(tái)，形成功能完善、反應(yīng)快速的數(shù)字化運(yùn)維體系, 實(shí)現(xiàn)鋼廠安全及管理工作的現(xiàn)代化、智能化。

系統(tǒng)概述

“智慧鋼廠”基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、可視化、數(shù)字孿生等技術(shù)，以數(shù)字化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，通過(guò)“人、機(jī)、網(wǎng)、物”跨界融合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)全流程互聯(lián)互通，提升鋼廠調(diào)度運(yùn)維的可視化、數(shù)字化、智能化水平(包括智能感知、智能運(yùn)維、智能控制、智能決策)目標(biāo)。以智能管控賦能企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，抓好數(shù)智化轉(zhuǎn)型新機(jī)遇，推動(dòng)鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展。

需求分析

三維模型場(chǎng)景

根據(jù)實(shí)際鋼廠現(xiàn)場(chǎng)的布局、設(shè)備和工藝流程等信息，建立數(shù)字孿生模型，包括機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)線、工人、物料等物理實(shí)體，構(gòu)建鋼廠三維場(chǎng)景。按照鋼廠廠區(qū)、車間、建筑、機(jī)組的層級(jí)進(jìn)行逐層建模，清晰展示廠區(qū)的大致形態(tài)、車間分布、建筑位置、車間機(jī)組及庫(kù)位布置等相關(guān)信息，通過(guò)對(duì)鋼廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)的全生命周期可視化管理，對(duì)接物理傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還原生產(chǎn)工藝重要環(huán)節(jié)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，構(gòu)建煉鋼廠全面的生產(chǎn)感知力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、環(huán)境、設(shè)備等的可視化。

全局信息概覽

依托數(shù)字孿生技術(shù)，對(duì)鋼廠多個(gè)產(chǎn)線工藝進(jìn)行可視化展示?；皵?shù)”為“物”， 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線所有機(jī)組、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)狀態(tài)的三維展示，在兩側(cè)2D面板顯示重要的產(chǎn)能、庫(kù)存、原料、環(huán)境、能源等數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)更加高效科學(xué)的廠區(qū)管理。

原料場(chǎng)地管理

基于原料場(chǎng)所布局和堆放情況，進(jìn)行 1:1 還原，2D 面板聯(lián)動(dòng)三維場(chǎng)景，實(shí)時(shí)展示鐵礦、溶劑、燃料等料堆信息。支持模擬行人視角全方位瀏覽原料場(chǎng)地情況，當(dāng)經(jīng)過(guò)物料堆時(shí)，可以點(diǎn)擊查看相應(yīng)的物料數(shù)據(jù)介紹，包括進(jìn)廠時(shí)間、進(jìn)廠數(shù)量、庫(kù)存量等。

燒結(jié)工藝管理

根據(jù)需求對(duì)接數(shù)據(jù)接口，依托傳感器對(duì)燒結(jié)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集，對(duì)燒結(jié)設(shè)備運(yùn)行及傳輸進(jìn)行可視化組態(tài)呈現(xiàn)，通過(guò)2D組態(tài)圖即可直觀的查看工藝生產(chǎn)線設(shè)備與物料情況。數(shù)據(jù)面板重點(diǎn)關(guān)注燒結(jié)機(jī)的爐膛溫度、爐膛壓力、速度和電流等，工作人員可根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)燒結(jié)工序進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

煉鐵工藝管理

煉鐵工藝實(shí)質(zhì)將金屬鐵從含鐵礦物(主要為鐵的氧化物)中提煉出來(lái)的工藝過(guò)程。通過(guò)數(shù)維圖組態(tài)編輯器搭建煉鐵工藝 2D 可視化組態(tài)系統(tǒng)，并在數(shù)據(jù)面板接入出鐵量、爐溫度與壓力、入口溫度和壓力等數(shù)據(jù)信息。

高爐機(jī)組管理

通過(guò)傳感器對(duì)管道和設(shè)備的工況進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行可視化展示，面板可實(shí)時(shí)展示焦炭比、煤氣流量、爐頂壓力、透氣性參數(shù)等，并輔以折線圖展示，方便觀察實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，使操作人員及時(shí)了解爐內(nèi)氣流分布和爐況變化，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)異常情況，以利于主動(dòng)地調(diào)控高爐運(yùn)行，提升高爐運(yùn)行的效率和安全性。

煉鋼工藝管理

通過(guò)數(shù)維圖 Sovit2D組態(tài)編輯器搭建煉鋼工藝流程監(jiān)控系統(tǒng)，將鐵水從鐵水預(yù)處理站到軋鋼生產(chǎn)線的全過(guò)程信息進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)轉(zhuǎn)爐、LF精煉爐、連鑄機(jī)等設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行信息監(jiān)控，以圖形化組態(tài)的形式構(gòu)建煉鋼工藝一體化場(chǎng)景監(jiān)控。使煉鋼全過(guò)程數(shù)字可視化展現(xiàn)、可智能化決策、各環(huán)節(jié)信息系統(tǒng)交互集成。

軋鋼工藝管理

依托數(shù)維圖可視化組態(tài)技術(shù)，將整個(gè)軋鋼工藝流程以 2D 組態(tài)圖的形式進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄、小鋼坯生產(chǎn)、熱軋鋼材、線材生產(chǎn)、鋼板生產(chǎn)流程等加工過(guò)程的監(jiān)控。

環(huán)境監(jiān)測(cè)管理

依托環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，全天候?qū)S區(qū)煙塵、廢水、大氣等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理分析，為進(jìn)一步改善廠區(qū)環(huán)境提供數(shù)據(jù)支撐。

視頻監(jiān)控管理

根據(jù)鋼廠設(shè)備分布特點(diǎn)布置高清監(jiān)控?cái)z像頭，在三維場(chǎng)景中設(shè)置視頻監(jiān)控點(diǎn)位，以攝像頭圖標(biāo)展示其位置。實(shí)現(xiàn)對(duì)異常目標(biāo)的自動(dòng)抓拍和留存，出現(xiàn)異常警告時(shí)，監(jiān)控點(diǎn)位會(huì)有聲光報(bào)警效果，支持管理者及時(shí)點(diǎn)擊查看實(shí)時(shí)監(jiān)控影像。

安全生產(chǎn)管理

根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)四色圖對(duì)三維場(chǎng)景進(jìn)行區(qū)域劃分，不同等級(jí)采用不同顏色進(jìn)行區(qū)分，并在2D看板中展示重大危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)、安全隱患管理、危險(xiǎn)作業(yè)監(jiān)測(cè)等內(nèi)容，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻、工藝數(shù)據(jù)、儀表數(shù)據(jù)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)情況一目了然。

電子圍欄管理

在三維系統(tǒng)中，對(duì)廠區(qū)內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域或重要設(shè)備設(shè)置電子圍欄，實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)追蹤監(jiān)視，避免非法闖入或進(jìn)入非法受控區(qū)域，并且和報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)有異常闖入或異常情況，可進(jìn)行顏色報(bào)警并聚集異常區(qū)域，并且以彈窗提示異常狀態(tài)，全方位保障廠區(qū)生產(chǎn)安全。

智能消防管理

通過(guò)接入消防系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)煙感、探頭、噴淋噴頭等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管，當(dāng)發(fā)生異常(火災(zāi)、爆炸、氣體擴(kuò)散等)狀況時(shí)，可聯(lián)動(dòng)報(bào)警點(diǎn)附近攝像頭彈窗，顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，并調(diào)取人員逃生的路線，有序進(jìn)行撤離，保障人員生命安全、財(cái)產(chǎn)損失。

智能預(yù)警管理

建立預(yù)警觸發(fā)機(jī)制，對(duì)鋼廠設(shè)備、環(huán)境、人員等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在觸發(fā)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)將持續(xù)發(fā)出聲光報(bào)警，并彈出異常警報(bào)。并聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控將鏡頭聚焦，展示報(bào)警設(shè)備詳情及位置，方便運(yùn)維人員即時(shí)做出決策處理。

智慧運(yùn)維管理

依托物聯(lián)網(wǎng)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控廠區(qū)建筑、設(shè)備等的運(yùn)行情況，為運(yùn)營(yíng)中心人員、現(xiàn)場(chǎng)維檢人員提供精準(zhǔn)的預(yù)警、告警信息。檢修人員通過(guò)智能穿戴設(shè)備與監(jiān)督人員進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。實(shí)現(xiàn)智慧維檢、安全管控，提高運(yùn)維智能化水平。

開發(fā)平臺(tái)

數(shù)維圖(SovitJs)應(yīng)用自主研發(fā)的 Sovit2D、Sovit3D 產(chǎn)品，無(wú)縫融合 2D、3D 技術(shù)，搭建了一套3D 可視化智慧鋼廠物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)。通過(guò)數(shù)維圖可視化開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)可交互式的 Web 二三維場(chǎng)景，基于多維感知、場(chǎng)景物聯(lián)、物信融合的技術(shù)理念，不斷豐富與完善鋼廠全面感知的能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝遠(yuǎn)程控制、設(shè)備設(shè)施智能監(jiān)管、環(huán)境信息智能監(jiān)測(cè)，助力集控中心生產(chǎn)調(diào)度，輔助決策和全局掌控。

建設(shè)價(jià)值

智慧鋼廠三維可視化系統(tǒng)利用三維建模、數(shù)字孿生、可視化等技術(shù)，將物理工廠中的實(shí)體模型及業(yè)務(wù)模型轉(zhuǎn)化為虛擬工廠的信息模型，直觀展現(xiàn)鋼廠三維場(chǎng)景。物理工廠與虛擬工廠的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)映射，對(duì)廠區(qū)資產(chǎn)、設(shè)施、能效、安防等領(lǐng)域的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)更加高效科學(xué)的廠區(qū)管理。

系統(tǒng)交付

數(shù)字孿生智慧鋼廠三維可視化管理平臺(tái)基于B/S架構(gòu)的Sovit3D三維可視化平臺(tái)開發(fā)設(shè)計(jì)，采用HTML5+JavaScript技術(shù)作為前端基礎(chǔ)，產(chǎn)品開發(fā)的二次代碼及項(xiàng)目源文件全部提供客戶，按需要可部署在云端，也可本地化部署。

審核編輯 黃宇