紅外成像在銅冶煉圓盤澆鑄機(jī)上的智能化應(yīng)用

崔平

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244021）

圓盤澆鑄機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外銅冶煉火法煉銅工藝中用于連續(xù)定量澆鑄陽(yáng)極板的主要設(shè)備。在陽(yáng)極板澆鑄的過(guò)程中，銅模溫度控制顯得非常重要：1)圓盤澆鑄機(jī)使用銅模壽命的長(zhǎng)短主要取決于銅模溫度的高低。伴隨著高溫銅水的注入，銅模溫度隨之上升。長(zhǎng)時(shí)間高溫極易使銅模產(chǎn)生變形、開(kāi)裂，縮短壽命。2）銅模表面溫度是決定陽(yáng)極板質(zhì)量的重要因素之一。銅模表面溫度過(guò)高，陽(yáng)極板容易變形、有條紋；銅模表面溫度過(guò)低，陽(yáng)極板容易產(chǎn)生毛邊等問(wèn)題；銅模表面溫度分布不均衡，會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極板厚薄不均勻。陽(yáng)極板質(zhì)量的提高對(duì)提高電銅質(zhì)量、降低電解故障率至關(guān)重要，不合格的陽(yáng)極板還需要回爐，降低了勞動(dòng)效率、增加了能耗及造成低空污染。因此，實(shí)時(shí)掌握銅模表面溫度的分布規(guī)律，及時(shí)調(diào)整控制銅模的溫度，對(duì)延長(zhǎng)銅模壽命、提高陽(yáng)極板質(zhì)量、提高產(chǎn)能都十分有意義。本文以金隆銅業(yè)公司為例，介紹紅外測(cè)溫+圖像分析處理技術(shù)在銅模溫度監(jiān)控上的應(yīng)用。

1 圓盤澆鑄機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)狀

金隆銅業(yè)公司從芬蘭奧圖泰公司引進(jìn)雙18模圓盤澆鑄機(jī)，已于2008年投用至今。雙圓盤澆鑄機(jī)設(shè)計(jì)澆鑄能力為110 t/h[1]，主要包括18模圓盤澆鑄機(jī)、自動(dòng)澆鑄系統(tǒng)、陽(yáng)極板稱重系統(tǒng)、圓盤雙伺服驅(qū)動(dòng)、陽(yáng)極板收集系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)是奧圖泰公司配套西門子300系列的PLC并采用了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，沒(méi)有配套銅模測(cè)溫裝置。

2 紅外測(cè)溫+圖像分析處理系統(tǒng)組成

為了提高銅冶煉圓盤澆鑄系統(tǒng)的智能化水平，該廠新增“紅外測(cè)溫+圖像分析處理”系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“GS-IRT系統(tǒng)”）。GS-IRT系統(tǒng)前端主要為雙視紅外成像測(cè)溫儀。通過(guò)對(duì)紅外測(cè)溫成像技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行全方位監(jiān)控，收集、匯集信息，并對(duì)信息進(jìn)行分支處理。后端主要包括基于C/S構(gòu)架的數(shù)據(jù)查詢及分析功能的紅外應(yīng)用服務(wù)器、各控制室網(wǎng)絡(luò)工作站、視頻圖形及紅外熱圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備（NVR）。技術(shù)人員通過(guò)安裝于紅外應(yīng)用服務(wù)器的分析與處理軟件對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理，查找隱患點(diǎn)，還可通過(guò)各控制室網(wǎng)絡(luò)工作站實(shí)時(shí)調(diào)閱相關(guān)結(jié)果和狀態(tài)，并進(jìn)行自動(dòng)、手動(dòng)遠(yuǎn)程的溫度測(cè)量和紅外圖像采集與控制。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成示意

該系統(tǒng)利用紅外測(cè)溫[2]+圖像分析處理技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的雙視紅外測(cè)溫儀對(duì)銅模表面的溫度分布情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，研究銅模溫度分布規(guī)律，建立檢測(cè)算法模型，實(shí)現(xiàn)智能溫度在線監(jiān)控，同時(shí)提供紅外DDE增強(qiáng)的紅外熱圖供操作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)還預(yù)留報(bào)警及控制信號(hào)接口（4～20 mA、TCP/IP、開(kāi)關(guān)量），用于提供指導(dǎo)噴淋冷卻水系統(tǒng)中相關(guān)閥門開(kāi)度的控制。

3 紅外測(cè)溫成像技術(shù)的應(yīng)用

基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選用能夠?qū)崿F(xiàn)可見(jiàn)光視頻信息、紅外成像熱圖信息采集，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的探測(cè)器以及一體化雙光譜測(cè)溫儀，以保證同時(shí)獲取一塊銅模的視頻及溫度分布數(shù)據(jù)。

3.1 設(shè)備的選擇

選用紅外雙視雙光譜成像測(cè)溫儀，儀器型號(hào)為GS-LCP。另外，在設(shè)備的選擇上應(yīng)注意：1）選擇高分辨率(分辨率640×512)的紅外成像探測(cè)器，可以保證遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)的同時(shí)，銅模上每個(gè)的溫度信息都能夠精確定位和精準(zhǔn)測(cè)溫。2）可見(jiàn)光傳感器應(yīng)選擇1 080 P(分辨率1 920×1 080)高清晰的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。此像素的攝像機(jī)能夠透過(guò)水汽、濃霧的干擾，保證成像清晰。3）測(cè)溫精度為±0.5%。4）搭載電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，為現(xiàn)場(chǎng)安裝位置的確定提供便利。監(jiān)測(cè)時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)捕捉最佳監(jiān)測(cè)視角，工作時(shí)固定觀測(cè)，操作人員也可以通過(guò)系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)控制測(cè)溫儀轉(zhuǎn)動(dòng)，監(jiān)測(cè)其他區(qū)域。

3.2 測(cè)溫儀安裝注意事項(xiàng)

測(cè)溫儀安裝注意事項(xiàng)：1）為了實(shí)時(shí)捕捉銅模表面的可見(jiàn)光、紅外光，監(jiān)控銅模表面溫度分布，測(cè)溫儀應(yīng)采用從高處向下俯視的方式進(jìn)行安裝；2）結(jié)合銅模實(shí)際尺寸及安裝高度，測(cè)溫儀采用兩種焦距可調(diào)，并配套開(kāi)發(fā)滿足監(jiān)測(cè)需要的視場(chǎng)角鏡頭，重點(diǎn)鎖定待澆鑄的銅模區(qū)域；3）保證在較遠(yuǎn)距離下能夠避免周圍水汽區(qū)域、高溫熔體區(qū)域?qū)τ谙到y(tǒng)測(cè)溫造成的影響。

3.3 測(cè)溫探頭安裝位置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況將雙視紅外測(cè)溫探頭安裝在圓盤澆鑄區(qū)附近（圖2），以避開(kāi)生產(chǎn)運(yùn)輸通道。通過(guò)雙視紅外測(cè)溫儀對(duì)視場(chǎng)范圍內(nèi)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行定點(diǎn)分區(qū)檢測(cè)，避免視覺(jué)遮擋和出現(xiàn)死角。

圖2 紅外測(cè)溫探頭現(xiàn)場(chǎng)安裝位置示意

4 系統(tǒng)軟件

安裝于紅外應(yīng)用服務(wù)器的分析與處理軟件對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行圖像分析及處理，把兩種波段的光譜進(jìn)行綜合展示。圖像分析與處理軟件實(shí)現(xiàn)了以下功能：1）全屏幕多點(diǎn)同時(shí)掃描測(cè)溫顯示；2）自動(dòng)全屏掃描捕捉最高溫與最低溫；3）對(duì)圖像上任一直線進(jìn)行溫度分析；4）對(duì)圖像上的相關(guān)區(qū)域進(jìn)行溫度掃描分析，且區(qū)域可任意移動(dòng)和改變大小，同時(shí)可有多個(gè)不同的區(qū)域進(jìn)行分析；5）對(duì)多個(gè)區(qū)域同時(shí)進(jìn)行分析比較；6）對(duì)圖像內(nèi)任意點(diǎn)、線的溫度進(jìn)行掃描，對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行記錄分析；7）對(duì)圖像內(nèi)任意區(qū)域內(nèi)的溫度掃描，對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行記錄分析；8）自動(dòng)計(jì)算被測(cè)點(diǎn)與設(shè)置溫度的溫差；9）自動(dòng)跟蹤屏幕上最高/最低/或符合設(shè)定溫度范圍的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，并同時(shí)測(cè)量出上述目標(biāo)點(diǎn)的溫度值，當(dāng)監(jiān)測(cè)溫度達(dá)到或超過(guò)設(shè)定值后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；10）銅模位號(hào)進(jìn)行在線識(shí)別。銅模溫度成像顯示，如圖3所示。

圖3 銅模溫度成像顯示

5 應(yīng)用情況及效果

GS-IRT系統(tǒng)在該廠實(shí)施后，技術(shù)人員能夠?qū)崟r(shí)掌握銅模溫度分布信息，并對(duì)銅模使用、壽命情況做到可視化及可追溯性掌控。相關(guān)數(shù)據(jù)分析如圖4。

圖4 相關(guān)數(shù)據(jù)分析畫面

由于對(duì)銅模的溫度實(shí)現(xiàn)了紅外測(cè)溫成像技術(shù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)、成像，操作人員可根據(jù)溫度的實(shí)時(shí)變化，及時(shí)調(diào)整銅模溫度，避免了陽(yáng)極板發(fā)生變形、出現(xiàn)飛邊毛刺、厚薄不均勻等現(xiàn)象的發(fā)生，從而有效提高了陽(yáng)極板質(zhì)量，減少了廢板率，同時(shí)也延長(zhǎng)了銅模壽命。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)近1年的使用，操作人員在生產(chǎn)過(guò)程中能實(shí)時(shí)、全面地掌握銅模表面溫度的分布，及時(shí)、方便地調(diào)整控制銅模的溫度，延長(zhǎng)銅模壽命，提高陽(yáng)極板質(zhì)量，有效提高產(chǎn)能，杜絕安全隱患，實(shí)現(xiàn)了冶煉廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排與環(huán)保，同時(shí)提高企業(yè)的智能化水平。紅外測(cè)溫成像技術(shù)在銅冶煉圓盤澆鑄機(jī)智能化成功應(yīng)用在國(guó)內(nèi)尚屬首例，可在其他冶煉企業(yè)應(yīng)用推廣。