CN114441005A - 一种铁水罐液位智能监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁水罐液位智能监测系统及方法，包括工控机、Web服务器、显示屏、报警器和访问终端，还包括液面识别相机、液位检测雷达、电子秤、异物识别模块、液面特征库和液位对比模块，检测方法包括以下步骤：S1、识别铁水罐；S2、铁水罐和摆嘴对位；S3、异物识别；S4、铁水液位检测及铁水量称量；S5、铁水液位监测；本发明涉及液面监测技术领域。该铁水罐液位智能监测系统及方法，可对获取的铁水罐液面偏振图像信息和铁水罐液位雷达数据信息，依靠人工智能进行数据信息融合分析处理，实现对铁水罐倒罐过程的实时监控，该系统还可以与铁厂现有产量统计记录系统连接，存储铁水产量相关数据，方便工人对钢厂产量等数据进行查看分析。

Description

一种铁水罐液位智能监测系统及方法

技术领域

本发明涉及液面监测技术领域，具体为一种铁水罐液位智能监测系统及方法。

背景技术

钢铁生产工艺主要包括：炼铁、炼钢、铸钢、轧钢等流程，在轧钢之前需要对铁水炼制与处理，再精炼成钢水铸钢轧钢。在对钢铁水折水倒罐的过程中，需要控制铁水装载量，高温的铁水接触到温度较低的罐身会产生大量的粉尘烟雾，导致人眼无法看清铁水倒罐的过程，造成铁水溢出等生产事故，具有重大的安全隐患。

现有方法中主要通过人工观测、铁水罐电子秤和高温雷达测液位等方式监测倒罐过程，其中，人工观测为铁厂主要监测手段，现场出现大量浓烟和刺眼强光导致无法辨别铁水罐或看清液面，存在钢水溢出、多次倒罐等风险，且劳动强度大，耗费人力。

铁水罐电子秤重通过重力传感器等可准确的获取铁水罐皮重净重等信息，是一种常见的铁水罐计量方法，测量精度依赖于铁水罐是否能准确停在秤台上，但无法看清铁水罐包内异物或罐沿破损等状况，显示方式不够直观。

雷达通过铁水液面反射回来的微波测量出铁水液位，可准确测量液位高度，但假如铁水罐靠前或靠后停止，导致铁水罐位置与雷达测量区域的相对位置发生偏移，容易测量到罐壁、铁水流，造成误报警或者无法测量，如图5。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种铁水罐液位智能监测系统及方法，解决了人工观测铁水罐液面安全隐患大，且劳动强度大，耗费人力，单纯依靠雷达测液位准确性差，容易造成误报警甚至无法测量的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种铁水罐液位智能监测系统，包括边缘处理与控制系统、液面识别相机、液位检测雷达、电子秤、显示屏、报警器、控制中心和铁水罐识别相机，所述液面识别相机和铁水罐识别相机均为偏振相机；

其中，所述边缘处理与控制系统包括：

铁水罐识别模块，用于识别铁水罐的编号和种类；

偏振图像处理模块，用于处理液面识别相机摄取的图像；

铁水罐对位模块，用于校准对位铁水罐位置；

摆嘴对位模块，用于校准对位出铁水位置；

异物识别模块，用于识别铁水罐内是否有异物或是否加盖；

液位高度监测模块，用于监测铁水液位高度；

铁水产量统计模块，用于统计并记录铁水产量。

优选的，所述液位检测雷达和电子秤均与边缘处理与控制系统双相连接，所述液面识别相机的输出端和边缘处理与控制系统的输入端连接，所述边缘处理与控制系统的输出端分别与显示屏和报警器的输入端连接，并且边缘处理与控制系统与控制中心双相连接。

优选的，所述偏振图像处理模块的输出端分别与铁水罐对位模块和异物识别模块的输入端连接。

本发明还公开了一种铁水罐液位智能监测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、铁水罐识别相机在铁水罐移动过程中实时拍摄铁水罐监控图像，并传递到边缘处理与控制系统，内部的偏振图像处理模块对获取的图像进行处理，并将结果传递到铁水罐识别模块，识别出铁水罐的编号和种类；

S2、铁水罐进入液面识别相机的拍摄范围后，液面识别相机将拍摄的图像传递到边缘处理与控制系统，内部的偏振图像处理模块对图像进行处理，然后铁水罐对位模块根据图像处理结果及铁水罐种类对铁水罐进行对位，同时摆嘴对位模块对摆嘴出铁水位置进行对位；

S3、异物识别模块检测铁水罐是否有异物，若识别出有异物，则在偏振图像中做出标记，并将信号发送给边缘处理与控制系统，边缘处理与控制系统控制报警器发出声光警报，提醒工作人员及时处理；

S3、铁水罐对位，且确定无异物、未加盖后，即可开始进行铁水倒罐，边缘处理与控制系统控制液位检测雷达检测铁水液位，同时控制电子秤获取铁水罐重量，检测的铁水液位和铁水罐重量传递到边缘处理与控制系统；

S4、液位高度监测模块根据获取的铁水液位信息对液位高度进行实时监测，当铁水液位到达对应编号和种类的铁水罐液位的警戒线时，边缘处理与控制系统向控制中心发出停止铁水倒罐信号，同时控制警报器发出黄光警报，提醒工作人员注意铁水是否停止倒罐，若未停止，且当铁水液位到达警戒线时，警报器发出红光和蜂鸣声音警报，提醒工作人员人工干预停止铁水倒罐。

所述步骤S3中，工作人员接收到警报信息后，通过显示屏5查看标记后的偏振图像，进一步确定是否有异物。

（三）有益效果

本发明提供了一种铁水罐液位智能监测系统及方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

（1）、该铁水罐液位智能监测系统及方法，通过对获取的铁水罐液面偏振图像信息和铁水罐液位雷达数据信息，依靠人工智能进行数据信息融合分析处理，实现对铁水罐倒罐过程的实时监控，代替人工进行铁水倒灌过程的监测，安全性较高，降低了工人的劳动强度，节省人力，且降低了烟尘、高温等恶劣环境对工人身体的伤害。

（2）、该铁水罐液位智能监测系统及方法，通过液面识别相机可同时获取铁水倒罐过程中多角度下的液面偏振图像，且液面识别相机能够穿透烟尘，抑制强光，降低了环境对监控图像的影响，从而使工作人员能够通过显示屏看清铁水罐液面和倒罐过程，实现了对钢水、铁水等高温液面的可视化成像，避免多次倒罐，大幅降低铁水溢出风险，提高生产效率，保障生产安全。

（3）、该铁水罐液位智能监测系统及方法，通过对铁水罐进行对位，待铁水罐正确归位后液位检测雷达才开始进行液位检测，使液位检测雷达的检测位置始终能够落在有效检测范围内，从而避免因铁水罐位置偏移，探测到铁水流或罐内壁造成的液位信息误报警现象，进一步提高了检测结果的准确性。

（4）、该铁水罐液位智能监测系统及方法，通过异物识别模块可以在液面识别相机的偏振图像中自动标记出可疑异物，现场工人能够通过观察图像中标记的目标进一步确认是否存在罐内积水、铁水罐加盖等危险情况，显示方式更直观，铁水罐液面异物检测功能可以有效辅助工人检查铁水罐液面异常情况，能有效提高钢铁生产质量，且能够预防因铁水罐内存在积水而导致爆炸的安全事故。

附图说明

图1为本发明系统的结构原理框图；

图2为本发明中边缘处理与控制系统的结构原理框图；

图3为本发明结构的连接示意图；

图4为本发明中铁水罐对位后的罐口区域示意图；

图5为液位检测雷达检测位置在铁水液面、铁水流和罐壁时的示意图。

图中，1-边缘处理与控制系统、11-铁水罐识别模块、12-偏振图像处理模块、13-铁水罐对位模块、14-异物识别模块、15-液位高度监测模块、16-铁水产量统计模块、17-摆嘴对位模块、2-液面识别相机、3-液位检测雷达、4-电子秤、5-显示屏、6-报警器、7-控制中心、8-铁水罐识别相机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图3，本发明实施例提供一种技术方案：一种铁水罐液位智能监测系统，包括边缘处理与控制系统1、液面识别相机2、液位检测雷达3、电子秤4、显示屏5、报警器6、控制中心7和铁水罐识别相机8，液面识别相机2和铁水罐识别相机8均为偏振相机，能够穿透烟尘、强光，在恶劣环境下获取清晰的监控图像，有利于后续图像的识别，进而使监测结果更准确，控制中心7也有显示设备，工人可以在控制中心7查看监控图像或操控系统运行。

液面识别相机2设置在铁水罐上方，用于摄取铁水液位信息，偏振智能相机内部集成了偏振图像重构算法和强光抑制算法，可以穿透烟尘，抑制强光，减少环境对成像的影响，摄取到铁水罐液面的清晰图像，从而方便工作人员查看，液面识别相机2摄取的图像直接通过显示屏5显示，从而为罐内异物识别和倒罐全过程监控提供手段。

液位检测雷达3设置在铁水罐上方，用于检测铁水液位高度，液位检测雷达3通过铁水液面反射回来的微波测量出铁水液位，可准确测量液位高度，液位高度检测可以为铁水罐倒罐生产安全提供保障。

电子秤4设置在铁水罐下方，用于称量铁水罐的重量，通过液面识别相机2和电子秤4的数据融合可实现铁水罐罐口检测、日产量的自动识别，并在显示屏5上直观的显示，便于现场工人观测与数据查询，通过电子秤4测得的数据记录每日倒罐重量，现场工人可以通过查看已倒罐重量，进而推算出每日铁水产量，可代替人工记录倒罐重量，避免工人因长时间工作或看不清铁水罐编号而导致错记、漏记的风险。

请参阅图3，显示屏5和报警器6设置在铁水倒罐作业现场，方便现场工人及时接收报警信号，显示屏5用于显示铁水罐编号、偏振图像、液位高度、铁水罐重量及铁水产量信息。

请参阅图2，边缘处理与控制系统1包括：

铁水罐识别模块11，用于识别铁水罐的编号和种类。

偏振图像处理模块12，用于处理液面识别相机2摄取的图像。

铁水罐对位模块13，用于校准对位铁水罐位置，由于出铁水口和液位检测雷达3位置固定，因此铁水流范围和雷达探测有效范围均是固定的，如图4，通过液面识别相机2获取的偏振图像识别出铁水罐口内边沿，当铁水流范围和雷达探测有效范围处于铁水罐口内边沿区域内时，则说明铁水罐已到达指定位置，即完成了对铁水罐的精准对位，从而使液位检测雷达3不会因测量到罐沿或铁水流上造成检测结果不准确。

摆嘴对位模块17，用于校准对位出铁水位置，使铁水流能够准确倒入罐内，防止铁水倒出罐外。

异物识别模块14，用于识别铁水罐内是否有异物或是否加盖，并根据识别结果在偏振图像上标记出疑似异物的位置，现场工人通过观察偏振图像中标记的目标来进一步确认是否存在罐内积水、铁水罐加盖等危险情况，可以辅助工人检查铁水罐液面异常情况，有效提高钢铁生产质量。

液位高度监测模块15，用于监测铁水液位高度，通过对液位检测雷达3获取的检测数值进行分析，达到监测的目的。

铁水产量统计模块16，用于统计并记录铁水产量，使该系统能够与铁厂现有产量统计记录系统连接，存储铁水产量相关数据，方便工人对钢厂产量等数据进行查看分析。

液位检测雷达3和电子秤4均与边缘处理与控制系统1双相连接，所述液面识别相机2及铁水罐识别相机8的输出端均和边缘处理与控制系统1的输入端连接，所述边缘处理与控制系统1的输出端分别与显示屏5和报警器6的输入端连接，并且边缘处理与控制系统1与控制中心7双相连接。

偏振图像处理模块12的输出端分别与铁水罐对位模块13、摆嘴对位模块17和异物识别模块14的输入端连接。

本发明还公开了一种铁水罐液位智能监测方法，具体包括以下步骤：

S1、铁水罐识别相机8在铁水罐移动过程中实时拍摄铁水罐监控图像，并传递到边缘处理与控制系统1，内部的偏振图像处理模块12对获取的图像进行处理，并将结果传递到铁水罐识别模块11，识别出铁水罐的编号和种类；

S2、铁水罐进入液面识别相机2的拍摄范围后，液面识别相机2将拍摄的图像传递到边缘处理与控制系统1，内部的偏振图像处理模块12对图像进行处理，然后铁水罐对位模块13根据图像处理结果及铁水罐种类对铁水罐进行对位，同时摆嘴对位模块17对摆嘴出铁水位置进行对位；

S3、异物识别模块14检测铁水罐是否有异物，若识别出有异物，则在偏振图像中做出标记，并将信号发送给边缘处理与控制系统1，边缘处理与控制系统1控制报警器6发出声光警报，提醒工作人员及时处理，此处的声光警报和步骤S4中的声音和光色均不同，以便区分；

S4、铁水罐对位，且确定无异物、未加盖后，即可开始进行铁水倒罐，边缘处理与控制系统1控制液位检测雷达3检测铁水液位，同时控制电子秤4获取铁水罐重量，检测的铁水液位和铁水罐重量传递到边缘处理与控制系统1；

S5、液位高度监测模块15根据获取的铁水液位信息对液位高度进行实时监测，当铁水液位到达对应编号和种类的铁水罐液位的警戒线时，边缘处理与控制系统1向控制中心7发出停止铁水倒罐信号，控制中心7自动控制外部装置或设备停止铁水倒罐，同时控制警报器6发出黄光警报，提醒工作人员注意铁水是否停止倒罐，若未停止，且当铁水液位到达警戒线时，警报器6发出红光和蜂鸣声音警报，提醒工作人员人工干预停止铁水倒罐。

步骤S3中，工作人员接收到警报信息后，通过显示屏5查看标记后的偏振图像，进一步确定是否有异物，若确定有异物，工作人员可以通过控制中心7暂停铁水倒罐所有进程，然后进行后续异物处理。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种铁水罐液位智能监测系统，其特征在于：包括边缘处理与控制系统（1）、液面识别相机（2）、液位检测雷达（3）、电子秤（4）、显示屏（5）、报警器（6）、控制中心（7）和铁水罐识别相机（8），所述液面识别相机（2）和铁水罐识别相机（8）均为偏振相机；

其中，所述边缘处理与控制系统（1）包括：

铁水罐识别模块（11），用于识别铁水罐的编号和种类；

偏振图像处理模块（12），用于处理液面识别相机（2）摄取的偏振图像；

铁水罐对位模块（13），用于校准对位铁水罐位置；

摆嘴对位模块（17），用于校准对位出铁水位置；

异物识别模块（14），用于识别铁水罐内是否有异物或是否加盖；

液位高度监测模块（15），用于监测铁水液位高度；

铁水产量统计模块（16），用于统计并记录铁水产量。

2.根据权利要求1所述的铁水罐液位智能监测系统，其特征在于：所述液位检测雷达（3）和电子秤（4）均与边缘处理与控制系统（1）双相连接，所述液面识别相机（2）及铁水罐识别相机（8）的输出端均和边缘处理与控制系统（1）的输入端连接，所述边缘处理与控制系统（1）的输出端分别与显示屏（5）和报警器（6）的输入端连接，并且边缘处理与控制系统（1）与控制中心（7）双相连接。

3.根据权利要求1所述的铁水罐液位智能监测系统，其特征在于：所述偏振图像处理模块（12）的输出端分别与铁水罐对位模块（13）、摆嘴对位模块（17）和异物识别模块（14）的输入端连接。

4.一种铁水罐液位智能监测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、铁水罐识别相机（8）在铁水罐移动过程中实时拍摄铁水罐监控图像，并传递到边缘处理与控制系统（1），内部的偏振图像处理模块（12）对获取的图像进行处理，并将结果传递到铁水罐识别模块（11），识别出铁水罐的编号和种类；

S2、铁水罐进入液面识别相机（2）的拍摄范围后，液面识别相机（2）将拍摄的图像传递到边缘处理与控制系统（1），内部的偏振图像处理模块（12）对图像进行处理，然后铁水罐对位模块（13）根据图像处理结果及铁水罐种类对铁水罐进行对位，同时摆嘴对位模块（17）对摆嘴出铁水位置进行对位；

S3、异物识别模块（14）检测铁水罐是否有异物，若识别出有异物，则在偏振图像中做出标记，并将信号发送给边缘处理与控制系统（1），边缘处理与控制系统（1）控制报警器（6）发出声光警报，提醒工作人员及时处理；

S4、铁水罐对位，且确定无异物、未加盖后，即可开始进行铁水倒罐，边缘处理与控制系统（1）控制液位检测雷达（3）检测铁水液位，同时控制电子秤（4）获取铁水罐重量，检测的铁水液位和铁水罐重量传递到边缘处理与控制系统（1）；

S5、液位高度监测模块（15）根据获取的铁水液位信息对液位高度进行实时监测，当铁水液位到达对应编号和种类的铁水罐液位的警戒线时，边缘处理与控制系统（1）向控制中心（7）发出停止铁水倒罐信号，同时控制警报器（6）发出黄光警报，提醒工作人员注意铁水是否停止倒罐，若未停止，且当铁水液位到达警戒线时，警报器（6）发出红光和蜂鸣声音警报，提醒工作人员人工干预停止铁水倒罐。

5.根据权利要求4所述的铁水罐液位智能监测方法，其特征在于：所述步骤S3中，工作人员接收到警报信息后，通过显示屏（5）查看标记后的偏振图像，进一步确定是否有异物。

Images