CN201927211U - 一种炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统 - Google Patents

Abstract

一种炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统，包括铁水预处理模块、转炉炼钢模块、LF精炼模块和连铸模块，各个模块都连接到服务器，服务器存储数据，本实用新型提供的炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统可缩短从新手到熟练工的过度时间、在教学方面让学员从之前的看书的感性认识变为理性认识、利用三维仿真建模技术和硬件技术等相结合、从而提高技能熟悉工艺以解决以往存在的各种问题。

Description

一种炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统

技术领域

本实用新型涉及一种模拟仿真系统，具体为一种炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统。

背景技术

虚拟现实是综合利用计算机图形学、光电成像技术、传感技术、计算机仿真、人工智能等多种技术，创建一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的计算机系统。人们借助各种交互设备沉浸于虚拟环境之中，与虚拟环境中的实体进行交互，产生等同于真实物理环境的体验和感受。近年来，在虚拟现实的基础上又发展出增强现实(或称混合现实)技术，通过跟踪用户的位置和姿态，把计算机生成的虚拟物体或其它信息准确地叠加到真实场景的指定位置，实现虚实结合、实时互动的新体验。虚拟现实和增强现实技术还可广泛应用于军事、先进制造、城市规划、地理信息系统、医学生物、教育培训、文化娱乐等领域，并有望产生巨大的经济效益和社会效益。

钢铁企业的设备大多是重型设备，危险程度比较高，而新员工大多不能亲身操作。长期以来，钢铁企业缺乏对人才系统的培训和培养，绝大多数钢铁企业忽视员工的培训，致使现有的从业人员素质难以得到持续提高；而且缺少行业的专业培训机构。目前，国内针对钢铁行业的中高层教育和培训机构几乎没有。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种可缩短从新手到熟练工的过度时间、在教学方面让学员从之前的看书的感性认识变为理性认识、利用三维仿真建模技术和硬件技术等相结合、从而提高技能熟悉工艺以解决以往存在的各种问题的炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统。

一种炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统，包括铁水预处理模块、转炉炼钢模块、LF精炼模块和连铸模块，各个模块都连接到服务器，服务器存储数据，具体来说：

所述铁水预处理模块包括：

第一操作台：与第一控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第一虚拟终端；

第一控制终端：与第一操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第一虚拟终端连接，控制实现加脱硫剂、搅拌、扒渣、铁水的成分等动作，并显示；接收外部数据进行计算后发送给第一虚拟终端；

第一虚拟终端：连接到服务器，虚拟显示工作场景，接收第一控制终端与第一操作台发来的信号，执行动作；

所述转炉炼钢模块包括：

第二操作台：与第一控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第一虚拟终端；

第二控制终端：与第二操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第二虚拟终端连接，控制实现废钢、加铁水、摇炉、降枪、关炉部、钢包车进站、渣车进站等动作，并显示；接收外部数据进行计算后发送给第二虚拟终端；

第二虚拟终端：连接到服务器，虚拟显示工作场景，接收第二控制终端与第二操作台发来的信号，执行动作；

炉况监控终端：从服务器中实时取出吹炼过程中各元素与温度、氧枪高度、氧压的数值，绘制形成炉况曲线并显示；

所述LF精炼模块包括：

第三操作台：与第三控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第三虚拟终端；

第三控制终端：与第三操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第三虚拟终端连接，控制实现送电、加热、造渣、配电、加渣料、加合金、吹气搅拌等动作，并显示；接收外部数据进行计算后发送给第三虚拟终端；

第三虚拟终端：连接到服务器，虚拟显示工作场景，接收第三控制终端与第三操作台发来的信号，执行动作；

所述连铸模块包括：

第四操作台：与第四控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第四虚拟终端；

第四控制终端：与第四操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第四虚拟终端连接，控制实现开浇、大包、中包、结晶器振动、拉矫机、配水等动作，并显示；接收外部数据进行计算后发送给第四虚拟终端；

第四虚拟终端：连接到服务器，虚拟显示工作场景，接收第四控制终端与第四操作台发来的信号，执行动作；

动态轻夺下终端：从服务器中实时取出连铸过程中各段钢坯的横截面与纵截面的温度值，绘制形成曲线并显示。

优选的，上述每一操作台上都设置有按钮和手柄，并通过按钮和手柄发送控制信号，实现操作。操作台可以设置为一个整体，也可以分开设置，这是容易实现的。

优选的，所述各个控制终端接收的外部数据来自于操作台或控制终端。通过操作台的按钮和手柄可以将操作人员的动作数据传输给控制终端，由控制终端实现控制，也可以由操作人员直接操作控制终端，实现控制，这是容易实现的。

进一步优选的，所述第一虚拟终端执行的动作包括：烟罩升降、喷粉枪升降、扒渣机、鱼雷罐进站等；所述第二虚拟终端执行的动作包括：散装料、氧枪升降、转炉倾动、烟罩升降、氧枪横移等；所述第三虚拟终端执行的动作包括：钢包进站、接Ar管、进精炼工位、下电极、降烟罩等；所述第四虚拟终端执行的动作包括引锭、大包台、中间包、拉矫振动、火焰切割、冷床、送引定杆、二冷配水等。

优选的，所述服务器存储的数据包括计算结果、操作记录、参数设定、数据模型、经验模型库、状态中继等。

本实用新型提供的炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统，具有如下优点：

1、系统结构先进

针对先进工艺和先进设备系统构成。

完全操控环境仿真一完全模拟炼钢现场环境。

优化仿真的电气控制系统。

控制计算机与学生学习计算机工业网络化结构。

2、软件手段先进性

重点场景采用3D技术展现，实时逼真。

复杂非重点场景采用FLASH动画技术展现，易于实现。

操控模型采用数学模型与经验数据库结合方式进行结果展现。

操作记录和检测参数记录采用文本记录，图表输出方式。

3、虚拟场景与硬件系统互动性

虚拟场景中的运行部件跟随硬件控制相应动作。

虚拟场景中的参数变化反馈到硬件系统中作为PLC的检测量。

4、小模型控制参数、大模型控制结果

检测参数中的每一个参数值都对应一个或多个控制参量，控制每个参数的模型称之为小模型。

所有参数决定了控制的结果，参数与操控结果对应关系称作大模型。

系统开发的大模型与小模型与生产实际相符合。

5、易于升级性

系统开发模块化，按监控室和监控终端组合划分模块，虚拟场景独立表现。

功能改变只要替换模块化软件即可完成。

新工艺、新设备实训环境更新只要通过更新软件即可完成。

6、实战效果显著，完全模拟实际炼钢过程和场景，来源于生产实践中的各种工况，练习效果大大加强；可以实时记录各种操作数据和结果，便于查询操作步骤是否正确，便于考核。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面以非限定性的实施例来进一步解释、说明本技术方案。

一种炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统，包括铁水预处理模块、转炉炼钢模块、LF精炼模块和连铸模块，各个模块都连接到服务器，服务器存储数据，包括计算结果、操作记录、参数设定、数据模型、经验模型库、状态中继等。

具体来说：

所述铁水预处理模块包括：

第一操作台：与第一控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第一虚拟终端；

第一控制终端：与第一操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第一虚拟终端连接，控制实现加脱硫剂、搅拌、扒渣、铁水的成分等动作，并显示；接收外部数据进行计算后发送给第一虚拟终端；

第一虚拟终端：连接到服务器，虚拟显示工作场景，接收第一控制终端与第一操作台发来的信号，执行动作。

所述转炉炼钢模块包括：

第二操作台：与第一控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第一虚拟终端；

第二控制终端：与第二操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第二虚拟终端连接，控制实现废钢、加铁水、摇炉、降枪、关炉部、钢包车进站、渣车进站等动作，并显示；接收外部数据进行计算后发送给第二虚拟终端；

第二虚拟终端：连接到服务器，虚拟显示工作场景，接收第二控制终端与第二操作台发来的信号，执行动作；

炉况监控终端：从服务器中实时取出吹炼过程中各元素与温度、氧枪高度、氧压的数值，绘制形成炉况曲线并显示。

所述LF精炼模块包括：

第三操作台：与第三控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第三虚拟终端；

第三控制终端：与第三操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第三虚拟终端连接，控制实现送电、加热、造渣、配电、加渣料、加合金、吹气搅拌等动作，并显示；接收外部数据进行计算后发送给第三虚拟终端；

第三虚拟终端：连接到服务器，虚拟显示工作场景，接收第三控制终端与第三操作台发来的信号，执行动作。

所述连铸模块包括：

第四操作台：与第四控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第四虚拟终端；

第四控制终端：与第四操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第四虚拟终端连接，控制实现开浇、大包、中包、结晶器振动、拉矫机、配水等动作，并显示；接收外部数据进行计算后发送给第四虚拟终端；

第四虚拟终端：连接到服务器，虚拟显示工作场景，接收第四控制终端与第四操作台发来的信号，执行动作；

动态轻夺下终端：从服务器中实时取出连铸过程中各段钢坯的横截面与纵截面的温度值，绘制形成曲线并显示。

上述每一操作台上都设置有按钮和手柄，并通过按钮和手柄发送控制信号，实现操作。操作台可以设置为一个整体，也可以分开设置，这是容易实现的。

上述各个控制终端接收的外部数据来自于操作台或控制终端。通过操作台的按钮和手柄可以将操作人员的动作数据传输给控制终端，由控制终端实现控制，也可以由操作人员直接操作控制终端，实现控制，这是容易实现的。

图1是炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统的一个实例，总体分为操作工位和学习工位，包括铁水预处理模块、转炉炼钢模块、LF精炼模块和连铸模块中的至少两个，都连接到服务器，而各个模块中的虚拟界面都通过一视频交换矩阵实现视频投影的交换、录像、课件播放等，这是容易实现的。学习工位一般包括操作界面和虚拟界面，并可有键盘代替手柄等实施控制，这是容易实现的。

在技能训练和考核时，铁水预处理模块、转炉炼钢模块、LF精炼模块和连铸模块可以分开操作，按照炼钢顺序逐一操作。首先运行铁水预处理模块，实现铁水的预处理，操作人员通过第一操作台和第一控制终端进行操作，第一虚拟终端虚拟显示工作场景，并接收操作信号，进行烟罩升降、喷粉枪升降、扒渣机、鱼雷罐进站等动作，并将数据记录到服务器，服务器可以记录每个操作人员的每个动作信息和动作后结果，便于后续查询和考核。然后运行转炉炼钢模块，实现转炉炼钢，操作人员通过第二操作台和第二控制终端进行操作，第二虚拟终端显示工作场景，并接收操作信号，进行散装料、氧枪升降、转炉倾动、烟罩升降、氧枪横移等动作，并将数据记录到服务器，服务器可以记录每个操作人员的每个动作信息和动作后的结果，便于后续查询和考核；而炉况监控终端则从服务器中实时取出吹炼过程中各元素与温度、氧枪高度、氧压的数值，绘制形成炉况曲线并显示。然后运行LF精炼模块，实现LF精炼，操作人员通过第三操作台和第三控制终端进行操作，第三虚拟终端虚拟显示工作场景，并接收操作信号，进行钢包进站、接Ar管、进精炼工位、下电极、降烟罩等动作，并将数据记录到服务器，服务器可以记录每个操作人员的每个动作信息和动作后结果，便于后续查询和考核。最后运行连铸模块，操作人员通过第四操作台和第四控制终端进行操作，第四虚拟终端虚拟显示工作场景，并接收操作信号，进行引锭、大包台、中间包、拉矫振动、火焰切割、冷床、送引定杆、二冷配水等动作，并将数据记录到服务器，服务器可以记录每个操作人员的每个动作信息和动作后结果，便于后续查询和考核；而动态轻夺下终端从服务器中实时取出连铸过程中各段钢坯的横截面与纵截面的温度值，绘制形成曲线并显示。最终实现整个炼钢生产过程的技能训练和考核，整个过程完全模拟现实的炼钢场景，操作人员经过本实用新型提供的模拟仿真系统的培训后可在最短的时间内进行实战操作。

Claims (3)

1.一种炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统，包括铁水预处理模块、转炉炼钢模块、LF精炼模块和连铸模块，各个模块都连接到服务器，服务器存储数据，其特征在于：

所述铁水预处理模块包括：

第一操作台：与第一控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第一虚拟终端；

第一控制终端：与第一操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第一虚拟终端连接；接收外部数据进行计算后发送给第一虚拟终端；以及

第一虚拟终端：连接到服务器，接收第一控制终端与第一操作台发来的信号，执行动作；

所述转炉炼钢模块包括：

第二操作台：与第一控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第一虚拟终端；

第二控制终端：与第二操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第二虚拟终端连接；接收外部数据进行计算后发送给第二虚拟终端；

第二虚拟终端：连接到服务器，接收第二控制终端与第二操作台发来的信号，执行动作；以及

炉况监控终端：连接到服务器；

所述LF精炼模块包括：

第三操作台：与第三控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第三虚拟终端；

第三控制终端：与第三操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第三虚拟终端连接；接收外部数据进行计算后发送给第三虚拟终端；以及

第三虚拟终端：连接到服务器，接收第三控制终端与第三操作台发来的信号，执行动作；

所述连铸模块包括：

第四操作台：与第四控制终端通过虚拟电路板连接，发送控制信号给第四虚拟终端；

第四控制终端：与第四操作台连接，并连接到服务器，通过服务器与第四虚拟终端连接；接收外部数据进行计算后发送给第四虚拟终端； 

第四虚拟终端：连接到服务器，接收第四控制终端与第四操作台发来的信号，执行动作；以及

动态轻夺下终端：连接到服务器。

2.根据权利要求1所述的炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统，其特征在于：上述每一操作台上都设置有按钮和手柄，并通过按钮和手柄发送控制信号。

3.根据权利要求1所述的炼钢生产技能训练与考核模拟仿真系统，其特征在于：所述各个控制终端接收的外部数据来自于操作台或控制终端。 

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