Система технического зрения для печей вакуумно-электродугового переплава (ВДП)

В качестве основы для системы была выбрана платформа промышленного видеонаблюдения — собственная разработка АйТеко. Кроссплатформенный фреймворк для разработки программного обеспечения на языке программирования C++ Qt.

Аппаратный комплекс состоит из:

• блока камер машинного зрения, обеспечивающего поворот и фокусировку;
• вычислительных модулей в промышленном исполнении, осуществляющих обработку видеопотока и ведение архивов событий;
• мониторов для наблюдения за процессом выплавки в режиме реального времени, в защищенном исполнении;
• пульта управления блоком видеокамер для возможности перемещения видеоблока и корректировки фокуса.

Методологии: Agile + Kanban

Цех занимается переплавкой электрода из титановой губки в готовый слиток титана высокой чистоты в специальной печи электродугового переплава в вакууме. Технический регламент требует, чтобы процесс переплава находился под постоянным контролем оператора для определения и коррекции критических параметров процесса, таких как положение электрода, остаток титановой губки, параметры токов и т. д. До модернизации оператор осуществлял контроль с помощью напоминающего перископ оптического прибора из зеркал и линз, а для обеспечения непрерывности контроля наблюдение за процессом в одной печи вели два сотрудника. В случае снижения внимания на продолжительных, в том числе ночных сменах (процесс длится не менее пяти-семи часов), возрастали риски нештатных и аварийных ситуаций. Кроме того, предприятие-изготовитель системы «перископа» прекратило выпуск комплектующих для ремонта оборудования, что вызывало сложности в его обслуживании.

Таким образом, в рамках проекта требовалось спроектировать, сконструировать и внедрить современную цифровую систему, обеспечивающую непрерывность и увеличивающую точность визуального контроля процесса переплава. При этом риски и издержки, связанные с человеческим фактором, должны были быть снижены, а ресурсная эффективность повышена. Одним из существенных требований к комплексу стало полное резервирование всего оборудования.

Для решения обозначенных задач был спроектирован, смонтирован и введен в эксплуатацию аппаратно-программный комплекс цифрового видеонаблюдения для печей ВДП. Аппаратная часть комплекса состоит из видеоблока, вычислителя, мониторов и пульта управления.

Оптика видеоблока состоит из сплит-системы – делителя на полупрозрачных зеркалах, разделяющего световой поток от переплавляемого металла на два потока. Разделенный световой поток попадает на матрицы двух цифровых видеокамер промышленного зрения, не сжимающих видеопоток для исключения артефактов сжатия. Такая схема обеспечивает резервирование при получении синхронного изображения от видеокамер. Видеокамеры оснащены моторизованными объективами с функцией дистанционного управления фокусным расстоянием, а привод видеоблока делает возможным его поворот для контроля максимального пространства печи.

Штатно печь оборудуется двумя видеоблоками для резервирования, сигнал от которых поступает на вычислители в промышленном исполнении и выводится на два монитора. Мониторы также выполнены в защищенном исполнении и оборудованы специальными пультами для управления фокусным расстоянием видеокамер и поворотом видеоблока. Все сигналы и видеоданные записываются в архив, что позволяет проводить ретроспективный анализ или исследования с целью повышения скорости и качества плавления.

В рамках проекта также разработан прототип системы видеоаналитики для частичной автоматизации процесса контроля критически важных параметров плавки металла. Требовалась высокая скорость работы математических моделей видеоаналитики на ограниченных ресурсах вычислителя. Для соответствия этому требованию было разработано легковесное решение на базе методов компьютерного зрения, которое интегрируется в установленный комплекс. Система видеоаналитики может детектировать метку окончания процесса переплава и подавать оператору сигнал для принятия решения о завершении процесса. В будущем система должна быть оснащена средствами автоматизированной экстренной остановки.

В результате реализации проекта заказчик получил систему цифрового видеонаблюдения с элементами видеоаналитики, с сохранением в архив видеозаписи процесса переплава титана. Функциональность модернизированной системы превышает возможности предшествующего решения за счет доступа к архивным данным и значительного снижения влияния человеческого. Все оборудование — современное и максимально унифицированное. Снизились ресурсные затраты: после модернизации оператор может вести наблюдение сразу за двумя печами. Улучшились условия труда.

Следующим этапом реализации проекта заявлено его масштабирование и создание центральной диспетчерской по наблюдению за процессом переплава во всех цеховых печах.