ICS77-010

CCSH04

CISA

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CISA—XXXX

連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼運行風(fēng)險智能識別系統(tǒng)

技術(shù)要求

Technicalrequirementsforintelligentidentificationsystemofstripsteelrunningrisk

incontinuousannealingfurnaces

（征求意見稿）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會發(fā)布

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連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼運行風(fēng)險智能識別系統(tǒng)技術(shù)要求

1范圍

本文件規(guī)定了連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼運行風(fēng)險智能識別系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)以及設(shè)備層、數(shù)據(jù)平臺層、應(yīng)用

層要求等。

本文件適用于連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼運行風(fēng)險智能識別系統(tǒng)的設(shè)計。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過對文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用

于本文件。

GB/T50115工業(yè)電視各級系統(tǒng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

GB/T40659智能制造機(jī)器視覺在線檢測系統(tǒng)通用要求

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

帶鋼運行風(fēng)險riskofstripsteelrunning

當(dāng)前工序下阻礙帶鋼順穩(wěn)運行事故發(fā)生的可能性。

3.2

帶鋼跑偏stripdeviation

帶鋼中心線偏離運行生產(chǎn)線中心線的現(xiàn)象。

3.3

帶鋼瓢曲stripbuckling

由于帶鋼內(nèi)部應(yīng)力分布不均引起其表面產(chǎn)生褶皺的現(xiàn)象。

4縮略語

下列縮略語適用于本文件。

BAS：基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（BasicAutomationSystem）

PCS：過程控制系統(tǒng)（ProcessControlSystem）

MES：制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem）

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5系統(tǒng)架構(gòu)

連續(xù)退火爐帶鋼運行風(fēng)險智能識別系統(tǒng)架構(gòu)如圖1。包括設(shè)備層、數(shù)據(jù)平臺層和應(yīng)用層。

設(shè)備層包含感知設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備。感知設(shè)備對連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼及爐輥進(jìn)行圖像采

集；網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的動態(tài)傳遞；執(zhí)行設(shè)備在發(fā)現(xiàn)高風(fēng)險的帶鋼運行狀態(tài)時，

執(zhí)行系統(tǒng)輸出的控制指令。

數(shù)據(jù)平臺層包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)共享支持等，還包括帶鋼跑偏模型和帶鋼瓢

曲模型，用于實時識別判斷帶鋼在退火爐內(nèi)的運行狀態(tài)。

應(yīng)用層包含人機(jī)交互、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、優(yōu)化決策控制等，可實現(xiàn)帶鋼運行風(fēng)險的智能分析和優(yōu)化控

制。

本系統(tǒng)與外部系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，主要涉及產(chǎn)線的BAS、PCS、MES或者數(shù)據(jù)平臺等，可為帶鋼運行

風(fēng)險智能識別系統(tǒng)提供所需要的生產(chǎn)過程參數(shù)，并可接收帶鋼運行風(fēng)險智能識別系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)。

注：外部系統(tǒng)不屬于本文件的范圍

圖1連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼運行風(fēng)險智能識別系統(tǒng)架構(gòu)

連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼運行風(fēng)險智能識別系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程如下：

a)連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼運行生產(chǎn)過程中，通過設(shè)備層的爐內(nèi)工業(yè)攝像機(jī)對帶鋼及爐輥進(jìn)行拍照或攝

像，在數(shù)據(jù)平臺層實現(xiàn)對帶鋼狀態(tài)信息的實時采集和傳輸；

b)通過應(yīng)用層的人機(jī)交互功能，實現(xiàn)圖像處理、帶鋼跑偏、帶鋼瓢曲等模型參數(shù)的配置；

c)基于數(shù)據(jù)平臺層的數(shù)據(jù)處理，利用帶鋼跑偏模型、帶鋼瓢曲模型，計算帶鋼跑偏、瓢曲程度，

并存儲相關(guān)的流數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，用于歷史數(shù)據(jù)追溯和分析，相關(guān)結(jié)果數(shù)據(jù)也可向其他系統(tǒng)實

現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；

d)根據(jù)帶鋼運行風(fēng)險程度，基于應(yīng)用層的優(yōu)化決策控制，向設(shè)備層的執(zhí)行設(shè)備輸出控制指令，可

以選擇手動/自動操作進(jìn)行指令控制。當(dāng)超出帶鋼運行風(fēng)險要求時，輸出帶鋼降速或者停車指

令，以控制帶鋼風(fēng)險造成的運行事故；

e)基于應(yīng)用層的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和優(yōu)化決策控制，可對相關(guān)模型參數(shù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，并優(yōu)化參數(shù)配置。

6設(shè)備層

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6.1感知設(shè)備

6.1.1工業(yè)攝像機(jī)應(yīng)安裝在連續(xù)退火爐內(nèi)關(guān)鍵工藝段或者容易發(fā)生帶鋼運行風(fēng)險的區(qū)域，視場應(yīng)覆蓋

待檢測區(qū)域的爐輥及帶鋼。工業(yè)攝像機(jī)與待識別位置爐輥及帶鋼的距離宜為1m~8m。

6.1.2工業(yè)攝像機(jī)信噪比不應(yīng)低于25dB，視頻幀率不小于25幀/s。

6.1.3工業(yè)攝像機(jī)應(yīng)有有效的冷卻保護(hù)裝置，如水冷、氣冷等方式，以保護(hù)設(shè)備維持長期穩(wěn)定運行。

6.1.4工業(yè)攝像機(jī)宜能在-50℃~1300℃溫度范圍內(nèi)的工作環(huán)境下穩(wěn)定工作，具有采集模擬信號或數(shù)字

信號的功能。

6.1.5工業(yè)攝像機(jī)的分辨率應(yīng)符合以下要求：

a)采用模擬信號：分辨率應(yīng)不低于35萬像素，并可通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；

b)采用數(shù)字信號：分辨率應(yīng)不低于200萬像素。

6.1.6在滿足上述條件下也可使用現(xiàn)有的爐內(nèi)相機(jī)作為采集設(shè)備，工業(yè)電視應(yīng)符合GB/T50115的要

求。

6.2網(wǎng)絡(luò)傳輸

6.2.1網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)滿足TCP/IP協(xié)議或其他常用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（例如USB、SDI等），數(shù)據(jù)傳輸延遲

不大于300ms，傳輸過程不中斷。

6.2.2網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)實現(xiàn)與其他現(xiàn)場設(shè)備、控制系統(tǒng)等通信的功能，應(yīng)支持工業(yè)以太網(wǎng)接口或其他常見

數(shù)據(jù)接口，接口數(shù)據(jù)格式和接口方式應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

6.3執(zhí)行設(shè)備

包括加熱爐主速度輥以及糾偏輥、張力輥和轉(zhuǎn)向輥，其具有執(zhí)行帶鋼降速或者停車指令的功能。

6.4其他

應(yīng)符合GB/T40659的設(shè)備性能要求。

7數(shù)據(jù)平臺層

7.1數(shù)據(jù)采集

7.1.1數(shù)據(jù)采集應(yīng)至少包括：

a)由工業(yè)攝像機(jī)成像系統(tǒng)獲得的連續(xù)退火爐內(nèi)爐輥及帶鋼圖像信息；

f)由外部系統(tǒng)（BAS、PCS、MES或數(shù)據(jù)平臺等）提供的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如鋼卷號、鋼種、規(guī)格、退火

溫度等；

g)帶鋼運行過程信息，如運行速度、糾偏輥糾偏量等。

7.1.2工業(yè)攝像機(jī)的每秒采集幀數(shù)應(yīng)大于25fps。

7.1.3應(yīng)對連續(xù)退火爐內(nèi)爐輥及帶鋼圖像、運行過程信息進(jìn)行實時采集。

7.2數(shù)據(jù)處理

7.2.1應(yīng)對接收的連續(xù)退火爐內(nèi)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理方式包括但不限于高斯濾波、降噪措施、

旋轉(zhuǎn)變換等。

7.2.2對采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得爐輥位置、帶鋼邊緣位置等圖像信息。

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7.2.3宜采用傳統(tǒng)圖像分割算法（如邊緣檢測、閾值分割等）或深度學(xué)習(xí)方法，實現(xiàn)帶鋼輪廓的提取

與感興趣區(qū)域識別，得到帶鋼邊緣位置、帶鋼褶皺區(qū)域。

7.2.4帶鋼邊緣位置應(yīng)作為帶鋼跑偏模型的輸入?yún)?shù)，參與帶鋼跑偏模型計算。

7.2.5帶鋼褶皺區(qū)域應(yīng)作為帶鋼瓢曲模型的輸入?yún)?shù)，參與帶鋼瓢曲模型計算。

7.3數(shù)據(jù)存儲

7.3.1視頻數(shù)據(jù)宜使用非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫或分布式文件系統(tǒng)，也可使用視頻數(shù)據(jù)文件進(jìn)行保存。宜保證

3個月以上的歷史數(shù)據(jù)存儲，存儲空間宜不小于6TB。

7.3.2靜態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)的存儲宜使用主流關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，也可使用數(shù)據(jù)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。存儲空間應(yīng)

滿足數(shù)據(jù)管理、查詢的需要，便于質(zhì)量異議追溯，宜保證1年以上的歷史數(shù)據(jù)存儲，存儲空間宜不小于

2TB。

7.4數(shù)據(jù)共享支持

在保證數(shù)據(jù)安全的條件下，數(shù)據(jù)共享服務(wù)應(yīng)支持開放、標(biāo)準(zhǔn)的接口。

7.5帶鋼跑偏模型

7.5.1.1應(yīng)根據(jù)爐輥中心位置和帶鋼邊緣位置，動態(tài)計算帶鋼跑偏量。帶鋼跑偏量按式（1）計算。

帶鋼左側(cè)邊緣與爐輥中心距離-帶鋼右側(cè)邊緣與爐輥中心距離

帶鋼跑偏量(1)

2

7.5.1.2當(dāng)帶鋼跑偏量超過設(shè)定閾值時，模型將輸出帶鋼降速或者停車指令。

7.6帶鋼瓢曲模型

7.6.1.1應(yīng)根據(jù)帶鋼褶皺區(qū)域的位置和大小，動態(tài)計算帶鋼瓢曲程度。帶鋼瓢曲程度按式（2）計算。

帶鋼褶皺區(qū)域面積

帶鋼瓢曲程度(2)

帶鋼面積

7.6.1.2當(dāng)帶鋼瓢曲程度超過設(shè)定閾值時，模型將輸出調(diào)整帶鋼速度、張力等參數(shù)指令。

8應(yīng)用層

8.1人機(jī)交互

8.1.1應(yīng)具有系統(tǒng)安全保障功能，包括開機(jī)診斷、系統(tǒng)實時狀態(tài)監(jiān)控、故障報警、權(quán)限管理等。

8.1.2應(yīng)具有良好的人機(jī)交互和顯示功能，具體要求如下：

a）具有自動、手動模式選擇功能；

b）具有參數(shù)配置界面，并可自動或手動進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；

c）具有結(jié)果顯示功能，對帶鋼跑偏量、帶鋼瓢曲程度等風(fēng)險進(jìn)行實時顯示；

d）具有歷史數(shù)據(jù)查詢、圖表展示等功能。

8.1.3應(yīng)實時顯示帶鋼跑偏量、帶鋼瓢曲程度等結(jié)果信息。

8.1.4模型參數(shù)應(yīng)可進(jìn)行配置，可配置的參數(shù)應(yīng)至少包括帶鋼跑偏風(fēng)險閾值、帶鋼瓢曲風(fēng)險閾值等模

型參數(shù)，可根據(jù)鋼種、規(guī)格進(jìn)行區(qū)別配置。

8.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

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8.2.1應(yīng)對爐內(nèi)帶鋼運行風(fēng)險（帶鋼瓢曲、帶鋼跑偏）的歷史數(shù)據(jù)具有基本的統(tǒng)計分析功能，宜按照

不同時間維度（例如月度、季度、年度等）、鋼種、規(guī)格等進(jìn)行分析。

8.2.2宜利用機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)智能技術(shù)，實現(xiàn)對爐內(nèi)帶鋼運行風(fēng)險的統(tǒng)計分析和風(fēng)險防范。

8.3優(yōu)化決策控制

8.3.1應(yīng)具備模型參數(shù)的自學(xué)習(xí)功能。讀取與當(dāng)前帶鋼鋼種和規(guī)格相近的