ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА С ЗОНОЙ, РЕЛЕВАНТНОЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ Российский патент 2012 года по МПК C21B7/00 B21B1/00 B22D11/00 

Настоящее изобретение относится к промышленной установке для производства или обработки жидкого, раскаленного или горячего металла, в частности доменной печи или прокатному стану, в которых в непосредственном окружении жидкого или раскаленного металла образована зона, релевантная для обеспечения безопасности, в которой присутствие человека, по меньшей мере, отчасти не разрешено.

Устройства для контроля зон пространства известны, например, из DE 10163534 A1, DE 10221578 A1 и DE 102004 047022 A1. При этом применяются сенсоры, которые выдают трехмерную информацию о контролируемой зоне. Так принцип 3D-КМОП-сенсора основывается на том, что лазер и электронно-оптический затвор являются точно синхронизированными. Затвор открывается точно с излучением лазерного импульса. Чрезвычайно короткий световой импульс подсвечивает препятствие, если оно имеется, и отраженный световой импульс поступает на 3D-КМОП-преобразователь изображения. Сенсор регистрирует время распространения, которое оценивается как мера удаления, и формы препятствия. В качестве передатчика может применяться светодиод или лазер. Пиксель КМОП-сенсора может, соответственно, включать в себя фотодиод и соответствующий пиксельный конденсатор, который при открытом временном окне посредством подсветки фотодиода разряжается.

Современные промышленные установки должны планироваться и эксплуатироваться таким образом, чтобы до минимума сократить угрозу для человека. Поэтому, как правило, определенные части установки с высоким потенциалом угрозы отгораживаются, или доступ к некоторым зонам преграждается. Для этого могут иметься защитные решетки и ворота.

Для отгораживания или контроля опасных зон вокруг машин или в простых промышленных установках также известны так называемые переключаемые маты или также оптические системы, например световые затворы. Переключаемые маты, как и ограждения с воротами для доступа, сопряжены с высокими конструктивными затратами. Оптические или основанные на излучении системы при экстремальных условиях окружающей среды не принимаются в рассмотрение.

В основе изобретения лежит задача обеспечить в промышленной установке с очень сильным излучением тепла, в частности в промышленной установке для производства или обработки жидкого, раскаленного или горячего металла, защиту и контроль зоны, релевантной для обеспечения безопасности, конструктивно более простым способом.

Эта задача согласно изобретению, что касается вышеупомянутой промышленной установки, решается посредством устройства контроля для зоны, релевантной для обеспечения безопасности, содержащего

- детекторный блок, который обнаруживает исходящее от присутствующего человека электромагнитное излучение или отсутствие электромагнитного излучения, прерываемого присутствующим человеком,

- блок оценки, который из выходных данных детекторного блока распознает присутствие человека, и

- соединенный с блоком оценки блок контроля, который в случае присутствия человека в зоне, релевантной для обеспечения безопасности, автоматически вводит действие, действующее против присутствия человека.

Изобретателями было найдено, что основанное на излучении устройство контроля для зоны, релевантной для обеспечения безопасности, также и в промышленной установке с высоким тепловым и инфракрасным излучением может гарантировать требуемую безопасность. Тем самым они преодолели техническое предубеждение. Специалисты до сих пор не принимали во внимание такие детекторные блоки для доменных печей или прокатных станов. Вместо этого там, как и прежде, имели место высокие затраты, связанные с механическими устройствами ограничения доступа. Изобретение имеет то преимущество, что затратные механические преграждающие устройства, такие как многочисленные электрически запираемые ворота в ограждении и т.д., становятся ненужными, чтобы гарантировать достаточную безопасность людей. Отказ или уменьшение масштаба использования таких защитных решеток или ворот имеет значительные преимущества и в случае технического обслуживания установки, так как тогда такие заграждения и ворота не препятствуют доступу к установке.

Предпочтительным образом детекторный блок основывается на, по меньшей мере, одном из следующих типов детекторов:

- датчик движения,

- световой затвор,

- видеокамера или камера на приборах с зарядовой связью (ПЗС) - термокамера - комбинация из оптического передатчика и сенсора на полупроводниковой матрице, в частности, по КМОП-технологии (Complementary Metal Oxid Semiconductor / комплиментарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник).

Особенно предпочтительной является комбинация из, по меньшей мере, двух вышеназванных типов детекторов в детекторном блоке, благодаря чему может достигаться особенно высокий уровень безопасности.

Кроме того, особенно предпочтительным является, если в детекторном блоке применяются принципы детекторов с различной размерностью детектирования, так, например, одномерный сенсор или линейное сканирование, в частности световой затвор, и/или двумерный сенсор или поверхностное сканирование, в частности световая завеса или 2D-камера, и/или трехмерный сенсор, причем последний, в частности, включает в себя световой передатчик, сенсор на полупроводниковой матрице с - на каждый пиксель - фотодиодом и конденсатором для интеграции возвращенного назад света передатчика, а также блок определения времени распространения. Согласно особенно предпочтительной форме выполнения детекторный блок выполнен с возможностью формирования изображения из зоны, релевантной для обеспечения защиты, а блок оценки выполняет обработку изображения. Предпочтительным образом при обработке изображения выполняется распознавание объекта или образца, предпочтительно на основе нейронной сети, так что может обеспечиваться различение человека от объекта, не являющегося человеком.

За счет этого, наряду с распознаванием угрозы для людей, также возможно распознавать иные неплановые или нерегулярные перемещения, например, транспортных средств или падающих частей в установке.

Согласно предпочтительному варианту осуществления в промышленной установке образована, по меньшей мере, одна другая зона, релевантная для обеспечения безопасности, которая или которые по своему потенциалу угрозы отличается(ются) от первой упомянутой зоны, релевантной для обеспечения безопасности, причем другая(ие) зона((ы), релевантная(ые) для обеспечения безопасности, контролируется(ются) на присутствие человека устройством контроля отдельно. При этом, по меньшей мере, одна из зон, релевантных для обеспечения безопасности, имеет степень опасности между «наивысшей опасностью» и «отсутствием опасности».

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления блок контроля соединен с устройством управления установкой, так что при обнаружении лица, которому грозит опасность, устройством управления установкой автоматически, в частности, в реальном времени, онлайновым образом и/или без промежуточного включения вводов оператором, выполняется вмешательство в работу установки для уменьшения угрозы.

При этом имеет особое преимущество, если упомянутое вмешательство по своей интенсивности выполняется в зависимости от потенциала опасности той зоны, релевантной для обеспечения безопасности, в которой обнаружен человек, не имеющий разрешения. Отсюда предпочтительным образом возникает возможность «плавной» остановки установки, за счет того, что, например, в случае прокатного стана скорость прокатки или прохождения сначала уменьшается, если человек обнаружен в зоне среднего потенциала угрозы, и скорость прокатки или прохождения только тогда снижается до нуля, то есть установка останавливается, если человек проникает в зону с наивысшим потенциалом угрозы.

В сталеплавильном цехе или доменной печи реакция на проникновение человека может состоять в замедлении и/или в полном прерывании выпуска плавки.

Также предпочтительным образом промышленная установка имеет устройство ввода для установления зоны блокировки обслуживающим персоналом диспетчерской. Обслуживающий персонал, тем самым, имеет возможность примерно внутри зоны среднего потенциала угрозы определить участок, так называемую зону блокировки, которая временно имеет более высокую или самую высокую степень угрозы, например, потому что в этой зоне кратковременно остановлена машина с повышенным потенциалом угрозы.

Пример выполнения промышленной установки согласно изобретению далее поясняется более подробно со ссылкой на чертеж. На чертеже в качестве промышленной установки 1 показана установка непрерывной разливки со станом для горячей прокатки в очень схематичной форме. Но изобретение также применимо в стане холодной прокатки, где сталь имеет температуру, например, более 100^оС.

Жидкий металл 2, например сталь, направляется посредством конического кокиля 3 и направляющих роликов от вертикального к горизонтальному направлению подачи. По горизонтали еще раскаленная полоса 6 проходит несколько клетей 5 прокатного стана, после того как она была нагрета в индукционной печи 7.

Вокруг зоны непрерывной разливки и проката промышленной установки 1 образуется несколько зон В1, В2, В3, релевантных для обеспечения безопасности, которые устройством контроля, соответственно, контролируются отдельно. Целью контроля является установить, какие процессы происходят в соответствующих зонах В1, В2, В3, и особенно, не проникло ли в соответствующую зону В1, В2, В3 неразрешенным образом какое-либо лицо, которое в этой области подвергалось бы недопустимой угрозе. Зоны, релевантные для обеспечения безопасности, включают в себя защищенную зону В3, зону В2 меньшей опасности и очень опасную зону В1.

Устройство контроля, в частности, для зон В1 и В2, релевантных для обеспечения безопасности, включает в себя детекторный блок с несколькими различными детекторами. Они представляют собой камеру на ПЗС или видеокамеру 10, которая формирует двумерное изображение (проекцию) контролируемой зоны, кроме того, трехмерный сенсор изображений, имеющий комбинацию 12 из оптического передатчика и расположенного в непосредственной близости с оптическим передатчиком сенсора на полупроводниковой матрице, а также датчик 14 движения и световой затвор 16А, 16В. Датчик 14 движения основывается, например, на так называемом пироэлектрическом эффекте. Световой затвор может работать с использованием видимого или невидимого света. В качестве 3D-сенсора используется, например, сенсор на полупроводниковой матрице, выполненный по КМОП-технологии, как он описан, например, в DE 102004 047022 A1, DE 10163534 A1 или DE 10221578 A1.

За счет взаимодействия этих различных типов детекторов и принципов детекторов блоку 22 оценки, на который подаются выходные данные названных детекторов беспроводным или проводным способом, предоставляется возможность особенно надежным образом распознавать присутствие человека в зоне В1 или В2, релевантной для обеспечения безопасности, и, например, различать от артефактов, вызванных помеховым излучением из зоны непрерывной разливки и проката. Для дополнительного повышения надежности процесса обнаружения человека в блоке 22 оценки с помощью нейронной сети осуществляется распознавание объекта или образца изображения, сформированного детекторным блоком.

Различные зоны В1 и В2, релевантные для обеспечения безопасности, могут, в соответствии с изображением, контролироваться особым образом за счет того, что для каждой зоны имеется отдельная камера или отдельный матричный детектор, то есть различные зоны В1, В2 определяются и устанавливаются посредством соответствующих конусов распознавания соответствующих детекторов. В качестве альтернативы, зоны В1, В2 могут контролироваться общим детектором, предпочтительно 3D-сенсором, причем различение того, находится ли нежелательным образом человек в зоне В1 или в зоне В2, осуществляется тогда на стороне оценки с помощью данных местоположения, которые выдаются детектором.

В блоке 22 контроля, функционально подчиненном к блоку 22 оценки, для случая, когда нежелательное лицо находится в угрожающей безопасности зоне В1 или В2, вводится действие, которое направлено против присутствия этого лица. Оно может состоять в том, что это лицо сначала, например, кратковременно предупреждается с помощью светового или звукового сигнала, например с помощью громкоговорителя 26. На более высоком уровне эскалации блок 24 контроля непосредственно воздействует на устройство 30 управления установкой, которое совместно с блоком 22 оценки и блоком 24 контроля размещено в диспетчерской 20 промышленной установки 1. В случае, когда человек после кратковременного акустического предупреждения все еще находится в зоне В1 или В2 угрозы, прокатный стан 5 останавливается или скорость прокатки снижается. Это происходит так, что не требуется вмешательство обслуживающего персонала.

В особенности в случае контроля зон В1, В2, релевантных для обеспечения безопасности, посредством 3D-сенсора особое преимущество имеет то, что обслуживающий персонал в диспетчерской 20 посредством устройства 40 ввода может установить зону V блокировки, которая кратковременно по своему потенциалу опасности классифицируется как повышенная. Представленная зона V блокировки может тем самым, например, кратковременно относиться к потенциалу опасности зоны В1, то есть если человек входит в зону V блокировки, то немедленно инициируется действие, соответствующее самой высокой степени эскалации, например немедленная остановка прокатного стана.

Согласно одному варианту в качестве камеры применяется термо- или термическая камера, что обеспечивает преимущество, состоящее в том, что не только люди идентифицируются в неразрешенных зонах, но также могут идентифицироваться другие, необычные температурные процессы в промышленной установке, например, если в нежелательном месте произошла утечка металла или упали горячие металлические детали.

Изобретение относится к области обеспечения безопасности на металлургическом производстве. Технический результат - конструктивное упрощение средств для обеспечения безопасности. В промышленной установке для производства или обработки жидкого, раскаленного или горячего металла (2, 6), в частности доменной печи или прокатном стане, в непосредственном окружении жидкого или раскаленного металла образована зона (B1, B2) безопасности, в которой присутствие человека, по меньшей мере, отчасти не разрешено. Для контроля этой зоны имеется детекторный блок (10, 12, 14, 16А, 16В), который обнаруживает исходящее от присутствующего человека электромагнитное излучение или отсутствие электромагнитного излучения, прерываемого присутствующим человеком. Кроме того, имеется блок (22) оценки, который из выходных данных детекторного блока (10, 12, 14, 16А, 16В) распознает присутствие человека, а также соединенный с блоком (22) оценки блок (24) контроля, который в случае присутствия человека в зоне (B1), релевантной для обеспечения безопасности, автоматически вводит действие, направленное против присутствия человека. За счет образования нескольких зон (B1, B2, В3), релевантных для обеспечения безопасности, с различной степенью опасности возможна плавная остановка промышленной установки (1). 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Промышленная установка для производства или обработки жидкого или раскаленного металла (2, 6), в частности сталеплавильная установка, доменная печь или прокатный стан, в которых в непосредственной близости от жидкого или раскаленного металла (2) образована зона (В1) безопасности, в которой присутствие человека, по меньшей мере, отчасти не разрешено, отличающаяся тем, что она снабжена устройством контроля для зоны безопасности, содержащим
a) детекторный блок (10, 12, 14, 16А, 16В), который выполнен с возможностью обнаружения исходящего от присутствующего в зоне (В1) безопасности человека электромагнитного излучения или отсутствия электромагнитного излучения, прерываемого присутствующим в зоне (В1) безопасности человеком, причем детекторный блок (10, 12, 14, 16А, 16В) состоит по меньшей мере из двух из следующих типов детекторов:
- датчик движения (14),
- световой затвор (16А, 16В),
- видеокамера (10) или камера на приборах с зарядовой связью (ПЗС),
- термокамера,
- комбинация (12) из оптического передатчика и сенсора на полупроводниковой матрице, в частности, по КМОП-технологии,
b) блок (22) оценки, который из выходных данных детекторного блока (10, 12, 14, 16А, 16В) распознает присутствие человека, и
c) соединенный с блоком (22) оценки блок (24) контроля, который в случае присутствия человека в зоне (В1) безопасности автоматически вводит действие, действующее против присутствия человека,
d) устройство (30) управления установкой, которое соединено с блоком (24) контроля и выполнено с возможностью автоматического управления установкой, в частности, в реальном времени при обнаружении в зоне безопасности человека, которому грозит опасность, для ее уменьшения.

2. Промышленная установка (1) по п.1, отличающаяся тем, что детекторный блок (10, 12, 14, 16А, 16В) выполнен для осуществления по меньшей мере двух из следующих принципов детектирования:
- 1D-сенсор или линейное сканирование, в частности световой затвор (16А, 16В),
- 2D-ceнcop или поверхностное сканирование, в частности световая завеса или 2D-камера,
- 3D-сенсор, в частности, включающий в себя световой передатчик, сенсор на полупроводниковой матрице с - на каждый пиксель - фотодиодом и конденсатором для интеграции возвращенного назад света передатчика и блок определения времени распространения.

3. Промышленная установка (1) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что детекторный блок (10, 12) выполнен с возможностью формирования изображения из зоны (В1) безопасности, а блок (22) оценки выполнен с возможностью обработки изображения.

4. Промышленная установка (1) по п.1, отличающаяся тем, что блок (22) оценки при обработке изображения выполняет распознавание объекта или образца предпочтительно на основе нейронной сети, так что может обеспечиваться различение человека от объекта, не являющегося человеком.

5. Промышленная установка (1) по п.1, отличающаяся тем, что для ограждения зоны (В1) безопасности не имеется никаких защитных решеток или ограждений или имеется меньше защитных решеток или ограждений, чем было бы необходимо без устройства контроля для обеспечения достаточной или предписываемой безопасности.

6. Промышленная установка (1) по п.1, отличающаяся тем, что образована, по меньшей мере, одна другая зона (В2, В3) безопасности, которая или которые по своему потенциалу опасности отличается(ются) от первой упомянутой зоны (В1) безопасности, при этом устройство контроля выполнено с возможностью отдельного контроля присутствия человека в другой(их) зоне(ах) (В2, В3) безопасности.

7. Промышленная установка (1) по п.6, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из зон (В2) безопасности имеет степень опасности между «наивысшей опасностью» и «отсутствием опасности».

8. Промышленная установка (1) по п.7, отличающаяся тем, что устройство (30) управления установкой выполнено с возможностью выполнения вмешательства в управление установкой по своей интенсивности зависимого от потенциала опасности той зоны (В1, В2, В3) безопасности, в которой обнаружено неразрешенное присутствие человека.

9. Промышленная установка (1) по п.1, отличающаяся тем, что устройство (30) управления установкой выполнено с возможностью в случае прокатного стана вмешательства в управление для уменьшения скорости прокатки или прохождения и/или остановки прокатного стана (5).

10. Промышленная установка (1) по п.1, отличающаяся тем, что устройство (30) управления установкой выполнено с возможностью в случае сталеплавильного цеха или доменной печи вмешательства в управление для замедления и/или прерывания выпуска плавки.

11. Промышленная установка (1) по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством (40) ввода для установления обслуживающим персоналом диспетчерской (20) зоны (V) блокировки, которая по своему потенциалу опасности может быть классифицирована как зона повышенной опасности.