Embed Size (px)
Citation preview
XVI CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERÍA GRÁFICA
MONITORIZACIÓN GRÁFICA DE PROCESOS INDUSTRIALES MEDIANTE TERMOGRAFÍAS
BELLO GARCÍA, Antonio (1); MENÉNDEZ FERNÁNDEZ, César (2);
DE COS JUEZ, Francisco Javier (3); RODRÍGUEZ MONTEQUÍN, María Teresa (4)
(1)Universidad de Oviedo, España Departamento de Construcción e Ingeniería de Fabricación
Correo electrónico: [email protected]
(2)Departamento de Matemáticas Correo electrónico: [email protected]
(3)Departamento de Explotación de Minas Correo electrónico: [email protected]
(4)Departamento de Explotación de Minas Correo electrónico: [email protected]
RESUMEN
El proceso de galvanizado está fundamentalmente condicionado por la etapa de inmersión del material en el baño y el control de su recubrimiento a la salida. En una línea de galvanización continua el control de espesor se realiza mediante el empleo de cuchillas de aire. Estas, colocadas a ambos lados de la banda, soplan aire a una presión adecuada para conseguir escurrir el Zn líquido sobrante hasta dejar sobre la banda el recubrimiento deseado. Este sistema presenta dificultades de homogeneidad que son detectados únicamente mediante la medida del espesor de recubrimiento en tres zonas concretas de la banda, empleando una galga radioactiva. Dicho proceso de inspección resulta insuficiente y debido dificulta la adecuada regulación del proceso. El presente artículo describe los trabajos realizados en el proyecto de diseño de un sistema basado en técnicas inteligentes que, utilizando la información extraída de una cámara termográfica, permita un control exacto de la evolución del proceso de recubrimiento y enfriamiento de la banda galvanizada. Así mismo el sistema expuesto permitirá actuar sobre la posición de una campana de enfriamiento por soplado, en base a información adicional extraída del proceso. Este trabajo se realiza dentro del marco de un proyecto europeo subvencionado por CECA.
Palabras clave: galvanizado, termografía, técnicas inteligentes, control de procesos, simulación numérica, aplicaciones y desarrollos
ABSTRACT
The main objective of this project is to develop a model to control the quality of the strip coating in a galvanizing line using the thermal information provided by an infrared camera. The system will be used as a way of surveillance of the installation conditions and to determine changes as a condition monitoring virtual sensor. This system will be tested at the Galvanization Line Number 2 at Aceralia-Avilés
Key words: galvanizing, thermography, intelligent techniques, process control, numerical simulation, applications and developments.
1. Introducción
Hoy en día, la política comercial de las grandes empresas siderúrgicas está dirigida hacia la venta de productos de mayor valor añadido, como son los aceros recubiertos, fundamentalmente electrocincado y galvanizado, que están experimentando una creciente demanda en sectores tales como la automoción, electrodomésticos y construcción.
El recubrimiento galvanizado es un método de protección contra la corrosión, que consiste en la disposición de moléculas de metal protector sobre el material a proteger. Este metal protector acostumbra a ser el zinc por sus excelentes, y muy características propiedades ante la corrosión, acompañado en menor medida de aleantes para mejorar las propiedades de adherencia.
Se denomina CHAPA GALVANIZADA a la obtenida haciendo pasar banda de acero, acondicionada superficialmente, por un baño de cinc de forma continua, adhiriéndose y reaccionando éste con el acero base dando lugar a una capa de cinc de espesor variable, una vez solidificado.
La Galvanización es uno de los procesos más efectivos para proteger el acero de la corrosión atmosférica.
Arcelor Corporación Siderúrgica, en sus líneas de galvanización en continuo de Avilés, Echévarri y Sagunto, produce chapa y bobina galvanizada a partir de las distintas calidades de la banda de acero base laminada en frío, de acuerdo al uso final requerido del producto.
Dentro del proceso de recubrimiento resulta de vital importancia la adecuada solidificación del cinc líquido sobre la banda. Un enfriamiento inadecuado conduce a distribuciones no uniformes de cinc lo que conlleva defectos superficiales que, en definitiva, reducen la calidad del producto.
Los sistemas de supervisión que el grupo Arcelor posee en sus instalaciones de Avilés se reducen a una medida puntual de los espesores de recubrimiento en tres zonas concretas de la banda, empleando para ello una galga radiactiva conocida como Sentrol.
Este sistema de supervisión resulta insuficiente tanto por lo limitado de su muestreo, como por el hecho de que la mencionada galga se encuentra situada a una considerable distancia del pote de galvanizado. Todo ello redunda en un insuficiente sistema de control con una capacidad de actuación inadecuada a las necesidades del proceso.
El presente artículo muestra los esfuerzos realizados por las Áreas de Expresión Gráfica en la Ingeniería, Matemática Aplicada y Proyectos de Ingeniería de la Universidad de Oviedo para dotar a la planta de un sistema de supervisión de alto rendimiento, se pretende que dicho sistema sea versátil y que permita una realimentación constante al proceso de las condiciones de la banda en el preciso instante en el que está sale del pote de galvanizado.
El nuevo sistema de supervisión propuesto permite una inspección visual inmediata del proceso de enfriamiento, así como un análisis basado en datos de las condiciones de proceso que optimizarían el proceso.
2. Descripción de los equipos empleados
El entorno de supervisión propuesto está basado en una cámara termográfica situada frontalmente a la zona de enfriamiento de la banda de acero galvanizada. La señal de video proveniente de la cámara es transmitida a través de un cable de fibra óptica hasta la cabina de control del proceso, donde se deriva a un monitor para uso de los operadores, así mismo dicha señal es capturada por un ordenador de proceso donde se realiza un tratamiento de la misma (Ver figura 1).
Figura 1. Configuración general del sistema de supervisión.
La elección del sistema de transmisión basado en fibra óptica es el resultado de descartar una primera idea de comunicación inalámbrica basada en microondas. Este sistema inalámbrico fue descartado a pesar de la evidente ventaja que suponía no tener que cablear la zona de producción, debido a las ocasionales interferencias generadas por el pote de inducción.
En la figura 2 puede apreciarse una comparación entre la imagen obtenida a través del sistema óptico con respecto al sistema basado en microondas donde es fácil apreciar las ventajas en cuanto a calidad del primero.
Como una posible mejora para futuros proyectos de colaboración se ha dejado abierta la posibilidad de actuación sobre una campana de enfriamiento, situada horizontalmente por encima de la zona de trabajo de la cámara termográfica
Transmisión por fibra óptica Transmisión por microondas
Figura 2. Comparativa de las imágenes adquiridas con los distintos métodos de transmisión.
3. Procesamiento de la imagen térmica
Tras la evaluación de diversas alternativas se optó por la generación de un sistema de tratamiento de imagen modular, dicho sistema es capaz de llevar a cabo diversas tareas de un modo integrado. Los módulos que constituyen la herramienta implementada son tres:
• Módulo de captura.
• Módulo de tratamiento de imagen.
• Módulo de procesamiento avanzado.
El acceso a los distintos módulos se consigue a través de una herramienta interna de administración.
La tarjeta de adquisición de video es del tipo Pinnacle 32 y recibe la señal en formato S-video. Todos los módulos han sido programados en Visual C aprovechando librerías propias de la tarjeta de adquisición y están preparados para funcionar de
manera automática sin necesidad de supervisión. Así mismo todos los módulos pueden ser configurados de manera independiente
Figura 3. Aspecto del modulo de captura.
Modulo de Captura
En este modulo se llevan a cabo las operaciones básicas de captura y configuración tanto de imágenes estáticas como de video en tiempo real. Por otra parte es en este módulo donde se realiza la configuración de aspectos tales como el formato de salida, resolución, frecuencia de captura, nivel de compresión, etc. En la figura 3 puede verse una captura del aspecto que muestra este módulo.
Normalmente dada la inercia terminal que el proceso de galvanizado conlleva, se capturará una foto por segundo, lo que asegura un control en tiempo real del proceso.
El sistema de adquisición de video permite las funciones básicas de previsualización, grabación y reproducción, así mismo está preparado para mostrar las
imágenes en tiempo real. Por otra parte permite variar las dimensiones de la ventana de visualización así como su formato. Otras funciones típicas de la fuente de video pueden también ser modificadas, por ultimo permite la compresión de las imágenes capturadas para la optimización del espacio ocupado en disco.
Figura 4. Apariencia del módulo de tratamiento de imagen.
Modulo de Tratamiento de imagen.
Este módulo es el encargado de llevar a cabo el análisis de la zona seleccionada de la banda, permite la generación de histogramas de temperatura así como de isotermas. Por otra parte, genera también de manera automática la descomposición de la imagen en sus tres colores básicos para futuros tratamientos.
Así mismo se permite la realización de ampliaciones (zoom) selectivas con objeto de facilitar el estudio de fenómenos localizados.
Por otra parte, es posible trabajar sobre el brillo de la imagen e incluso pasarla a escala de grises con objeto de minimizar los posibles fenómenos de reflexión que tienen lugar en la zona de estudio.
El aspecto de la herramienta puede verse en las figuras 4 y 5.
Figura 5. Apariencia del módulo de tratamiento de imagen (II).
Para facilitar el estudio on-line de la evolución térmica de la banda esta herramienta permite visualizar los histogramas de temperatura a pantalla completa como se puede apreciar en la figura 5.
Figura 5. Histograma de temperaturas de la banda..
Modulo de procesamiento avanzado.
Este módulo permite, además de los tratamientos de imagen previamente mencionados, la posibilidad de trabajar con modos de color no RGB, como son: HSV, HLS, CMYK, etc. La herramienta no está concebida para llevar a cabo estudios on-line, sino para posteriores validaciones del proceso de enfriamiento de la banda. El aspecto del entorno gráfico de la herramienta puede apreciarse en la figura 6.
Figura 6. Entorno gráfico de tratamiento avanzado.
Por último el sistema incluye una aplicación que permite la administración integrada de los diferentes módulos, tal como puede verse en la figura 7, siendo posible la presentación a pantalla completa de cualquiera de los módulos, en detrimento de la visualización del resto.
Figura 7. Aspecto de la aplicación integrada.
De manera automática, e independientemente del uso, que en un momento concreto, el operador esté realizando con cualquiera de los módulos, el sistema genera el filtrado de la imagen capturada, así como un tratamiento básico de separación por zonas de temperatura. En este momento se llevan a cabo, en caso de ser necesarios, otros filtrados como el encargado de eliminar las zonas de alta reflexión de la banda (si las hubiera) y el interpolado térmico de la zona perdida.
El aspecto de la herramienta durante su proceso de funcionamiento puede distinguirse en la figura 8, donde pueden apreciarse algunos de los procesos anteriormente comentados. Diversas pruebas realizadas en las instalaciones de Aceralia pusieron de manifiesto claramente que el ordenador encargado de la captura y tratamiento puede llevar a cabo todas las tareas encomendadas sin merma en el rendimiento del resto de las aplicaciones disponibles.
Figura 8. Herramienta de captura y filtrado en modo operativ
4. Conclusiones
Se ha completado con éxito la instalación de un nuevo equipo de medida basado en información térmica del proceso de galvanizado, así mismo se ha generado un avanzado sistema de captura, tratamiento y análisis de imagen, que sienta las bases para la obtención de un futuro primer modelo basado en redes neuronales, que presente las siguientes ventajas:
• Añada una nueva herramienta de supervisión, capaz, a priori, de detectar tanto vicios ocultos como fallos en el sistema de recubrimiento.
• Dotar a los operadores de un nuevo monitor de seguimiento del proceso que de manera continua informa sobre el estado del mismo de forma visual y clara.
• Siente las bases para un futuro sistema de control de la torre de refrigeración que podrá ser implementado cuando el sistema sea finalmente validado y contrastado.
En general podemos decir que se comprueba que este tipo de enfoque puede complementar con éxito los métodos tradicionales, logrando considerables mejoras en la precisión
Referencias
González, Ortega, Rendueles, Vergara. (Junio 2001) “Improvement Of Coating Uniformity With An Automatic Neural Setup System For Air Knives In A Hot Dip Galvanising Line”. GALVATECH’ 2001. Bruselas
Kissel, M.; Fromholz, C. “Determination ogf the Stress Strain Curve Using the Flat-Die Plane Compression Test Application to the Set Up of a Cold Tandem Mill”. SOLLAC/CIREP
Tuneshi Sughara, N. “Development of a Mathematical Model for Calculation of The Pass Schedule for a Plate Mill”, Companhia Siderúrgica Paulista – COSIPA. Brasil
