SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要 ：铝合金冶炼生产过程中存在许多安全隐患，必 须采取科学的手段对生产安全进行监测，保证铝合金冶炼 生产安全，为此提出基于多传感器信息融合的铝合金冶炼 生产安全监测方法。利用多种无线传感器采集铝合金冶炼 生产设备、环境、技术以及人员四个监测指标信息，通过 多传感器信息融合确定铝合金冶炼生产安全系数，对铝合 金冶炼生产安全定量与定性评价，并确定生产安全预警等 级，对生产安全预警监测，以此完成基于多传感器信息融 合的铝合金冶炼生产安全监测。实例分析结果表明，应用 设计方法，铝合金冶炼生产过程中未发生安全事故，能设 计方法在该方面具有良好的应用前景。
关键词 ：多传感器信息融合,铝合金,冶炼生产,安全监测,定性评价,预警等级
目前，虽然铝合金冶炼的安全生产状况已经趋于稳 定，但在冶炼生产过程中仍然存在许多潜在隐患和危险 特性。例如，高温、高压、中毒、爆炸、起重伤害、高处坠 落和机械伤害等风险。此外，如果生产人员未按规程操作 或发生失误，以及铝合金冶炼企业在安全管理方面存在混 乱、岗位责任落实不到位、教育培训不完善、管理制度未 贯彻等问题，都可能导致生产安全事故的发生。尤其是近 年来，重特大铝合金冶炼生产安全事故频发，给企业造成 了巨大的经济损失。因此，在安全生产的视角下，铝合金 冶炼生产仍然属于高危行业，安全生产形势依然严峻。为 此，提出了一种基于多传感器信息融合的铝合金冶炼生产 安全监测方法。该方法利用多种无线传感器采集铝合金冶 炼生产设备、环境、技术和人员四个监测指标的信息，通 过多传感器信息融合来确定铝合金冶炼生产的安全系数。 通过对铝合金冶炼生产的安全性进行定量和定性评价，并 确定生产安全预警等级，以实现对生产安全的全面监测与 预警。实例分析结果显示，采用该设计方法后，铝合金冶 炼生产过程中未发生安全事故，能够对铝合金冶炼生产的 安全进行全面监测。因此，该方法在铝合金冶炼生产安全 监测领域具有良好的应用前景。
1 铝合金冶炼生产信息采集
铝合金冶炼生产设备的主要设备是固定式熔炼炉。固 定式熔炼炉的配料过程采用吊车和电磁吸盘将生产材料 准备好，然后放入振荡传送加料车上的料斗中，再由振荡 传送加料车将料物加入到固定式熔炼炉中。铝合金原料、 增碳剂、孕育剂等材料在计量后手动添加。在炉膛前面设 有一个快速化验室，合格的铝水从固定式熔炼炉料中提取 出来，通过吊车运输至球化站，再经过运输到浇注车间进 行浇筑造型。在这个生产过程中存在着火灾、中毒、灼烫 和触电等危险因素。
这些危险因素的原因主要包括铝合金冶炼生产设备 本身的缺陷。固定式熔炼炉的冷却水系统没有安装温度和 流量的监测和警报装置，也没有防止水进入电弧炉的保 护措施。当水供应中断时，固定式熔炼炉会自动断电。如 果运行过程中出现停水情况，就会导致线圈和水套的损 坏，进而导致铝水在水中爆炸、着火和灼伤等事故发生。 另外，铝合金冶炼设备使用时间过长，随着设备寿命的增 加，炉衬容量也会增加，从而导致炉衬变薄，不能承受铝 水的压力，进而导致穿炉事故。如果这些问题的处理不及 时，设备在运行过程中就会出现异常，引发安全事故。因 此，在铝合金冶炼生产设备中采用温度传感器、电流传感 器、电压传感器、图像传感器和水分传感器等作为监测指 标，利用这些传感器采集数据，包括冷却水温度数据、熔 炼炉运行状态数据、熔炼炉内部水分数据以及熔炼炉外部 缺陷数据。
此外，由于操作不当，也会发生安全事故。如果铝水 冷却太久而凝结， 再次加热时会膨胀， 导致炉体出现裂缝， 并引发炉体穿孔。在熔炼过程中，铝水可能从裂缝或结盖 处渗出，引起喷炉和漏炉等事故，甚至引发火灾、爆炸和 烧焦事故。因此，在铝合金冶炼生产技术方面采用温度传 感器对铝水温度数据进行采集，并用于分析铝合金冶炼生 产技术的安全风险。
在生产环境方面，由于生产材料的切削产生大量的固 体颗粒，这些颗粒会在空气中漂浮，吸入粉尘会引起生产 人员尘肺病，并且生产过程中会产生一些有毒有害气体，这些气体一旦被人体吸入就容易导致中毒事故。因此，利 用粉尘传感器和空气传感器来采集生产环境中的粉尘含 量和有毒有害气体含量等数据。此外，由于生产人员没有 配备防护用品，如防毒面具、口罩等，也容易发生安全事 故。因此，利用图像传感器来采集铝合金冶炼生产人员的 图像信息。通过串并联的方式将以上多种传感器接入到铝 合金冶炼生产电源总线上，并根据实际情况设定各个无线 传感器信号采集周期、脉冲信号发射频率和扫描范围等参 数，并将采集到的无线传感信息通过无线网络发送到计算 机上， 用于后续的铝合金冶炼生产安全预警监测。
2 基于多传感器信息融合的生产安全风险定量分析
为了提高数据的准确性和指标的可靠性，在多传感器 信息融合的方法中，采用了数据赋权的策略。具体而言， 为了表示每类传感器信息对铝合金冶炼生产安全影响程 度，根据专家评分和传感器信息标度值的和来对每类传感 器数据信息进行赋权。由于不同的监测指标对生产安全的 影响程度并不相同，需要按照监测指标的权重对同一类传 感器采集到的数据信息进行加权处理，以确保不同监测指 标的影响程度相对准确。
为了确定监测指标的权重，组建了一个由 3 至 5 名专 家组成的专家小组。每位专家对各项传感器信息对应的监 测指标进行评分。通过计算平均值，得到每个监测指标的 专家评分，并结合传感器信息标度值进行赋权，以获得更 准确的安全系数估计和预警。在数据融合过程中，我们考 虑到一些特殊情况，如数据缺失和数据异常等。我们采用 了数据缺失插补技术来处理无效数据，以确保安全监测指 标数据信息的完整性。同时，删除多传感器信息中的重复 数据， 以降低安全监测指标数据信息的冗余。
在确定每个监测指标的标度值时，采用标度法。我们 随机选择两个监测指标，然后通过比较它们与铝合金冶炼 生产安全的重要性来确定它们的标度值。如果第一个指标 相对于第二个指标对安全非常重要，则第一个指标的标度 值为 3 ;如果相对重要，则为 5 ;如果一般重要，则为 7 ; 如果同等重要，则为 9 ;如果明显重要，则为 1.通过此方 法，我们可以确定每类传感器信息对应的监测指标的标度 值。将标度值与专家评分相加，即可得到监测指标的权重 系数。然后，将每个监测指标的权重系数和相应的传感器 数据值代入综合评价矩阵中进行融合，以计算出铝合金冶 炼生产安全系数。借助这种基于多传感器信息融合的方 法，我们可以完成对铝合金冶炼生产安全的定量分析。
3 生产安全风险定性评估
根据铝合金冶炼安全评估的准则和安全等级的设定， 结合以上铝合金冶炼生产安全定量分析结果，对铝合金冶 炼安全进行定性评估。为了满足监测需求，本次评估设定 了五个安全等级，分别是安全风险非常高、安全风险比较 高、安全风险一般、安全风险比较低以及安全风险非常低。 具体的安全风险评估准则如下 ：若计算得到的铝合金冶炼 生产安全系数在 0 ～ 0.2之间，表示当前存在非常高的安 全风险，安全性很低，安全事故发生的概率非常大。若计 算得到的铝合金冶炼生产安全系数在0.2 ～ 0.4之间，表示 当前存在比较高的安全风险，安全性较低，安全事故发生 的概率比较大。若计算得到的铝合金冶炼生产安全系数在 0.4 ～ 0.6之间，表示当前的安全风险水平一般，安全性也 属于一般水平，安全事故发生的概率为 50%。若计算得到 的铝合金冶炼生产安全系数在0.6 ～ 0.8之间，表示当前存 在较低的安全风险，安全性较高，安全事故发生的概率相 对较小。若计算得到的铝合金冶炼生产安全系数在0.8 ～ 1 之间，表示当前的安全风险非常低，安全性非常高，安全 事故发生的概率非常小。根据以上评估规则，可以确定铝 合金冶炼生产的安全风险等级。
4 生产安全预警监测
铝合金冶炼生产是一个复杂的过程，涉及多种潜在的 危险因素，因此对其安全进行预警是非常必要的。预警等 级的设立是为了根据不同危险等级及时采取相应的措施， 以降低生产安全事故的发生率， 保障工人和设备的安全。
为了区分铝合金冶炼生产的危险程度，设计了一级、 二级、三级、四级、五级五个预警等级。当铝合金冶炼生产 的安全系数低于0.5、生产风险等级高于一般时，需要进行 预警响应。具体的预警等级划分规则如下，如果铝合金冶 炼生产的安全风险等级为一般时，对应的预警等级为一级 和二级， 即安全系数在0.5 ～ 0.6之间时， 预警等级为一级; 安全系数在0.4 ～ 0.5之间时，预警等级为二级。如果铝合 金冶炼生产的安全风险等级较高，对应的预警等级为三级 和四级， 即安全系数在0.3 ～ 0.4之间时， 预警等级为三级; 安全系数在0.2 ～ 0.3之间时，预警等级为四级。如果铝合 金冶炼生产的安全风险等级非常高，那么对应的预警等级 为五级， 即安全系数在0 ～ 0.2之间时， 预警等级为五级。
按照上述规则确定铝合金冶炼生产的安全预警等级， 我们将预警监测结果通过无线网络发送到预警器，将预警 器作为安全风险预警监测响应装置。根据生产安全监测需 求，我们选择了 OUFAF-AF48 预警器，并通过串并联的方式将其接入到电源总线上。预警器被安装在铝合金冶炼生 产车间上方， 并采取信号灯 +警示声的方式进行预警。
根据预警监测结果，预警器作出以下预警响应，当铝 合金冶炼生产的安全风险未达到预警等级时，即安全系数 高于0.6 时，预警器的信号灯显示绿色，且不发出任何预警 声音 ;当安全风险达到一级预警等级时，预警器的信号灯 显示蓝色，但不发出任何预警声音 ;当安全风险达到二级 预警等级时，预警器的信号灯显示黄色，但不发出任何预 警声音 ;当安全风险达到三级预警等级时，预警器的信号 灯显示白色，并发出明亮的预警声音 ;当安全风险达到四 级预警等级时，预警器的信号灯显示紫色，并发出明亮的 预警声音 ;当安全风险达到五级预警等级时，预警器的信 号灯显示红色，并发出明亮的预警声音。预警器的信号灯 闪烁频率以及预警声音发出的频率会随着预警等级的提 升而升高。
通过预警器对铝合金冶炼生产进行预警监测响应，生 产人员和管理人员可以及时了解到生产的安全状况，实现 基于多传感器信息融合的铝合金冶炼生产安全监测。这样 能够有效地提升生产的安全性，并最大程度地保障工人和 设备的安全。
5 实例分析
5.1 生产概况及监测过程
在某个铝合金冶炼生产车间作为实验环境下，所采 用的设备是 KGASG-A4G4 固定式熔炼炉。该熔炼炉被 设计用来完成铝合金的冶炼过程，其额定温度范围为 1000℃~ 2000℃, 共分为 10 个温区。丝束宽度为 1.26m， 加 热 区 长 度 为 11.24m， 额 定 功 率 为 245.15kW， 电 压 为 220V，重量为 5641.45kg。为了监测该铝合金冶炼生产的安 全情况，通过本文提出的方法进行实验。监测时间为 12 小 时。根据实际情况，准备了三个温度传感器、两个图像传 感器、两个粉尘传感器、一个电流传感器、一个电压传感 器以及一个空气传感器。另外还准备了一个预警器。所有 传感器的脉冲信号发射频率设置为 12.15GHz， 采集周期设 定为 1.12秒。总共采集到了2.15GB 的传感器信息。根据上 述步骤，我们对多个传感器信息进行了融合分析，确定了 铝合金冶炼生产的安全系数、等级以及预警等级。当预警 等级为三级时，信号灯的闪烁频率为 11.25GHz，警示音发 出的频率为 10.25GHz ;当预警等级为四级时， 信号灯的闪 烁频率为 13.25GHz， 警示音发出的频率为 12.25GHz ;当预警等级为五级时，信号灯的闪烁频率为 15.25GHz，警示 音发出的频率为 14.25GHz。根据预警等级的不同，将做出 相应的预警响应。
5.2 监测结果与讨论
经过对该铝合金冶炼生产安全进行 12 小时的监测，监 测期间共发生 10 次预警。按照时间顺序，铝合金冶炼生 产安全系数分别为2.15、1.36、1.11、0.85、0.56、1.47、1.65、 2.47、3.56、4.12.安全预警等级分别为四级、五级、五级、 五级、五级、五级、五级、四级、三级、二级。为了使数据 和结果更具说明性，我们将监测结果与铝合金冶炼生产安 全的真实情况进行对比，并使用AIFH软件计算了预警监 测结果与实际情况一致性系数。一致性系数的取值范围 在0 ～ 1之间，数值越大表示监测结果与实际情况相符程 度越高。根据软件分析得到以上十次铝合金冶炼生产安 全监测结果与实际情况的一致性系数分别为 ：0.99、0.98、 0.95、0.99、0.96、0.97、0.95、0.96、0.96、0.99.其 中最大值 为0.99.最小值为0.95.平均值为0.97.这些数值接近于 1. 表明我们应用的设计技术可以有效监测铝合金冶炼生产 安全，并能够帮助企业及时发现安全风险，做出正确的预 警。本文设计方法适用于铝合金冶炼生产安全监测，对于 提高铝合金冶炼生产安全的管理水平和效果具有一定的 参考意义。
6 结语
在铝合金冶炼生产过程中，存在着许多安全隐患。因 此，安全监测在铝合金冶炼企业的经营和生产管理中扮演 着重要角色。本研究参考了相关文献资料，并将多传感器 信息融合应用于铝合金冶炼生产安全监测中，设计了一种 全新的监测思路。这为铝合金冶炼生产安全监测提供了基 本原理，并有助于提升其安全性。同时，该方法还能够推 动铝合金冶炼生产安全监测工作的信息化和智能化水平 提高， 具有一定的研究价值。然而， 需要指出的是， 本文所 提出的研究方法尚未得到大规模的实际应用与实践。在某 些方面可能存在一些不足之处。我们将在方法优化设计方 面进一步进行深入探究，以提供更为有力的理论支撑，从 而更好地保障铝合金冶炼生产的安全监测工作。
(作者单位 ：1. 山东信通铝业有限公司 ; 2. 聊城市茌平区应急管理综合行政执法大队)
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/68782.html
