專利名稱：基于圖像識別的電渣爐熔鑄過程抽錠速度自動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電渣爐熔鑄過程中使用的抽錠速度自動控制裝置。
背景技術(shù)：
為了保證電渣爐的鑄錠質(zhì)量，需要根據(jù)電渣爐結(jié)晶器內(nèi)鋼水的液面高度實時控制 設(shè)備的抽錠速度。目前在工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的是人工觀察結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面高度，相應(yīng) 手動調(diào)整有關(guān)裝置以控制抽錠速度的方式，其控制的滯后性較為明顯，控制精度比較差，對 操作人員的基本素質(zhì)要求高；同時，由于電渣爐熔鑄過程中，電極上存在大于10000A的交 流電流，形成了巨大的強磁場，結(jié)晶器內(nèi)溫度在800°C以上以及渣池內(nèi)存在氟化物，這些不 僅對于人體危害較大；且高溫之下使得一般接觸式的液面檢測元件無法正常工作，較為明 顯地影響了鑄錠的內(nèi)部質(zhì)量。針對以上情況，需要發(fā)明一種功能齊全、控制精度高、穩(wěn)定可 靠、操作簡便的電渣爐熔鑄過程抽錠速度自動控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明擬采用圖像識別處理技術(shù)，以上位機為人機交互界面并進行數(shù)據(jù)處理，以 可編程邏輯控制器PLC為控制核心，以驅(qū)動抽錠裝置的變頻調(diào)速電機為受控執(zhí)行機構(gòu)，進 而提供一種基于圖像識別的電渣爐熔鑄過程中使用的抽錠速度自動控制裝置。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種電渣爐熔鑄過程中使用的抽錠速度自動控制裝 置，該裝置由上位機、圖像采集系統(tǒng)、可編程邏輯控制器PLC和控制執(zhí)行機構(gòu)組成，其特征 在于圖像采集系統(tǒng)將采集到的結(jié)晶器鋼水液面圖像傳輸?shù)缴衔粰C中；由上位機中內(nèi)嵌的 圖像處理系統(tǒng)計算出結(jié)晶器鋼水液面的實時皿，并將上位機計算出的實時高度傳輸?shù)?PLC中；PLC將實時高度與PLC內(nèi)存儲的結(jié)晶器鋼水液面的期望高度進行比較并計算出實時 高度同期望高度之間的差值，并根據(jù)此差值確定用于調(diào)節(jié)抽錠速度的調(diào)節(jié)量，向控制執(zhí)行 機構(gòu)發(fā)送出調(diào)控指令；控制執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)PLC發(fā)送的調(diào)控指令調(diào)節(jié)抽錠速度。根據(jù)本發(fā)明的一方面，該裝置的圖像采集系統(tǒng)是由攝像頭、濾光片、云臺以及圖像 數(shù)據(jù)采集卡組成。根據(jù)本發(fā)明的一方面，裝置中利用結(jié)晶器鋼水液面圖像像素之間的亮度變化梯度 來實現(xiàn)對結(jié)晶器鋼水液面的實時高度的檢測。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在圖像處理系統(tǒng)軟件和上位機之間采用OPC軟件技術(shù)進行
通{曰。根據(jù)本發(fā)明的一方面。在上位機同PLC之間通過MPI協(xié)議實現(xiàn)彼此間的實時數(shù)據(jù)
通{曰。


附圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計出的電渣爐熔鑄過程中使用的抽錠速度自動控制裝置 的結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合圖1進一步詳細說明本發(fā)明的實施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明作出的電渣爐熔鑄過程抽錠速度自動控制裝置的結(jié)構(gòu)示意框 圖，主要由上位機1、圖像采集系統(tǒng)2、可編程邏輯控制器PLC 3和控制執(zhí)行機構(gòu)4組成，其 中，上位機1可選用能夠動態(tài)顯示電渣爐熔鑄過程參數(shù)的普通工業(yè)控制計算機，即工控機， 使之能夠?qū)崿F(xiàn)快速計算和精確顯示人機界面，有效進行數(shù)據(jù)交換；圖像采集系統(tǒng)2屬于非 接觸式結(jié)晶器鋼水液面檢測硬件平臺，通過此平臺可以實現(xiàn)結(jié)晶器鋼水液面的實時圖像采 集與傳輸；可編程邏輯控制器PLC 3也可視為本發(fā)明裝置中的下位機，根據(jù)上位機1的液面 實時高度數(shù)據(jù)經(jīng)過計算分析后給出指令從而實現(xiàn)對控制執(zhí)行機構(gòu)4的實時控制；控制執(zhí)行 機構(gòu)4主要由變頻器控制的變頻電機(即下文中的抽錠電機)及其所拖動的抽錠傳動裝置 構(gòu)成。在圖1中，5為被控部件抽錠裝置及電渣爐結(jié)晶器等爐體設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的實施例，上位機1用于電渣爐熔鑄過程的結(jié)晶器鋼水液面高度的監(jiān) 控與分析，其通過網(wǎng)絡(luò)通信卡和通訊電纜(如西門子專用數(shù)據(jù)通信卡CP 5611或者CP5621) 實現(xiàn)與PLC 3的連接，并通過MPI協(xié)議實現(xiàn)彼此間的實時數(shù)據(jù)通信，上位機1還可提供電渣 爐熔鑄過程的操作界面，根據(jù)PLC3的反饋信息實現(xiàn)電渣爐熔鑄過程參數(shù)實時顯示，另外上 位機1還具有電渣爐熔鑄過程結(jié)晶器鋼水液面高度采集初始參數(shù)設(shè)定的功能，每次開爐之 后根據(jù)產(chǎn)品的規(guī)格和品種型號都要進行初始校正。上位機1利用一般的通訊技術(shù)即可實現(xiàn) 同圖像處理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，舉例來說，可采用OPC技術(shù)，其中，將上位機中結(jié)晶器鋼 水液面監(jiān)控軟件作為OPC技術(shù)的服務(wù)器端，將利用VB6. 0技術(shù)開發(fā)出的圖像處理程序作為 OPC技術(shù)的客戶端。從而實現(xiàn)二者之間實時數(shù)據(jù)通信。工作時，圖像采集系統(tǒng)2將采集到的結(jié)晶器鋼水液面圖像傳輸?shù)缴衔粰C1中的圖 像處理系統(tǒng)，由圖像處理系統(tǒng)采用基于像素亮度梯度的圖像處理算法進行計算從而得到結(jié) 晶器鋼水液面的實時高度，上位機1將得到的結(jié)晶器鋼水液面的實時高度傳入到PLC 3中， 在PLC 3中，所述結(jié)晶器鋼水液面的實時高度與用戶通過上位機1設(shè)定并存儲在PLC 3中 的期望高度進行比較得到實時高度與期望高度之間的差值。在可編程邏輯控制器PLC 3 中，還預(yù)先存儲有調(diào)節(jié)抽錠速度的標準范圍區(qū)間，當上述差值落入到不同的標準范圍區(qū)間 時，將對應(yīng)地給出不同的速度調(diào)節(jié)量，由這一調(diào)節(jié)量產(chǎn)生一定速度調(diào)節(jié)指令，再由PLC 3發(fā) 送到控制執(zhí)行機構(gòu)4予以執(zhí)行。從而使得抽錠電機提高或降低轉(zhuǎn)速進而調(diào)節(jié)抽錠速度，達 到實時控制結(jié)晶器鋼水液面之目的。前述的預(yù)先存儲有調(diào)節(jié)抽錠速度的標準范圍區(qū)間指的是依據(jù)人工經(jīng)驗或計算機 計算而得出的標準范圍區(qū)間，每一標準區(qū)間都對應(yīng)一指定的抽錠速度數(shù)值供調(diào)速時參考或 遵循。如圖1所示，電渣爐熔鑄過程中結(jié)晶器鋼水液面的檢測采用非接觸式的基于圖像 檢測的處理方法。其中采用日本松下公司生產(chǎn)的工業(yè)現(xiàn)場專用攝像頭WV-CP280/CH，結(jié)合 漢邦四路圖像數(shù)據(jù)采集卡，圖像數(shù)據(jù)傳輸電纜采用專用的視頻電纜；為提高軟件的識別精 度，液面處理算法采用了基于前后相鄰點顏色值變化趨勢的圖像處理算法。具體處理方法 如下在進行圖像處理之前，需要用戶首先進行視頻采集的設(shè)置及標準圖像的選取工作，如定義視頻周期采樣時間、視頻采集設(shè)備的初始化、攝像頭對焦、亮度調(diào)節(jié)和圖像采集 的高度區(qū)間等。每經(jīng)過一次周期采樣時間間隔，自動采集一張存有當前的結(jié)晶器鋼水液面 的圖像畫面，經(jīng)柵格化處理后可取得此圖像畫面上所有點的亮度值，形成一個數(shù)組，將其存 儲到圖像處理系統(tǒng)中，然后對該數(shù)組進行排序，找出其中最大亮度值，對其進行線性變換就 可以得到當前的結(jié)晶器鋼水液面高度(即液面的實時高度)，再與期望的液面高度(液面的 期望高度)之進行比較，計算出差值，最后由PLC 3發(fā)出指令給控制執(zhí)行機構(gòu)4，實現(xiàn)對現(xiàn)場 設(shè)備的抽錠速度控制。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的抽錠速度自動控制裝置具有遠程監(jiān)控、電渣爐熔 鑄過程結(jié)晶器鋼水液面實時顯示、熔鑄過程參數(shù)實時動態(tài)顯示與記錄，并能夠?qū)崿F(xiàn)電渣爐 熔鑄過程對抽錠速度的自動控制；該抽錠速度自動控制裝置與傳統(tǒng)手工控制相比，具有現(xiàn) 場運行穩(wěn)定可靠、響應(yīng)速度快、壽命長、維護量小、運行成本低、操作簡便的優(yōu)點，并由此可 以較好地保證了電渣爐的鑄錠質(zhì)量，并且本發(fā)明的抽錠速度自動控制裝置中的圖像采集系 統(tǒng)采用工業(yè)用黑白攝像頭、濾光片、云臺、圖像數(shù)據(jù)采集卡，圖像處理系統(tǒng)采用Microsoft 公司的Visual Basic 6. 0 ；同時采用OPC技術(shù)實現(xiàn)其與上位機之間的實時數(shù)據(jù)通信，從而 減低了裝置的開發(fā)投資。
權(quán)利要求
一種電渣爐熔鑄過程使用的抽錠速度自動控制裝置，該裝置由上位機、圖像采集系統(tǒng)、可編程邏輯控制器PLC和控制執(zhí)行機構(gòu)組成，其特征在于圖像采集系統(tǒng)將采集到的結(jié)晶器鋼水液面圖像傳輸?shù)缴衔粰C中；由上位機中內(nèi)嵌的圖像處理系統(tǒng)計算出結(jié)晶器鋼水液面的實時高度，并將上位機計算出的實時高度傳輸?shù)絇LC中；PLC將實時高度與PLC內(nèi)存儲的結(jié)晶器鋼水液面的期望高度進行比較并計算出實時高度同期望高度之間的差值，并根據(jù)此差值確定用于調(diào)節(jié)抽錠速度的調(diào)節(jié)量，向控制執(zhí)行機構(gòu)發(fā)送出調(diào)控指令；控制執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)PLC發(fā)送的調(diào)控指令調(diào)節(jié)抽錠速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽錠速度自動控制裝置，其特征在于該裝置的圖像采集系 統(tǒng)是由攝像頭、濾光片、云臺以及圖像數(shù)據(jù)采集卡組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽錠速度自動控制裝置，其特征在于裝置中利用結(jié)晶器鋼 水液面圖像像素之間的亮度變化梯度來實現(xiàn)對結(jié)晶器鋼水液面的實時高度的檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽錠速度自動控制裝置，其特征在于在圖像處理系統(tǒng)和上 位機之間采用0PC技術(shù)進行通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽錠速度自動控制裝置，其特征在于在上位機同PLC之間 通過MPI協(xié)議實現(xiàn)彼此間的實時數(shù)據(jù)通信。
全文摘要
本項發(fā)明為一種基于圖像識別的電渣爐熔鑄過程抽錠速度自動控制裝置。該裝置由上位機、圖像采集系統(tǒng)、可編程邏輯控制器PLC和控制執(zhí)行機構(gòu)組成，其特征在于圖像采集系統(tǒng)將采集到的結(jié)晶器鋼水液面圖像傳輸?shù)缴衔粰C中；由上位機中內(nèi)嵌的圖像處理系統(tǒng)計算出結(jié)晶器鋼水液面的實時高度，并將上位機計算出的實時高度傳輸?shù)絇LC中；PLC將實時高度與PLC內(nèi)存儲的結(jié)晶器鋼水液面的期望高度進行比較并計算出實時高度同期望高度之間的差值，并根據(jù)此差值確定用于調(diào)節(jié)抽錠速度的調(diào)節(jié)量，向控制執(zhí)行機構(gòu)發(fā)送出調(diào)控指令；控制執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)PLC發(fā)送的調(diào)控指令調(diào)節(jié)抽錠速度。利用本項發(fā)明可順利實現(xiàn)電渣爐中的抽錠速度的有效控制，進而有效提高了鑄錠產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量。
文檔編號G05B19/418GK101887268SQ20101023634
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者劉喜海 申請人:沈陽東大興科冶金技術(shù)有限公司