專利名稱：基于圖像識(shí)別的電渣爐熔鑄過(guò)程抽錠速度自動(dòng)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(guò)程中使用的抽錠速度自動(dòng)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(shí)時(shí)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(dòng)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(duì) 操作人員的基本素質(zhì)要求高；同時(shí)，由于電渣爐熔鑄過(guò)程中，電極上存在大于10000A的交 流電流，形成了巨大的強(qiáng)磁場(chǎng)，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(duì)于人體危害較大；且高溫之下使得一般接觸式的液面檢測(cè)元件無(wú)法正常工作，較為明 顯地影響了鑄錠的內(nèi)部質(zhì)量。針對(duì)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(jiǎn)便的電渣爐熔鑄過(guò)程抽錠速度自動(dòng)控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明擬采用圖像識(shí)別處理技術(shù)，以上位機(jī)為人機(jī)交互界面并進(jìn)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(dòng)抽錠裝置的變頻調(diào)速電機(jī)為受控執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn) 而提供一種基于圖像識(shí)別的電渣爐熔鑄過(guò)程中使用的抽錠速度自動(dòng)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(guò)程中使用的抽錠速度自動(dòng)控制裝 置，該裝置由上位機(jī)、圖像采集系統(tǒng)、可編程邏輯控制器PLC和控制執(zhí)行機(jī)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(jī)中；由上位機(jī)中內(nèi)嵌的 圖像處理系統(tǒng)計(jì)算出結(jié)晶器鋼水液面的實(shí)時(shí)皿，并將上位機(jī)計(jì)算出的實(shí)時(shí)高度傳輸?shù)?PLC中；PLC將實(shí)時(shí)高度與PLC內(nèi)存儲(chǔ)的結(jié)晶器鋼水液面的期望高度進(jìn)行比較并計(jì)算出實(shí)時(shí) 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(jī)構(gòu)發(fā)送出調(diào)控指令；控制執(zhí)行機(jī)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(tái)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶器鋼水液面的實(shí)時(shí)高度的檢測(cè)。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(jī)之間采用OPC軟件技術(shù)進(jìn)行
通{曰。根據(jù)本發(fā)明的一方面。在上位機(jī)同PLC之間通過(guò)MPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)彼此間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)
通{曰。


附圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)出的電渣爐熔鑄過(guò)程中使用的抽錠速度自動(dòng)控制裝置 的結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明作出的電渣爐熔鑄過(guò)程抽錠速度自動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意框 圖，主要由上位機(jī)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(jī)構(gòu)4組成，其 中，上位機(jī)1可選用能夠動(dòng)態(tài)顯示電渣爐熔鑄過(guò)程參數(shù)的普通工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，即工控機(jī)， 使之能夠?qū)崿F(xiàn)快速計(jì)算和精確顯示人機(jī)界面，有效進(jìn)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(cè)硬件平臺(tái)，通過(guò)此平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器鋼水液面的實(shí)時(shí)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(jī)，根據(jù)上位機(jī)1的液面 實(shí)時(shí)高度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算分析后給出指令從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的實(shí)時(shí)控制；控制執(zhí)行 機(jī)構(gòu)4主要由變頻器控制的變頻電機(jī)(即下文中的抽錠電機(jī))及其所拖動(dòng)的抽錠傳動(dòng)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(shí)施例，上位機(jī)1用于電渣爐熔鑄過(guò)程的結(jié)晶器鋼水液面高度的監(jiān) 控與分析，其通過(guò)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(shí)現(xiàn)與PLC 3的連接，并通過(guò)MPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)彼此間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，上位機(jī)1還可提供電渣 爐熔鑄過(guò)程的操作界面，根據(jù)PLC3的反饋信息實(shí)現(xiàn)電渣爐熔鑄過(guò)程參數(shù)實(shí)時(shí)顯示，另外上 位機(jī)1還具有電渣爐熔鑄過(guò)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(hào)都要進(jìn)行初始校正。上位機(jī)1利用一般的通訊技術(shù)即可實(shí)現(xiàn) 同圖像處理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，舉例來(lái)說(shuō)，可采用OPC技術(shù)，其中，將上位機(jī)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(shí)現(xiàn)二者之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。工作時(shí)，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C(jī)1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(jìn)行計(jì)算從而得到結(jié) 晶器鋼水液面的實(shí)時(shí)高度，上位機(jī)1將得到的結(jié)晶器鋼水液面的實(shí)時(shí)高度傳入到PLC 3中， 在PLC 3中，所述結(jié)晶器鋼水液面的實(shí)時(shí)高度與用戶通過(guò)上位機(jī)1設(shè)定并存儲(chǔ)在PLC 3中 的期望高度進(jìn)行比較得到實(shí)時(shí)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(chǔ)有調(diào)節(jié)抽錠速度的標(biāo)準(zhǔn)范圍區(qū)間，當(dāng)上述差值落入到不同的標(biāo)準(zhǔn)范圍區(qū)間 時(shí)，將對(duì)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(jī)構(gòu)4予以執(zhí)行。從而使得抽錠電機(jī)提高或降低轉(zhuǎn)速進(jìn)而調(diào)節(jié)抽錠速度，達(dá) 到實(shí)時(shí)控制結(jié)晶器鋼水液面之目的。前述的預(yù)先存儲(chǔ)有調(diào)節(jié)抽錠速度的標(biāo)準(zhǔn)范圍區(qū)間指的是依據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)或計(jì)算機(jī) 計(jì)算而得出的標(biāo)準(zhǔn)范圍區(qū)間，每一標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間都對(duì)應(yīng)一指定的抽錠速度數(shù)值供調(diào)速時(shí)參考或 遵循。如圖1所示，電渣爐熔鑄過(guò)程中結(jié)晶器鋼水液面的檢測(cè)采用非接觸式的基于圖像 檢測(cè)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(chǎng)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(shí)別精 度，液面處理算法采用了基于前后相鄰點(diǎn)顏色值變化趨勢(shì)的圖像處理算法。具體處理方法 如下在進(jìn)行圖像處理之前，需要用戶首先進(jìn)行視頻采集的設(shè)置及標(biāo)準(zhǔn)圖像的選取工作，如定義視頻周期采樣時(shí)間、視頻采集設(shè)備的初始化、攝像頭對(duì)焦、亮度調(diào)節(jié)和圖像采集 的高度區(qū)間等。每經(jīng)過(guò)一次周期采樣時(shí)間間隔，自動(dòng)采集一張存有當(dāng)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(diǎn)的亮度值，形成一個(gè)數(shù)組，將其存 儲(chǔ)到圖像處理系統(tǒng)中，然后對(duì)該數(shù)組進(jìn)行排序，找出其中最大亮度值，對(duì)其進(jìn)行線性變換就 可以得到當(dāng)前的結(jié)晶器鋼水液面高度(即液面的實(shí)時(shí)高度)，再與期望的液面高度(液面的 期望高度)之進(jìn)行比較，計(jì)算出差值，最后由PLC 3發(fā)出指令給控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)4，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備的抽錠速度控制。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明的抽錠速度自動(dòng)控制裝置具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、電渣爐熔 鑄過(guò)程結(jié)晶器鋼水液面實(shí)時(shí)顯示、熔鑄過(guò)程參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示與記錄，并能夠?qū)崿F(xiàn)電渣爐 熔鑄過(guò)程對(duì)抽錠速度的自動(dòng)控制；該抽錠速度自動(dòng)控制裝置與傳統(tǒng)手工控制相比，具有現(xiàn) 場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、維護(hù)量小、運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)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(tái)、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(shí)采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)其與上位機(jī)之間的實(shí)時(shí)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(guò)程使用的抽錠速度自動(dòng)控制裝置，該裝置由上位機(jī)、圖像采集系統(tǒng)、可編程邏輯控制器PLC和控制執(zhí)行機(jī)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(jī)中；由上位機(jī)中內(nèi)嵌的圖像處理系統(tǒng)計(jì)算出結(jié)晶器鋼水液面的實(shí)時(shí)高度，并將上位機(jī)計(jì)算出的實(shí)時(shí)高度傳輸?shù)絇LC中；PLC將實(shí)時(shí)高度與PLC內(nèi)存儲(chǔ)的結(jié)晶器鋼水液面的期望高度進(jìn)行比較并計(jì)算出實(shí)時(shí)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(jī)構(gòu)發(fā)送出調(diào)控指令；控制執(zhí)行機(jī)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(dòng)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(tái)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(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶器鋼水液面的實(shí)時(shí)高度的檢測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽錠速度自動(dòng)控制裝置，其特征在于在圖像處理系統(tǒng)和上 位機(jī)之間采用0PC技術(shù)進(jìn)行通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽錠速度自動(dòng)控制裝置，其特征在于在上位機(jī)同PLC之間 通過(guò)MPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)彼此間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。
全文摘要
本項(xiàng)發(fā)明為一種基于圖像識(shí)別的電渣爐熔鑄過(guò)程抽錠速度自動(dòng)控制裝置。該裝置由上位機(jī)、圖像采集系統(tǒng)、可編程邏輯控制器PLC和控制執(zhí)行機(jī)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(jī)中；由上位機(jī)中內(nèi)嵌的圖像處理系統(tǒng)計(jì)算出結(jié)晶器鋼水液面的實(shí)時(shí)高度，并將上位機(jī)計(jì)算出的實(shí)時(shí)高度傳輸?shù)絇LC中；PLC將實(shí)時(shí)高度與PLC內(nèi)存儲(chǔ)的結(jié)晶器鋼水液面的期望高度進(jìn)行比較并計(jì)算出實(shí)時(shí)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(jī)構(gòu)發(fā)送出調(diào)控指令；控制執(zhí)行機(jī)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(xiàng)發(fā)明可順利實(shí)現(xiàn)電渣爐中的抽錠速度的有效控制，進(jìn)而有效提高了鑄錠產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101887268SQ20101023634
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:沈陽(yáng)東大興科冶金技術(shù)有限公司