专利名称：基于图像识别的电渣炉熔铸过程抽锭速度自动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电渣炉熔铸过程中使用的抽锭速度自动控制装置。
背景技术：
为了保证电渣炉的铸锭质量，需要根据电渣炉结晶器内钢水的液面高度实时控制 设备的抽锭速度。目前在工业生产中普遍采用的是人工观察结晶器内钢水液面高度，相应 手动调整有关装置以控制抽锭速度的方式，其控制的滞后性较为明显，控制精度比较差，对 操作人员的基本素质要求高；同时，由于电渣炉熔铸过程中，电极上存在大于10000A的交 流电流，形成了巨大的强磁场，结晶器内温度在800°C以上以及渣池内存在氟化物，这些不 仅对于人体危害较大；且高温之下使得一般接触式的液面检测元件无法正常工作，较为明 显地影响了铸锭的内部质量。针对以上情况，需要发明一种功能齐全、控制精度高、稳定可 靠、操作简便的电渣炉熔铸过程抽锭速度自动控制装置。
发明内容
本发明拟采用图像识别处理技术，以上位机为人机交互界面并进行数据处理，以 可编程逻辑控制器PLC为控制核心，以驱动抽锭装置的变频调速电机为受控执行机构，进 而提供一种基于图像识别的电渣炉熔铸过程中使用的抽锭速度自动控制装置。根据本发明的一方面，提供了一种电渣炉熔铸过程中使用的抽锭速度自动控制装 置，该装置由上位机、图像采集系统、可编程逻辑控制器PLC和控制执行机构组成，其特征 在于图像采集系统将采集到的结晶器钢水液面图像传输到上位机中；由上位机中内嵌的 图像处理系统计算出结晶器钢水液面的实时皿，并将上位机计算出的实时高度传输到 PLC中；PLC将实时高度与PLC内存储的结晶器钢水液面的期望高度进行比较并计算出实时 高度同期望高度之间的差值，并根据此差值确定用于调节抽锭速度的调节量，向控制执行 机构发送出调控指令；控制执行机构根据PLC发送的调控指令调节抽锭速度。根据本发明的一方面，该装置的图像采集系统是由摄像头、滤光片、云台以及图像 数据采集卡组成。根据本发明的一方面，装置中利用结晶器钢水液面图像像素之间的亮度变化梯度 来实现对结晶器钢水液面的实时高度的检测。根据本发明的一方面，在图像处理系统软件和上位机之间采用OPC软件技术进行
通{曰。根据本发明的一方面。在上位机同PLC之间通过MPI协议实现彼此间的实时数据
通{曰。
附图1是根据本发明设计出的电渣炉熔铸过程中使用的抽锭速度自动控制装置 的结构示意框图。
具体实施例方式下面结合图1进一步详细说明本发明的实施方式。图1是根据本发明作出的电渣炉熔铸过程抽锭速度自动控制装置的结构示意框 图，主要由上位机1、图像采集系统2、可编程逻辑控制器PLC 3和控制执行机构4组成，其 中，上位机1可选用能够动态显示电渣炉熔铸过程参数的普通工业控制计算机，即工控机， 使之能够实现快速计算和精确显示人机界面，有效进行数据交换；图像采集系统2属于非 接触式结晶器钢水液面检测硬件平台，通过此平台可以实现结晶器钢水液面的实时图像采 集与传输；可编程逻辑控制器PLC 3也可视为本发明装置中的下位机，根据上位机1的液面 实时高度数据经过计算分析后给出指令从而实现对控制执行机构4的实时控制；控制执行 机构4主要由变频器控制的变频电机(即下文中的抽锭电机)及其所拖动的抽锭传动装置 构成。在图1中，5为被控部件抽锭装置及电渣炉结晶器等炉体设备。根据本发明的实施例，上位机1用于电渣炉熔铸过程的结晶器钢水液面高度的监 控与分析，其通过网络通信卡和通讯电缆(如西门子专用数据通信卡CP 5611或者CP5621) 实现与PLC 3的连接，并通过MPI协议实现彼此间的实时数据通信，上位机1还可提供电渣 炉熔铸过程的操作界面，根据PLC3的反馈信息实现电渣炉熔铸过程参数实时显示，另外上 位机1还具有电渣炉熔铸过程结晶器钢水液面高度采集初始参数设定的功能，每次开炉之 后根据产品的规格和品种型号都要进行初始校正。上位机1利用一般的通讯技术即可实现 同图像处理系统之间的数据通信，举例来说，可采用OPC技术，其中，将上位机中结晶器钢 水液面监控软件作为OPC技术的服务器端，将利用VB6. 0技术开发出的图像处理程序作为 OPC技术的客户端。从而实现二者之间实时数据通信。工作时，图像采集系统2将采集到的结晶器钢水液面图像传输到上位机1中的图 像处理系统，由图像处理系统采用基于像素亮度梯度的图像处理算法进行计算从而得到结 晶器钢水液面的实时高度，上位机1将得到的结晶器钢水液面的实时高度传入到PLC 3中， 在PLC 3中，所述结晶器钢水液面的实时高度与用户通过上位机1设定并存储在PLC 3中 的期望高度进行比较得到实时高度与期望高度之间的差值。在可编程逻辑控制器PLC 3 中，还预先存储有调节抽锭速度的标准范围区间，当上述差值落入到不同的标准范围区间 时，将对应地给出不同的速度调节量，由这一调节量产生一定速度调节指令，再由PLC 3发 送到控制执行机构4予以执行。从而使得抽锭电机提高或降低转速进而调节抽锭速度，达 到实时控制结晶器钢水液面之目的。前述的预先存储有调节抽锭速度的标准范围区间指的是依据人工经验或计算机 计算而得出的标准范围区间，每一标准区间都对应一指定的抽锭速度数值供调速时参考或 遵循。如图1所示，电渣炉熔铸过程中结晶器钢水液面的检测采用非接触式的基于图像 检测的处理方法。其中采用日本松下公司生产的工业现场专用摄像头WV-CP280/CH，结合 汉邦四路图像数据采集卡，图像数据传输电缆采用专用的视频电缆；为提高软件的识别精 度，液面处理算法采用了基于前后相邻点颜色值变化趋势的图像处理算法。具体处理方法 如下在进行图像处理之前，需要用户首先进行视频采集的设置及标准图像的选取工作，如定义视频周期采样时间、视频采集设备的初始化、摄像头对焦、亮度调节和图像采集 的高度区间等。每经过一次周期采样时间间隔，自动采集一张存有当前的结晶器钢水液面 的图像画面，经栅格化处理后可取得此图像画面上所有点的亮度值，形成一个数组，将其存 储到图像处理系统中，然后对该数组进行排序，找出其中最大亮度值，对其进行线性变换就 可以得到当前的结晶器钢水液面高度(即液面的实时高度)，再与期望的液面高度(液面的 期望高度)之进行比较，计算出差值，最后由PLC 3发出指令给控制执行机构4，实现对现场 设备的抽锭速度控制。 根据本发明的实施例，本发明的抽锭速度自动控制装置具有远程监控、电渣炉熔 铸过程结晶器钢水液面实时显示、熔铸过程参数实时动态显示与记录，并能够实现电渣炉 熔铸过程对抽锭速度的自动控制；该抽锭速度自动控制装置与传统手工控制相比，具有现 场运行稳定可靠、响应速度快、寿命长、维护量小、运行成本低、操作简便的优点，并由此可 以较好地保证了电渣炉的铸锭质量，并且本发明的抽锭速度自动控制装置中的图像采集系 统采用工业用黑白摄像头、滤光片、云台、图像数据采集卡，图像处理系统采用Microsoft 公司的Visual Basic 6. 0 ；同时采用OPC技术实现其与上位机之间的实时数据通信，从而 减低了装置的开发投资。
权利要求
一种电渣炉熔铸过程使用的抽锭速度自动控制装置，该装置由上位机、图像采集系统、可编程逻辑控制器PLC和控制执行机构组成，其特征在于图像采集系统将采集到的结晶器钢水液面图像传输到上位机中；由上位机中内嵌的图像处理系统计算出结晶器钢水液面的实时高度，并将上位机计算出的实时高度传输到PLC中；PLC将实时高度与PLC内存储的结晶器钢水液面的期望高度进行比较并计算出实时高度同期望高度之间的差值，并根据此差值确定用于调节抽锭速度的调节量，向控制执行机构发送出调控指令；控制执行机构根据PLC发送的调控指令调节抽锭速度。
2.根据权利要求1所述的抽锭速度自动控制装置，其特征在于该装置的图像采集系 统是由摄像头、滤光片、云台以及图像数据采集卡组成。
3.根据权利要求1所述的抽锭速度自动控制装置，其特征在于装置中利用结晶器钢 水液面图像像素之间的亮度变化梯度来实现对结晶器钢水液面的实时高度的检测。
4.根据权利要求1所述的抽锭速度自动控制装置，其特征在于在图像处理系统和上 位机之间采用0PC技术进行通信。
5.根据权利要求1所述的抽锭速度自动控制装置，其特征在于在上位机同PLC之间 通过MPI协议实现彼此间的实时数据通信。
全文摘要
本项发明为一种基于图像识别的电渣炉熔铸过程抽锭速度自动控制装置。该装置由上位机、图像采集系统、可编程逻辑控制器PLC和控制执行机构组成，其特征在于图像采集系统将采集到的结晶器钢水液面图像传输到上位机中；由上位机中内嵌的图像处理系统计算出结晶器钢水液面的实时高度，并将上位机计算出的实时高度传输到PLC中；PLC将实时高度与PLC内存储的结晶器钢水液面的期望高度进行比较并计算出实时高度同期望高度之间的差值，并根据此差值确定用于调节抽锭速度的调节量，向控制执行机构发送出调控指令；控制执行机构根据PLC发送的调控指令调节抽锭速度。利用本项发明可顺利实现电渣炉中的抽锭速度的有效控制，进而有效提高了铸锭产品的内部质量。
文档编号G05B19/418GK101887268SQ20101023634
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者刘喜海 申请人:沈阳东大兴科冶金技术有限公司