一种中间包对中检测及控制系统与方法与流程

本发明涉及连铸加工技术领域，具体为一种中间包对中检测及控制系统与方法。

背景技术：

在国内连铸生产过程中，中间包的对中以及浸入式水口的安装都采用人工操作的方式进行，由于人工操作过程随意性大，标准不统一，经验千差万别，导致中间包对中和浸入式水口偏斜度偏差较大，对中精度差，且整个对中过程无数据可寻，无法为后续系统升级改进提供数据支撑。中间包对中以及浸入式水口倾斜角偏差大，会产生以下不利影响：

1、钢流在结晶器中的流动紊乱，结晶器液面波动大，增加了卷渣的几率。

2、紊乱的钢流不利于钢液杂质、气泡的上浮，不利于钢液的净化。

3、由于浸入式水口的偏斜，导致钢流对浸入式水口的熔损不匀，增加了浸入式水口熔损的风险，降低其使用寿命。

4、对中偏差大产生的偏流将对初生坯壳产生强烈的冲刷，造成结晶器内坯壳厚度不均，影响坯壳生长，是造成后续产品质量不达标的重要影响因素，且检出成本过高，甚至不易被检出。

为此，我们提出了一种中间包对中检测及控制系统，该系统主要对中间包出水口中心同结晶器中心轴线对中进行定位和测量，浸入式水口安装倾斜角度进行测量和评估，并指导对中过程的调整和控制，从而保证了中间包出水口与结晶器对中偏差、浸入式水口安装倾斜角偏差都在可控范围内，保证了中间包的工作效率。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种中间包对中检测及控制系统与方法，具备对中间包出水口中心同结晶器中心轴线对中进行定位和测量，浸入式水口安装倾斜角度进行测量和评估，并指导对中过程的调整和控制的优点，解决了现有技术对中间包对中和浸入式水口偏斜度偏差较大，对中精度差，且整个对中过程无数据可寻，无法为后续系统升级改进提供数据支撑的问题。

(二)技术方案

为实现上述对中间包出水口中心同结晶器中心轴线对中进行定位和测量，浸入式水口安装倾斜角度进行测量和评估，并指导对中过程的调整和控制的目的，本发明第一方面提供如下技术方案：一种中间包对中检测及控制系统，包括中间包，所述中间包内设置有数据采集单元，所述数据采集单元包括激光测距仪、重量传感器、水平传感器、编码电缆、3D激光以及摄像头，所述数据采集单元的输出端电连接有信号放大器的输入端，所述信号放大器的输出端电连接有A/D转换器的输入端，所述A/D转换器的输出端电连接有可编程逻辑控制器的输入端，所述可编程逻辑控制器包括信号接收模块、逻辑计算模块、数据存储模块以及信号传输模块，所述可编程逻辑控制器的输出端分别电连接有报警单元以及校准单元的输入端，所述校准单元的输出端电连接有中间包的控制器，所述可编程逻辑控制器的输出端电连接有控制计算机的输入端，所述控制计算机双向电连接有数据中心，所述数据中心的输出端电连接有可编程逻辑控制器的输入端，所述控制计算机双向电连接有数据交换器，所述数据交换器双向电连接有可编程逻辑控制器、WIFI信号接收器、工业以太网、现场触摸屏以及远程控制台。

优选的，所述激光测距仪包括水冷测距仪和气冷测距仪。

优选的，所述水平传感器包括水冷水平传感器和气冷传感器。

优选的，所述重量传感器包括电流互感器和电压互感器。

优选的，所述逻辑计算模块包括中间包出水口横向地址及偏差确定、中间包出水口纵向地址及偏差确定、浸入式水口偏斜角及偏差确定、水平度及参数修正以及中间包对中历史数据对形变趋势的判定。

优选的，所述报警单元为蜂鸣器和发光二极管。

优选的，所述控制计算机的单片机型号为89C51。

本发明第二方面提供一种中间包对中检测及控制系统，其特征在于：所述控制计算机的单片机型号为89C51。

8.一种中间包对中检测及控制方法，包括如下步骤：

S1、通过数据采集单元对中间包的各个数据进行采集；

S2、数据采集单元采集的数据信号经信号放大器屏蔽外界信号干扰以及对信号进行增强后，由A/D转换器进行信号转换将信号传输至可编程逻辑控制器中，可编程逻辑控制器的信号接收模块对信号进行接收，逻辑计算模块对信号进行分析计算，通过编码电缆或者激光测距仪，获得中间包最近窄边相对于基准点的距离X₁；

S3、由中包尺寸信息，获取中包相应出水口中心轴线相对于上述窄边的距离X₂，得到中包出水口的横向地址，中包出水口中心轴线相对与基准点的距离X＝X₁+X₂；获取中包出水口对应的结晶器中轴横向数据X＇，从而得到中包出水口横向偏差ΔX＝X-X＇；获取中包出水口横向允许偏差ΔX＇，若|ΔX|>＝|ΔX＇|时，则通过报警单元进行报警提示并指导人工或控制校准单元对中包车来校准偏差，得到中包出水口横向地址及偏差确定的数据；

S4、通过激光测距仪，获得中包最近宽边相对于基准线的两头的距离Y₁和Y₂，则其相对偏差为ΔY₁＝Y₁–Y₂；获取结晶器中轴纵向数据Y＇，该纵向数据也是相对于基准线的相对距离，从而得到中包最近宽边相对基准线的需求距离Y₃＝Y＇-D，其中D为一半中包宽度距离，则纵向距离偏差ΔY₂＝Y₁-Y₃和ΔY₃＝Y₂-Y₃；获取中包出水口纵向允许偏差ΔY＇，若|ΔY₁|>＝|ΔY＇|或|ΔY₂|>＝|ΔY＇|或|ΔY₃|>＝|ΔY＇|时，则通过报警单元进行报警提示并指导人工或控制校准单元对中包车上执行机构(对中液压油缸或者对中螺杆)来校准偏差，得到中包出水口纵向地址及偏差确定的数据；

S5、通过3D激光和摄像头，获取每流浸入式水口相对于xz平面、yz平面的倾斜角α、β，其中xz平面为过浸入式水口安装位置中心、平行于中包车运行轨道且垂直于水平面的平面，yz平面为过浸入式水口安装位置中心、垂直于中包车运行轨道且垂直于水平面的平面；获取倾斜角允许偏差θ，若|α|>＝|θ|或|β|>＝|θ|时，则通过报警单元进行报警提示并指导人工或控制校准单元对机械手来校准偏差，得到浸入式水口偏斜角及偏差确定的数据；

S6、通过水平度仪获取x(横向)轴向水平度a，y(纵向)轴向水平度b；获取水平度允许偏差S，则当|a|>＝|S|或|b|>＝|S|时，则做出报警提示指出水平度未达标需要调整，否则进入正常计算流程，对算法过程1中的X₂进行修正，改为X₂×cos(a)；对算法过程2中的D进行修正，改为D×cos(b)，并重新计算上述过程，得到水平度及参数修正的数据。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种中间包对中检测及控制系统，具备以下有益效果：

1、该中间包对中检测及控制系统，通过设置报警单元，若中间包出水口横向偏差大于等于中间包出水口横向允许偏差则做出报警提示并指导人工或自动控制中包车来校准偏差，同时，若中间包最近宽边相对于基准线的两头距离的相对偏差大于等于中间包出水口纵向允许偏差或者中间包出水口的纵向距离偏差大于等于中间包出水口纵向允许偏差时，报警单元做出报警提示并指导人工或自动控制中包车上执行机构(对中液压油缸或者对中螺杆)来校准偏差，从而保证了该中间包对中检测及控制系统的检测质量和效率。

2、该中间包对中检测及控制系统，通过设置WIFI信号接收器和工业以太网，WIFI信号接收器和工业以太网将大量的该中间包对中检测及控制系统所需的系统数据通过数据交换器经控制计算机传输至数据中心，例如历次的中间包对中数据、中间包下水口对中情况以及浸入式水口安装情况等等，为下次该中间包对中提供参考以及为后续系统升级改进提供数据支撑，从而保证了该中间包对中检测及控制系统的实用性。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为本发明逻辑计算模块系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，一种中间包对中检测及控制系统，包括中间包，中间包内设置有数据采集单元，数据采集单元包括激光测距仪、重量传感器、水平传感器、编码电缆、3D激光以及摄像头，激光测距仪包括水冷测距仪和气冷测距仪，水平传感器包括水冷水平传感器和气冷传感器，重量传感器包括电流互感器和电压互感器，数据采集单元的输出端电连接有信号放大器的输入端，信号放大器的输出端电连接有A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端电连接有可编程逻辑控制器的输入端，可编程逻辑控制器包括信号接收模块、逻辑计算模块、数据存储模块以及信号传输模块，逻辑计算模块包括中间包出水口横向地址及偏差确定、中间包出水口纵向地址及偏差确定、浸入式水口偏斜角及偏差确定、水平度及参数修正以及中间包对中历史数据对形变趋势的判定，可编程逻辑控制器的输出端分别电连接有报警单元以及校准单元的输入端，报警单元为蜂鸣器和发光二极管，该中间包对中检测及控制系统，通过设置报警单元，若中间包出水口横向偏差大于等于中间包出水口横向允许偏差则做出报警提示并指导人工或自动控制中包车来校准偏差，同时，若中间包最近宽边相对于基准线的两头距离的相对偏差大于等于中间包出水口纵向允许偏差或者中间包出水口的纵向距离偏差大于等于中间包出水口纵向允许偏差时，报警单元做出报警提示并指导人工或自动控制中包车上执行机构(对中液压油缸或者对中螺杆)来校准偏差，从而保证了该中间包对中检测及控制系统的检测质量和效率，校准单元的输出端电连接有中间包的控制器，可编程逻辑控制器的输出端电连接有控制计算机的输入端，控制计算机双向电连接有数据中心，数据中心的输出端电连接有可编程逻辑控制器的输入端，控制计算机双向电连接有数据交换器，数据交换器双向电连接有可编程逻辑控制器、WIFI信号接收器、工业以太网、现场触摸屏以及远程控制台，该中间包对中检测及控制系统，通过设置WIFI信号接收器和工业以太网，WIFI信号接收器和工业以太网将大量的该中间包对中检测及控制系统所需的系统数据通过数据交换器经控制计算机传输至数据中心，例如历次的中间包对中数据、中间包下水口对中情况以及浸入式水口安装情况等等，为下次该中间包对中提供参考以及为后续系统升级改进提供数据支撑，从而保证了该中间包对中检测及控制系统的实用性。

检测及控制时，通过数据采集单元对中间包的各个数据进行采集，由于现场大部分设备表面温度为100摄氏度以上，与钢液接触的浸入式水口等在800摄氏度以上，所以，数据采集单元中的激光测距仪、重量传感器以及水平传感器均采用水冷方式和气冷方式，来保证数据采集的准确性，数据采集单元采集的数据信号经信号放大器屏蔽外界信号干扰以及对信号进行增强后，由A/D转换器进行信号转换将信号传输至可编程逻辑控制器中，可编程逻辑控制器的信号接收模块对信号进行接收，逻辑计算模块对信号进行分析计算，通过编码电缆或者激光测距仪，获得中间包最近窄边相对于基准点(零点)的距离X₁；由中包尺寸信息，获取中包相应出水口中心轴线相对于上述窄边的距离X₂。得到中包出水口的横向地址，中包出水口中心轴线相对与基准点的距离X＝X₁+X₂。获取中包出水口对应的结晶器中轴横向数据X＇，从而得到中包出水口横向偏差ΔX＝X-X＇。获取中包出水口横向允许偏差ΔX＇，若|ΔX|>＝|ΔX＇|时，则通过报警单元进行报警提示并指导人工或控制校准单元对中包车来校准偏差，得到中包出水口横向地址及偏差确定的数据；通过激光测距仪，获得中包最近宽边相对于基准线(中包车激光测距仪安装边)的两头的距离Y₁和Y₂，则其相对偏差为ΔY₁＝Y₁–Y₂。获取结晶器中轴纵向数据Y＇，该纵向数据也是相对于基准线的相对距离，从而得到中包最近宽边相对基准线的需求距离Y₃＝Y＇-D，其中D为一半中包宽度距离，则纵向距离偏差ΔY₂＝Y₁-Y₃和ΔY₃＝Y₂-Y₃。获取中包出水口纵向允许偏差ΔY＇，若|ΔY₁|>＝|ΔY＇|或|ΔY₂|>＝|ΔY＇|或|ΔY₃|>＝|ΔY＇|时，则通过报警单元进行报警提示并指导人工或控制校准单元对中包车上执行机构(对中液压油缸或者对中螺杆)来校准偏差，得到中包出水口纵向地址及偏差确定的数据；通过3D激光和摄像头，获取每流浸入式水口相对于xz平面、yz平面的倾斜角α、β，其中xz平面为过浸入式水口安装位置中心、平行于中包车运行轨道且垂直于水平面的平面，yz平面为过浸入式水口安装位置中心、垂直于中包车运行轨道且垂直于水平面的平面。获取倾斜角允许偏差θ，若|α|>＝|θ|或|β|>＝|θ|时，则通过报警单元进行报警提示并指导人工或控制校准单元对机械手来校准偏差，得到浸入式水口偏斜角及偏差确定的数据；通过水平度仪获取x(横向)轴向水平度a，y(纵向)轴向水平度b；获取水平度允许偏差S，则当|a|>＝|S|或|b|>＝|S|时，则做出报警提示指出水平度未达标需要调整，否则进入正常计算流程，对算法过程1中的X₂进行修正，改为X₂×cos(a)；对算法过程2中的D进行修正，改为D×cos(b)，并重新计算上述过程，得到水平度及参数修正的数据；当采用中包对中系统采用全自动控制的方式运行时，需要对结晶器中心线位置移动趋势、中包车形变趋势、中包底部形变趋势进行修正，因为结晶器中心线移动也是由浇铸平台形变所致，而浇铸平台形变、中包车形变、中包底部形变在短时间内非常微小，测量成本非常高，且精度不够，而运行长时间后进行校准又影响正常生产过程的测量精度，因此通过对大量历史数据的挖掘分析，获取校准平台、中包车、中包底部形变规律对相关尺寸校准、位置数据校准具有较大的作用，得到中包对中历史数据对形变趋势的判定，将数据分析整理后，传输至控制计算机中，控制计算机将数据进行存储收集至数据中心，同时WIFI信号接收器和工业以太网将大量的该中间包对中检测及控制系统所需的系统数据通过数据交换器经控制计算机传输至数据中心，例如历次的中间包对中数据、中间包下水口对中情况以及浸入式水口安装情况等等，为下次该中间包对中提供参考以及为后续系统升级改进提供数据支撑，控制计算机将整理分析好的数据经数据交换器传输给远程控制台，远程控制台将数据进行信号转换，将数字信号转换为图像信号在现场触摸屏上提供给操作人员，便于操作人员对该中间包对中检测及控制系统进行运行和维护。

本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。