一种电石炉出炉智能控制系统的制作方法

1.本发明涉及电石生产技术领域，尤其涉及一种电石炉出炉智能控制系统。


背景技术：

2.现如今，电石出炉工艺较为粗放，许多电石出炉工艺过程仍然沿用着传统的出炉工艺，并且需要大量的人工操作环节，例如，堵眼、烧穿、扒渣、扒渣等都是靠人工来完成,操作人员需要手工操作烧穿器将出炉口烧穿,同时，当炉口堵塞或者炉舌上有淤积时,操作人员需要手拿钢钎将电石清理，这使得出炉效率低下且操作复杂，此外，工人需要在高温、高粉尘的恶劣条件下进行高强度作业,存在着很大的安全风险。
3.因此，提供一种新的技术方案改善上述问题，是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种电石炉出炉智能控制系统，以解决上述技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种电石炉出炉智能控制系统，包括出炉检测模块、工控模块、执行模块、人机交互模块、无线收发模块和远程监控终端。
7.在上述的方案中，所述出炉检测模块用于获取出炉过程中的数据信息。
8.在上述的方案中，所述工控模块与所述出炉检测模块相连接，所述执行模块与所述出炉检测模块和所述工控模块相连接，所述工控模块用于对所述出炉检测模块获取的数据信息进行处理，并控制所述执行模块执行相关动作。
9.在上述的方案中，所述人机交互模块与所述工控模块相互通信，所述人机交互模块用于用户发送操作指令信息至所述工控模块，并接收所述工控模块发送的回执信息。
10.在上述的方案中，所述远程监控终端通过所述无线收发模块与所述工控模块相互通信，所述远程监控终端用于远程获取所述工控模块发送的信息。
11.在上述的方案中，所述出炉检测模块包括出炉场景采集单元，所述出炉场景采集单元用于获取电石出炉过程中的炉况视频信息以及所述执行模块的工作过程的视频信息，所述出炉场景采集单元包括高温摄像头、曝光调节快门、控制主板、摄像机云台和步进电机，所述高温摄像头、所述曝光调节快门、所述控制主板和步进电机均安装在所述摄像机云台上，所述曝光调节快门与所述高温摄像头相连接，所述曝光调节快门用于对所述高温摄像头进行曝光调节，所述曝光调节快门和所述步进电机均与所述控制主板相连接，所述控制主板用于控制所述曝光调节快门和所述步进电机进行工作，所述步进电机与所述摄像机云台相连接，所述步进电机用于驱动所述摄像机云台进行旋转。
12.在上述的方案中，所述出炉检测模块还包括传感器单元，所述传感器单元包括红外传感模块、速度传感模块和电流传感模块，所述红外传感模块用于通过多个红外距离传感器检测相应执行机构是否到达指定位置，所述速度传感模块用于通过多个速度传感器获取相应执行机构的速度信息，所述电流传感模块用于通过罗氏线圈互感器获取相应机构的
电流信息。
13.在上述的方案中，所述工控模块包括存储单元、检测控制单元和执行控制单元，所述存储单元用于对所述出炉检测模块获取的数据信息以及图像数据库进行存储，所述检测控制单元和所述执行控制单元均与所述存储单元相连接，所述检测控制单元用于根据所述存储单元存储的数据信息控制所述出炉检测模块进行数据检测，所述执行控制单元用于根据所述存储单元存储的数据信息控制所述执行模块进行工作。
14.在上述的方案中，所述检测控制单元包括摄像机控制模块，所述摄像机控制模块包括明暗分区单元、曝光粗调单元和曝光精调单元，所述明暗分区单元包括明暗区域分割模块、分区图像获取模块和曝光评价模块，所述明暗区域分割模块用于通过基于自适应阈值的最大类间差算法获取使得所述存储单元发送的图像帧类间方差最大的阈值，并根据所述阈值完成图像的明暗区域分割后获得明暗分区，所述分区图像获取模块与所述明暗区域分割模块相连接，所述分区图像获取模块将明通道图像输入至所述明暗分区，对明通道图像进行二值化操作获得二值图像，并将明通道图像与暗通道图像和所述二值图像相乘，得到明暗分区后的图像，所述曝光评价模块与所述分区图像获取模块相连接，所述曝光评价模块用于对所述分区图像获取模块获取的明暗分区后的图像计算曝光评价值；所述曝光粗调单元与所述明暗分区单元相连接，所述曝光粗调单元用于对所述明暗分区单元获取的明暗分区图像的明区域像素点的灰度值和暗区域像素点的灰度值分别求平均值，并将明区平均灰度值和暗区平均灰度值作为曝光控制量，根据所述曝光评价值将曝光参数快速地调整到相应的区间内；所述曝光精调单元与曝光粗调单元相连接，所述曝光精调单元用于以所述曝光粗调单元处理后的明暗分区图像的明区域图像的边缘信息值和暗区域图像的边缘信息值作为曝光控制反馈量，并通过一维搜索方法找获取明暗分区中明区域和暗区域各自的最佳曝光时间。
15.在上述的方案中，所述执行控制单元包括图像处理单元，所述图像处理单元用于对所述存储单元存储的视频帧进行处理后发送相应控制信号至所述执行模块，所述图像处理单元包括预处理模块和识别模块，所述预处理模块包括矫正单元和滤波单元，所述矫正单元用于通过仿射变换法对所述存储单元存储的视频帧进行倾斜矫正，所述滤波单元与所述矫正单元相连接，所述滤波单元用于通过距离方向滤波器降低经过所述矫正单元处理后的视频帧中的亮度和色调噪声；所述识别模块包括温度识别单元和状态识别单元，所述温度识别单元包括灰度化模块、分割模块和温度获取模块，所述灰度化模块用于对所述预处理模块输出的视频帧进行灰度处理获取灰度图像，所述分割模块与所述灰度化模块相连接，所述分割模块用于通过基于水平集的活动轮廓模型对所述灰度图像进行分割处理后将待测目标提取出来，所述温度获取模块与所述分割模块相连接，所述温度获取模块用于通过空间聚类算法获取所述待测目标的温度信息，所述状态识别单元包括匹配模块和相似度计算模块，所述匹配模块用于通过卷积神经网络算法对所述预处理模块输出的视频帧和所述存储单元存储的图像数据库中的图像进行匹配，所述相似度计算模块与所述匹配模块相连接，所述相似度计算模块用于根据所述匹配模块的匹配结果，计算相匹配图像的相似度，并根据相似度输出相应控制信号。
16.在上述的方案中，所述执行控制单元还包括分析比较模块，所述分析比较模块用于对所述存储单元存储的数据与相应的数据预设值进行比较，并根据比较结果发送相应控
制信号。
17.在上述的方案中，所述执行模块包括电石搬运单元，所述电石搬运单元包括卷扬机、多个出炉小车、环形出炉轨道、多个电石锅、电石锅驱动电机，所述卷扬机用于驱动所述出炉小车进行运动，所述出炉小车在所述环形出炉轨道上首尾连接，所述电石锅设置在所述出炉小车上，所述电石锅驱动电机包括侧翻驱动电机和振动驱动电机，所述电石锅驱动电机用于驱动所述电石锅进行侧翻和振动。
18.在上述的方案中，所述执行模块还包括出炉机单元，所述出炉机单元包括烧穿模块、扒渣模块和堵眼模块，所述烧穿模块包括第一伺服电机、第一机械臂和烧穿器，所述第一机械臂与所述烧穿器相连接，所述第一伺服电机用于驱动所述第一机械臂进行伸缩使得所述烧穿器进行水平以及垂直移动；所述扒渣模块包括第二伺服电机、第二机械臂和钢钎，所述第二机械臂与所述钢钎相连接，所述第二伺服电机用于驱动所述第二机械臂进行伸缩使得所述钢钎钢钎绕炉口摆动；所述堵眼模块包括第三伺服电机、第三机械臂和气力输送机构，所述第三机械臂和气力输送机构相连接，所述第三伺服电机用于驱动所述第三伺服电机进行伸缩使得所述气力输送机构的管口对准炉口，并将电石粉吹送到炉口进行堵眼。
19.在上述的方案中，所述人机交互模块包括lcd显示屏、按键、操作手柄和信号指示灯，所述lcd显示屏用于对所述工控模块发送的信息进行显示，所述按键、所述操作手柄和所述信号指示灯均与所述lcd显示屏相连接，所述按键包括电源按键、亮度调节按键以及操作按键，所述操作手柄用于发送操作信号至所述工控模块，所述信号指示灯包括电源指示灯和多个执行指示灯。
20.综上所述，本发明的有益效果是：通过出炉检测模块获取出炉过程中的数据信息，并通过工控模块对出炉检测模块获取的数据信息进行处理后控制执行模块执行相关动作，可实现电石炉出炉过程的全程监控以及电石炉出炉过程的自动化和智能化，此外，节省了人力，降低率出炉过程中的安全风险。
附图说明
21.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
22.图1为本发明中电石炉出炉智能控制系统的组成示意图。
23.图2为本发明中出炉检测模块的组成示意图。
24.图3为本发明中工控模块的组成示意图。
25.图4为本发明中摄像机控制模块的组成示意图。
26.图5为本发明中图像处理单元的组成示意图。
27.图6为本发明中电石搬运单元的组成示意图。
28.图7为本发明中出炉机单元的组成示意图。
29.图8为本发明中人机交互模块的组成示意图。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并
不作为对本发明的限定。
31.如图1所示，本发明的一种电石炉出炉智能控制系统，包括出炉检测模块、工控模块、执行模块、人机交互模块、无线收发模块和远程监控终端。
32.下面结合附图对本发明上述各模块间的连接关系做进一步详细说明。
33.所述出炉检测模块用于获取出炉过程中的数据信息；所述工控模块与所述出炉检测模块相连接，所述执行模块与所述出炉检测模块和所述工控模块相连接，所述工控模块用于对所述出炉检测模块获取的数据信息进行处理，并控制所述执行模块执行相关动作；所述人机交互模块与所述工控模块相互通信，所述人机交互模块用于用户发送操作指令信息至所述工控模块，并接收所述工控模块发送的回执信息；所述远程监控终端通过所述无线收发模块与所述工控模块相互通信，所述远程监控终端用于远程获取所述工控模块发送的信息。
34.在本实施例中，所述无线收发模块包括wifi通信单元、4g通信单元和5g通信单元中的一种或多种。
35.如图2所示，所述出炉检测模块包括出炉场景采集单元，所述出炉场景采集单元用于获取电石出炉过程中的炉况视频信息以及所述执行模块的工作过程的视频信息，所述出炉场景采集单元包括高温摄像头、曝光调节快门、控制主板、摄像机云台和步进电机，所述高温摄像头、所述曝光调节快门、所述控制主板和步进电机均安装在所述摄像机云台上，所述曝光调节快门与所述高温摄像头相连接，所述曝光调节快门用于对所述高温摄像头进行曝光调节，所述曝光调节快门和所述步进电机均与所述控制主板相连接，所述控制主板用于控制所述曝光调节快门和所述步进电机进行工作，所述步进电机与所述摄像机云台相连接，所述步进电机用于驱动所述摄像机云台进行旋转。
36.在本实施例中，所述曝光调节快门为自动电子快门。
37.进一步地，所述出炉检测模块还包括传感器单元，所述传感器单元包括红外传感模块、速度传感模块和电流传感模块，所述红外传感模块用于通过多个红外距离传感器检测相应执行机构是否到达指定位置，所述速度传感模块用于通过多个速度传感器获取相应执行机构的速度信息，所述电流传感模块用于通过罗氏线圈互感器获取相应机构的电流信息。
38.在本实施例中，所述红外传感模块用于检测烧穿器、钢钎以及气力输送机构是否到达炉口指定位置，所述速度传感模块用于检测出炉小车的运行速度，所述电流传感模块用于获取烧穿器的电流信息。
39.如图3所示，所述工控模块包括存储单元、检测控制单元和执行控制单元，所述存储单元用于对所述出炉检测模块获取的数据信息以及图像数据库进行存储，所述检测控制单元和所述执行控制单元均与所述存储单元相连接，所述检测控制单元用于根据所述存储单元存储的数据信息控制所述出炉检测模块进行数据检测，所述执行控制单元用于根据所述存储单元存储的数据信息控制所述执行模块进行工作。
40.如图4所示，所述检测控制单元包括摄像机控制模块，所述摄像机控制模块包括明暗分区单元、曝光粗调单元和曝光精调单元，所述明暗分区单元包括明暗区域分割模块、分区图像获取模块和曝光评价模块，所述明暗区域分割模块用于通过基于自适应阈值的最大类间差算法获取使得所述存储单元发送的图像帧类间方差最大的阈值，并根据所述阈值完
成图像的明暗区域分割后获得明暗分区，所述分区图像获取模块与所述明暗区域分割模块相连接，所述分区图像获取模块将明通道图像输入至所述明暗分区，对明通道图像进行二值化操作获得二值图像，并将明通道图像与暗通道图像和所述二值图像相乘，得到明暗分区后的图像，所述曝光评价模块与所述分区图像获取模块相连接，所述曝光评价模块用于对所述分区图像获取模块获取的明暗分区后的图像计算曝光评价值；所述曝光粗调单元与所述明暗分区单元相连接，所述曝光粗调单元用于对所述明暗分区单元获取的明暗分区图像的明区域像素点的灰度值和暗区域像素点的灰度值分别求平均值，并将明区平均灰度值和暗区平均灰度值作为曝光控制量，根据所述曝光评价值将曝光参数快速地调整到相应的区间内；所述曝光精调单元与曝光粗调单元相连接，所述曝光精调单元用于以所述曝光粗调单元处理后的明暗分区图像的明区域图像的边缘信息值和暗区域图像的边缘信息值作为曝光控制反馈量，并通过一维搜索方法找获取明暗分区中明区域和暗区域各自的最佳曝光时间。
41.在本实施例中，所述摄像机控制模块用于根据处理结果控制所述出炉场景采集单元进行曝光调节，使得所述出炉场景采集单元对电石出炉现场熔融电石与机器人操作环境同时良好成像，这一过程对于改善电石出炉机器人作业的效率、安全性以及进一步的实现自动化等方面，具有重要的意义。
42.如图5所示，所述执行控制单元包括图像处理单元，所述图像处理单元用于对所述存储单元存储的视频帧进行处理后发送相应控制信号至所述执行模块，所述图像处理单元包括预处理模块和识别模块，所述预处理模块包括矫正单元和滤波单元，所述矫正单元用于通过仿射变换法对所述存储单元存储的视频帧进行倾斜矫正，所述滤波单元与所述矫正单元相连接，所述滤波单元用于通过距离方向滤波器降低经过所述矫正单元处理后的视频帧中的亮度和色调噪声；所述识别模块包括温度识别单元和状态识别单元，所述温度识别单元包括灰度化模块、分割模块和温度获取模块，所述灰度化模块用于对所述预处理模块输出的视频帧进行灰度处理获取灰度图像，所述分割模块与所述灰度化模块相连接，所述分割模块用于通过基于水平集的活动轮廓模型对所述灰度图像进行分割处理后将待测目标提取出来，所述温度获取模块与所述分割模块相连接，所述温度获取模块用于通过空间聚类算法获取所述待测目标的温度信息，所述状态识别单元包括匹配模块和相似度计算模块，所述匹配模块用于通过卷积神经网络算法对所述预处理模块输出的视频帧和所述存储单元存储的图像数据库中的图像进行匹配，所述相似度计算模块与所述匹配模块相连接，所述相似度计算模块用于根据所述匹配模块的匹配结果，计算相匹配图像的相似度，并根据相似度输出相应控制信号。
43.在本实施例中，所述图像处理单元用于根据所述温度获取模块获取的信息控制电石锅进行侧翻，所述图像处理单元用于根据所述相似度计算模块获取的信息控制电石锅进行振动，并控制烧穿模块、扒渣模块和堵眼模块进行工作。
44.进一步地，所述执行控制单元还包括分析比较模块，所述分析比较模块用于对所述存储单元存储的数据与相应的数据预设值进行比较，并根据比较结果发送相应控制信号。
45.在本实施例中，所述分析比较模块通过对红外传感模块发送的信息与距离预设值进行比较来控制烧穿器、钢钎和气力输送机构进行水平和垂直移动；所述分析比较模块通
过对速度传感模块发送的信息与速度预设值进行比较来控制出炉小车进行运动；所述分析比较模块通过对电流传感模块发送的信息与电流预设值进行比较来控制烧穿器进行烧穿。
46.如图6所示，所述执行模块包括电石搬运单元，所述电石搬运单元包括卷扬机、多个出炉小车、环形出炉轨道、多个电石锅、电石锅驱动电机，所述卷扬机用于驱动所述出炉小车进行运动，所述出炉小车在所述环形出炉轨道上首尾连接，所述电石锅设置在所述出炉小车上，所述电石锅驱动电机包括侧翻驱动电机和振动驱动电机，所述电石锅驱动电机用于驱动所述电石锅进行侧翻和振动。
47.在本实施例中，所述出炉小车在环形出炉轨道上首尾连接，构成一个封闭环,驱动出炉小车沿轨道作圆周运动,当电石即将出炉时,出炉小车运动到工作位置。
48.如图7所示，所述执行模块还包括出炉机单元，所述出炉机单元包括烧穿模块、扒渣模块和堵眼模块，所述烧穿模块包括第一伺服电机、第一机械臂和烧穿器，所述第一机械臂与所述烧穿器相连接，所述第一伺服电机用于驱动所述第一机械臂进行伸缩使得所述烧穿器进行水平以及垂直移动；所述扒渣模块包括第二伺服电机、第二机械臂和钢钎，所述第二机械臂与所述钢钎相连接，所述第二伺服电机用于驱动所述第二机械臂进行伸缩使得所述钢钎钢钎绕炉口摆动；所述堵眼模块包括第三伺服电机、第三机械臂和气力输送机构，所述第三机械臂和气力输送机构相连接，所述第三伺服电机用于驱动所述第三伺服电机进行伸缩使得所述气力输送机构的管口对准炉口，并将电石粉吹送到炉口进行堵眼。
49.如图8所示，所述人机交互模块包括lcd显示屏、按键、操作手柄和信号指示灯，所述lcd显示屏用于对所述工控模块发送的信息进行显示，所述按键、所述操作手柄和所述信号指示灯均与所述lcd显示屏相连接，所述按键包括电源按键、亮度调节按键以及操作按键，所述操作手柄用于发送操作信号至所述工控模块，所述信号指示灯包括电源指示灯和多个执行指示灯。
50.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。