一种高炉料面雷达扫描系统的制作方法

本实用新型涉及冶金工艺中高炉内料面测量技术领域，特别涉及一种高炉料面雷达扫描系统。

背景技术：

目前高炉等密闭反应容器均采用机械料尺、雷达探尺来确定物料的料位；采用红外摄像仪探测料面的温度分布。因探尺只能定点测量料面某个位置的高度尺寸，故高炉操作者仍然无法精确掌握溜槽布料料面的几何形状和炉料的结构尺寸。

随着高炉生产自动化水平的不断提高，有必要了解高炉上部料层结构的特点和实际尺寸，为高炉操作提供重要的依据，从而强化高炉炼铁工艺上部调节。因此必须为高炉配套相应的监测系统，监测并获取必要的生产数据，建立相关的数学模型，准确模拟出高炉内的物料结构形状及变化趋势，为优化高炉炼铁工艺创造良好的条件。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案是：

一种高炉料面雷达扫描系统，包括：

控制器；

上位机，所述上位机与所述控制器通信连接；

雷达扫描设备，所述雷达扫描设备扫描高炉内的料面，并与所述控制器电连接；

固定结构，所述雷达扫描设备通过所述固定结构安装于高炉上；

驱动设备，所述驱动设备安装于固定结构上，并驱动雷达扫描设备作往复回转运动，所述驱动设备与控制器电连接；

传感设备，所述传感设备检测驱动设备的运动参数，并与控制器电连接。

优选的，所述固定结构包括固定组件和回转体，所述固定组件安装于高炉上，所述回转体与固定组件活动连接；所述驱动设备安装于所述固定组件上，所述驱动设备通过驱动回转体来控制雷达扫描设备的回转运动。

优选的，所述固定组件包括上盖、下盖以及筒体；所述下盖安装于高炉上，所述筒体的两端分别与上盖、下盖可拆卸连接，并形成容置回转体的空间；所述筒体上开有贯穿筒体的安装孔，所述回转体于所述安装孔处分别与筒体和驱动设备连接，所述驱动设备安装于筒体上。

优选的，所述固定组件还包括阶梯轴和轴套，所述回转体的一端通过所述轴套安装在所述阶梯轴上，所述阶梯轴固定于筒体的安装孔处。

优选的，所述固定组件还包括马蹄筒，所述马蹄筒固定于高炉上，所述下盖通过紧固件安装于马蹄筒上。

优选的，所述回转体的表面与固定组件密封连接。

优选的，所述驱动设备包括电机，所述电机安装于固定组件上，电机的输出轴连接回转体。

优选的，还包括行程开关，所述行程开关安装于固定组件上，控制器通过行程开关控制驱动设备的行程。

优选的，所述雷达扫描设备采用微波物位仪。

优选的，所述传感设备采用旋转编码器。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，雷达扫描设备作往复回转运动对高炉内的料面进行扫描，获取多个点的几何参数；传感设备检测驱动设备的运动参数，该几何参数和运动参数均通过控制器上传至上位机，作为上位机绘制模型的依据。

2、本申请中，高炉料面雷达扫描系统通过驱动设备和固定结构控制雷达扫描设备随回转体做往复回转运动，从而能够对炉内料面进行完整扫描和采集。

3、本申请中，可以通过驱动设备将雷达扫描设备定位在一个位置，从而持续观察该位置的料面变化，即本申请也可以实现定点测量。

附图说明

图1为本申请高炉料面雷达扫描系统的控制示意图；

图2为本申请高炉料面雷达扫描系统的安装示意图；

图3为本申请高炉料面雷达扫描系统的主视示意图；

图4为本申请高炉料面雷达扫描系统的左视示意图一；

图5为本申请高炉料面雷达扫描系统的左视示意图二；

图6为图3的A向向视图；

图7为图3的B-B剖视图；

图8为图2的C部放大图。

其中，1、高炉，2、料面，3、雷达扫描设备，301、导管，4、固定结构，401、上盖，402、筒体，403、下盖，404、回转体，404-1、凸台部，404-2、回转体本体，405、轴套，406、阶梯轴，407、安装板，5、驱动设备，501、电机，502、旋转编码器，6、保护罩，601、前后板，602、侧板，7、防尘罩，8、马蹄筒，9、煤气封罩，10、上位机，11、控制器，12、行程开关。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例加以详细说明。

为完整测量高炉内料面2的相关参数，以便于外部设备根据测量的相关参数准确模拟出高炉内的物料结构形状及变化趋势，本实用新型提出了一种高炉料面雷达扫描系统。

请参阅图1-8，一种高炉料面雷达扫描系统，包括控制器11、上位机10、雷达扫描设备3、固定结构4、传感设备以及驱动设备5。

雷达扫描设备3通过固定结构4安装于高炉1上，雷达扫描设备3与控制器11电连接。雷达扫描设备3为基于雷达原理的检测设备，用于扫描料面2，并检测料面2的几何参数。雷达扫描设备3检测的几何参数经控制器11传输至上位机10，上位机10集合几何参数等信息进行分析及其它处理操作，得到料面径向曲线，并在此基础上绘制物料结构变化的模型。

驱动设备5安装于固定结构4上，并与雷达扫描设备3直接或者间接连接，驱动设备5控制雷达扫描设备3作往复回转运动，从而保证雷达扫描设备3的有效扫描范围能够覆盖高炉1中的料面2。驱动设备5与控制器11电连接，控制器11控制驱动设备5的起、停等操作。

传感设备连接驱动设备5，用于检测驱动设备5的运动参数，如驱动设备5的角位移等。传感设备还通过电缆与控制器11电连接，传感设备检测的信号实时传送给控制器11，进一步传输给上位机10，作为上位机10绘制模型的参数。

本实用新型中，雷达扫描设备3作往复回转运动对高炉1内的料面2进行扫描，获取多个点的几何参数；传感设备检测驱动设备5的运动参数，该几何参数和运动参数均通过控制器11上传至上位机10，作为上位机10绘制模型的依据。

具体的，请继续参阅图2-8，固定结构4用于将雷达扫描设备3固定，并且驱动设备5通过固定结构4间接控制雷达扫描设备3的运动。在一个实施例中，固定结构4包括固定组件和回转体404。固定组件安装于高炉1上，回转体404与固定组件活动连接；驱动设备5安装于固定组件上，并且其输出轴与回转体404固接，雷达扫描设备3固定于回转体404上，并在驱动设备5的控制下随回转体404一起作回转运动。

回转体404的旋转中心处于驱动设备5的输出轴的轴线上，雷达扫描设备3的旋转中心位于其与该轴线的相交处。如图2所示，测量点P的坐标(R，H1)可通过测量点P相对于水平面X的夹角α以及测量点P到旋转中心的直线距离L计算得来，即，H1＝L*cosα，R＝L0-L*sinα，其中，L0为高炉料面雷达扫描系统的安装尺寸，为已知参数；当然，α和L也可以通过极坐标进行表示。因此，雷达扫描设备3检测的参数至少包括α和L。

进一步的，固定组件安装于高炉1的上部，可位于高炉1的侧壁或者顶壁上，以保证雷达扫描设备3的有效扫描范围能够完整覆盖料面2；考虑到安装空间以及避免物理干涉的问题，优选将固定组件安装于高炉1的侧壁上；当然，高炉1上预留有安装固定组件的孔。雷达扫描设备3安装于高炉1外壁一侧，以降低炉内环境对雷达扫描装置精度的影响。

固定组件包括上盖401、下盖403以及筒体402。筒体402的两端分别与上盖401、下盖403通过紧固件连接；上盖401、下盖403以及筒体402共同形成一个容置回转体404的空间；筒体402上开有贯穿筒体402的安装孔，回转体404的一端于安装孔的一端与筒体402转动连接，回转体404的另一端于安装孔的另一端与驱动设备5连接；另外，驱动设备5通过紧固件安装于筒体402上。

上盖401和下盖403上均设有通孔，回转体404的上部和下部可透过对应的通孔伸出固定组件；该设计的优势在于，当回转体404确定时，该结构更紧凑，占用空间少；当然，下盖403上设置通孔的另一目的是保证雷达扫描设备3能够穿过下盖403以进行扫描。

更进一步的，固定组件还包括阶梯轴406、轴套405和安装板407。阶梯轴406的一端于上述的安装孔的一端固定在筒体402上，阶梯轴406的另一端通过轴套405与回转体404转动连接，轴套405为一种简易轴承，降低了回转体404和阶梯轴406之间的摩擦力，同时，轴套405一端的翻边对回转体404进行限位。阶梯轴406与筒体402的固定通过安装板407实现，即，安装板407通过紧固件分别与阶梯轴406和筒体402连接。

更进一步的，固定组件还包括马蹄筒8，上述下盖403可直接或间接安装于高炉1上，考虑到炉内环境对雷达扫描设备3的检测精度具有一定影响，因而，为了降低该影响，优选下盖403通过马蹄筒间接与高炉1连接，从而在不影响雷达扫描设备的扫描范围的情况下，使雷达扫描设备3与高炉1内部保持一定距离，进而保证雷达扫描设备3的检测精度。马蹄筒8的中部位置固定在高炉1上，可采用焊接或者其它工艺进行连接。马蹄筒8深入高炉1的一端的端面可与煤气封罩9所在斜面保持齐平，其另一端的周圈包括有翻边，该翻边可为一单独的零件，该零件与其他部分共同形成马蹄筒8，也可是与马蹄筒8其他部分一体成型设置。下盖403即通过紧固件固定在马蹄筒8的翻边上。

更进一步的，回转体404与固定组件、驱动设备5的具体连接结构不唯一，在一个实施例中，回转体404的一端与固定组件转动连接，另一端与驱动设备5固接，固定组件为回转体404提供受力支撑，两者之间为滚动摩擦，摩擦力较小，并且便于进一步优化结构；以下对其它零部件的进一步阐述均在本实施例的基础上进行。当然，在其它实施例中，回转体404还可以仅连接于驱动设备5的输出端上，不与固定组件转动连接，在回转过程中，回转体404与固定组件之间为滑动摩擦。换言之，固定组件和驱动设备5只要能保证回转体404能够作回转运动即可。

更进一步的，如图4和图7所示，回转体404包括一体成型设置的回转体本体404-2和凸台404-1，回转体本体404-2为中空体，其上贯穿地设有回转孔，为便于表述，界定回转孔的两端即为回转体本体404-2的两端，也是回转体404的两端。凸台404-1围绕回转孔的四周朝向回转体本体404-2的内部设置，回转孔的两端各对应一个凸台404-1；上述的阶梯轴406于回转孔的一端插入回转体本体404-2和对应的凸台404-1，从而与回转体404转动连接；驱动设备5于回转孔的另一端插入回转体本体404-2和对应的凸台404-1。

更进一步的，如图3-5所示，固定结构4还包括保护罩6，保护罩6的四周围合成一个防护腔，保护罩6的两端开口，保护罩6的一个开口固定于下盖403上，雷达扫描设备3的端部位于该防护腔中，雷达扫描设备3在旋转扫描时，保护罩6对其具有防护功能。详细来说，保护罩6由前后板601和侧板602围合而成，相接处采用焊接或其它工艺进行固定，前后板601包括扇形部。雷达扫描设备3的端部的运行轨迹为圆弧，故设置该扇形部保护雷达扫描设备3，扇形部具有占用空间小，结构紧凑的优势。

更进一步的，高炉料面雷达扫描系统还包括防尘罩7，防尘罩7为曲面造型，防尘罩7上界定开口和长孔，防尘罩7在第一开口处与上盖401固接，长孔为雷达扫描设备3而预留，为雷达扫描设备3的旋转动作提供空间。

进一步的，回转体404的表面与固定组件动密封连接，以便于防尘。具体连接结构可通过在固定组件上固定密封件来实现，密封件与回转体404面接触密封。

进一步的，驱动设备5包括电机，电机安装于固定组件上，电机的输出轴连接回转体。详细来说，电机的输出轴于上述的安装孔的另一端处插入筒体402的侧壁，并与回转体404固接，且优选电机的输出轴于上述的回转孔的另一端处回转体404键连接。考虑到回转体404的限位，电机501的输出轴上设置有台阶，该台阶对回转体404的另一端进行限位，结合上述可知，回转体404在电机501输出轴的轴向上的位移自由度，通过轴套405和电机501的输出轴进行约束，保证了回转体404旋转过程中的稳定性。

更进一步的，高炉料面雷达扫描系统还包括行程开关12，行程开关12安装于固定组件上，如安装于筒体402上；行程开关12与控制器11电连接；雷达扫描设备3需要作往复旋转运动，故电机需要正、反转交替运行，当雷达扫描设备3运动至极限位置时，对应的行程开关12被触发，控制器11相应地控制电机反方向旋转。行程开关12的触发可通过回转体404控制，也可以通过雷达扫描设备3触发。

具体的，雷达扫描设备3采用基于雷达原理的扫描设备，在一个实施例中选用微波物位仪，微波物位仪的主体部分伸出固定结构4，导管301部分固定在回转体404上并贯穿固定组件伸向高炉1。

具体的，旋转编码器502的转轴连接电机501的输出轴，以与电机501同步转动；旋转编码器502还通过电缆连接控制器11，旋转编码器502检测电机501的角位移，并转换成电信号经控制器11传输给上位机10。操作者根据旋转编码器502的反馈，可直观地了解电机501和雷达扫描设备3的运动情况。

具体的，考虑到工作环境问题，控制器11选用可编程控制器，即PLC。相对于基于单元机原理的控制方式，PLC具有更强的抗干扰能力和适应性。在一个实施例中，选用Simens S7型号的PLC。

具体的，上位机10即为计算机，直接向PLC发送操控命令，相对而言，上述的PLC相当于下位机。上位机10发送操控指令，并通过PLC控制电机、微波物位仪、旋转编码器等设备执行操控指令。

以上公开的仅为本申请的部分具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。