一种用于滚筒式钢球淬火装置的智能控制系统及方法与流程

本发明涉及一种控制系统，特别是涉及一种用于滚筒式钢球淬火装置的智能控制系统及方法。

背景技术：

轧制法生产钢球，是一种先进的钢球生产工艺。轧制后的钢球一般需要进行空冷、水冷、淬火、回火等热处理，以提高钢球硬度和耐磨性能。目前，我国钢球淬火装备已基本满足工业自动化要求的水平。但是，钢球淬火的效率与质量有待提高，而智能控制系统的研发有助于精确控制淬火介质与钢球的温度，提高钢球的淬火效率与质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，公开了一种用于滚筒式钢球淬火装置的智能控制系统及方法，可有效的提高钢球的淬火效率与质量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于滚筒式钢球淬火装置的智能控制系统，所述智能控制系统包括：进出水流量传感器、进出水流量电磁阀、水箱水温传感器、进球计数器、进球智能开关、钢球温度传感器、水箱水位传感器、数据采集卡、CPU微处理器、人机交互显示屏；

所述水进出水流量传感器安装在水箱的进出水口处；

所述水箱水温传感器与水箱水位传感器安装于水箱内；

所述进球计数器安装在进球溜槽上；

所述钢球温度传感器安装在出球溜槽旁侧；

进一步的，所述水进出水流量传感器通过所述数据采集卡的数字量输出端口与所述CPU微处理器一端相连，所述CPU微处理器另一端经数据线与所述进出水流量电磁阀相连。

进一步的，所述水箱水温传感器与所述水箱水位传感器通过所述数据采集卡的数字量输出端口与所述CPU微处理器一端相连，所述CPU微处理器另一端经数据线与变频控制电机相连。

进一步的，所述进球计数器通过所述数据采集卡的数字量输出端口与所述CPU微处理器一端相连，所述CPU微处理器另一端经数据线与所述进球智能开关相连。

进一步的，所述进出钢球温度传感器通过数据采集卡的数字量输出端口与所述CPU微处理器一端相连。

进一步的，所述人机交互显示屏的数字量输入端口与所述CPU微处理器相连。

一种用于滚筒式钢球淬火装置的智能控制方法，所述方法具体包括以下步骤：

（1）系统初始化，输入人工预设水温、水位、钢球出水温度、钢球颗粒数等参数；

（2）采用CPU微处理器对数据采集卡采集的数据与人工预设数据范围进行比较；

（3）实时采集的数据高于人工预设上限值，实施步骤（4）；实时采集的数据低于人工预设下限值，实施步骤（5）；实时采集数据在人工预设数值范围内，实施步骤（6）；

（4）CPU微处理器发出指令，提高变频控制电机转速、增大进出水流量电磁阀开启程度、关闭进球智能开关；

（5）CPU微处理器发出指令，降低变频控制电机转速、减小进出水流量电磁阀开启程度、打开进球智能开关；

（6）CPU微处理器不发出指令，停止调节执行动作命令。

本发明的有益效果在于：

1)本发明一种滚筒式钢球淬火装置的智能控制系统，利用传感器与计数器将测得数据通过数据采集卡汇集给CPU微处理器进行比较分析，再将执行动作命令传达给变频控制电机、进出水口进出水流量电磁阀、进球智能开关等执行机构，精确控制钢球淬火的介质温度与钢球温度，可以确保钢球淬火的效率与质量。

2)本发明一种滚筒式钢球淬火装置的智能控制系统，系统CPU微处理器可将实时测定的温度与水量、水温、钢球温度、钢球个数、进出水口流量等一系列数据显示在人机交互显示屏，操作人员可对系统预设钢球淬火装置的淬火温度范围、进球颗粒数等数值，实现系统的人工智能化控制，且操作简单方便。

附图说明

图1为本发明的滚筒式钢球淬火装置的各元器件布置示意图；

图2为本发明的滚筒式钢球淬火装置智能控制系统的数据交互流程图；

图3为本发明的滚筒式钢球淬火装置智能控制方法的运行流程图。

图中：1.进出水流量传感器，2.进出水流量电磁阀，3.水箱水温传感器，4.进球计数器，5.进球智能开关，6.钢球温度传感器，7.水箱水位传感器，8、水箱、9、变频控制电机，10、减速器，11、链传动机构，12、进球溜槽，13、锥形进球滚筒，14、柱形淬火滚筒，15、锥形出球滚筒，16、出球溜槽，17、轴承座，18、转轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

如图1、图2所示，一种用于斜轧钢球在线连续淬火的滚筒式装置，可将高温轧制的钢球直接导入淬火装置进行连续淬火，主要适用于Φ50-60mm热轧钢球的热处理，该装置包括：进出水流量传感器1、进出水流量电磁阀2、水箱水温传感器3、进球计数器4、进球智能开关5、钢球温度传感器6、水箱水位传感器7、水箱8、变频控制电机9、减速器10、链传动机构11、进球溜槽12、锥形进球滚筒13、柱形淬火滚筒14、锥形出球滚筒15、出球溜槽16、溜槽支架、轴承座17、转轴18和四爪轮辐、数据采集卡、CPU微处理器和人机交互显示屏。

其中，所述变频控制电机9由控制系统实现电机的无级变频调速，以便准确控制柱形淬火滚筒14的转速，进而准确控制钢球淬火的时间。

所述减速器10与变频控制电机9联接，实现减速增扭的作用，使柱形淬火滚筒14的转速稳定在2-5RPM之间。

所述链传动机构11用于将减速器10输出的动力准确高效地传递给转轴18。

所述锥形进球滚筒13与所述柱形淬火滚筒14以及锥形出球滚筒15焊接在一起，并通过柱形淬火滚筒14前后端的四爪轮辐固定在转轴18上。

所述转轴18通过前后端的轴承座17，用螺栓紧固在水箱8前后端内壁伸出的肋板上。所述减速器10同样利用螺栓紧固于水箱8前端内壁伸出的肋板上，且与轴承座17、转轴18、锥形进球滚筒13、柱形淬火滚筒14以及锥形出球滚筒15并排放置，所述进出水流量传感器1安装在水箱8的进出水口，用于测定水箱8进出水口的流量，所述水箱进出水口处水进出水流量传感器1测量的数字信号通过数据采集卡的数字量输出端口与CPU微处理器相连，执行命令信号经数据线与水箱8进出水口处的进出水流量电磁阀2相连，达到控制水箱8水量与流速的目的；所述水箱水温传感器3与水箱水位传感器7安装于水箱8内，用于测定水箱8水温与水位，所述水箱水温传感器3与水箱水位传感器7测量的数字信号通过数据采集卡的数字量输出端口与CPU微处理器相连，执行命令信号经数据线与变频控制电机9相连，达到控制电机转速、水箱8水量与流速的目的。

所述进球溜槽12通过溜槽支架，用螺栓紧固于水箱8前端内壁伸出的肋板上；同样，所述出球溜槽16通过溜槽支架，用螺栓紧固于水箱8后端内壁伸出的肋板上，所述进球计数器4，安装在所述进球溜槽12上，用于统计进球溜槽12所进钢球个数，所述进球溜槽12处进球计数器4测量的数字信号通过数据采集卡的数字量输出端口与CPU微处理器相连，执行命令信号经数据线与进球溜槽12处的进球智能开关5相连，达到控制淬火滚筒进球颗粒数的目的。

所述水箱8底部外壁与四面内壁均焊接有宽15mm高30mm的井字形条筋，起到加强支撑箱体的作用；水箱8四面内壁与底部内壁衔接处焊接有15mm厚的加强筋；水箱8前后端内壁与伸出肋板间同样焊接有15mm厚的加强筋。

所述锥形进球滚筒13的锥度为20度，以保证钢球落入后能快速导入柱形淬火滚筒14。

所述柱形淬火滚筒14的内壁装附有三道宽5mm高80mm的螺旋隔板，这三道螺旋隔板的螺距均为420mm，三道螺旋隔板在柱形淬火滚筒14入口段的起始位置间隔120°，这样可使三道隔板错落开形成135mm的间隙通道，便于直径为65mm的两个钢球同时通过；另外，在柱形淬火滚筒14上沿每道螺旋隔板下方均开有100个直径50mm的圆孔，便于柱形淬火滚筒14浸入淬火介质中；水箱8左侧开有进水圆孔，右侧开有出水圆孔。

所述锥形出球滚筒15的锥度为30度，以保证淬火钢球在柱形淬火滚筒14的螺旋进给推动作用下顺利落入锥形出球滚筒15的底槽中；锥形出球滚筒15的底槽中沿内壁圆周360°等距离分布有8个瓦形的挡板，在转轴18的转动下可将落入锥形出球滚筒15底槽中的钢球捞起，并在高于转轴18高度100mm的位置将钢球倒入出球溜槽16。

所述出球溜槽16支架均通过螺栓紧固于水箱8前后端内壁伸出的肋板上，且同在转轴18右侧。其中，出球溜槽16支架顶面左高右低倾斜6°，前低后高倾斜12°，以确保与之相贴合的进球溜槽12与出球溜槽16可以将钢球顺利导入与导出淬火装置，所述钢球温度传感器6安装在所述出球溜槽16旁侧，用于测定淬火装置出钢球的温度，所述出球溜槽16处的红外温度传感器测量的出钢球温度数字信号通过数据采集卡的数字量输出端口与CPU微处理器相连，执行命令信号经数据线与变频控制电机9、水箱8进出水口处的进出水流量电磁阀2相连，达到控制电机转速、水箱8水量与流速的目的。

所述人机交互显示屏的数字量输出入端口与CPU微处理器相连，用于显示数据采集卡采集的数据以及设置人工预设的执行命令。

所述进球溜槽12与出球溜槽16的底面焊接有条形筋，以增加强度，同时降低钢球对其冲击造成的噪音，改善工作环境。

在斜轧工艺高温轧制成形钢球后，钢球靠自重自动滚入进球溜槽12，由于进球溜槽12存在向前与向左的倾斜角度，因此钢球在自重作用下将沿进球溜槽12的左侧滚落入锥形进球滚筒13，锥形进球滚筒13由于存在锥角斜坡将使钢球继续滚入柱形淬火滚筒14的三道螺旋隔板中任意两条隔板组成的间隙，柱形淬火滚筒14四周沿三道螺旋隔板下方均开有孔洞，目的是使柱形淬火滚筒14易于浸入淬火介质让钢球充分淬火，由变频控制电机9、减速器10、链传动机构11、驱动转轴18按照预设速度转动，转轴18通过前后端四爪轮辐的支撑与转动，使柱形淬火滚筒14转动，实现螺旋隔板间钢球的螺旋进给作用，直至到达锥形出球滚筒15，由于受其锥度斜坡的影响钢球滚落入锥形出球滚筒15的底槽，沿底槽圆周分布的8个瓦形挡板，在转轴转动作用下将淬火后的钢球抬举至一定高度，瓦形挡板中的钢球受自重作用最后滚落入出球溜槽16，完成淬火。

所述进出水流量传感器1、进出水流量电磁阀2、水箱水温传感器3、进球计数器4、进球智能开关5、钢球温度传感器6、水箱水位传感器7、数据采集卡、CPU微处理器、人机交互显示屏共同构成了用于滚筒式钢球淬火装置的智能控制系统，所述智能控制系统用于控制上述斜轧钢球在线连续淬火的滚筒式装置，该系统利用水箱水温传感器3、水箱水位传感器7、进出水流量传感器1、钢球温度传感器6、钢球计数器实时测定数据，通过数据线汇集于数据采集卡，数据采集卡的输出端口与CPU微处理器相连，CPU微处理器通过数据采集卡读入数据并在人机交互显示屏显示出各测量数据曲线；人机交互显示屏经人工预设各参数值，实现人为控制钢球淬火装置的淬火效率与质量，使之提高钢球淬火装置的智能化水平。

如图3所示，一种用于滚筒式钢球淬火装置的智能控制方法，所述方法具体包括以下步骤：

1)系统初始化，输入人工预设水温、水位、钢球出水温度、钢球颗粒数等参数；

2)采用CPU微处理器对数据采集卡采集的数据与人工预设数据范围进行比较；

3)实时采集的数据高于人工预设上限值，实施步骤4）；实时采集的数据低于人工预设下限值，实施步骤5）；实时采集数据在人工预设数值范围内，实施步骤6）；

4)CPU微处理器发出指令，提高变频控制电机9转速、增大进出水流量电磁阀2开启程度、关闭进球智能开关5；

5)CPU微处理器发出指令，降低变频控制电机9转速、减小进出水流量电磁阀2开启程度、打开进球智能开关5；

6）CPU微处理器不发出指令，停止调节执行动作命令。