基于視覺(jué)的鑄輪液位自動(dòng)控制系統(tǒng)與控制方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于視覺(jué)的鑄輪液位自動(dòng)控制系統(tǒng)與控制方法
[0001]本申請(qǐng)是一分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)?zhí)枮?01110414216.9，原申請(qǐng)日是2011年12月13日，原發(fā)明名稱(chēng)是《基于視覺(jué)的鑄輪液位自動(dòng)控制系統(tǒng)與控制方法》。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種基于視覺(jué)的鑄輪液位自動(dòng)控制系統(tǒng)與控制方法，應(yīng)用于有色冶煉技術(shù)領(lǐng)域中的鑄機(jī)的高溫金屬液體的鑄輪凹槽的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在連鑄連軋的生產(chǎn)線(xiàn)中，銅液澆鑄鑄輪起到非常重要的作用，合格的銅水由精煉爐流向中間包，再通過(guò)鑄輪進(jìn)行澆鑄。
[0004]當(dāng)鑄輪凹槽的液位偏低時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致鑄機(jī)冷卻水進(jìn)入澆鑄腔，從而發(fā)生爆炸危險(xiǎn)；而當(dāng)鑄輪凹槽的液位過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鑄腔桶水溢出，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。
[0005]同時(shí)，在鑄輪凹槽液位不穩(wěn)定的情況下，也會(huì)導(dǎo)致銅坯冷卻不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致后面一連串的工藝都受到影響。
[0006]因此，鑄輪凹槽液位水平穩(wěn)定的自動(dòng)快速控制顯得尤為重要。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)中，鑄輪液位的控制裝置主要有兩種:放射源液面檢測(cè)控制系統(tǒng)；和浮球液面檢測(cè)控制系統(tǒng)。其中，放射源液面控制系統(tǒng)存在對(duì)操作人員的人身安全危害和液面容易丟失的情況，而浮球液面控制存在因液面波動(dòng)情況大而不容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的情況。
[0008]因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的鑄輪液面控制裝置，不容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作人員的操作強(qiáng)度大，工作環(huán)境也較差。
[0009]CN101403930A基于模擬信號(hào)，采用外環(huán)PID控制，F(xiàn)uzzy模糊控制與PID控制并行工作，具有電機(jī)傳感器5，PLC還需要采集電機(jī)傳動(dòng)位置信號(hào)，PLC控制系統(tǒng)分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，內(nèi)環(huán)控制電機(jī)位置，而外環(huán)控制液位。CN101403930A采用的是模糊控制和PID控制相結(jié)合的自整定的控制方式，利用液位和液位偏差作為輸入信號(hào)，塞棒動(dòng)作比較頻繁，相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置要求較高。CN101403930A所闡述的內(nèi)容為鑄輪液位控制的一種算法，屬于信號(hào)處理和自動(dòng)控制的范疇，并沒(méi)有具體公開(kāi)整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)的采集、傳輸以及處理完成后的執(zhí)行方式。
[0010]CN1115025A離不開(kāi)“濾光片I”和“流柱弧線(xiàn)落點(diǎn)12”，其攝像機(jī)2需要經(jīng)過(guò)濾光片I過(guò)濾金屬液面10的圖像，還需要采集流柱弧線(xiàn)落點(diǎn)12的圖像，需要計(jì)算流柱弧線(xiàn)落點(diǎn)12的形狀、位置，最終計(jì)算出金屬液面10的高度。
[0011]CN20146928U公開(kāi)的是尿液測(cè)量裝置，在儲(chǔ)尿容器3的一側(cè)設(shè)有可以拍到整個(gè)儲(chǔ)尿容器3的攝像頭7，所述攝像頭7與監(jiān)護(hù)儀主機(jī)8連接。CN20146928U僅僅需要目測(cè)儲(chǔ)尿容器3中的尿液的大致液位即可，技術(shù)領(lǐng)域決定了不需要精確地確定液位。而且，CN20146928U也沒(méi)有公開(kāi)如何精確地確定儲(chǔ)尿容器3中的尿液的液位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明提供一種基于視覺(jué)的鑄輪液位自動(dòng)控制系統(tǒng)與控制方法，其容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，大幅度降低了操作人員的操作強(qiáng)度，徹底改善了工作環(huán)境。
[0013]為此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于視覺(jué)的鑄輪液位自動(dòng)控制系統(tǒng)，其包括:中間包、澆嘴、和鑄輪，所述澆嘴設(shè)置于所述中間包的下方，而所述鑄輪設(shè)置于所述澆嘴的正下方，其特征在于，
[0014]在所述中間包的所述澆嘴處，可垂直移動(dòng)地設(shè)置塞棒，所述塞棒由伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
[0015]所述基于視覺(jué)的鑄輪液位自動(dòng)控制系統(tǒng)還包括信號(hào)采集裝置、圖像處理器、邏輯控制器、和驅(qū)動(dòng)變頻器，
[0016]所述信號(hào)采集裝置通過(guò)拍攝鑄輪的鑄腔液面拾取并且存儲(chǔ)連續(xù)的液位圖像數(shù)字信息；
[0017]產(chǎn)生液位差數(shù)據(jù)的所述圖像處理器一方面與所述信號(hào)采集裝置電連接，另外一方面與產(chǎn)生模擬量信號(hào)的邏輯控制器電連接；
[0018]所述邏輯控制器進(jìn)一步與所述驅(qū)動(dòng)變頻器電連接；以及
[0019]所述驅(qū)動(dòng)變頻器進(jìn)一步與所述伺服電機(jī)電連接。
[0020]優(yōu)選地，所述信號(hào)采集裝置是CXD攝像機(jī)。
[0021]優(yōu)選地，所述圖像處理器是NI1456VSC 2。
[0022]優(yōu)選地，所述邏輯控制器是PLC。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供了一種基于視覺(jué)的鑄輪液位自動(dòng)控制方法，其特征在于，在中間包的澆嘴處可垂直移動(dòng)地設(shè)置塞棒，該塞棒由伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；采用信號(hào)采集裝置拍攝鑄輪的鑄腔液面，以檢測(cè)鑄輪的鑄腔內(nèi)銅液的水平液位，該信號(hào)采集裝置獲取連續(xù)的圖像數(shù)字信息，并且發(fā)送給圖像處理器；圖像處理器根據(jù)參考設(shè)置點(diǎn)計(jì)算出絕對(duì)的或者相對(duì)的液位差，再把這個(gè)液位差輸入到可編程邏輯控制器，進(jìn)行閉環(huán)的PID計(jì)算，以產(chǎn)生模擬量信號(hào)，這個(gè)信號(hào)直接輸出給驅(qū)動(dòng)變頻器器；再由驅(qū)動(dòng)變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，從而帶動(dòng)塞棒，以控制中間包的澆嘴的開(kāi)口，從而控制銅液從中間包至鑄輪的鑄腔的流量大小，由此控制鑄輪的鑄腔液面的高低。
[0024]優(yōu)選地，所述信號(hào)采集裝置采用CXD攝像機(jī)。
[0025]優(yōu)選地，所述圖像處理器采用NI1456VSC 2。
[0026]優(yōu)選地，所述邏輯控制器采用PLC。
[0027]根據(jù)發(fā)明，明顯改善了操作人員的操作環(huán)境，改原來(lái)人工手動(dòng)操為現(xiàn)在的自動(dòng)控制，也大大提高了銅坯的質(zhì)量，為后面的軋機(jī)工序提供了很好的保證。
[0028]與CN101403930A相比，本發(fā)明基于連續(xù)的數(shù)字信號(hào)，采用閉環(huán)PID控制，沒(méi)有電機(jī)傳感器，不需要采集電機(jī)傳動(dòng)位置信號(hào)，PLC控制系統(tǒng)也不分內(nèi)環(huán)和外環(huán)，也不需要模糊控制。CN101403930A的PID控制與本發(fā)明相比，不是上位概念，也不是下位概念，而是互不相同的概念。
[0029]與CN1115025A相比，本發(fā)明的技術(shù)特征“拍攝鑄輪的鑄腔液面，拾取并且存儲(chǔ)連續(xù)的液位圖像數(shù)字信息”是獨(dú)特的，不是CN1115025A的下位概念。
[0030]本發(fā)明與CN1115025A之間的區(qū)別，至少包括:
[0031]檢測(cè)方式不一樣:CN1115025A是利用流柱落點(diǎn)檢測(cè)方式,利用落入鑄輪鑄腔內(nèi)通過(guò)冷卻水冷卻以后的金屬液的顏色和亮度與剛從澆嘴中流下的金屬液體的亮度和顏色不同來(lái)判斷鑄輪液位；而本發(fā)明確是直接利用攝像機(jī)檢測(cè)實(shí)際的鑄輪澆筑腔金屬液體液位，也就是所見(jiàn)即所是，檢測(cè)更加準(zhǔn)確。
[0032]圖像處理方式不同:CN1115025A采用的是圖像傳輸給計(jì)算機(jī)，然后利用計(jì)算機(jī)內(nèi)的軟件進(jìn)行處理，以得出鑄輪液位偏差信號(hào)；而本發(fā)明確是直