專利名稱：一種基于熱圖像處理的轉爐出鋼監測控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵冶金自動化控制領域，尤其是涉及一種基于熱圖像處理的轉爐出鋼監測控制系統。
背景技術：
在煉鋼生產過程中，必須嚴格控制轉爐出鋼時的下渣量，如果轉爐出鋼擋渣失效或效果不理想時，會導致鋼包頂渣增加，在后步的精煉工序中，將消耗較多的脫氧劑對鋼包渣進行脫氧改性，增加精煉成本。同時，下渣量過大，在精煉過程中鋼水極易發生回磷、回錳和回硅，鋼水成份控制困難。鋼水精煉時，鋼包渣中的氧擴散到鋼水中，造成鋼水中Al、Si 等成分燒損和鋼水二次氧化，在鋼中形成新的夾雜物，污染鋼水、惡化鋼水質量。因此，煉鋼過程應盡量減少出鋼時的下渣量。目前一般要求噸鋼的下渣量控制在4 ^cg以下為宜。減少出鋼下渣可帶來如下好處直接減少下渣量；減少脫氧劑和合金用量，節約材料成本；提高鋼水純凈度，減少回磷硫，降低鋼包內鋼水的氧化程度，提高產品質量；減少對耐火爐襯的侵蝕，延長爐襯使用壽命；減少出鋼口、內水口磨損，延長出鋼口、內水口使用壽命。目前全國各大鋼廠主要采用的轉爐下渣檢測方式有三種人工目測法、線圈檢測、 紅外熱像檢測。人工目測法是使用最多的一種檢測方法，但由于靈敏度低，結果受操作人員的經驗及情緒影響較大，所以在提高鋼品質和節約鋼成本的角度考量需要更為準確和穩定的檢測方式以代替人工。線圈檢測法采用高溫材料將初級、次級兩個線圈隔離，根據注流中鋼渣的電導率遠低于鋼水的電導率，測量電磁場的差別檢測下渣。此種方法檢測靈敏度較人工高，但為消耗式測量，線圈工作在高溫環境壽命不穩定，備件費用高。紅外檢測法是根據鋼水與鋼渣的紅外發射率不同，通過紅外熱像儀在出鋼末期對鋼流進行照射得到鋼水鋼渣混流圖像，通過視頻處理算法得出鋼渣占鋼流的比例而判斷下渣的方法。紅外檢測技術近年來越來越多地在工業現場獲得廣泛應用，由于紅外檢測有非接觸特性，針對鋼鐵冶煉的高溫場合具有明顯的優勢。紅外檢測法具有靈敏度高，安裝操作簡單，維護容易，運行成本低等特點，已逐步成為轉爐出鋼下渣檢測的主要手段。紅外法轉爐下渣檢測是基于在特定波長范圍內，鋼水和鋼渣的紅外輻射特性具有較大差異這一特點來設計的，所以鋼水中加入不同的合金以及不同的冶煉工藝，都會導致鋼水及鋼渣的紅外輻射特性的顯著差異。在檢測系統方面，紅外熱像儀的不同參數配置，特別是紅外濾光鏡的選型直接影響到鋼水及鋼渣的區分效果；另外，檢測軟件的圖像分析算法部分也需要針對被攝物體的紅外線輻射特征情況進行定制。此外，現有的紅外下渣檢測系統還存在下述問題系統構架為非結構化設計，難于根據不同的連鑄工作條件以及工藝需求進行重構優化；在圖像動態處理過程中，分辨率不可調，從而造成其識別率難以得到保證。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種基于熱圖像處理的轉爐出鋼監測控制系統。為解決其技術問題，本發明所采用的技術方案是提供一種基于熱圖像處理的轉爐出鋼監測控制系統，包括接于遠紅外熱像儀的遠紅外數據采集模塊(IVS)，還包括工業現場控制單元(IF⑶)、工業現場輔助單元(IFAU)和系統控制單元(IMCU)；其中，工業現場控制單元(IF⑶)是系統的前端控制構件，用于實現圖形用戶接口在現場的遠程顯示、控制現場報警裝置和提供現場操作開關；工業現場輔助單元(IFAU)， 用于接受來自系統控制單元(IMCU)4的控制指令，并實現遠紅外數據采集模塊(IVS)的控制信號和圖像數據傳遞；系統控制單元(IMCU)包括一個拼裝式室內控制柜，其內部集成了下述功能裝置工業級液晶顯示器件(IIXD)、工業級個人計算機(IPC)、工業現場處理控制單元(IPCU)、電源管理單元(IPMU)及電氣控制單元(IECU)；其中，工業現場處理控制單元(IP⑶)，用于接受工業現場輔助單元(IFAU)上傳的實時圖像信號，并實現信號預處理、輸出控制信號以及與工業級個人計算機(IPC)通訊；電源管理單元(IPMU)，用于為系統中各模塊提供電源；電氣控制單元(IECU)，用于系統的電氣控制以及電纜連接；所述工業現場處理控制單元(IP⑶)分別連接至下述功能裝置通過電纜連接至工業現場控制單元(IF⑶)，實現開關量信號和視頻信號的傳遞；通過電纜依次連接工業現場輔助單元(IFAU)、遠紅外數據采集模塊(IVS)I和遠紅外熱像儀，實現圖像數據和控制信號的傳遞；通過電纜連接至工業級個人計算機(IPC)，實現開關量與模擬信號、控制信號的傳遞；所述電氣控制單元(IE⑶)通過電纜連接至電源管理單元(IPMU)，電源管理單元 (IPMU)分別通過電纜連接至工業現場處理控制單元(IP⑶)、工業現場控制單元(IF⑶)、遠紅外數據采集模塊(IW)和個人計算機(IPC)；遠紅外數據采集模塊(IVS)由工業現場輔助單元(IFAU)實現供電。本發明中，所述系統控制單元(IMCU)4控制柜的柜體是經過表面處理冷板，其底部設置了接地端子，頂部配有風扇盤；底部設置連線孔，以提供電源線、信號線和控制線的連接。本發明中，所述電氣控制單元(IE⑶)包括空氣開關、電源保險、面板控制及電路接插件。本發明中，所述遠紅外數據采集模塊(IVQ的內部還集成了溫度傳感器、線圈加熱裝置、氣體冷卻裝置以及除塵裝置。本發明中，所述工業現場控制單元(IF⑶)連接至現場報警裝置，所述現場報警裝置是報警燈和報警喇叭。與現有技術相比，本發明的有益效果主要表現在1、采用構件化模塊設計方法，對紅外下渣檢測系統進行模塊化封裝，增加系統內聚，減少模塊之間的耦合，使其能夠根據不同的連鑄生產條件以及工藝需求進行重構。
2、采用軟件濾波與小波變換的圖形信號處理方法，能夠實現時頻兩域的多分辨率分析與識別，提高了對鋼水輻射率的動態識別效率，從而使成功率得到可靠保證。3、安裝維護方便，不改造原有設備，不影響煉鋼生產；4、采用進口非制冷紅外熱像儀，分辨率高，且在8-14 μ m遠紅外波段反應靈敏；5、非接觸式檢測，傳感器安裝位置距離出鋼口 10-30m，內部溫度自動調節、自動除塵、金屬外罩密封保護，使用壽命長；6、清晰顯示現場畫面、出鋼過程、鋼流及鋼渣；7、采用先進的圖像邊界與鋼流特征智能提取技術，以及準確有效的下渣判別算法；8、人性化軟件設計，界面直觀友好，系統參數在線可調；9、監測界面現場同步顯示，報警及時準確。


圖1是系統功能構架示意圖；圖2是系統模塊組成與電氣連接示意圖。圖1中的附圖標記1遠紅外數據采集模塊(IVS) 1 ；2工業現場輔助單元(IFAU)； 3工業現場控制單元(IF⑶)；4系統控制單元(IMCU) ；5電纜。
具體實施例方式結合附圖，下面對本發明進行詳細說明。1.系統功能構架與模塊組成本發明總體技術方案為利用遠紅外熱像儀采集轉爐出鋼時的鋼流熱圖像信號， 根據鋼流中所包含鋼水、鋼渣在特定遠紅外波段范圍內的熱輻射率差異，結合離散小波變換(Discrete Wavelet Transfer,DffT)算法，對鋼流狀態進行在線識別，進而發出相關控制指令，驅動現場執行裝置，完成對轉爐出鋼的實時監測與自動控制，最終達到即能減少鋼包中的鋼渣含量、又能提高鋼水收得率、降低工人勞動強度的目的。系統的功能構架由系統控制單元andustrial Monitoring Control Unit, IMCU)、工業現場控制單元(Industrial Field Control Unit, IFCU)、工業現場輔助單元 andustrial Field Associated Unit, IFAU)、遠紅外數據采集模塊(Infrared Video Sampling System, IVS)等組成。遠紅外數據采集模塊(IVQ 1的內部集成了溫度傳感器、線圈加熱裝置、氣體冷卻裝置以及除塵裝置；上述配置可有效保持紅外攝像儀環境溫度的相對穩定性，減少現場粉塵對圖像質量的干擾。遠紅外數據采集模塊(IVS) 1通過遠紅外熱像儀采集冶金工業現場的鋼流圖像信號、溫度信號、轉爐傾角信號、氧槍高度信號和爐體前后搖信號，經轉用電纜5 將上述信號輸送至工業現場處理控制單元，并經過數字信號預處理操作后輸出至工業級個人計算機進行運算分析，并得到當前的鋼流狀態。系統控制單元(IMCU) 4將得到的鋼流狀態信號轉換為系統控制指令，并通過信號線輸出至工業現場控制單元(IFCU) 3，驅動報警喇叭及報警燈工作，并自動控制抬爐和關閉出鋼口滑板。工業現場控制單元(IF⑶)3是系統的前端控制構件，根據系統控制單元(IMCU) 4
5發出的指令，驅動執行裝置。主要完成以下功能圖形用戶接口在現場的遠程顯示；控制現場報警裝置，包括Lamb-5五色報警燈控制和MS-M下渣報警喇叭；供現場操作人員進行手動投入檢測和關閉檢測(系統默認為自動)；供現場操作人員進行手動或自動關閉滑板。工業現場控制單元(IFCU) 3模塊作為現場控制的核心部件，與現場的其他模塊相連。來自現場的信號，如遠紅外數據采集模塊(1^) 1溫度、視頻信號、轉爐傾角、氧槍高度、報警等級、 自動關閉等由工業現場控制單元(IFCU) 3模塊做前級處理后送到系統控制單元(IMCU)4的工業現場處理控制單元(IP⑶)。工業現場輔助單元(IFAU) 2的主要功能是為遠紅外數據采集模塊(IVS) 1服務，為其提供電源和冷卻和加熱氣源，同時接收系統控制單元(IMCU) 4控制命令控制遠紅外數據采集模塊(IVS)I的啟動、初始化、圖像采集以及遠紅外數據采集模塊(IVS)I的冷卻、加熱與除塵操作；遠紅外數據采集模塊(IVS) 1的工作狀態(包括環境溫度、工作模式、工作參數等)經由工業現場輔助單元(IFAU) 2上傳到轉爐控制室控制柜的系統控制單元(IMCU)4。系統控制單元(IMCU)4為拼裝式室內控制柜，金屬材料采用表面處理后的優質冷板，從而保證機架的保護性能好、抗腐蝕性強；控制柜在底部設置了接地端子，機房內的地線可直接連控制柜底部的接地端子上；控制柜頂部配有風扇盤，以保證控制柜內的熱空氣順利地排出；控制柜底部設置連線孔，可提供電源線、信號線和控制線的連接。系統控制單元(IMCU)4是系統的功能核心構件，其安裝位置為冶金車間主控制室，完成對轉爐出鋼過程的在線判斷與自動控制；基于上述要求，系統控制單元(IMCU)4的內部集成了如下功能裝置工業級液晶顯示器件andustrial Liquid Crystal Device, ILCD)、工業級個人計算機andustrial Personal Computer, IPC)、工業現場處理控制單兀(Industrial Processing Control Unit, IPCU)、電源管理單兀(Industrial Power Management Unit, IPMU)及電氣控制單元(Industrial Electric Control Unit, IECU)。工業現場處理控制單元(IP⑶)接受工業現場輔助單元(IFAU) 2上傳的實時圖形圖像信號，完成對輸入信號進行預處理、輸出控制信號以及與工業級個人計算機(IPC)通訊等三個主要任務。其中，信號預處理過程是對工業現場控制單元(IF⑶)3、工業現場輔助單元(IFAU) 2上傳的信號進行預處理，作為鋼流狀態在線判斷的離散數據來源，其中來自工業現場控制單元(IFCU) 3的信號包括轉爐傾角信號、爐體前搖/后搖信號、氧槍高度信號、報警等級信號、現場按鈕信號；來自工業現場輔助單元(IFAU)2的信號包括遠紅外數據采集模塊(IVS)I采集到的溫度信號、視頻信號。輸出控制信號為分別輸出給工業現場控制單元(IFCU) 3、工業現場輔助單元(IFAU) 2的控制指令，完成對轉爐出鋼過程的自動化操作。其中輸出至工業現場控制單元(IFCU) 3的控制信號包括鋼流視頻信號、檢測狀態信號、報警燈信號、喇叭信號、預留控制信號；輸出至工業現場輔助單元(IFAU)2的控制信號包括攝像儀啟動信號、除塵信號、冷卻信號、加熱信號。與工業級個人計算機(IPC)的通信過程是指工業現場處理控制單元(IP⑶)上傳給工業級個人計算機(IPC)的鋼流狀態監控數據，主要包括鋼流視頻數據、預處理過的傾角數據、預處理過的溫度數據、預處理過的氧槍高度數據、預處理過的報警等級數據、預處理過的開關量控制信息。電源管理單元(IPMU)為系統控制單元(IMCU) 4、工業現場控制單元(IF⑶)3提供電源，其額定輸入交流220V，50 60HZ，額定輸入電流< 5A，并具有電源工作/異常顯示功能。
電氣控制單元(IE⑶)用于系統電氣控制以及電纜5連接，包括空氣開關、電源保險、面板控制及電路接插件。2.模塊依賴關系與電氣連接系統的模塊依賴關系與電氣連接如附圖2所示。工業現場控制單元(IF⑶)3作為現場控制的核心部件，與現場的其他模塊相連。來自現場的信號，如遠紅外數據采集模塊 (IVS)I溫度、視頻信號、轉爐傾角、氧槍高度、報警等級、自動關閉等由工業現場控制單元 (IF⑶)3做前級處理后送到系統控制單元(IMCU)的工業現場處理控制單元(IP⑶)。工業現場處理控制單元(IP⑶)在對現場傳過來的信號進行二級處理后上傳給工業級個人計算機(IPC)的數據采集卡，利用離散小波變換圖像分析算法對采集到的數據進行綜合分析運算后將結果反饋給工業現場處理控制單元(IP⑶)，工業現場處理控制單元(IP⑶)再通知工業現場控制單元(IF⑶)3，由工業現場控制單元(IF⑶)3控制Lamb-5、 MS-24以及抬爐或關閉滑板等行為。本發明中所使用的各功能模塊或功能裝置均為現有技術，可從市場公開采購，故對其具體結構、性能等參數不再贅述。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的一個具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于熱圖像處理的轉爐出鋼監測控制系統，包括接于遠紅外熱像儀的遠紅外數據采集模塊，其特征在于，還包括工業現場控制單元、工業現場輔助單元和系統控制單元； 其中，工業現場控制單元是系統的前端控制構件，用于實現圖形用戶接口在現場的遠程顯示、控制現場報警裝置和提供現場操作開關；工業現場輔助單元，用于接受來自系統控制單元的控制指令，并實現遠紅外數據采集模塊的控制信號和圖像數據傳遞；系統控制單元包括一個拼裝式室內控制柜，其內部集成了下述功能裝置工業級液晶顯示器件、工業級個人計算機、工業現場處理控制單元、電源管理單元及電氣控制單元；其中，工業現場處理控制單元，用于接受工業現場輔助單元上傳的實時圖像信號，并實現信號預處理、輸出控制信號以及與工業級個人計算機通訊；電源管理單元，用于為系統中各模塊提供電源；電氣控制單元，用于系統的電氣控制以及電纜連接；所述工業現場處理控制單元分別連接至下述功能裝置通過電纜連接至工業現場控制單元，實現開關量信號和視頻信號的傳遞；通過電纜依次連接工業現場輔助單元、遠紅外數據采集模塊和遠紅外熱像儀，實現圖像數據和控制信號的傳遞；通過電纜連接至工業級個人計算機，實現開關量與模擬信號、控制信號的傳遞；所述電氣控制單元通過電纜連接至電源管理單元，電源管理單元分別通過電纜連接至工業現場處理控制單元、工業現場控制單元、遠紅外數據采集模塊和個人計算機；遠紅外數據采集模塊由工業現場輔助單元實現供電。
2.根據權利要求1所述的監測控制系統，其特征在于，所述系統控制單元控制柜的柜體是經過表面處理的冷板，其底部設置了接地端子，頂部配有風扇盤；底部設置連線孔，以提供電源線、信號線和控制線的連接。
3.根據權利要求1所述的監測控制系統，其特征在于，所述電氣控制單元包括空氣開關、電源保險、面板控制及電路接插件。
4.根據權利要求1所述的監測控制系統，其特征在于，所述遠紅外數據采集模塊的內部還集成了溫度傳感器、線圈加熱裝置、氣體冷卻裝置以及除塵裝置。
5.根據權利要求1所述的監測控制系統，其特征在于，所述工業現場控制單元連接至現場報警裝置，所述現場報警裝置是報警燈和報警喇叭。
全文摘要
本發明涉及鋼鐵冶金自動化控制領域，旨在提供一種基于熱圖像處理的轉爐出鋼監測控制系統。該系統包括接于遠紅外熱像儀的遠紅外數據采集模塊，還包括工業現場控制單元、工業現場輔助單元和系統控制單元；其中，系統控制單元包括一個拼裝式室內控制柜，其內部集成了下述功能裝置工業級液晶顯示器件、工業級個人計算機、工業現場處理控制單元、電源管理單元及電氣控制單元。本發明的采用構件化模塊設計和封裝，增加系統內聚，減少模塊之間的耦合，使其能夠根據不同的連鑄生產條件以及工藝需求進行重構。安裝維護方便，不改造原有設備，不影響煉鋼生產；非接觸式檢測，內部溫度自動調節、自動除塵、金屬外罩密封保護，使用壽命長。
文檔編號C21C5/30GK102534097SQ201210054520
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月4日 優先權日2012年3月4日
發明者李培玉 申請人:杭州譜誠泰迪實業有限公司