本發明涉及連鑄加工技術領域，具體為一種中間包對中檢測及控制系統與方法。

背景技術：

在國內連鑄生產過程中，中間包的對中以及浸入式水口的安裝都采用人工操作的方式進行，由于人工操作過程隨意性大，標準不統一，經驗千差萬別，導致中間包對中和浸入式水口偏斜度偏差較大，對中精度差，且整個對中過程無數據可尋，無法為后續系統升級改進提供數據支撐。中間包對中以及浸入式水口傾斜角偏差大，會產生以下不利影響：

1、鋼流在結晶器中的流動紊亂，結晶器液面波動大，增加了卷渣的幾率。

2、紊亂的鋼流不利于鋼液雜質、氣泡的上浮，不利于鋼液的凈化。

3、由于浸入式水口的偏斜，導致鋼流對浸入式水口的熔損不勻，增加了浸入式水口熔損的風險，降低其使用壽命。

4、對中偏差大產生的偏流將對初生坯殼產生強烈的沖刷，造成結晶器內坯殼厚度不均，影響坯殼生長，是造成后續產品質量不達標的重要影響因素，且檢出成本過高，甚至不易被檢出。

為此，我們提出了一種中間包對中檢測及控制系統，該系統主要對中間包出水口中心同結晶器中心軸線對中進行定位和測量，浸入式水口安裝傾斜角度進行測量和評估，并指導對中過程的調整和控制，從而保證了中間包出水口與結晶器對中偏差、浸入式水口安裝傾斜角偏差都在可控范圍內，保證了中間包的工作效率。

技術實現要素：

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種中間包對中檢測及控制系統與方法，具備對中間包出水口中心同結晶器中心軸線對中進行定位和測量，浸入式水口安裝傾斜角度進行測量和評估，并指導對中過程的調整和控制的優點，解決了現有技術對中間包對中和浸入式水口偏斜度偏差較大，對中精度差，且整個對中過程無數據可尋，無法為后續系統升級改進提供數據支撐的問題。

(二)技術方案

為實現上述對中間包出水口中心同結晶器中心軸線對中進行定位和測量，浸入式水口安裝傾斜角度進行測量和評估，并指導對中過程的調整和控制的目的，本發明第一方面提供如下技術方案：一種中間包對中檢測及控制系統，包括中間包，所述中間包內設置有數據采集單元，所述數據采集單元包括激光測距儀、重量傳感器、水平傳感器、編碼電纜、3D激光以及攝像頭，所述數據采集單元的輸出端電連接有信號放大器的輸入端，所述信號放大器的輸出端電連接有A/D轉換器的輸入端，所述A/D轉換器的輸出端電連接有可編程邏輯控制器的輸入端，所述可編程邏輯控制器包括信號接收模塊、邏輯計算模塊、數據存儲模塊以及信號傳輸模塊，所述可編程邏輯控制器的輸出端分別電連接有報警單元以及校準單元的輸入端，所述校準單元的輸出端電連接有中間包的控制器，所述可編程邏輯控制器的輸出端電連接有控制計算機的輸入端，所述控制計算機雙向電連接有數據中心，所述數據中心的輸出端電連接有可編程邏輯控制器的輸入端，所述控制計算機雙向電連接有數據交換器，所述數據交換器雙向電連接有可編程邏輯控制器、WIFI信號接收器、工業以太網、現場觸摸屏以及遠程控制臺。

優選的，所述激光測距儀包括水冷測距儀和氣冷測距儀。

優選的，所述水平傳感器包括水冷水平傳感器和氣冷傳感器。

優選的，所述重量傳感器包括電流互感器和電壓互感器。

優選的，所述邏輯計算模塊包括中間包出水口橫向地址及偏差確定、中間包出水口縱向地址及偏差確定、浸入式水口偏斜角及偏差確定、水平度及參數修正以及中間包對中歷史數據對形變趨勢的判定。

優選的，所述報警單元為蜂鳴器和發光二極管。

優選的，所述控制計算機的單片機型號為89C51。

本發明第二方面提供一種中間包對中檢測及控制系統，其特征在于：所述控制計算機的單片機型號為89C51。

8.一種中間包對中檢測及控制方法，包括如下步驟：

S1、通過數據采集單元對中間包的各個數據進行采集；

S2、數據采集單元采集的數據信號經信號放大器屏蔽外界信號干擾以及對信號進行增強后，由A/D轉換器進行信號轉換將信號傳輸至可編程邏輯控制器中，可編程邏輯控制器的信號接收模塊對信號進行接收，邏輯計算模塊對信號進行分析計算，通過編碼電纜或者激光測距儀，獲得中間包最近窄邊相對于基準點的距離X₁；

S3、由中包尺寸信息，獲取中包相應出水口中心軸線相對于上述窄邊的距離X₂，得到中包出水口的橫向地址，中包出水口中心軸線相對與基準點的距離X＝X₁+X₂；獲取中包出水口對應的結晶器中軸橫向數據X＇，從而得到中包出水口橫向偏差ΔX＝X-X＇；獲取中包出水口橫向允許偏差ΔX＇，若|ΔX|>＝|ΔX＇|時，則通過報警單元進行報警提示并指導人工或控制校準單元對中包車來校準偏差，得到中包出水口橫向地址及偏差確定的數據；

S4、通過激光測距儀，獲得中包最近寬邊相對于基準線的兩頭的距離Y₁和Y₂，則其相對偏差為ΔY₁＝Y₁–Y₂；獲取結晶器中軸縱向數據Y＇，該縱向數據也是相對于基準線的相對距離，從而得到中包最近寬邊相對基準線的需求距離Y₃＝Y＇-D，其中D為一半中包寬度距離，則縱向距離偏差ΔY₂＝Y₁-Y₃和ΔY₃＝Y₂-Y₃；獲取中包出水口縱向允許偏差ΔY＇，若|ΔY₁|>＝|ΔY＇|或|ΔY₂|>＝|ΔY＇|或|ΔY₃|>＝|ΔY＇|時，則通過報警單元進行報警提示并指導人工或控制校準單元對中包車上執行機構(對中液壓油缸或者對中螺桿)來校準偏差，得到中包出水口縱向地址及偏差確定的數據；

S5、通過3D激光和攝像頭，獲取每流浸入式水口相對于xz平面、yz平面的傾斜角α、β，其中xz平面為過浸入式水口安裝位置中心、平行于中包車運行軌道且垂直于水平面的平面，yz平面為過浸入式水口安裝位置中心、垂直于中包車運行軌道且垂直于水平面的平面；獲取傾斜角允許偏差θ，若|α|>＝|θ|或|β|>＝|θ|時，則通過報警單元進行報警提示并指導人工或控制校準單元對機械手來校準偏差，得到浸入式水口偏斜角及偏差確定的數據；

S6、通過水平度儀獲取x(橫向)軸向水平度a，y(縱向)軸向水平度b；獲取水平度允許偏差S，則當|a|>＝|S|或|b|>＝|S|時，則做出報警提示指出水平度未達標需要調整，否則進入正常計算流程，對算法過程1中的X₂進行修正，改為X₂×cos(a)；對算法過程2中的D進行修正，改為D×cos(b)，并重新計算上述過程，得到水平度及參數修正的數據。

(三)有益效果

與現有技術相比，本發明提供了一種中間包對中檢測及控制系統，具備以下有益效果：

1、該中間包對中檢測及控制系統，通過設置報警單元，若中間包出水口橫向偏差大于等于中間包出水口橫向允許偏差則做出報警提示并指導人工或自動控制中包車來校準偏差，同時，若中間包最近寬邊相對于基準線的兩頭距離的相對偏差大于等于中間包出水口縱向允許偏差或者中間包出水口的縱向距離偏差大于等于中間包出水口縱向允許偏差時，報警單元做出報警提示并指導人工或自動控制中包車上執行機構(對中液壓油缸或者對中螺桿)來校準偏差，從而保證了該中間包對中檢測及控制系統的檢測質量和效率。

2、該中間包對中檢測及控制系統，通過設置WIFI信號接收器和工業以太網，WIFI信號接收器和工業以太網將大量的該中間包對中檢測及控制系統所需的系統數據通過數據交換器經控制計算機傳輸至數據中心，例如歷次的中間包對中數據、中間包下水口對中情況以及浸入式水口安裝情況等等，為下次該中間包對中提供參考以及為后續系統升級改進提供數據支撐，從而保證了該中間包對中檢測及控制系統的實用性。

附圖說明

圖1為本發明系統示意圖；

圖2為本發明邏輯計算模塊系統示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-2，一種中間包對中檢測及控制系統，包括中間包，中間包內設置有數據采集單元，數據采集單元包括激光測距儀、重量傳感器、水平傳感器、編碼電纜、3D激光以及攝像頭，激光測距儀包括水冷測距儀和氣冷測距儀，水平傳感器包括水冷水平傳感器和氣冷傳感器，重量傳感器包括電流互感器和電壓互感器，數據采集單元的輸出端電連接有信號放大器的輸入端，信號放大器的輸出端電連接有A/D轉換器的輸入端，A/D轉換器的輸出端電連接有可編程邏輯控制器的輸入端，可編程邏輯控制器包括信號接收模塊、邏輯計算模塊、數據存儲模塊以及信號傳輸模塊，邏輯計算模塊包括中間包出水口橫向地址及偏差確定、中間包出水口縱向地址及偏差確定、浸入式水口偏斜角及偏差確定、水平度及參數修正以及中間包對中歷史數據對形變趨勢的判定，可編程邏輯控制器的輸出端分別電連接有報警單元以及校準單元的輸入端，報警單元為蜂鳴器和發光二極管，該中間包對中檢測及控制系統，通過設置報警單元，若中間包出水口橫向偏差大于等于中間包出水口橫向允許偏差則做出報警提示并指導人工或自動控制中包車來校準偏差，同時，若中間包最近寬邊相對于基準線的兩頭距離的相對偏差大于等于中間包出水口縱向允許偏差或者中間包出水口的縱向距離偏差大于等于中間包出水口縱向允許偏差時，報警單元做出報警提示并指導人工或自動控制中包車上執行機構(對中液壓油缸或者對中螺桿)來校準偏差，從而保證了該中間包對中檢測及控制系統的檢測質量和效率，校準單元的輸出端電連接有中間包的控制器，可編程邏輯控制器的輸出端電連接有控制計算機的輸入端，控制計算機雙向電連接有數據中心，數據中心的輸出端電連接有可編程邏輯控制器的輸入端，控制計算機雙向電連接有數據交換器，數據交換器雙向電連接有可編程邏輯控制器、WIFI信號接收器、工業以太網、現場觸摸屏以及遠程控制臺，該中間包對中檢測及控制系統，通過設置WIFI信號接收器和工業以太網，WIFI信號接收器和工業以太網將大量的該中間包對中檢測及控制系統所需的系統數據通過數據交換器經控制計算機傳輸至數據中心，例如歷次的中間包對中數據、中間包下水口對中情況以及浸入式水口安裝情況等等，為下次該中間包對中提供參考以及為后續系統升級改進提供數據支撐，從而保證了該中間包對中檢測及控制系統的實用性。

檢測及控制時，通過數據采集單元對中間包的各個數據進行采集，由于現場大部分設備表面溫度為100攝氏度以上，與鋼液接觸的浸入式水口等在800攝氏度以上，所以，數據采集單元中的激光測距儀、重量傳感器以及水平傳感器均采用水冷方式和氣冷方式，來保證數據采集的準確性，數據采集單元采集的數據信號經信號放大器屏蔽外界信號干擾以及對信號進行增強后，由A/D轉換器進行信號轉換將信號傳輸至可編程邏輯控制器中，可編程邏輯控制器的信號接收模塊對信號進行接收，邏輯計算模塊對信號進行分析計算，通過編碼電纜或者激光測距儀，獲得中間包最近窄邊相對于基準點(零點)的距離X₁；由中包尺寸信息，獲取中包相應出水口中心軸線相對于上述窄邊的距離X₂。得到中包出水口的橫向地址，中包出水口中心軸線相對與基準點的距離X＝X₁+X₂。獲取中包出水口對應的結晶器中軸橫向數據X＇，從而得到中包出水口橫向偏差ΔX＝X-X＇。獲取中包出水口橫向允許偏差ΔX＇，若|ΔX|>＝|ΔX＇|時，則通過報警單元進行報警提示并指導人工或控制校準單元對中包車來校準偏差，得到中包出水口橫向地址及偏差確定的數據；通過激光測距儀，獲得中包最近寬邊相對于基準線(中包車激光測距儀安裝邊)的兩頭的距離Y₁和Y₂，則其相對偏差為ΔY₁＝Y₁–Y₂。獲取結晶器中軸縱向數據Y＇，該縱向數據也是相對于基準線的相對距離，從而得到中包最近寬邊相對基準線的需求距離Y₃＝Y＇-D，其中D為一半中包寬度距離，則縱向距離偏差ΔY₂＝Y₁-Y₃和ΔY₃＝Y₂-Y₃。獲取中包出水口縱向允許偏差ΔY＇，若|ΔY₁|>＝|ΔY＇|或|ΔY₂|>＝|ΔY＇|或|ΔY₃|>＝|ΔY＇|時，則通過報警單元進行報警提示并指導人工或控制校準單元對中包車上執行機構(對中液壓油缸或者對中螺桿)來校準偏差，得到中包出水口縱向地址及偏差確定的數據；通過3D激光和攝像頭，獲取每流浸入式水口相對于xz平面、yz平面的傾斜角α、β，其中xz平面為過浸入式水口安裝位置中心、平行于中包車運行軌道且垂直于水平面的平面，yz平面為過浸入式水口安裝位置中心、垂直于中包車運行軌道且垂直于水平面的平面。獲取傾斜角允許偏差θ，若|α|>＝|θ|或|β|>＝|θ|時，則通過報警單元進行報警提示并指導人工或控制校準單元對機械手來校準偏差，得到浸入式水口偏斜角及偏差確定的數據；通過水平度儀獲取x(橫向)軸向水平度a，y(縱向)軸向水平度b；獲取水平度允許偏差S，則當|a|>＝|S|或|b|>＝|S|時，則做出報警提示指出水平度未達標需要調整，否則進入正常計算流程，對算法過程1中的X₂進行修正，改為X₂×cos(a)；對算法過程2中的D進行修正，改為D×cos(b)，并重新計算上述過程，得到水平度及參數修正的數據；當采用中包對中系統采用全自動控制的方式運行時，需要對結晶器中心線位置移動趨勢、中包車形變趨勢、中包底部形變趨勢進行修正，因為結晶器中心線移動也是由澆鑄平臺形變所致，而澆鑄平臺形變、中包車形變、中包底部形變在短時間內非常微小，測量成本非常高，且精度不夠，而運行長時間后進行校準又影響正常生產過程的測量精度，因此通過對大量歷史數據的挖掘分析，獲取校準平臺、中包車、中包底部形變規律對相關尺寸校準、位置數據校準具有較大的作用，得到中包對中歷史數據對形變趨勢的判定，將數據分析整理后，傳輸至控制計算機中，控制計算機將數據進行存儲收集至數據中心，同時WIFI信號接收器和工業以太網將大量的該中間包對中檢測及控制系統所需的系統數據通過數據交換器經控制計算機傳輸至數據中心，例如歷次的中間包對中數據、中間包下水口對中情況以及浸入式水口安裝情況等等，為下次該中間包對中提供參考以及為后續系統升級改進提供數據支撐，控制計算機將整理分析好的數據經數據交換器傳輸給遠程控制臺，遠程控制臺將數據進行信號轉換，將數字信號轉換為圖像信號在現場觸摸屏上提供給操作人員，便于操作人員對該中間包對中檢測及控制系統進行運行和維護。

本系統中涉及到的相關模塊均為硬件系統模塊或者為現有技術中計算機軟件程序或協議與硬件相結合的功能模塊，該功能模塊所涉及到的計算機軟件程序或協議的本身均為本領域技術人員公知的技術，其不是本系統的改進之處；本系統的改進為各模塊之間的相互作用關系或連接關系，即為對系統的整體的構造進行改進，以解決本系統所要解決的相應技術問題。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。