CN101682942A - 用于电感应金属熔融炉的集成过程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于具有可变炉状态的电感应金属熔融炉的集成过程控制设备。集成过程控制设备可包括支持炉料输送和炉渣除去的设备，及包括用于炉中熔融金属的过程控制的炉过程操作。可变炉状态、支持设备及炉过程操作均由支持处理设备控制，而机器人装置执行炉过程操作。

Description

用于电感应金属熔融炉的集成过程控制系统

相关申请交叉引用

本申请要求2007年4月10日申请的美国临时申请60/910,916的权益，该临时申请通过引用而全部组合于此。

技术领域

本发明涉及用于电感应金属熔融炉的集成过程控制装置、设备和系统，电感应金属熔融炉通过电感应加热和熔融金属料而产生熔融金属以在工业过程中使用。

背景技术

通过电感应熔融产生熔融金属通常涉及一个或多个感应炉的连续运转，金属料在感应炉中感应加热和熔融。该过程要求多个运转性能，包括过程步骤和监视功能。例如，当熔融金属从每一炉抽出时必须向每一炉添加金属料。新的炉料必须送达每一炉。当感应熔融过程进行时必须从每一炉除去炉渣。每一炉中的熔融金属的温度必须定期进行测量和分析以确定温度是否在可接受的范围内。必须定期取每一炉中的熔融金属的样本并进行分析以确定金属化学性质是否可接受。可能需要向每一炉中的熔融金属添加调整材料以改变熔融金属的化学性质。

本发明的目标之一在于提供用于电感应金属熔融炉的集成过程控制设备，其中至少大部分过程操作由协同及集成过程控制系统控制并具有机器人装置的益处。

发明内容

一方面，本发明为用于电感应熔融炉的集成过程控制系统或设备，包括：一个或多个电感应熔融炉，其中每一炉具有一个或多个可变炉状态；一个或多个炉料输送设备，其中每一炉料输送设备具有一个或多个可变炉料输送状态；一个或多个炉渣除去设备，其中每一炉渣除去设备具有一个或多个可变炉渣除去状态；用于一个或多个炉的每一炉中的熔融金属槽的过程控制的一个或多个炉过程操作，其中一个或多个炉过程操作中的每一操作具有一个或多个可变炉熔融过程状态；用于执行一个或多个炉熔融过程中的一个或多个的至少一机器人装置；及一个或多个控制处理器，用于控制一个或多个炉、一个或多个炉料输送系统及一个或多个炉渣除去系统的一个或多个可变状态。

另一方面，本发明为从一个或多个电感应炉产生熔融金属的方法或过程。在过程中，集成过程控制器扩展每一炉的一个或多个可变炉状态、炉料输送设备的一个或多个可变炉料输送状态、炉渣除去设备的一个或多个可变炉渣除去状态、及执行一个或多个炉过程操作的机器人装置。

本发明的上述及其它方面将在本说明书及所附权利要求中提出。

附图说明

当结合附图阅读前面的概述及下面的详细描述时可更好地理解本发明。为说明本发明的目的，在附图中示出了本发明的目前优选的示例形式；然而，本发明不限于下述附图中公开的具体配置和手段：

图1为与本发明的集成过程控制设备相关联的电感应金属熔融炉装备的一个例子的简化图解布局的一个例子。

图2为在本发明的集成过程控制设备的一个例子中使用的炉倾斜状态变量的图示。

图3为本发明的集成过程控制设备的一个例子的简化互连图。

图4为与本发明的集成过程控制设备的一个例子一起使用的集成工具和输送装置的一个例子的等角图。

图5为图4中所示的集成工具和输送装置的另一等角图。

图6为图4和图5中所示的集成工具和输送装置的侧视图。

图7为在本发明的集成过程控制设备的一个例子中使用的撇渣工具的一个例子的等角图。

图8为图7中所示的撇渣工具的一个例子处于装载位置的等角图。

具体实施方式

在本发明的一些例子中，集成过程控制系统可具有可选择的手动或全自动模式。本发明下面的例子包括可选择的手动或全自动模式。在手动模式下，各个炉熔融过程可基于人操作员的手动输入由机器人装置自动执行。在本发明的一些例子中，在手动模式下，由机器人装置自动执行的各个炉熔融过程可为另外的手动输入由人操作员中断。在本发明的其它例子中，控制系统可仅以全自动模式运行。

如下进一步所述，可提供一个或多个适当的手动输入控制装置用于手动模式运行。手动输入控制装置可硬连线到集成过程控制系统的输入/输出(I/O)装置并永久位于本发明中使用的控制处理器之一中；或者，作为备选，无线连接到集成过程控制系统的I/O装置以使手动输入控制装置的人操作员在操作这些装置的同时能走来走去。

图1示出了与本发明的集成控制过程设备关联的电感应金属熔融炉相关的主要组成的示例性、非限制性布置。两个电感应炉20和22由单一机器人装置30服务。适当的但非限制性的机器人装置为可从德国Augsburg的KUKA Roboter GmbH购得的KR 240-2F(2000系列)。如下进一步所述，机器人装置30有选择地抓紧一个或多个工具，这些工具可贮存在集成工具和输送装置50上。如下进一步所述，炉料车40和42通过将炉料(例如金属锭或废金属)带到每一炉而分别向炉20和22供应金属料。在本发明的一些例子中，如下进一步所述，在机器人装置将炉渣从槽(炉中的熔融金属)放在推车上之后，炉渣推车44和46从炉运行空间除去炉渣(废料)。

集成工具和输送装置50在图4、图5和图6中示出。多个工具支架52用作各个工具的贮存装置，在该非限制性的例子中，其包括接地工具(探针)72、金属取样器浸入工具(喷枪)74、温度探针浸入工具(喷枪)76、和炉渣凝结剂工具(盘)78。炉渣工具(盘)80贮存在装置50上的单独贮存装置上，用于从炉中的熔融金属槽收集炉渣。在本发明的一些例子中，炉渣凝结剂工具和炉渣工具可结合为单一炉渣/炉渣凝结剂工具。调整材料工具(盘)79也贮存在装置50上的单独贮存装置上。每一工具的端部终止于机器人装置标准接口元件32处，这使机器人装置能通过标准接口元件抓住工具。如果需要，如下进一步所述，与工具相关联的电连接或其它辅助服务连接如压缩空气供应管线可经与工具相关联的标准接口元件连接到机器人装置。一个或多个位置传感器58可提供在装置50上以感测工具是否处于装置50上的适当贮存位置。感测的工具适当位置可以是机器人装置进行任何移动以从其贮存位置抓住工具之前的容许真条件状态。装置50也可包括贮存多个金属取样器82和温度探针84。装置50也可包括输送结构，例如从炉运行空间传送充满的金属取样器或使用后的热电偶探针的金属取样器和热电偶探针溜槽54及将调整材料传到炉运行空间的调整材料溜槽56。在图中未示出用于将炉渣凝结剂传到炉运行空间的炉渣凝结剂溜槽，如下进一步所述。在本发明的其它例子中，炉渣凝结剂溜槽可与装置50一体化。

用于电感应熔融炉的上述装备可在与下述集成过程控制装备分开的封闭炉运行(铸造)空间中隔离：机器人装置处理器控制器(机器人处理器)34；机器人装置远程控制器(机器人遥控)36；炉装备控制处理器(炉装备处理器)24；炉性能控制处理器(炉性能处理器)26及集成系统管理控制处理器(管理处理器)28。用于对电感应炉(包括用于加热和熔融炉中置放的金属的感应线圈)进行供电的电源装备及相关装备适当定位，例如位于铸造空间下面的区域中(图中未示出)。适当但非限制性的炉性能处理器为可从美国新泽西州Rancocas的Inductotherm Corp.获得的MELTMIND ER

。通常，机器人遥控36包括用于人操作员与机器人装置相互作用的装备，例如当机器人装置未按自动模式(即各个炉熔融过程自动化或全自动运行)运行时或当在自动模式下可进行人控时输入所希望的机器人装置移动。通常，机器人处理器34包括用于控制机器人装置的计算机处理装备。通常，炉装备处理器24包括在集成过程控制系统未以自动模式运行时用于输入炉装备的手动控制的装备。通常，炉性能处理器26包括电感应金属熔融过程的总监控装备。通常，管理处理器包括用于对本发明的集成过程控制设备进行总管控的计算机处理装备。在集成过程控制装备图示为附图中的各个部件的同时，在本发明的一些例子中，这些部件中的一个或多个可组合为其它构造的多个部件或单一集成控制处理器。如在此使用的，术语“处理器”和“计算机处理装备”可包括计算机处理器，当运行集成过程控制计算机程序时与处理器通信所需要的输入和输出装置，电子地保存计算机程序、运行集成过程控制计算机程序所需要的数据和附加信息的存储装置；及用于在集成过程控制系统和远程位置之间进行数据的电子传送的远程通信接口，例如，其中集成过程控制系统可进行远程评价或运行。为了方便，在下面使用术语“集成过程控制计算机程序”，包括驻留在一个或多个电子存储装置中并由一个或多个控制处理器同时、单独和/或协同运行的多个计算机程序，一个或多个控制处理器按需在处理器和与电感应炉关联的装备之间通信以执行在此所述的集成过程控制。

图3示出了本发明的集成过程控制系统的各个部件之间的通信链路的一个非限制性例子。机器人遥控36可提供用于远程手动控制机器人装置30的手段并具有与机器人处理器34通信的通信链路A，机器人处理器34可处理来自机器人遥控36的输入并通过通信链路D向机器人装置30转发适当的信号以执行机器人移动。在本发明的一些例子中，机器入装置30可包括自含机载控制处理器或本地处理器，该处理器与机器人处理器34共享数据存储和程序运行。机器人处理器34、炉性能处理器26和炉装备处理器24具有与管理处理器28通信的通信链路B，例如，管理处理器28可以是可编程逻辑控制器。管理处理器具有与用于电感应熔融炉的装备通信的、根据炉感应熔融过程控制该装备所需要的通信链路C。在自动模式下，管理处理器28经通信链路B执行炉设备处理器24、炉性能处理器26和机器人处理器34的总管控。如可适用于特定应用的，任何通信链路可以是硬连线或无线、单向或双向、数字或模拟的组合。

尽管在本发明下面的例子中使用的示例性机器人装置构造为具有六个自由度和机械爪(手)的非走动关节臂，但在本发明的其它例子中，机器人可由不同的构造组成。例如，在本发明的其它例子中，机器人装置可以是走动的装置，或在轨道上引导，或可进一步包括由本发明的集成过程控制系统控制的移动子系统，这使机器人装置能以受控模式在炉运行空间附近移动。在本发明的其它例子中，单一机器人装置可具有一个以上独立控制的关节臂，或可使用多个机器人装置。

在本发明的该非限制性例子中，如下进一步所述，感应炉熔融操作或过程可包括炉渣除去过程、接地检验过程、温度检验过程、金属取样过程、及调整材料添加过程。

在本发明的该非限制性例子中，炉状态变量或可变炉状态为炉倾角和盖位置。一个或多个电感应炉中的每一个为具有盖的倾斜炉。每一炉可向前(fwd)倾斜或向后(aft)倾斜，及盖可借助于适当的执行机构如电或液压执行机构打开或关闭。如下面使用的，炉20或22倾角在图2中图解描述。

在本发明的该非限制性例子中，炉的原位定义为：向前零倾角、向后零倾角、及盖关闭。炉“返回原位”命令由集成过程控制系统按如下顺序执行：盖闭合、炉旋转到向后零倾角、及炉旋转到向前零倾角。

在图1中所示的非限制性双炉方案中，两个炉之一选择为用于手动模式的活动炉，如下进一步所述，活动炉状态为炉熔融过程的容许条件状态。

在本发明的其它例子中，炉可能不倾斜，和/或可能没有盖；任何类型的电感应炉，例如包括真空电感应炉和水冷坩锅感应炉，均可在本发明中使用。对于本例子中的倾斜炉，炉状态变量定义为倾角和盖位置。其它类型的电感应炉可具有不同的可变炉状态，这些可变炉状态定义由本发明的集成过程控制系统控制的炉的可变状态。例如，感应炉可以是坑式坩锅炉，其中金属在坩锅中进行熔融和处理，坩锅被提升到炉外面以倾泻熔融金属。对于本发明的该例子，坩锅位置(即在感应炉中的位置或移离感应炉的位置)是可变炉状态，及炉熔融操作或过程是自移离的坩锅倾泻熔融金属，这可通过机器人装置30抓住坩锅保持工具以从炉提升坩锅并自移离的坩锅倾泻熔融金属而实现。

在本发明的该例子中，对于手动控制(模式)，每一炉被提供适当的由人操作员使用的输入控制装置，如操纵杆和选择器开关组合。输入控制装置可位于炉装备处理器24上。当炉选择为活动炉时，操纵杆可向管理处理器28输出信号，其输出信号以控制执行机构在倾斜位置之间移动炉，及选择器开关可输出信号以控制执行机构打开和闭合炉盖，在全自动模式下，来自手动输入控制装置的信号被禁止，及管理处理器28控制炉状态变量。

为使能向前倾斜(上或下)，真条件状态必须为炉处于向后零倾角及盖闭合。为使能向后向上倾斜，真条件状态必须是炉处于向前零倾角；为使能向后向下倾斜，真条件状态必须为活动炉的炉料车处于如下定义的原位。为使盖能打开，真条件状态必须为炉处于向前零倾角。

在本发明的该非限制性例子中，炉料传送设备或系统的可变炉料传送状态包括炉料车的位置，如下进一步所述。在本发明的该非限制性例子中，炉料传送系统包括每一炉专用的炉料车。典型的但非限制性的炉料车例子与美国专利6,041,915中教示的具有侧装驱动器的振动传送带类似，但增加了运输系统以将炉料车移(改址)到炉(“炉所在”位置)及远离炉(“远离炉”位置)。在本发明的该非限制性例子中，双轨道40a和42a分别用于炉料车40和42的过程受控移动，每一轨道安装在四轮车(运输系统)上。在本发明的其它例子中，可变炉料传送状态可以不同。例如，可移动的溜槽可用于将炉料传送到炉，及溜槽的位置可以是可变状态。

在图1中，每一炉料车被示为分别处于双轨道40a和42a的端部40a′和42a′的原位(远离炉)。在炉料车原位，集成过程控制系统可包括自动炉料供应装置，例如其将炉料从适当的供应源如底部开口料斗传送到处于原位的空炉料车。炉料车的炉加料(炉所在)位置定义为炉料车40或42分别处于双轨道40a或42a的端部40a″或42a″。

在本发明的该例子中，对于手动控制(模式)，对每一炉料车可提供适当的由人操作员使用的炉料车输入控制装置，如操纵杆和选择器开关组合。输入控制装置可位于炉装备处理器24上。操纵杆可向管理处理器28输出信号，其向安装在炉料车上的轮驱动电动机的控制器输出信号以移动炉料车，及选择器开关可输出信号以振动炉料车从而在炉料车处于“炉所在”位置时导致位于炉料车传送带上的炉料移入炉内。在全自动模式下，来自手动输入控制装置的信号被禁止，及管理处理器28控制炉料传送系统状态变量。

对于执行任何功能的炉料车，炉料车关联的炉必须选择为活动炉。对于炉料车移向活动炉，下述状态必须为真：炉处于向后炉料倾角、盖打开、活动炉的炉渣推车处于原位(如图1中所示及如下进一步所述)、机器人装置30当前未执行炉熔融运行或过程。对于炉料车开始执行炉料过程(即，振动炉料车上装有炉料的传送带)，炉料车必须处于加料(炉所在)位置。

在本发明的该非限制性例子中，炉渣除去设备或系统的可变炉渣除去状态包括炉渣推车的位置，如下进一步所述。在本发明的该非限制性例子中，炉渣除去设备或系统包括每一炉专用的炉渣推车。

在本发明的该例子中，对于手动控制(模式)，对每一炉渣推车可提供适当的由人操作员使用的炉渣推车输入控制装置如操纵杆以将炉渣推车移向或移离炉。炉渣推车输入控制装置可向管理处理器28输出信号，其向安装在炉渣推车上的轮驱动电动机的控制器输出信号以将炉渣推车移至炉和移离炉。在全自动模式下，来自手动输入控制装置的信号被禁止，及管理处理器28控制炉渣除去系统状态变量。

在图1中，每一炉渣推车被示为分别处于双轨道44a和46a的端部44a′和46a′的原位(远离炉)。在炉渣推车原位，安装在每一炉渣推车上的炉渣盘45可自动旋转到倾倒位置以将盘上的炉渣转到清除溜槽或容器内。在本发明的其它例子中，炉渣盘的旋转可以是由集成过程控制系统控制的可变炉渣除去状态。炉渣推车的除渣(炉所在)位置定义为炉渣推车44或46分别处于双轨道44a或46a的端部44a″或46a″。

在本发明的该非限制性例子中，对于炉渣除去过程的手动控制

(模式)，人操作员通过适当的手动输入控制装置开始炉渣除去过程，手动输入控制装置如向管理处理器28输出信号的炉装备处理器24上的按钮。对于全自动炉渣除去过程，来自手动输入控制装置的信号被禁止，及管理处理器28控制可变炉渣除去状态。对于执行任何功能的炉渣推车，该炉渣推车关联的炉必须选择为活动炉。对于炉渣推车移向活动炉，真条件状态为与活动炉关联的炉料车处于其如上所述的原位。

对于炉渣除去操作或过程的执行，下述条件状态必须为真：活动炉处于向后炉渣倾角、盖打开、及活动炉的炉渣推车处于如上定义的除渣位置。

在本发明的该非限制性例子中，炉渣除去过程可按如下所述教给机器人装置30。在机器人装置执行抓住集成工具和输送装置50上的炉渣工具80所需要的移动之后，这些移动由来自集成过程控制系统的指令控制，当浸入槽(炉中的熔融金属)内以收集和捕获炉渣工具80上的炉渣并将炉渣沉积在活动炉处的适当炉渣推车上的炉渣盘45上时，人操作员将用机器人遥控36上的手动输入控制装置控制机器人装置抓住的炉渣工具的移动。机器人处理器34可电子地保存所教炉渣除去过程期间机器人装置的移动，及将在所教炉的下一炉渣除去过程期间执行电子保存的移动，在下一炉渣除去过程的至少部分时期期间遭受人操作员在机器人遥控36处进行的替换。机器人处理器34将电子地保存输入的替换移动，并在所教炉的下一炉渣除去过程期间执行它们及先前保存的未被替换的移动。这样，机器人装置30自适应学习以针对特定炉参数自动执行炉渣炉过程，炉参数如炉中的槽的水平面的位置。机器人装置30将按所教的或通过运行所保存的计算机程序而执行整个炉渣除去过程，及可在炉渣工具80返回到集成工具和输送装置50之前因来自人操作员的输入而暂停。人操作员的手动输入选择可包括“终止除渣过程”或“开始除渣过程”以执行另一炉渣除去过程。手动输入可在炉装备处理器24处进行。响应于“终止除渣过程”输入，机器人装置30执行编程的移动以使炉渣工具80返回到装置50，然后当在手动模式时可因下一手动输入而暂停。响应于“开始除渣过程”输入，机器人装置30对活动炉执行如先前所述的炉渣除去过程。

在本发明的其它例子中，炉渣除去过程可用撇渣工具完成，撇渣工具适当地贮存在炉运行空间中。在一非限制性例子中，如图7中所示，撇渣工具110属于蛤壳式抓斗设计，包括可靠空气作用或动力推动打开和关闭的第一壳112a和第二壳112b。在图7中，蛤壳式抓斗被示为处于关闭位置，即在捕获壳之间的炉渣之后所处的位置，如下进一步所述。如果蛤壳式抓斗由在浸入炉槽时不足以经受热变形的材料形成，则撇渣工具可安置成蛤壳式抓斗的表面浸没在槽容器120中的稀浆槽98中，如图8中所示。稀浆包括耐热成分，如含石墨的半固体成分，使得至少浸入炉槽内的蛤壳式抓斗的表面区域将在浸入炉槽收集炉渣之前具有保护性耐热稀浆涂层。

对于用撇渣工具110执行炉渣除去过程，下述条件状态必须为真：活动炉处于零倾角及盖打开。

在手动模式下，基于输入控制装置进行的“炉渣除去”命令容许输入，机器人装置30经位于挡热板114中的工具标准接口元件32执行自撇渣工具的装载位置抓住撇渣工具110所需要的移动，如图7中所示。机器人移动由来自集成过程控制系统的指令控制。之后，机器人装置执行打开蛤壳式抓斗(如果尚未打开)及将撇渣工具浸入活动炉槽内以通过闭合蛤壳式抓斗而收集蛤壳式抓斗之间的炉渣材料所需要的移动。例如，压缩空气可从机器人装置30经撇渣工具上的机器人标准接口元件32提供给适当安装在撇渣工具上的气动气缸。之后，机器人装置执行将撇渣工具移离槽并移到炉渣除去位置所需要的移动。在本发明的一些例子中，炉渣除去位置可以是与上述类似的炉渣推车，或炉运行空间的底板中向渣坑打开的开口。之后，机器人装置可执行使撇渣工具返回其装载位置的移动，或重复炉渣除去过程。

对于一些炉渣除去过程，在浸入槽内收集和捕获炉渣之前必须向炉中的槽添加炉渣凝结剂。对于这些炉渣除去过程，机器人装置30可执行下述移动：抓住贮存在装置50上的炉渣凝结剂工具78；将炉渣凝结剂工具适当定位在炉渣凝结剂输送溜槽的底部以接收从炉运行空间外面经溜槽传至该工具的炉渣凝结剂，可选地，其可位于装置50上；将炉渣凝结剂沉积在活动炉槽内的工具上；及使炉渣凝结剂工具78返回其在装置50上的贮存位置。在添加炉渣凝结剂之后，机器人装置可开始执行上述炉渣除去过程之一。

在本发明的该非限制性例子中，对于槽接地检验操作或过程的手动控制(模式)，人操作员通过适当的手动输入控制装置开始接地检验过程，手动输入控制装置如炉装备处理器24上向管理处理器28输出信号的按钮。管理处理器可向机器人装置30的机器人处理器34输出信号以执行接地检验过程，如下进一步所述。对于全自动检验接地过程，来自手动输入控制装置的信号被禁止，及管理处理器28控制检验接地可变状态。对活动炉执行检验接地过程以确定炉中的槽是否电接地。

对于执行检验接地过程，下述条件状态必须为真：活动炉处于向后零倾角及盖打开。

在本发明的该非限制性例子中，槽接地检验可变状态包括当进行槽接地检验过程及接地探针72插入活动炉时接地探针72的位置。接地探针包括从探针到其连接到探针端部的标准接口元件32的电连接，其中电连接与机器人装置30的机械爪中的电连接接触，使得当机器人装置抓住接地探针并将其插入槽内时，与槽的水平面接触的探针尖端将完成通过槽和炉的电路，这表明适当的槽接地。

对于执行检验接地过程，机器人装置执行抓住集成工具和输送装置50上的接地探针72所需要的移动，这些移动由来自集成过程控制系统的指令控制。之后，机器人装置执行将抓起的接地探针浸入活动炉所需要的移动。对于适当接地的炉槽，当接地探针的尖端与槽的水平面接触时，电路闭合，及机器人处理器34可向管理处理器28输出适当的信号，之后，其将适当的槽接地状态转发给所需的系统部件如计算机视频显示器。当接地探针的尖端与槽的水平面接触时机器人装置的位置可由集成过程控制系统用于建立可在执行其它炉熔融过程期间使用的水平面参考数据。集成过程控制计算机程序可包括在控制系统宣称“没有槽接地”条件状态并基于“没有槽接地”条件状态运行一个或多个程序例程之前机器人装置可将接地探针的尖端浸入槽内多远的限制条件。例如，包含未接地槽的炉的电源可被断开连接，及控制系统可提供可视的和/或听得见的报警。

在本发明的该非限制性例子中，对于温度检验操作或过程的手动控制(模式)，人操作员通过适当的手动输入控制装置开始温度检验过程，手动输入控制装置如炉装备处理器24上向管理处理器28输出信号的按钮。管理处理器可向机器人装置30的机器人处理器34输出信号以执行温度检验过程，如下进一步所述。对于全自动温度检验过程，来自手动输入控制装置的信号被禁止，及管理处理器28控制温度检验过程状态。对活动炉执行温度检验过程以确定炉槽的温度。

对于执行温度检验过程，下述条件状态必须为真：活动炉处于向后零倾角及盖打开。

在本发明的该非限制性例子中，温度检验可变状态包括温度浸入喷枪的位置。在温度检验过程期间，温度探针插在机器人装置抓住的温度浸入喷枪上，温度浸入喷枪插入活动炉的槽内。温度探针包括从探针到其所插入的温度喷枪的电连接。电连接从喷枪持续到连接到喷枪端部的标准接口元件32，其中电连接与机器人装置30的机械爪中的电连接接触，使得当机器人装置抓住温度喷枪并将喷枪上的温度探针浸入槽内时，由喷枪上的温度探针测量的槽温度将被传回机器人处理器34，机器人处理器可将测量的温度信号输出给管理处理器28，之后，管理处理器可将测量的槽温度转发给所需系统部件。

在手动模式下，基于输入控制装置的“检验槽温度”命令容许输入，机器人装置30执行抓住集成工具和输送装置50上的温度喷枪76所需要的移动，这些移动由来自集成过程控制系统的指令控制。之后，机器人装置执行将温度探针浸入喷枪76插入(见图5中标为“A”的箭头，指示喷枪插入位置)温度探针84a的中空内部所需要的移动，其定位在装置50上的“就绪”位置，如下进一步所述。例如，温度探针和喷枪可以是可从HERAEUS ELECTRO-NITE获得的热电偶探针和喷枪。之后，机器人装置执行将机器人装置抓住的喷枪上的温度探针插入活动炉槽内并保持“测量槽温度”时间段所需要的移动，在该时间段之后，机器人装置30将温度探针移离槽并可在处理温度探针及使温度喷枪76返回装置50之前因来自人操作员的输入而暂停。人操作员的手动输入选择可包括“重复检验温度”、“更换温度探针”或“结束检验温度”，这可在炉装备处理器24处进行。

响应于“重复检验温度”输入，机器人装置30执行所编程的用于将所抓起的喷枪上的温度探针浸入活动炉内的移动，如上所述。

响应于“更换温度探针”输入，机器人装置30执行所编程的下述移动：除去当前在喷枪76上的温度探针，及将喷枪插入处于装置50上的“就绪”位置的下一温度探针84a的中空内部，如下进一步所述，及将喷枪上的新的温度探针浸入活动炉的槽内。除去喷枪上的温度探针的方法的一个非限制性例子包括机器人装置执行下述移动：将温度探针放在金属取样器及废温度探针溜槽54中，通过将喷枪拉过溜槽54顶部处的切口54a(图4)而从探针缩回浸入喷枪以从喷枪76剥离温度探针，这导致剥离的探针沿溜槽54滑下并离开炉运行空间。

响应于“结束检验温度”输入，机器人装置30执行所编程的移动以除去当前在温度浸入喷枪76上的温度探针，例如如上所述，及使喷枪76返回其在装置50上的贮存位置。

温度探针的供给84可贮存在集成工具和输送装置50上，如图4、图5和图6中所示。一个或多个适当的感测装置如一个或多个光电传感器可适当地定位在装置50上，使得下述条件状态可被感测到：装置50上的“温度探针数量低”；及装置50上“没有剩余温度探针”。所感测的条件状态可传给管理处理器28进行进一步处理。装置50上贮存的温度探针以重力供料方式沿有角滑板60向下滑动，适当的执行机构62控制一个温度探针前进到滑板60底部处的“就绪”温度探针位置。就绪位置处的温度探针在图5和图6中标识为温度探针84a。当进行“检验温度”或“更换温度探针”输入时，如果传感器85检测到“没有剩余温度探针”，则传感器可向管理处理器28输入信号，使得机器人装置将被阻止尝试将喷枪76插在温度探针上的移动，直到在装置50上的“就绪”位置处温度探针可用为止。

在本发明的其它例子中，可使用一种以上类型的温度探针。在这些方案中，可在装置50上提供每一类型温度探针的单独供给，例如在分开的滑板上供给，及可对适当滑板上“就绪”位置处的适当温度探针进行手动或自动模式选择。

在本发明的其它例子中，代替温度探针或其组合，机器人装置30可通过抓起非接触式温度测量装置并将其对准炉槽表面以获得槽的非接触式温度测量而执行温度检验过程，温度测量传给管理处理器28。

在本发明的该非限制性例子中，对于金属取样操作或过程的手动控制(模式)，人操作员通过适当的手动输入控制装置开始金属取样过程，手动输入控制装置如炉装备处理器24上向管理处理器28输出信号的按钮。管理处理器可向机器人装置30的机器人处理器34输出信号以执行金属取样过程，如下进一步所述。对于全自动金属取样过程，来自手动输入控制装置的信号被禁止，及管理处理器28控制金属取样过程状态。对活动炉执行金属取样过程以确定炉槽的化学性质或品质。

对于执行金属取样过程，下述条件状态必须为真：活动炉处于零向后倾斜及盖打开。

在本发明的该非限制性例子中，金属取样状态变量包括取样喷枪的位置。在金属取样过程期间，金属取样器插在机器人装置抓住的取样喷枪上，其插入活动炉的槽内。金属取样器可以是具有一个或多个进入中空内部的流孔的中空陶瓷结构，使得当金属取样器以适当方位浸入槽内时，熔融金属将充满中空内部并凝固为将进行适当分析的金属样本。

在手动模式下，基于输入控制装置的“取金属样本”命令容许输入，机器人装置30执行抓住集成工具和输送装置50上的金属取样器浸入喷枪74所需要的移动，这些移动由来自集成过程控制系统的指令控制。之后，机器人装置执行将浸入喷枪插入装置50上“就绪”位置处的金属取样器82a的中空内部所需要的移动，如下进一步所述。例如，金属取样器和喷枪可以是可从HERAEUS ELECTRO-NITE获得的金属取样器和喷枪。之后，机器人装置执行将机器人装置抓住的喷枪上的金属取样器插入活动炉槽并保持“取金属样本”时间段所需要的移动，在该时间段之后，机器人装置30将金属取样器移离槽及自炉运行空间传送包含金属样本的金属取样器。自炉运行空间传送金属取样器的一个非限制性例子包括机器人装置执行下述移动：将喷枪上的金属取样器放在金属取样器及废热电偶探针溜槽54中，通过将喷枪拉过溜槽54顶部处的切口54a(图4)而从探针缩回浸入喷枪以从喷枪76剥离金属取样器，这导致剥离的金属取样器沿溜槽54滑下并离开炉运行空间。图5示出了在从喷枪74剥离之后但在滑下溜槽之前位于溜槽54中的金属取样器82b。在从喷枪剥离金属取样器之后，机器人装置30执行使取样喷枪74返回其在装置50上的贮存位置的移动。

装置50在外壳88中可包括装有弹簧的表面以吸收在机器人装置30将喷枪插入装置50上的“就绪”位置处的金属取样器82a中时因机器人装置的移动施加的任何力，从而避免压靠装置50的刚性结构元件的压力损害金属取样器。另外，装置50可包括旋转分度装置以确保处于“就绪”位置的金属取样器被适当定向从而由机器人装置插入槽内，如果金属取样器必须被适当定向以用来自槽的熔融金属填充金属取样器的话。

金属取样器的供给82可贮存在集成工具和输送装置50上，如图4、图5和图6中所示。一个或多个适当的感测装置如一个或多个光电传感器可适当地定位在装置50上，使得下述条件状态可被感测到：装置50上的“金属取样器数量低”；及装置50上“没有剩余金属取样器”。所感测的条件状态可传给管理处理器28进行进一步处理。装置50上贮存的金属取样器以重力供料方式沿有角滑板64向下滑动，适当的执行机构66控制金属取样器前进到滑板64底部处的“就绪”金属取样器位置。就绪位置处的金属取样器在图5和图6中标识为金属取样器82a。当进行“取金属样本”输入时，如果传感器89检测到“没有剩余金属取样器”，则传感器可向管理处理器28输入信号，使得机器人装置将被阻止尝试将喷枪74插在金属取样器上的移动，直到在装置50上的“就绪”位置处金属取样器可用为止。

在本发明的一些例子中，可使用一种以上类型的金属取样器。例如，可使用楔形金属取样器或冶金实验室(微调测定)取样器。在这些方案中，可在装置50上提供每一类型金属取样器的单独供给，例如在分开的滑板上供给，及可对适当滑板上“就绪”位置处的适当金属取样器进行手动或自动模式选择。

在本发明的一些例子中，可使用勺金属取样工具(勺工具)。勺工具可属于冶金铸造杓设计。勺工具可装在集成工具和输送装置50上的任何适当位置。在手动模式下，基于输入控制装置的“取勺金属样本”命令容许输入，机器人装置30执行抓住集成工具和输送装置上的勺工具所需要的移动，这些移动由来自集成过程控制系统的指令控制。当使用勺金属取样工具时，金属取样状态变量可包括勺金属取样工具的位置。之后，机器人装置执行将勺工具浸入活动炉槽以用槽中的熔融金属样本填充勺工具上的熔融金属座所需要的移动。之后，机器人装置执行将熔融金属从熔融金属座倾倒在取样容器内所需要的移动，例如取样容器可以是铸造应用中已知的“快杯”、“冷却杯”或“冷却楔”。容器中凝固的熔融槽样本可适当地移离铸造工作空间。

在本发明的其它例子中，代替金属取样器或其组合，机器人装置30可通过抓起非接触式金属取样装置并将其对准炉槽表面以获得槽的非接触式分析而执行金属取样过程，前述非接触式分析传给管理处理器28。

在本发明的该非限制性例子中，对于添加调整材料过程的手动控制(模式)，人操作员通过适当的手动输入控制装置开始添加调整材料过程，手动输入控制装置如炉装备处理器24上向管理处理器28输出信号的按钮。管理处理器可向机器人装置30的机器人处理器34输出信号以执行添加调整材料过程，如下进一步所述。对于全自动添加调整材料过程，来自手动输入控制装置的信号被禁止，及管理处理器28控制添加调整材料过程状态。对活动炉执行添加调整材料过程以添加调整材料，例如添加碳化硅或硅化铁以改变炉槽的化学性质。

对于执行添加调整材料过程，下述条件状态必须为真：活动炉处于零向后倾角及盖打开。

在本发明的该非限制性例子中，添加调整材料状态变量包括调整材料工具的位置，调整材料添加在调整材料工具中以沉积在活动炉的槽内。

对于本发明的该非限制性例子，调整材料工具(盘)79贮存在装置50的底部。调整材料放在炉运行空间外面的调整材料溜槽68上，这导致调整材料滑下溜槽并滑到盘79上。在手动模式下，基于输入控制装置的“添加调整材料”命令容许输入，机器人装置30执行下述移动：抓住装置50上的贮存位置处的调整材料工具(盘)78，调整材料在盘上；移动盘以将调整材料沉积在活动炉的槽中；及使空盘返回其在装置50上的贮存位置。

在本发明的其它例子中，可使用自动向调整材料工具79传送适当数量的不同调整材料的自动化调整材料投放器。

任何上述真/假条件状态可通过适当的传感器如机械限位开关、光传感器或其它适当的装置输入给本发明的集成控制系统。如果条件状态未在需要时检测到，可在适当的输出装置如计算机视频显示器上显示差错消息以表明失败条件状态。

在双炉系统中，本发明的集成控制系统的全自动模式的一个非限制性例子如下所述。人操作员通过适当的输入装置如位于炉装备处理器24上的选择器开关选择全自动模式。在开始，如果尚未在原位，则所有装备移到其各自的原位。响应于“全部原位”命令的程序执行依次为：机器人装置30结束在“全部原位”命令输入时可能正在执行的任何炉熔融过程，并返回到如下定义的机器人装置原位；炉料车返回到如上定义的炉料车原位；炉渣推车返回到如上定义的炉渣推车原位；及炉返回到如上定义的炉原位。机器人装置30的“原位”在两个炉中间，对于本发明中使用的机器人装置的非限制性例子，所有机器人装置轴均被缩回到其最紧凑的位置。

之后，人操作员通过适当的输入装置如炉装备处理器24上的选择器开关向集成过程系统输入“全自动”信号，其可向管理处理器28输出适当的信号以承担所有过程的总命令和控制。在本发明的该非限制性例子的全自动模式下，集成过程控制系统计算机程序同时开始过程步骤1和2。

过程步骤1随空炉20开始。炉20处于零倾角及盖20a打开。之后，炉料车40改址到炉20并通过振动(摇动)向炉20加料，如上所述，以将炉料从炉料车倾入炉内。摇动将按定期开/关时间间隔进行，直到(下述)过程步骤3开始为止；在那时，与炉20相关联的所有装备返回其原位。

过程步骤2随炉22中的熔融金属槽开始。炉22向后倾斜到向后炉渣倾角及盖22a打开。之后，机器人处理器34向机器人装置30发送顺序指令以对炉22执行如下所述的炉熔融过程。如上所述，机器人装置对炉22执行下述过程：炉渣除去过程、接地检验过程、温度检验过程、金属取样过程、及添加调整材料过程。在这些过程结束的基础上，与炉22相关联的所有装备返回各自的原位。炉22向前倾斜到倾倒倾角并保持“炉倾倒”时间段，之后返回零倾角。熔融金属从炉倾倒到适当的容器内如杓或流槽。炉22保持在零倾角，直到(下述)过程步骤3开始为止。

在过程步骤1和2结束的基础上，在本发明的该非限制性例子的全自动模式下，集成过程控制系统计算机程序同时开始过程步骤3和4。

过程步骤3随炉20的熔融金属槽开始。如上所述，在过程步骤1，与炉20相关联的所有装备在过程步骤3开始时返回其原位。炉20向后倾斜到向后炉渣倾角及盖20a打开。之后，机器人处理器34向机器人装置30发送顺序指令以对炉20执行如下所述的炉熔融过程。如上所述，机器人装置对炉20执行下述过程：炉渣除去过程、接地检验过程、温度检验过程、金属取样过程、及添加调整材料过程。在这些过程结束的基础上，与炉20相关联的所有装备返回各自的原位。炉20向前倾斜到倾倒倾角并保持“炉倾倒”时间段，之后返回零倾角。熔融金属从炉倾倒到适当的容器内如杓或流槽。炉20保持在零倾角，直到(下述)过程步骤5开始为止。

过程步骤4随空炉22开始。炉22处于零倾角及盖22a打开。之后，炉料车42改址到炉22并通过振动向炉22加料以将炉料从炉料车倾入炉内。摇动将按定期开/关时间间隔进行，直到过程步骤5开始为止。

过程步骤5随空炉20和炉22中的熔融金属槽开始：在本发明的该非限制性例子的全自动模式下，集成过程控制系统计算机程序持续执行包括上述过程步骤1-4的闭环过程序列，即执行如上所述的步骤，直到程序中断为止，例如人操作员通过适当的输入装置向集成过程控制系统输入“手动模式”命令而引起中断。程序可以中断例程处理该中断，这导致执行如上所述的“全部原位”例程及集成过程控制系统因输入命令暂停。

在本发明集成控制系统的全自动模式的上述非限制性例子中，在过程步骤1和2开始时，炉20为空炉及炉22具有熔融金属槽。如果炉20和22的状态不同于过程步骤1和2开始时的那些状态，可对上述全自动过程进行适当的修改。

在本发明的上述例子中，对于一些炉过程操作，可变炉状态包括炉的倾斜位置及炉盖打开或闭合；而在本发明的其它例子中，炉过程可以炉处于零倾角位置及炉盖闭合状态完成。例如，在本发明的一些例子中，炉盖或其它炉结构可包括工具通道开口，优选为自密封开口以防止在工具未插入该开口中时通过开口损失热量。工具通道开口应具有足够的大小使得一个或多个工具可在盖闭合及炉处于非倾斜位置时插入槽内。例如，接地探针可通过前述开口插入以执行如上所述的槽接地检验过程，消除了活动炉处于向后零倾角及盖打开的条件。类似地，取样勺可通过前述开口插入以执行如上所述的勺金属样本过程，消除了活动炉处于向后零倾角及盖打开的条件。类似地，温度浸入喷枪上的温度探针可通过前述开口插入以执行如上所述的温度检验过程，消除了活动炉处于向后零倾角及盖打开的条件。类似地，取样喷枪上的金属取样器可通过前述开口插入以执行如上所述的金属取样过程，消除了活动炉处于向后零倾角及盖打开的条件。

在本发明的上述例子中，多个工具贮存在集成工具和输送装置50上；而在本发明的其它例子中，工具可贮存在位于炉运行空间中的各个或多个成组贮存装置上。

可选地，如上所述，如果使用一个或多个光电传感器，则可由机器人装置30执行清洁透镜过程。机器人装置可执行将位于机器人装置上的压缩空气送气喷嘴定位在每一光电传感器的透镜前方的移动以释放压缩空气流清洁透镜。

在本发明的一些例子中，在自动模式下，人操作员可覆盖上述集成过程控制系统的执行以有选择地改变自动模式操作的部分。集成过程控制系统可以人操作员进行的修改按自动模式继续执行。

具有与本发明的上述例子中所使用的不同的状态变量和/或条件状态的其它电感应金属熔融炉的部件，如炉、加料装置、除渣装置、机器人装置、工具及其它工具、工具贮存装置、输送结构均在本发明的范围之内，只要这些状态变量和/或条件状态由本发明的集成过程控制系统控制。

提供以上本发明实施例是为了说明的目的，绝不应视为限制本发明。在参考不同实施例描述本发明的同时，在此使用的词句是描述和说明性的词句，而不是限制性的词句。虽然已经结合具体装置、材料和实施例描述了本发明，但本发明不受在此公开的具体细节的限制，本发明延伸到权利要求范围内的所有功能等效的结构、方法和用途。受益于本说明书的教示的本领域技术人员可以实现对本发明的多种修改，这些变化不脱离本发明的精神和实质。

Claims (16)

1、用于电感应熔融铸造的集成过程控制装置或设备，包括：

一个或多个电感应熔融炉，其中每一炉具有一个或多个可变炉状态；

用于将炉料输送到每一炉的一个或多个炉料输送设备，其中每一炉料输送设备具有一个或多个可变炉料输送状态；

用于从每一炉中的熔融金属槽除去炉渣的一个或多个炉渣除去设备，其中每一炉渣除去设备具有一个或多个可变炉渣除去状态；

用于一个或多个炉的每一炉中的槽的过程控制的一个或多个炉过程操作，其中一个或多个炉过程操作中的每一过程操作具有一个或多个可变炉过程状态；

一个或多个控制处理器，用于控制一个或多个可变炉状态、炉料输送状态、炉渣除去状态及炉过程状态；及

用于执行一个或多个可变炉过程状态的一个或多个机器人装置。

2、根据权利要求1的集成过程控制装置或设备，其中可变炉状态为倾斜位置、盖打开及盖闭合。

3、根据权利要求1的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个炉料输送设备包括用于将炉料输送到一个或多个炉中的每一炉的一个或多个炉料车，及一个或多个可变炉料输送状态至少包括一个或多个炉料车中的每一个的位置。

4、根据权利要求1的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个炉渣除去设备包括一个或多个炉渣推车，及一个或多个可变炉渣除去状态至少包括一个或多个炉渣推车中的每一个的位置。

5、根据权利要求1的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个炉渣除去设备包括一个或多个蛤壳式撇渣器，及一个或多个可变炉渣除去状态至少包括一个或多个蛤壳式撇渣器中的每一个的位置。

6、根据权利要求1的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个炉过程操作至少包括槽接地检验操作。

7、根据权利要求6的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个可变炉过程状态至少包括接地探针的位置。

8、根据权利要求1的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个炉过程操作至少包括温度检验操作。

9、根据权利要求8的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个可变炉过程状态至少包括温度探针的位置。

10、根据权利要求1的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个炉过程操作至少包括金属取样操作。

11、根据权利要求10的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个可变炉过程状态至少包括金属取样探针的位置。

12、根据权利要求10的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个可变炉过程状态至少包括勺金属取样工具的位置。

13、根据权利要求1的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个炉过程操作至少包括添加调整材料操作。

14、根据权利要求13的集成过程控制装置或设备，其中一个或多个可变炉过程状态至少包括调整材料工具的位置。

15、根据权利要求1的集成过程控制装置或设备，还包括用于贮存在一个或多个炉过程操作中使用的一个或多个工具的集成工具装置。

16、用于从一个或多个电感应炉生产熔融金属的方法，该方法包括步骤：

用至少一集成过程控制器控制一个或多个炉中的每一炉的一个或多个可变炉状态以通过感应加热每一炉中堆积的炉料而产生熔融金属；

用至少一集成过程控制器控制至少一炉料输送设备的一个或多个可变炉料输送状态以将炉料输送到每一炉；

用至少一集成过程控制器控制炉渣除去设备的一个或多个可变炉渣除去状态以从每一炉中的熔融金属槽除去炉渣；及

用至少一集成过程控制器控制一个或多个机器人装置以执行一个或多个炉过程操作。

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