CN101722284A - 一种连铸结晶器振动检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连铸结晶器振动检测装置，其包括硬件系统，其特征在于，硬件系统包括加速度振动传感器、下位机数据采集卡、上位机系统控制卡、触摸屏；加速度振动传感器、下位机数据采集卡、上位机系统控制卡、触摸屏依次相连。本发明通过传感器不同安装方式，能够准确的检测到连铸结晶器振动的幅值、频率及振动波形偏斜率；该系统安装简便、携带方便、维护容易，实现需要时即装即用，不用时即拆即走；具有良好的人机接口，通过调整参数实现不同用户的不同需求，易于操作人员掌握操作。

Description

一种连铸结晶器振动检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及冶金工业领域，更具体的说，是涉及面向钢水连铸设备的一种连铸结晶器振动数据的检测装置及检测方法。

背景技术

结晶器是钢铁连铸生产中的铸坯成型设备，是连铸机的心脏设备和关键设备。在钢铁生产中，结晶器振动使得铸坯得以强制脱模；利于铸坯的润滑，消除连接；改善铸坯的表面质量。但结晶器振动参数选择恰当与否关系到连铸坯生产和连铸坯表面质量的好坏。为了提高连铸坯表面质量，目前常用的是在线检测系统和传统的人工检测方法。在线检测系统虽然处理能力强、能够实现对结晶器状态的长期监测，但是所采用的位移传感器拆装复杂，且在高温、潮湿的工作现场寿命相对较短，此外设备硬件成本高、体积大、集成度低、使用不方便。而人工检测方法存在较大误差，对实际炼钢生产的指导意义不大。因此开发一种成本低、体积小、集成度高、使用寿命长、操作方便可靠的结晶器振动检测设备很有必要。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种连铸结晶器振动数据的检测装置及检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种连铸结晶器振动数据的检测装置通过加速度传感器采集结晶器振动信号，并协同其他信息根据既定的通信协议通过串口传至掌上电脑；掌上电脑进行相关信息的计算与分析，并将得到的结果通过人机交互接口显示在触摸屏上，最终实现对连铸结晶器振动参数的调整提供依据。

一种连铸结晶器振动检测装置，硬件系统包括加速度振动传感器、下位机数据采集卡、上位机系统控制卡、触摸屏；加速度振动传感器、下位机数据采集卡、上位机系统控制卡、触摸屏依次相连。

所述的加速度振动传感器经过抗干扰保护设计，能够适应连铸结晶器现场复杂的环境，负责结晶器振动信号的采集；

所述的下位机数据采集卡，负责对加速度振动传感器采集信号的预处理，并通过串行接口，将预处理过的信号传递给上位机系统控制卡；

所述的上位机系统控制卡，负责对下位机传递来的信号进行分析、计算，同时提供用户交互接口，实现结晶器振动参数及波形的显示及其他相关信息的显示与控制；

所述的触摸屏，负责显示系统状态、将分析处理过的振动信号进行直观的显示，并可通过图形用户接口实现对参数的调整、历史数据的回放等功能。

作为一种改进，所述的加速度振动传感器用来对振动信号进行采集。不同的传感器安装方式实现对结晶器振动不同的参数的测量：测量结晶器振动的振幅与频率时将单一传感器垂直放在结晶器上面即可；测量结晶器振动不同两点的同步性时，将两个传感器放在结晶器上不同的位置，通过查看触摸屏上显示的不同两点振动的X-Y轴心轨迹图即可；测量结晶器振动的垂直方向与水平方向振动的大小，即要知道结晶器偏振的情况，将一个传感器垂直放在结晶器上，另一传感器水平放在传感器上，通过查看触摸屏上显示的信息即可。

作为一种改进，所述的下位机数据采集卡包括电源管理模块、信号滤波处理模块、运放电路调理模块、微控制器模块、串口通信模块及外围电路。

所述的电源管理模块，用于将电源输入的电压通过电源转换芯片的处理，转换成适合个模块工作的不同电源；

所述的信号滤波处理模块，用于将输入信号中的干扰信号进行低通、高通等滤波处理；

所述的运放电路调理模块，用于将输入信号进行调节，得到适合微控制器处理的电压信号；

所述的为控制模块，用于将运放电路调理模块调理后的电压信号进行预处理，实现结晶器振动信号的采集及与上位机系统控制卡进行交互；

所述的串口通信模块，用于将微控制器的CMOS电平转换成适合串口通信用的RS-232电平；

所述的外围电路，用于微控制器的复位、状态指示、数据传输指示。

作为一种改进，所述的上位机系统控制卡包括系统控制模块、信息分析处理模块、图形显示模块和系统参数设置模块；

所述的系统控制模块，负责系统初始化、目标设备选择、系统启动/停止等基本功能；

所述的信息分析处理模块，负责接受上传的各种信息，进行分析、计算处理；

所述的图形显示模块，负责将信息分析处理模块的分析结果进行直观显示，并将用户输入的各种信息进行显示；

所述的系统参数设置模块，负责系统各个技术参数的设置，来满足不同环境、不同用户的不同需求。

一种连铸结晶器振动检测方法，包括以下步骤：

(1)利用加速度振动传感器得到结晶器的振动信号；

(2)将结晶器的振动信号通过下位机数据采集卡进行预处理；

(3)将下位机数据采集卡预处理过的信号协同控制信号上传至上位机系统控制卡；

(4)上位机系统控制卡接受结晶器的振动信号及控制信号，并对振动信号进行分析、计算；

(5)分析计算结束后，通过人机交互接口，将相关信息显示在触摸屏上，实现对连铸结晶器振动信号的检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过传感器不同安装方式，能够准确的检测到连铸结晶器振动的幅值、频率及振动波形偏斜率；该系统安装简便、携带方便、维护容易，实现需要时即装即用，不用时即拆即走；具有良好的人机接口，通过调整参数实现不同用户的不同需求，易于操作人员掌握操作。

附图说明

图1是系统实现方案图；

图2是传感器安装方式示意图；

图3是硬件系统模块结构及控制关系图；

图4是上位机控制系统软件模块构成图；

图5是上位机系统控制软件流程图。

具体实施方式

结合附图，下面对本发明进行详细说明。

一种连铸结晶器振动检测装置及检测方法，硬件系统包括加速度传感器、下位机数据采集卡、上位机系统控制卡、触摸屏，其布置与连线见附图1。加速度振动传感器、下位机数据采集卡、上位机系统控制卡、触摸屏依次相连。

如图3所示，所述的电源管理模块，用于将电源输入的电压通过电源转换芯片的处理，转换成适合个模块工作的不同电源；

所述的信号滤波处理模块，用于将输入信号中的干扰信号进行低通、高通等滤波处理；

所述的运放电路调理模块，用于将输入信号进行调节，得到适合微控制器处理的电压信号；

所述的为控制模块，用于将运放电路调理模块调理后的电压信号进行预处理，实现结晶器振动信号的采集及与上位机系统控制卡进行交互；

所述的串口通信模块，用于将微控制器的CMOS电平转换成适合串口通信用的RS-232电平；

所述的外围电路，用于微控制器的复位、状态指示、数据传输指示。

上位机系统控制卡软件包括系统控制模块、信息分析处理模块、图形显示模块和系统参数设置模块。系统控制模块，负责系统初始化、目标设备选择、系统启动/停止等基本功能；信息分析处理模块，负责接受上传的各种信息，进行分析、计算处理；图形显示模块，负责将信息分析处理模块的分析结果进行直观显示，并将用户输入的各种信息进行显示；系统参数设置模块，负责系统各个技术参数的设置，来满足不同环境、不同用户的不同需求。

一种连铸结晶器振动检测方法，包括以下步骤(见附图5)：

(1)利用加速度振动传感器得到结晶器的振动信号；

(2)将结晶器的振动信号通过下位机数据采集卡进行预处理；

(3)将下位机数据采集卡预处理过的信号协同控制信号上传至上位机系统控制卡；

(4)上位机系统控制卡接受结晶器的振动信号及控制信号，并对振动信号进行分析、计算；

(5)分析计算结束后，通过人机交互接口，将相关信息显示在触摸屏上，实现对连铸结晶器振动信号的检测。

具体实施过程如下：

连铸结晶器现场检测时，采集装置的传感器接口连接到结晶器上的两路加速度振动传感器，两路加速度振动传感器安装方式参考附图2。加速度振动传感器的输出的模拟信号经过信号滤波处理模块进行滤波，再通过运放电路调理模块进行放大调理输出适合微控制器采集的电压信号，此电压信号经微控制器的AD采样端口输入到微控制器中，微控制器将输入的电压模拟信号转换成数字信号并进行相应的预处理再协同其他控制信息通过串口传输模块，按照下位机数据采集卡与上位机系统控制卡既定的串口通信协议，传输给上位机系统控制卡；上位机系统控制卡接受到数据后按照既定的串口通信协议进行校验、拆包处理，并将传输的有用信息储存在共享内存缓冲区中；上位机的应用程序读取缓冲区的数据，此数据为结晶器振动波形的加速度数据，对该加速度数据进行积分处理，再滤除其中干扰信息得到结晶器振动波形的速度数据，对该速度数据进行积分处理，在进行滤波剔除干扰信号得到结晶器振动波形的位移数据，其间对干扰信号的剔除还采取了经验模态分解的方法，有效的剔除了干扰信号；再将得到的结晶器振动的加速度、速度、位移信息提供给图形显示模块并与其他相关信息一同显示，满足客户的需求。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种连铸结晶器振动检测装置，其包括硬件系统，其特征在于，硬件系统包括加速度振动传感器、下位机数据采集卡、上位机系统控制卡、触摸屏；加速度振动传感器、下位机数据采集卡、上位机系统控制卡、触摸屏依次相连。

2.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器振动检测装置，其特征在于，所述的加速度振动传感器有不同的安装方式，单路传感器用来检测结晶器振动的振幅与频率；双路传感器放置同一水平面的不同位置用来测量结晶器振动的同步性；双路传感器放置两互相垂直的平面(水平面与竖直面)用来测量结晶器偏振情况。

3.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器振动检测装置，其特征在于，所述的下位机数据采集卡包括电源管理模块、信号滤波处理模块、运放电路调理模块、微控制器模块、串口通信模块及外围电路；

所述的电源管理模块，用于将电源输入的电压通过电源转换芯片的处理，转换成适合个模块工作的不同电源；

所述的信号滤波处理模块，用于将输入信号中的干扰信号进行低通、高通等滤波处理；

所述的运放电路调理模块，用于将输入信号进行调节，得到适合微控制器处理的电压信号；

所述的为控制模块，用于将运放电路调理模块调理后的电压信号进行预处理，实现结晶器振动信号的采集及与上位机系统控制卡进行交互；

所述的串口通信模块，用于将微控制器的CMOS电平转换成适合串口通信用的RS-232电平；

所述的外围电路，用于微控制器的复位、状态指示、数据传输指示。

4.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器振动检测装置，其特征在于，所述的上位机系统控制卡包括系统控制模块、信息分析处理模块、图形显示模块和系统参数设置模块；

所述的系统控制模块，负责系统初始化、目标设备选择、系统启动/停止等基本功能；

所述的信息分析处理模块，负责接受上传的各种信息，进行分析、计算处理；

所述的图形显示模块，负责将信息分析处理模块的分析结果进行直观显示，并将用户输入的各种信息进行显示；

所述的系统参数设置模块，负责系统各个技术参数的设置，来满足不同环境、不同用户的不同需求。

5.根据权利要求2所述的一种连铸结晶器振动检测装置，其特征在于，所述的电源管理模块包括传感器电压电源模块、模拟电路电源模块、数字电路电源模块；

所述的传感器电压电源模块用于给传感器信号采集提供电源；

所述的模拟电路电源模块用于给模拟电路提供电源，更精确的讲是为信号滤波处理模块、运放电路调理模块、微控制器模块模拟部分提供电源；

所述的数字电路电源模块用于给数字电路提供电源，更精确的讲是为串口通信模块、外围电路、微控制器模块数字部分提供电源。

6.根据权利要求4所述的一种连铸结晶器振动检测装置，其特征在于，所述的信息分析处理模块不仅分析结晶器振动的加速度信号，而且通过积分算法、经验模态分解来分析结晶器振动的速度信号、位移信号，同时分析同一振动面上不同两点之间的振动同步性，和结晶器振动的偏振情况。

7.根据权利要求4所述的一种连铸结晶器振动检测装置，其特征在于，所述图形显示模块，不仅显示结晶器振动的加速度、速度、位移信息，同时显示历史数据回放的状况，以及系统参数配置的各种状况。

8.一种连铸结晶器振动检测方法，其特征在于：方法包括以下步骤：

(1)利用加速度振动传感器得到结晶器的振动信号；

(2)将结晶器的振动信号通过下位机数据采集卡进行预处理；

(3)将下位机数据采集卡预处理过的信号协同控制信号上传至上位机系统控制卡；

(4)上位机系统控制卡接受结晶器的振动信号及控制信号，并对振动信号进行分析、计算；

(5)分析计算结束后，通过人机交互接口，将相关信息显示在触摸屏上，实现对连铸结晶器振动信号的检测。

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