CN105400950B - 一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于LabVIEW的大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，对大直径球磨钢球热处理过程中的控制冷却、淬火装置的电机转速以及出入水阀门开关进行精确的控制，保证了球磨钢球最佳的淬火效果。所述热处理生产线由罐式多层控制冷却装置、罐式多层淬火装置、罐式回火装置组成。所述控制系统包括：检测装置、执行器、控制器。检测装置用于检测控制冷却、淬火和回火装置内的温度；执行器，用于根据控制冷却和淬火装置的电机调速信号分别驱动所述调频电机和水泵的流量；控制器分别与所述检测装置、所述执行器相连，根据检测装置检测到的控制冷却、淬火和回火装置的温度，生成相应装置的电机调速信号以及出入水阀门开关调节信号。

Description

一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，特别涉及一种基于LabVIEW斜轧球磨钢球热处理装置控制系统。

技术背景

球磨钢球广泛用于粉磨各种矿石及其它物料。轧制法生产钢球，是一种先进的球磨钢球生产工艺。轧制后的球磨钢球一般需要进行热处理，以提高钢球硬度、耐磨性能。

在球磨钢球热处理生产中，需要对温度等关键热处理参数进行测量和数据分析。传统的方法是用仪表检测及人工记录，不仅费时且可能遗漏重要数据并存在度数不准等问题。

目前，基于虚拟仪器技术的检测设备中使用最为普遍的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。随着虚拟仪器LabVIEW技术的发展，利用LabVIEW技术优势，结合数据采集卡和各相应传感器及外围电路，可设计出一套容易理解和操作、界面友好的控制系统。

发明内容

本发明提供一种基于LabVIEW斜轧球磨钢球热处理装置控制系统，该控制系统可自动对斜轧球磨钢球热处理装置进行安全可靠地控制，保证斜轧球磨钢球热处理装置安全可靠地运行。

本发明的技术方案是：一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，所述控制系统用于控制斜轧球磨钢球热处理装置，所述斜轧球磨钢球热处理装置包括罐式多层控制冷却装置、罐式多层淬火装置、罐式回火装置和钢球运输管道；

所述控制系统包括：

检测装置，用于检测控制冷却装置、淬火装置、回火装置内温度；

执行器，所述执行器用于根据控制冷却和淬火装置的电机调速信号分别驱动所述调频电机；

控制器，所述控制器分别与所述检测装置和所述执行器相连，用于根据所述检测装置检测到的所述控制冷却装置、淬火装置、回火装置的温度生成所述控制冷却和淬火装置的电机调速信号。

进一步地，所述控制冷却装置、淬火装置及回火装置依次连接；

所述控制冷却装置具有一斜轧球磨钢球入口装置，所述斜轧球磨钢球在所述控制冷却装置内完成控冷，在所述淬火装置中完成淬火，在所述回火装置内进行回火处理。

进一步地，所述控制冷却装置包括多个可旋转冷却的控冷盘，多个所述空控冷盘自冷却装置内侧自上至下依次设置，斜轧球磨钢球自顶部控冷盘依次下降到达底部控冷盘，并被排出控制冷却装置。

进一步地，所述控制冷却装置还包括一控冷罐体，多个所述控冷盘设置在控冷罐体内部，多个所述控冷盘的中心均连接在一控冷转动轴上，所述控冷转动轴沿竖直方向设置；所述控冷罐体固定在一控冷罐体支架上，所述控冷转动轴下端连接在一控冷直连式电机，所述控冷直连式电机置于所述控冷罐体下侧；

所述控冷盘包括固定盘、转动盘及拨片。

进一步地，所述固定盘为圆环状，并围置在所述控冷转动盘周侧，所述拨片固定在控冷转动盘上，所述拨片端部置于所述固定盘上侧，所述固定盘外周侧通过托架固定在罐体内壁上；所述转动盘中心处通过法兰固定在控冷转动轴上；

所述固定盘具有一落球装置，置于底部的控冷盘的落球装置连接一淬火通道。

进一步地，所述拨片和固定盘是由水管弯折连接而成，所述转动轴为中空结构，所述转动轴具有多个水口，与拨片的水管相连为每层转动盘提供冷却水的水源，控冷罐体内壁固定有水管，为每层固定盘提供冷却水的水源。

进一步地，所述淬火装置包括一连续旋转淬火单元及一淬火罐体，所述连续旋转淬火单元设置在淬火罐体内，所述淬火罐体内还储存有淬火介质，所述连续旋转淬火单元为多层结构；

所述连续旋转淬火单元包括多层淬火转盘装置，所述多层淬火转盘装置自上至下依次固定连接在一淬火旋转轴上；

所述淬火罐体上设置有一连接淬火通道的开口。

进一步地，所述淬火转盘装置包括淬火转盘、定盘及多个拨片，所述定盘为圆形状，围置在所述转盘周侧，所述多个拨片一端均匀的固定在转盘上，另一端均置于定盘上侧；

所述定盘周侧固定在淬火罐体内壁上，所述淬火转盘的中心处固定连接在淬火旋转轴上；所述拨片固定在转盘的一端设置有挡板；所述定盘上设置有扇形开口。

进一步地，所述淬火旋转轴顶部依次连接置于淬火罐体外部的联轴器及淬火直连式电机；所述旋转轴底端通过滑动轴承连接在淬火罐体底部；置于底层的所述淬火转盘装置的扇形开口连接一螺旋提升装置。

进一步地，所述回火装置包括一回火罐体、球框、盖子及进球装置，所述球框置于所述回火罐体内，所述盖子置于所述回火罐体顶部，所述进球装置设置在所述盖子上，所述进球装置同时连接螺旋提升装置。

本发明的有益效果是：

1)操作界面图形化，以表格和曲线的方式显示各监测点实时测量值及历史数据；

2)操作过程简单、直观，可设置各监测点的上下限报警值，可提供趋势曲线、数据报表、数据导出、数据查询等功能；

3)操作界面提供自动/手动切换的按钮，可实现手动控制。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为本发明的系统控制系统工作流程图；

图3为本发明的基于LabVIEW的监控界面图；

图4为本发明的控制系统工作流程图;

图5为本发明实施例的多层控冷装置结构示意图；

图6为本发明实施例的淬火装置结构示意图；

图中标号：1.多层控冷装置，2.淬火装置，3.回火装置，11.第一层控冷盘，12.第二层控冷盘，13.第三层控冷盘，14.罐体，15.支架，16.直连式电机，17.转动轴，18.螺旋提升机构，19.上层盖子，21.梯子，22.水罐，23.盖子，24直连式电机，25.联轴器，26. 端盖，27.滚动轴承，28.旋转轴，29.转盘, 210. 挡板，211. 拨片，212.定盘，213.滑动轴承。

具体实施方式

如图1-4所示，斜轧球磨钢球热处理装置，包括控制冷却装置、淬火装置、回火装置等，适用于Φ50~180mm较大直径的斜轧球磨钢球。通过采集控制冷却装置内的空气温度控制调频电机的转速，以调节钢球控制冷却的时间，当温度高于设定上限值时，降低电机转速，增长钢球控制冷却时间，当温度低于设定下限值时，提高电机转速，缩短钢球控制冷却时间，使钢球冷却到设定的温度范围。通过采集淬火装置内的水温，控制调频电机的转速和水流量，以调节钢球淬火的时间和水的温度，当温度高于设定上限值时，降低电机转速和增大水的流量，当温度低于设定下限值时，提高电机转速和降低水的流量，使钢球冷却到设定的温度范围。采集钢球在每个装置的进出口的温度，可以钢球质量进行跟踪记录和评估。采集到的数据可以在LabVIEW 监控界面实时显示，控制方式分为自动和手动两种，实现设备无人值守和远程控制。

其中，控制系统包括：检测装置，所述检测装置用于检测控制冷却装置、淬火装置、回火装置的温度；执行器，所述执行器用于根据控制冷却和淬火装置的电机调速信号分别驱动所述调频电机；控制器，所述控制器分别与所述检测装置和所述执行器相连，用于根据所述检测装置检测到的所述控制冷却装置、淬火装置、回火装置的温度生成所述控制冷却和淬火装置的电机调速信号。其中，检测装置包括温度传感器，控制器为单片机。

本发明采用PID控制算法。

本实施方式的基于LabVIEW 平台，系统结构图如图2 所示，总功能框如图3 所示，控制系统工作流程图如图4 所示，包括以下步骤:

步骤1：数据采集卡中读取到的温度采集电路的实时电压值，经处理转换成实时温度，与预设上限温度值进行比较，如果高于预设上限值进入步骤2 ，低于预设上限值进入步骤3 。温度测点的布置如图2所示。

步骤2：控制冷却装置：降低电机转速；淬火装置：降低电机转速并增大水泵流量。

步骤3: 转换成的实时温度与预设的下限温度进行比较，如果高于预设下限值返回步骤1，低于预设下限值进入步骤4。

步骤4: 控制冷却装置：提高电机转速；淬火装置：提高电机转速并减小水泵流量。

如图4所示，LabVIEW前面板的示意图，以表格和曲线的方式显示各监测点实时测量值及历史数据；可提供趋势曲线、数据报表、数据导出、数据查询等功能；提供自动/手动切换的按钮，可实现手动控制。

如图5所示：多层控制冷却装置，包括螺旋提升装置18和多层控冷装置两个主要部分，装置顶部为通风机接口，可将钢球冷却过程中的余热进行利用。实施例为封闭罐式三层控冷装置，但不限于三层，根据设计需要可以为一层、两层和多层，实施例中的三层控冷装置包括第一层控冷盘11、第二层控冷盘12、第三层控冷盘13、罐体14、支架15、直连式电机16、轴17、螺旋提升机构18、上层盖子19、淬火通道。多层控冷装置作用是，让钢球在每层控冷盘上转动一周后，落入下一层，最后钢球沿着最后一层下面的轨道出来，完成控制冷却。

如图6所示：所述冷却淬火装置包括一多层淬火转盘装置及一水罐2，所述多层淬火转盘装置设置在水罐22内，所述水罐22内储存有淬火介质，所述连续旋转淬火单元为多层结构。

所述多层淬火转盘装置自上至下依次固定连接在一旋转轴28上。所述淬火转盘装置包括转盘29、定盘212及多个拨片211，所述定盘212为圆形状，围置在所述转盘29周侧，所述多个拨片211一端均匀的固定在转盘29上，另一端均置于定盘212上侧。所述定盘212周侧固定在水罐22内壁上，所述转盘29的中心处固定连接在旋转轴28上。所述拨片211固定在转盘29的一端设置有挡板210；在拨片211推动的作用下，需要淬火的钢球在定盘212上，可实现相对滑动。

所述定盘212上设置有扇形开口；所述旋转轴28顶部依次连接置于水罐外部的联轴器25及直连式电机24，所述直连式电机24及联轴器25对旋转轴28提供旋转的动力，所述联轴器25下侧设置有一滚动轴承27，所述旋转轴28底端通过滑动轴承213连接在水罐22底部。置于底层的所述淬火转盘装置的扇形开口连接一螺旋提升装置。所述水罐22顶部设有盖子23；所述水罐22外侧设有梯子21及清洁孔。

Claims (9)

1.一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，其特征在于，所述控制系统用于控制斜轧球磨钢球热处理装置，所述斜轧球磨钢球热处理装置包括罐式多层控制冷却装置、罐式多层淬火装置、罐式回火装置和钢球运输管道；

所述控制系统包括：

检测装置，用于检测控制冷却装置、淬火装置、回火装置内温度；

执行器，所述执行器用于根据控制冷却和淬火装置的电机调速信号分别驱动调频电机；

控制器，所述控制器分别与所述检测装置和所述执行器相连，用于根据所述检测装置检测到的所述控制冷却装置、淬火装置、回火装置的温度生成所述控制冷却和淬火装置的电机调速信号；

所述控制冷却装置包括多个可旋转冷却的控冷盘，所述控冷盘包括固定盘、转动盘及拨片；

所述固定盘为圆环状，并围置在所述转动盘周侧，所述拨片固定在转动盘上，所述拨片端部置于所述固定盘上侧，所述固定盘外周侧通过托架固定在罐体内壁上；所述转动盘中心处通过法兰固定在控冷转动轴上；

所述拨片和固定盘是由水管弯折连接而成，所述控冷转动轴为中空结构，所述控冷转动轴具有多个水口，与拨片的水管相连为每层转动盘提供冷却水的水源，控冷罐体内壁固定有水管，为每层固定盘提供冷却水的水源。

2.根据权利要求1 所述的一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，其特征在于，所述控制冷却装置、淬火装置及回火装置依次连接；

所述控制冷却装置具有一斜轧球磨钢球入口装置，所述斜轧球磨钢球在所述控制冷却装置内完成控冷，在所述淬火装置中完成淬火，在所述回火装置内进行回火处理。

3.根据权利要求2 所述的一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，其特征在于，多个所述控冷盘自所述控制冷却装置内侧自上至下依次设置，斜轧球磨钢球自顶部控冷盘依次下降到达底部控冷盘，并被排出控制冷却装置。

4.根据权利要求3 所述的一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，其特征在于，所述控制冷却装置还包括一控冷罐体，多个所述控冷盘设置在控冷罐体内部，多个所述控冷盘的中心均连接在一控冷转动轴上，所述控冷转动轴沿竖直方向设置；所述控冷罐体固定在一控冷罐体支架上，所述控冷转动轴下端连接在一控冷直连式电机，所述控冷直连式电机置于所述控冷罐体下侧。

5.根据权利要求4 所述的一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，其特征在于，所述固定盘具有一落球装置，置于底部的控冷盘的落球装置连接一淬火通道。

6.根据权利要求5 所述的一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，其特征在于，所述淬火装置包括一连续旋转淬火单元及一淬火罐体，所述连续旋转淬火单元设置在淬火罐体内，所述淬火罐体内还储存有淬火介质，所述连续旋转淬火单元为多层结构；

所述连续旋转淬火单元包括多层淬火转盘装置，所述多层淬火转盘装置自上至下依次固定连接在一淬火旋转轴上；

所述淬火罐体上设置有一连接淬火通道的开口。

7.根据权利要求6 所述的一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，其特征在于，所述淬火转盘装置包括淬火转盘、定盘及多个拨片，所述定盘为圆形状，围置在所述转盘周侧，所述多个拨片一端均匀的固定在转盘上，另一端均置于定盘上侧；

所述定盘周侧固定在淬火罐体内壁上，所述淬火转盘的中心处固定连接在淬火旋转轴上；所述拨片固定在转盘的一端设置有挡板；所述定盘上设置有扇形开口。

8.根据权利要求7 所述的一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，其特征在于，所述淬火旋转轴顶部依次连接置于淬火罐体外部的联轴器及淬火直连式电机；所述淬火旋转轴底端通过滑动轴承连接在淬火罐体底部；置于底层的所述淬火转盘装置的扇形开口连接一螺旋提升装置。

9.根据权利要求8 所述的一种大直径斜轧球磨钢球热处理生产线控制系统，其特征在于，所述回火装置包括一回火罐体、球框、盖子及进球装置，所述球框置于所述回火罐体内，所述盖子置于所述回火罐体顶部，所述进球装置设置在所述盖子上，所述进球装置同时连接螺旋提升装置。