CN105537720B - 大板坯火焰喷枪切割高度控制系统及其使用方法 - Google Patents
大板坯火焰喷枪切割高度控制系统及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
大板坯火焰喷枪切割高度控制系统，包括切割机轨道、火焰切割机、设置于火焰切割机上的火焰切割小车和喷枪，它还包括安装于火焰切割小车上的气压缸、用于拍摄喷枪及喷枪火焰的相机和过程控制系统；该系统使用方法为：利用相机实时采集火焰喷枪喷口至火焰温度最高点之间距离，与火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离进行比较，根据比较结果由计算机控制活塞式火焰喷枪上下移动进行调整，确保火焰喷枪喷口至火焰温度最高点之间距离与火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离实时相等，保证充分利用火焰喷枪外烟的高温部分对板坯进行加热，达到提升大板坯切割质量、稳定连铸生产节奏的目的，并能大幅降低现场工作人员的劳动强度。
Description
技术领域
本发明提供一种大板坯火焰喷枪切割高度控制系统及其使用方法，属于连铸生产控制技术领域。
背景技术
目前，火焰切割方式是连铸生产过程中切割厚度为60mm以上大板坯的唯一经济、有效方式。有效实施火焰切割技术的关键是确保铸坯切缝附近的金属能够迅速被加热到钢铁的燃点，而这与气体火焰的温度分布是息息相关的。火焰分为外焰、内焰、焰心三个部分，受燃质能否被充分氧化的影响，导致外焰的温度>内焰的温度>焰心的温度，因此，在火焰切割的过程中，如果能够充分利用外焰的高温区域对板坯金属进行加热，就能够使板坯金属被迅速加热到钢铁的燃点，从而使板坯切割迅速、顺利完成；反之，若是利用火焰的内焰或焰心对板坯金属进行加热，则板坯金属将不能够被迅速加热到钢铁的燃点，这样，一方面会阻碍火焰切割过程的顺利进行，使板坯不能够在有限的时间内被切割下来，进而打乱了整个连铸生产的节奏，另一方面会使大板坯切缝附近的金属表面不够光滑，进而影响到终轧产品的表面质量；此外，还会降低燃气的利用率，增加燃气的消耗，进而增加连铸工序的成本。
火焰喷枪喷口到板坯表面的垂直距离，也称为火焰喷枪切割高度。综合上述分析可知，若想效率最大化地利用火焰外焰对板坯金属进行加热，需要精确调整火焰喷枪切割高度，使该高度的大小正好是当前时刻喷枪喷口与火焰外焰高温区域之间的距离。为满足上述条件，目前现场的传统做法是人工调整火焰喷枪的切割高度，即：在连铸生产前，现场工作人员首先通过肉眼离线观察火焰的长度，并结合之前火焰切割的实际效果，手动调节切割小车上喷枪喷口到铸坯传动辊的垂直距离，从而确保火焰喷枪切割高度与喷枪喷口与火焰外焰高温区域之间距离相等。但这种方法存在着以下的缺点：(1)、利用手动方式调节得到的火焰喷枪的切割高度只能粗略达到利用气体火焰外焰对板坯金属进行加热的目的，而无法精确实现；(2)、受气体燃料的供应压力和纯度等外部因素的影响，生产过程中的气体火焰外焰长度会经常发生改变，而传统的手动调节方式无法根据火焰外焰长度的变化及时调整火焰喷枪的切割高度，从而影响到板坯的实际切割效果；(3)、传统方式下，现场工作人员需要在每个浇次生产之前依据上一浇次的火焰切割效果，对火焰喷枪的切割高度进行调整，因此劳动强度较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大板坯火焰喷枪切割高度控制系统及该系统的使用方 法，可实时、自动、精确调整火焰喷枪切割高度，实现充分利用火焰外焰对板坯金属进行加热的目的，解决背景技术缺陷。
解决上述技术问题的技术方案是：
大板坯火焰喷枪切割高度控制系统，包括切割机轨道、火焰切割机、设置于火焰切割机上的火焰切割小车和喷枪，其改进之处为：它还包括安装于火焰切割小车上的气压缸、用于拍摄喷枪及喷枪火焰的相机和过程控制系统；
所述喷枪为活塞式火焰喷枪；活塞式火焰喷枪装配于气压缸中将气压缸分为上腔和下腔，上腔分别与上腔进气管和上腔出气管连通，上腔进气管和上腔出气管上分别安装上腔电磁调节阀和上腔电磁开关阀；下腔分别与下腔进气管和下腔出气管连通，下腔进气管和下腔出气管上分别安装下腔电磁调节阀和下腔电磁开关阀；上腔和下腔上分别安装有上腔压力传感器和下腔压力传感器；上腔还安装有位移传感器；
所述过程控制系统包括计算机、分别与计算机连接进行数据通讯的相机数据采集卡、上腔电磁调节阀PLC、下腔电磁调节阀PLC、上腔电磁开关阀PLC、下腔电磁开关阀PLC、气压缸信息反馈PLC、火焰切割机起点位置开关和火焰切割小车起点位置开关；上、下腔电磁调节阀PLC分别与上、下腔电磁调节阀相连接；上、下腔电磁开关阀PLC分别与上、下腔电磁开关阀相连接；所述火焰切割机起点位置开关安装在切割机轨道上，位于火焰切割机切割板坯时的起始位置；所述火焰切割小车起点位置开关安装在切割机上，位于火焰切割小车切割板坯时的起始位置；气压缸信息反馈PLC同时与气压缸上腔压力传感器、下腔压力传感器和位移传感器、火焰切割机起点位置开关、火焰切割小车起点位置开关相连接。
上述的大板坯火焰喷枪切割高度控制系统，所述气压缸的上腔和下腔上还安装有上腔溢流阀和下腔溢流阀；所述相机为CCD彩色相机，通过支架固定在以火焰切割机起点位置开关为圆心，半径为10m～20m处，确保CCD彩色相机能够完整拍摄火焰喷枪和喷出的火焰高度；所述上腔出气管和下腔出气管远离与气压缸连接的一端安装有过滤网。
大板坯火焰喷枪切割高度控制系统的使用方法，包含以下步骤：
步骤1：手动关闭上腔电磁调节阀、下腔电磁调节阀、上腔电磁开关阀和下腔电磁开关阀，并控制火焰切割机和火焰切割小车分别运行到切割板坯时的起始位置；
步骤2：手动将计算机的工作模式调整为“开浇前控制”模式，然后执行以下操作：
(1)、通过手动控制计算机的方式，操作相机对火焰喷枪进行拍摄；相机完成拍摄后，自动将相关图像通过相机数据采集卡传送到计算机，手动测量出该图像上火焰喷枪的长度L枪图；
(2)、手动测量出初始时刻火焰喷枪喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离L初始和火焰喷枪的实际长度L枪；
步骤3：将测量得到的火焰喷枪在图像上的长度L枪图、火焰喷枪的实际长度L初始信息输入计算机，计算机会根据相似性原理，通过内置程序，自动计算出长度比例系数B，即：
式中：L枪图为图像上火焰喷枪的长度，单位：mm；
L枪为火焰喷枪的实际长度，单位：mm；
将初始时刻火焰喷枪喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离L初始和铸坯厚度H信息输入到计算机中，计算机会通过内置程序自动计算出当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离即：
式中：为当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离，单位：mm；
L初始为初始时刻火焰喷枪喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离，单位：mm；
H为铸坯厚度，单位：mm；
然后，计算机自动将当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离定义为零点距离；
步骤4：正式浇钢后，手动将计算机的工作模式调整为“开浇后控制”模式；当火焰切割机和火焰切割小车分别触发火焰切割机起点位置开关和火焰切割小车起点位置开关后，火焰切割机起点位置开关和火焰切割小车起点位置开关通过气压缸信息反馈PLC分别向计算机发出反馈信号，计算机自动启动相机，并控制相机对火焰喷枪所喷射出的火焰进行拍摄，并将图像通过相机数据采集卡传送回计算机；
步骤5：计算机自动对所拍摄的图像进行分析后，得出火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离，具体方法是：
(1)、计算机通过内置程序自动对图像各像素点的亮度进行分析，并在得出各像素点的亮度后，对整个图像上各像素点的亮度做归一化处理，将归一化后亮度为0.99～1.0的像素点作为起始点，再自动垂直向上搜索到亮度为0～0.01的像素点作为终止点，然后自动测量出两 点之间的垂直距离L火焰图；
(2)、计算机再结合步骤3中得到的长度比例系数B，根据相似性原理，计算出火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的实际垂直距离L火焰，即：
L火焰＝L火焰图·B
式中：L火焰为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的实际垂直距离，单位：mm；
L火焰图为归一化后亮度分别为0.99～1.0和0～0.01的两像素点之间的距离，单位：mm；
B为长度比例系数；
步骤6：计算机对火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离L火焰和当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离进行比较，计算出二者的差值L，即：
式中：L火焰为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离，单位：mm；
为当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离，单位：mm；
L为L火焰与之间的差值，mm。
步骤7：根据步骤6的计算结果，计算机自动执行火焰喷枪的升降操作，具体方法是：
(1)、当L＞0时，表明：火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离L火焰大于当前时刻火焰喷枪喷口到沿铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离火焰喷枪需要向上移动；此时，计算机分别向下腔电磁调节阀PLC和上腔电磁调节阀PLC发出指令，打开下腔电磁调节阀，关闭上腔电磁调节阀；向上腔电磁开关阀PLC和下腔电磁开关阀PLC发出指令，打开上腔电磁开关阀，关闭下腔电磁开关阀，此时，火焰喷枪将向上移动，然后计算机以10ms～20ms为周期监测位移传感器所反馈回来的数值，当该数值等于L时，则计算机会同时向下腔电磁调节阀PLC和上腔电磁开关阀PLC发出指令，将下腔电磁调节阀和上腔电磁开关阀关闭，确保火焰喷枪在该位置静止不动，从而完成火焰喷枪切割高度的调整工作；
(2)、当L＜0时，表明火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离L火焰小于当前时刻火焰喷枪喷口到沿铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离火焰喷枪需要向下移动；此时，计算机分别向上腔电磁调节阀PLC和下腔电磁调节阀PLC发出指令，打开上腔电磁调节阀，关闭下腔电磁调节阀；向下腔电磁开关阀PLC和上腔电磁开关阀PLC发出指令，打开下腔电磁开关阀，关闭上腔电磁开关阀，此时，火焰喷枪将向下移动，然后计算机以10ms～20ms为周期监控位移传感器所反馈回来的数值，当该数值等于L时，则计算机会同时向上腔电磁调节阀PLC和下腔电磁开关阀PLC发出指令，将上腔电磁调节阀和下腔电磁开关阀关闭，确保火焰喷枪在该位置静止不动，从而完成火焰喷枪切割高度的调整工作；
(3)、当计算机执行完火焰喷枪切割高度的调整操作后，会自动更新当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离将其等同于该次测量得到的火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离L火焰，即：并将当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离重新定义为零点距离，从而为下一次火焰喷枪切割高度的调整打下基础；
步骤8：当完成浇钢生产后，计算机会自动将其工作模式调整为“开浇前控制”模式，并自动关闭上腔电磁调节阀、下腔电磁调节阀、上腔电磁开关阀和下腔电磁开关阀，同时自动将连铸停浇前最后一次记录的火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离定义为零点距离，然后根据生产计划，准备进行步骤4操作；或者根据实际生产的需要，重新从步骤2开始，对本发明在运作过程中所用到的相关参数进行重新的测量和计算机录入，再根据生产计划，完成后续步骤的操作。
上述的大板坯火焰喷枪切割高度控制系统的使用方法，所述步骤5中亮度为0.99～1.0和0～0.01的两像素点之间的距离L火焰图的测量方法是：利用计算机的内置程序，首先累积出两个像素点之间垂直方向上所有像素点数量n，然后根据相邻两个像素点之间的固有垂直距离ΔL，计算出归一化亮度为0.99～1.0的像素点和归一化亮度为0～0.01的像素点之间的垂直距离，即：
L火焰图＝ΔL·(n-1)
式中：L火焰图为归一化亮度为0.99～1.0的像素点和归一化亮度为0～0.01的像素点之间的垂直距离，单位：mm；
ΔL为相邻两个像素点之间的固有距离，单位：mm；
n为归一化亮度为0.99～1.0的像素点和归一化亮度为0～0.01的像素点之间垂直方向上所有像素点数量；
上述的大板坯火焰喷枪切割高度控制系统的使用方法，所述图像内相邻两个像素点之间的固有垂直距离ΔL由CCD彩色相机参数确定。
本发明的有益效果是：
本发明能够根据现场气体燃料的供应压力和纯度的实时变化，实时、精确调整火焰喷枪喷口到板坯表面的垂直距离，确保了生产现场所提出的利用火焰外焰的高温部分对板坯进行加热的要求，达到了提升大板坯切割质量、稳定连铸生产节奏的目的，并能够大幅降低现场工作人员的劳动强度；上腔压力传感器和下腔压力传感器的设置便于及时检测气压缸上腔和下腔内的气体压力，避免气体压力出现较大的波动；上腔溢流阀和下腔溢流阀可有效保护气压缸，避免因气体压力过大而导致对气压缸腔体的损坏；过滤网作用是防止空气中的杂质进入气压缸中，避免气压缸和相关管道被空气中的杂质损坏或堵塞。本发明对于提高板坯切割质量，稳定连铸生产节奏起到至关重要的作用，具有显著的经济效益，在行业内有极大的推广使用价值。
附图说明
图1为气压缸及喷枪结构示意图；
图2为气压缸、喷枪、切割机、切割小车及相机连接示意图；
图3为过程控制系统示意图；
图中标记为：气压缸1、火焰喷枪2、上腔进气管3、上腔出气管4、上腔电磁调节阀5、上腔电磁开关阀6、下腔进气管7、下腔出气管8、下腔电磁调节阀9、下腔电磁开关阀10、上腔压力传感器11、下腔压力传感器12、上腔溢流阀13、下腔溢流阀14、位移传感器15、过滤网16、相机17、计算机18、相机数据采集卡19、上腔电磁调节阀PLC 20、下腔电磁调节阀PLC21、上腔电磁开关阀PLC 22、下腔电磁开关阀PLC 23、气压缸信息反馈PLC 24、火焰切割机起点位置开关25、火焰切割小车起点位置开关26、火焰切割机27、火焰切割小车28、切割机轨道29、相机支架30。
具体实施方式
图1～图3显示，本发明大板坯火焰喷枪切割高度控制系统，包括切割机轨道29、火焰切割机27、设置于火焰切割机27上的火焰切割小车28、安装于火焰切割小车28上的气压缸1、活塞式火焰喷枪2、用于拍摄喷枪2及喷枪火焰的相机17和过程控制系统；活塞式火焰喷枪2装配于气压缸1中将气压缸1分为上腔和下腔，上腔分别与上腔进气管3和上腔出气管4连通，上腔进气管3和上腔出气管4上分别安装上腔电磁调节阀5和上腔电磁开关阀6；下腔分别与下腔进气管7和下腔出气管8连通，下腔进气管7和下腔出气管8上分别安装下腔电磁调节阀9和下腔电磁开关阀10；上腔安装有上腔压力传感器11和上腔溢流阀13，下腔安装有下腔压力传感器12和下腔溢流阀14；压力传感器便于及时检测气压缸1内的气体压力，避免气体压力出现较大的波动；溢流阀作用是保护气压缸1，避免因气体压力过大而 导致对气压缸1腔体的损坏；上腔还安装有位移传感器15，用于记录活塞的移动距离；上腔出气管4和下腔出气管8远离与气压缸1连接的一端安装有过滤网16，其作用是防止空气中的杂质进入气压缸1中，避免气压缸1和相关管道被空气中的杂质损坏或堵塞。
过程控制系统包括计算机18、分别与计算机18连接进行数据通讯的相机数据采集卡19、上腔电磁调节阀PLC20、下腔电磁调节阀PLC21、上腔电磁开关阀PLC22、下腔电磁开关阀PLC23、气压缸信息反馈PLC24、火焰切割机起点位置开关25和火焰切割小车起点位置开关26；上、下腔电磁调节阀PLC分别与上、下腔电磁调节阀相连接；上、下腔电磁开关阀PLC分别与上、下腔电磁开关阀相连接；火焰切割机起点位置开关25安装在切割机轨道29上，位于火焰切割机27切割板坯时的起始位置；火焰切割小车起点位置开关26安装在切割机27上，位于火焰切割小车28切割板坯时的起始位置；气压缸信息反馈PLC24同时与气压缸上腔压力传感器11、下腔压力传感器12和位移传感器15、火焰切割机起点位置开关25、火焰切割小车起点位置开关26相连接。
相机17为CCD彩色相机，通过支架30固定在以火焰切割机起点位置开关25为圆心，半径为10m～20m处，确保CCD彩色相机能够完整拍摄火焰喷枪和喷出的火焰高度。
大板坯火焰喷枪切割高度控制系统的使用方法，包含以下步骤：
步骤1：手动关闭上腔电磁调节阀5、下腔电磁调节阀9、上腔电磁开关阀6和下腔电磁开关阀10，并控制火焰切割机27和火焰切割小车28分别运行到切割板坯时的起始位置；
步骤2：手动将计算机18的工作模式调整为“开浇前控制”模式，然后执行以下操作：
(3)、通过手动控制计算机18的方式，操作相机17对火焰喷枪2进行拍摄；相机17完成拍摄后，自动将相关图像通过相机数据采集卡19传送到计算机18，手动测量出该图像上火焰喷枪2的长度L枪图；
(4)、手动测量出初始时刻火焰喷枪2的喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离L初始和火焰喷枪2的实际长度L枪；
步骤3：将测量得到的火焰喷枪2在图像上的长度L枪图、火焰喷枪2的实际长度L初始信息输入计算机18，计算机18会根据相似性原理，通过内置程序，自动计算出长度比例系数B，即：
式中：L枪图为图像上火焰喷枪的长度，单位：mm；
L枪为火焰喷枪的实际长度，单位：mm；
将初始时刻火焰喷枪2的喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离L初始和铸坯厚度H信息输入到计算机18中，计算机18会通过内置程序自动计算出当前时刻火焰喷枪2的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离即：
式中：为当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离，单位：mm；
L初始为初始时刻火焰喷枪喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离，单位：mm；
H为铸坯厚度，单位：mm；
然后，计算机18自动将当前时刻火焰喷枪2的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离定义为零点距离；
步骤4：正式浇钢后，手动将计算机18的工作模式调整为“开浇后控制”模式；当火焰切割机27和火焰切割小车28分别触发火焰切割机起点位置开关25和火焰切割小车起点位置开关26后，火焰切割机起点位置开关25和火焰切割小车起点位置开关26通过气压缸信息反馈PLC24分别向计算机18发出反馈信号，计算机18自动启动相机17，并控制相机17对火焰喷枪2所喷射出的火焰进行拍摄，并将图像通过相机数据采集卡19传送回计算机18；
步骤5：计算机18自动对所拍摄的图像进行分析后，得出火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离，具体方法是：
(1)、计算机18通过内置程序自动对图像各像素点的亮度进行分析，并在得出各像素点的亮度后，对整个图像上各像素点的亮度做归一化处理，将归一化后亮度为0.99～1.0的像素点作为起始点，再自动垂直向上搜索到亮度为0～0.01的像素点作为终止点，然后自动测量出两点之间的垂直距离L火焰图；测量方法是：利用计算机18的内置程序，首先累积出两个像素点之间垂直方向上所有像素点数量n，然后根据相邻两个像素点之间的固有垂直距离ΔL(由CCD彩色相机参数确定)，计算出归一化亮度为0.99～1.0的像素点和归一化亮度为0～0.01的像素点之间的垂直距离，即：
L火焰图＝ΔL·(n-1)
式中：L火焰图为归一化亮度为0.99～1.0的像素点和归一化亮度为0～0.01的像素点之间的垂直距离，单位：mm；
ΔL为相邻两个像素点之间的固有距离，单位：mm；
n为归一化亮度为0.99～1.0的像素点和归一化亮度为0～0.01的像素点之间垂直方向上所有像素点数量；
(2)、计算机18再结合步骤3中得到的长度比例系数B，根据相似性原理，计算出火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的实际垂直距离L火焰，即：
L火焰＝L火焰图·B
式中：L火焰为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的实际垂直距离，单位：mm；
L火焰图为归一化后亮度分别为0.99～1.0和0～0.01的两像素点之间的距离，单位：mm；
B为长度比例系数；
步骤6：计算机18对火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离L火焰和当前时刻火焰喷枪2的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离进行比较，计算出二者的差值L，即：
式中：L火焰为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离，单位：mm；
为当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离，单位：mm；
L为L火焰与之间的差值，mm；
步骤7：根据步骤6的计算结果，计算机18自动执行火焰喷枪2的升降操作，具体方法是：
(4)、当L＞0时，表明：火焰温度最高点到火焰喷枪2的喷口的垂直距离L火焰大于当前时刻火焰喷枪2的喷口到沿铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离火焰喷枪2需要向上移动；此时，计算机18分别向下腔电磁调节阀PLC21和上腔电磁调节阀PLC20发出指令，打开下腔电磁调节阀9，关闭上腔电磁调节阀5；向上腔电磁开关阀PLC22和下腔电磁开关阀PLC23发出指令，打开上腔电磁开关阀6，关闭下腔电磁开关阀10，此时，火焰喷枪2将向上移动，然后计算机18以10ms～20ms为周期监测位移传感器15所反馈回来的数值，当该数值等于L时，则计算机18会同时向下腔电磁调节阀PLC21和上腔电磁开关阀PLC22发出指令，将下腔电磁调节阀9和上腔电磁开关阀6关闭，确保火焰喷枪2在该位置静止不动，从而完成火焰喷枪切割高度的调整工作；
(5)、当L＜0时，表明火焰温度最高点到火焰喷枪2喷口的垂直距离L火焰小于当前时刻火焰喷枪2喷口到沿铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离火焰喷枪2需要向下移动；此时，计算机18分别向上腔电磁调节阀PLC20和下腔电磁调节阀PLC21发出指令，打开上腔电磁调节阀5，关闭下腔电磁调节阀9；向下腔电磁开关阀PLC23和上腔电磁开关阀PLC22发出指令，打开下腔电磁开关阀10，关闭上腔电磁开关阀6，此时，火焰喷枪2将向下移动，然后计算机18以10ms～20ms为周期监控位移传感器15所反馈回来的数值，当该数值等于L时，则计算机18会同时向上腔电磁调节阀PLC20和下腔电磁开关阀PLC23发出指令，将上腔电磁调节阀5和下腔电磁开关阀10关闭，确保火焰喷枪2在该位置静止不动，从而完成火焰喷枪切割高度的调整工作；
(6)、当计算机18执行完火焰喷枪切割高度的调整操作后，会自动更新当前时刻火焰喷枪2的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离将其等同于该次测量得到的火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离L火焰，即：并将当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离重新定义为零点距离，从而为下一次火焰喷枪切割高度的调整打下基础；
步骤8：当完成浇钢生产后，计算机18会自动将其工作模式调整为“开浇前控制”模式，并自动关闭上腔电磁调节阀5、下腔电磁调节阀9、上腔电磁开关阀6和下腔电磁开关阀10，同时自动将连铸停浇前最后一次记录的火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离 定义为零点距离，然后根据生产计划，准备进行步骤4操作；或者根据实际生产的需要，重新从步骤2开始，对本发明在运作过程中所用到的相关参数进行重新的测量和计算机录入，再根据生产计划，完成后续步骤的操作。
Claims (5)
1.大板坯火焰喷枪切割高度控制系统，包括切割机轨道(29)、火焰切割机(27)、设置于火焰切割机(27)上的火焰切割小车(28)和喷枪(2)，其特征在于：它还包括安装于火焰切割小车(28)上的气压缸(1)、用于拍摄喷枪(2)及喷枪火焰的相机(17)和过程控制系统；
所述喷枪(2)为活塞式火焰喷枪；活塞式火焰喷枪(2)装配于气压缸(1)中将气压缸(1)分为上腔和下腔，上腔分别与上腔进气管(3)和上腔出气管(4)连通，上腔进气管(3)和上腔出气管(4)上分别安装上腔电磁调节阀(5)和上腔电磁开关阀(6)；下腔分别与下腔进气管(7)和下腔出气管(8)连通，下腔进气管(7)和下腔出气管(8)上分别安装下腔电磁调节阀(9)和下腔电磁开关阀(10)；上腔和下腔上分别安装有上腔压力传感器(11)和下腔压力传感器(12)；上腔还安装有位移传感器(15)；
所述过程控制系统包括计算机(18)、分别与计算机(18)连接进行数据通讯的相机数据采集卡(19)、上腔电磁调节阀PLC(20)、下腔电磁调节阀PLC(21)、上腔电磁开关阀PLC(22)、下腔电磁开关阀PLC(23)、气压缸信息反馈PLC(24)、火焰切割机起点位置开关(25)和火焰切割小车起点位置开关(26)；上、下腔电磁调节阀PLC分别与上、下腔电磁调节阀相连接；上、下腔电磁开关阀PLC分别与上、下腔电磁开关阀相连接；所述火焰切割机起点位置开关(25)安装在切割机轨道(29)上，位于火焰切割机(27)切割板坯时的起始位置；所述火焰切割小车起点位置开关(26)安装在火焰切割机(27)上，位于火焰切割小车(28)切割板坯时的起始位置；气压缸信息反馈PLC(24)同时与气压缸上腔压力传感器(11)、下腔压力传感器(12)和位移传感器(15)、火焰切割机起点位置开关(25)、火焰切割小车起点位置开关(26)相连接。
2.如权利要求1所述的大板坯火焰喷枪切割高度控制系统，其特征在于：所述气压缸(1)的上腔和下腔上还安装有上腔溢流阀(13)和下腔溢流阀(14)；所述相机(17)为CCD彩色相机，通过支架(30)固定在以火焰切割机起点位置开关(25)为圆心，半径为10m～20m处，确保CCD彩色相机(17)能够完整拍摄火焰喷枪和喷出的火焰高度；所述上腔出气管(4)和下腔出气管(8)远离与气压缸(1)连接的一端安装有过滤网(16)。
3.如权利要求1或2所述的大板坯火焰喷枪切割高度控制系统的使用方法，其特征在于：包含以下步骤：
步骤1：手动关闭上腔电磁调节阀(5)、下腔电磁调节阀(9)、上腔电磁开关阀(6)和下腔电磁开关阀(10)，并控制火焰切割机(27)和火焰切割小车(28)分别运行到切割板坯时的起始位置；
步骤2：手动将计算机(18)的工作模式调整为“开浇前控制”模式，然后执行以下操作：
(1)、通过手动控制计算机(18)的方式，操作相机(17)对火焰喷枪(2)进行拍摄；相机(17)完成拍摄后，自动将相关图像通过相机数据采集卡(19)传送到计算机(18)，手动测量出该图像上火焰喷枪(2)的长度L枪图；
(2)、手动测量出初始时刻火焰喷枪(2)的喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离L初始和火焰喷枪(2)的实际长度L枪；
步骤3：将测量得到的火焰喷枪(2)在图像上的长度L枪图、火焰喷枪(2)的实际长度L初始信息输入计算机(18)，计算机(18)会根据相似性原理，通过内置程序，自动计算出长度比例系数B，即：
式中：L枪图为图像上火焰喷枪的长度，单位：mm；
L枪为火焰喷枪的实际长度，单位：mm；
将初始时刻火焰喷枪(2)喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离L初始和铸坯厚度H信息输入到计算机(18)中，计算机(18)会通过内置程序自动计算出当前时刻火焰喷枪(2)的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离即：
式中：为当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离，单位：mm；
L初始为初始时刻火焰喷枪喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离，单位：mm；
H为铸坯厚度，单位：mm；
然后，计算机(18)自动将当前时刻火焰喷枪(2)的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离定义为零点距离；
步骤4：正式浇钢后，手动将计算机(18)的工作模式调整为“开浇后控制”模式；当火焰切割机(27)和火焰切割小车(28)分别触发火焰切割机起点位置开关(25)和火焰切割小车起点位置开关(26)后，火焰切割机起点位置开关(25)和火焰切割小车起点位置开关(26)通过气压缸信息反馈PLC(24)分别向计算机(18)发出反馈信号，计算机(18)自动启动相机(17)，并控制相机(17)对火焰喷枪(2)所喷射出的火焰进行拍摄，并将图像通过相机数据采集卡(19)传送回计算机(18)；
步骤5：计算机(18)自动对所拍摄的图像进行分析后，得出火焰温度最高点到火焰喷枪(2)的喷口的垂直距离，具体方法是：
(1)、计算机(18)通过内置程序自动对图像各像素点的亮度进行分析，并在得出各像素点的亮度后，对整个图像上各像素点的亮度做归一化处理，将归一化后亮度为0.99～1.0的像素点作为起始点，再自动垂直向上搜索到亮度为0～0.01的像素点作为终止点，然后自动测量出两点之间的垂直距离L火焰图；
(2)、计算机再结合步骤3中得到的长度比例系数B，根据相似性原理，计算出火焰温度最高点到火焰喷枪(2)的喷口的实际垂直距离L火焰，即：
L火焰＝L火焰图·B
式中：L火焰为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的实际垂直距离，单位：mm；
L火焰图为归一化后亮度分别为0.99～1.0和0～0.01的两像素点之间的距离，单位：mm；
B为长度比例系数；
步骤6：计算机(18)对火焰温度最高点到火焰喷枪(2)的喷口的垂直距离L火焰和当前时刻火焰喷枪(2)的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离进行比较，计算出二者的差值L，即：
式中：L火焰为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离，单位：mm；
为当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离，单位：mm；
L为L火焰与之间的差值，mm；
步骤7：根据步骤6的计算结果，计算机(18)自动执行火焰喷枪(2)的升降操作，具体方法是：
(1)、当L＞0时，表明：火焰温度最高点到火焰喷枪(2)的喷口的垂直距离L火焰大于当前时刻火焰喷枪(2)的喷口到沿铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离火焰喷枪(2)需要向上移动；此时，计算机(18)分别向下腔电磁调节阀PLC(21)和上腔电磁调节阀PLC(20)发出指令，打开下腔电磁调节阀(9)，关闭上腔电磁调节阀(5)；向上腔电磁开关阀PLC(22)和下腔电磁开关阀PLC(23)发出指令，打开上腔电磁开关阀(6)，关闭下腔电磁开关阀(10)，此时，火焰喷枪(2)将向上移动，然后计算机(18)以10ms～20ms为周期监测位移传感器(15)所反馈回来的数值，当该数值等于L时，则计算机(18)会同时向下腔电磁调节阀PLC(21)和上腔电磁开关阀PLC(22)发出指令，将下腔电磁调节阀(9)和上腔电磁开关阀(6)关闭，确保火焰喷枪(2)在该位置静止不动，从而完成火焰喷枪切割高度的调整工作；
(2)、当L＜0时，表明火焰温度最高点到火焰喷枪(2)的喷口的垂直距离L火焰小于当前时刻火焰喷枪(2)的喷口到沿铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离火焰喷枪(2)需要向下移动；此时，计算机(18)分别向上腔电磁调节阀PLC(20)和下腔电磁调节阀PLC(21)发出指令，打开上腔电磁调节阀(5)，关闭下腔电磁调节阀(9)；向下腔电磁开关阀PLC(23)和上腔电磁开关阀PLC(22)发出指令，打开下腔电磁开关阀(10)，关闭上腔电磁开关阀(6)，此时，火焰喷枪(2)将向下移动，然后计算机(18)以10ms～20ms为周期监控位移传感器(15)所反馈回来的数值，当该数值等于L时，则计算机(18)会同时向上腔电磁调节阀PLC(20)和下腔电磁开关阀PLC(23)发出指令，将上腔电磁调节阀(5)和下腔电磁开关阀(10)关闭，确保火焰喷枪(2)在该位置静止不动，从而完成火焰喷枪切割高度的调整工作；
(3)、当计算机(18)执行完火焰喷枪切割高度的调整操作后，会自动更新当前时刻火焰喷枪(2)的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离将其等同于该次测量得到的火焰温度最高点到火焰喷枪(2)的喷口的垂直距离L火焰，即：并将当前时刻火焰喷枪(2)的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离重新定义为零点距离，从而为下一次火焰喷枪切割高度的调整打下基础；
步骤8：当完成浇钢生产后，计算机(18)会自动将其工作模式调整为“开浇前控制”模式，并自动关闭上腔电磁调节阀(5)、下腔电磁调节阀(9)、上腔电磁开关阀(6)和下腔电磁开关阀(10)，同时自动将连铸停浇前最后一次记录的火焰喷枪(2)的喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离定义为零点距离，然后根据生产计划，准备进行步骤4操作；或者根据实际生产的需要，重新从步骤2开始，对在运作过程中所用到的相关参数进行重新的测量和计算机录入，再根据生产计划，完成后续步骤的操作。
4.如权利要求3所述的大板坯火焰喷枪切割高度控制系统的使用方法，其特征在于：所述步骤5中亮度为0.99～1.0和0～0.01的两像素点之间的距离L火焰图的测量方法是：利用计算机(18)的内置程序，首先累积出两个像素点之间垂直方向上所有像素点数量n，然后根据相邻两个像素点之间的固有垂直距离ΔL，计算出归一化亮度为0.99～1.0的像素点和归一化亮度为0～0.01的像素点之间的垂直距离，即：
L火焰图＝ΔL·(n-1)
式中：L火焰图为归一化亮度为0.99～1.0的像素点和归一化亮度为0～0.01的像素点之间的垂直距离，单位：mm；
ΔL为相邻两个像素点之间的固有距离，单位：mm；
n为归一化亮度为0.99～1.0的像素点和归一化亮度为0～0.01的像素点之间垂直方向上所有像素点数量。
5.如权利要求4所述的大板坯火焰喷枪切割高度控制系统的使用方法，其特征在于：所述图像内相邻两个像素点之间的固有垂直距离ΔL由CCD彩色相机(17)的参数确定。
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