CN106381440B

CN106381440B - 一种过程控制系统和方法

Info

Publication number: CN106381440B
Application number: CN201610857740.6A
Authority: CN
Inventors: 杨军; 刘亚宾; 孙升; 李广伦; 常涛
Original assignee: Ningxia Kocel Pattern Co Ltd
Current assignee: Shared Intelligent Equipment Co., Ltd.
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-04-24
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: CN106381440A

Abstract

本发明提出了一种过程控制系统和方法，该过程控制系统包括：熔炼控制系统和喂丝球化孕育处理站的PLC系统，并且熔炼控制系统和PLC系统网络连接，其中，熔炼控制系统，用于获取熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息并发送；PLC系统，用于接收熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息，并根据熔炼炉的相关信息、熔炼炉内铁水的相关信息和浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息。本发明通过熔炼控制系统与喂丝球化孕育处理站的PLC系统间功能的合理分配、数据交互及工步安排，以较为经济与精简的方式，使球化孕育过程无缝地集成于熔炼浇注的整体过程控制中，减少球化孕育过程环节的人工干预，实现局部环节的智能化。

Description

一种过程控制系统和方法

技术领域

本发明涉及铸铁领域，具体来说，涉及一种过程控制系统和方法。

背景技术

喂丝技术广泛应用于冶金炼钢工业中，用来脱硫、除氧、去渣气及合金化。随着喂丝技术的进步与发展，现该技术正逐步应用于铸铁领域，尤适于球墨、蠕墨及孕育铸造。该技术采用钢带以包芯线机将稀土镁合金包裹其中，制成合金包芯线，然后以喂线机将其喂入到铁水处理包的底部，使包裹材料在处理包底部与铁液进行反应，该技术用于铁液的脱硫、球化和孕育处理，以及对镁、稀土等元素进行实时微调。

在铸造领域中，该技术过程中包括：熔炼控制系统和喂丝球化孕育处理站，其中，熔炼控制系统中集成了工艺人员制定的熔炼工艺、相关作业指导书，其中，熔炼工艺信息自动传输到系统，现场工人不再需要记忆和输入任何工艺参数，按照该控制系统的提示即可完成熔炼、浇注作业，从而避免了员工手动设置工艺和人为操作时的失误，工艺人员也可以实时远程监控质量信息。但是，喂丝球化孕育处理站往往相对独立，其自动化侧重于自身的过程控制及与行走设备间的配合，现场工艺变动或参数改变需要人工重新录入，其作为熔炼浇注过程中重要一环，喂丝法球化孕育站的智能化实施常限于现场自动化条件及设备基础，不能经济的、无缝的集成于熔炼浇注的整体过程控制中，各项监控、统计工作需要人工辅助再处理，例如：申请号：201420122263.5的专利公开了一种叉车运输式球化、蠕化、孕育处理站和申请号为201420122251.2的专利公开了一种天车运输式球化、蠕化、孕育处理站，上述两个技术方案解决了处理站位置与浇注位置之间路线复杂，铁水输送时间较长，导致铁水产生衰退现象，影响产品质量的问题，但在现场应用时，喂丝球化孕育处理站往往形成信息孤岛，所需的现有铁水化学成分含量(如镁Mg、硫S等)、铁水包的铁水重量、温度值、和铁水包内的铁水深度值，以及球化孕育实际执行结果(如喂线长度、喂线时间等)等数据交互需要人工输入与抄写，尤其对于任务量大的熔炼工厂，现场操作工人需在熔炼控制操作台与球化孕育站间至少往复两次，以进行数据的输入与记录，极大的增加了人为工作量，且数据交互的正确性与实时性无法保证。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种过程控制系统和方法，能够借助以太网、OPC、数据库等技术，通过熔炼控制系统与喂丝球化孕育处理站的PLC系统间功能的合理分配、数据交互及工步安排，以较为经济与精简的方式，使球化孕育过程无缝地集成于熔炼浇注的整体过程控制中，减少球化孕育过程环节的人工干预，实现局部环节的智能化。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种过程控制系统。

该过程控制系统包括：熔炼控制系统和喂丝球化孕育处理站的PLC系统，并且熔炼控制系统和PLC系统网络连接，

其中，熔炼控制系统，用于获取熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息并发送；

PLC系统，用于接收熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息，并根据熔炼炉的相关信息、熔炼炉内铁水的相关信息和浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息。

根据本发明的一个实施例，熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息包括：

铁水的化学成分的光谱数据信息、光谱数据的时间戳、每个熔炼炉对应的浇包数量信息、目标参数信息、熔炼炉的标号信息。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：光谱检测装置，与熔炼控制系统网络连接，用于检测熔炼炉内铁水的化学成分信息，并将化学成分信息转化为光谱数据信息。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：熔炼控制系统，用于在铁水的化学成分的光谱数据信息上标记光谱数据的时间戳。

根据本发明的一个实施例，浇包内铁水的相关信息包括：质量信息、温度信息、深度信息。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：传感器，与熔炼控制系统网络连接，用于检测浇包内的铁水的质量信息、温度信息、深度信息，其中，浇包为将熔炼炉中的铁水转运至喂丝球化孕育处理站的运输件。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：温度测量装置，与熔炼控制系统网络连接，用于测量浇包内铁水的温度信息。

根据本发明的一个实施例，根据熔炼炉的相关信息、熔炼炉内铁水的相关信息和浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息包括：根据光谱数据信息、目标参数信息和浇包内铁水的相关信息，控制喂丝线的输送长度和速度。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：熔炼控制系统，用于回读发送的熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息。

根据本发明的另一方面，提供了一种过程控制方法。

该过程控制方法包括：熔炼控制系统和喂丝球化孕育处理站的PLC系统，并且熔炼控制系统和PLC系统网络连接，

其中，熔炼控制系统获取熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息并发送；

PLC系统接收熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息以及浇包内铁水的相关信息，并且PLC系统接根据熔炼炉的相关信息、熔炼炉内铁水的相关信息和浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息。

根据本发明的一个实施例，熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息包括：铁水的化学成分的光谱数据信息、光谱数据的时间戳、每个熔炼炉对应的浇包数量信息、目标参数信息、熔炼炉的标号信息。

根据本发明的一个实施例，，进一步包括：检测熔炼炉内铁水的化学成分信息，并将化学成分信息转化为光谱数据信息。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：在铁水的化学成分的光谱数据信息上标记光谱数据的时间戳。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：检测浇包内的铁水的质量信息、温度信息、深度信息，其中，浇包为将熔炼炉中的铁水转运至喂丝球化孕育处理站的运输件。

根据本发明的一个实施例，根据熔炼炉的相关信息、熔炼炉内铁水的相关信息和浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息包括：

根据光谱数据信息、目标参数信息和浇包内铁水的相关信息，控制喂丝线的输送长度和速度。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：回读发送的熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息。

本发明的有益技术效果在于：

本发明通过熔炼控制系统与喂丝球化孕育处理站的PLC系统间功能的合理分配、数据交互及工步安排，以较为经济与精简的方式，使球化孕育过程无缝地集成于熔炼浇注的整体过程控制中，减少球化孕育过程环节的人工干预，实现局部环节的智能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的过程控制系统的框图；

图2是根据本发明实施例的过程控制方法的示意图；

图3是根据本发明具体实施例的熔炼控制系统和PLC系统的交互示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种过程控制系统。

如图1所示，根据本发明实施例的过程控制系统包括：熔炼控制系统11和喂丝球化孕育处理站的PLC系统12，并且熔炼控制系统11和PLC系统12网络连接，

其中，熔炼控制系统11，用于获取熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息并发送；

PLC系统12，用于接收熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息，并根据熔炼炉的相关信息、熔炼炉内铁水的相关信息和浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息。

通过本发明的上述方案，能够通过熔炼控制系统与喂丝球化孕育处理站的PLC系统间功能的合理分配、数据交互及工步安排，以较为经济与精简的方式，使球化孕育过程无缝地集成于熔炼浇注的整体过程控制中，减少球化孕育过程环节的人工干预，实现局部环节的智能化。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：光谱检测装置，与熔炼控制系统11网络连接，用于检测熔炼炉内铁水的化学成分信息，并将化学成分信息转化为光谱数据信息。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：熔炼控制系统11，用于在铁水的化学成分的光谱数据信息上标记光谱数据的时间戳。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：传感器，与熔炼控制系统网络连接，用于检测浇包内的铁水的质量信息、温度信息、深度信息，其中，浇包为将熔炼炉中的铁水转运至喂丝球化孕育处理站的运输件，可以理解，传感器的种类可根据实际需求进行选择，本发明对此不作限定。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：温度测量装置，与熔炼控制系统11网络连接，用于测量浇包内铁水的温度信息。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：熔炼控制系统11，用于回读发送的熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息。

为了更好的描述本发明，下面以一个具体的实施例进行描述。

该过程控制系统集成了喂丝球化孕育站和熔炼控制系统，用于铸造生产的球化孕育控制，具体地包括：

熔炼炉，用于铁水熔炼；

光谱检测装置，用于检测熔炼炉出铁时铁水的化学成分信息，并将化学成分信息转化为光谱数据信息；

称重传感器，安装在天车吊上，用于称量浇包内铁水的重量和深度(将铁水重量代入浇包体积模型，可换算出当前重量下铁水在浇包内所具有的深度)；

温度传感器，安装在测温枪上，用于检测熔炼炉及浇包内铁水的温度；

熔炼控制系统具有多个信号输入端，分别连接于光谱检测装置、称重变送仪、测温变送仪、和喂丝球化孕育处理站的PLC系统(或球化孕育站PLC控制器)，信号输出端连接于PLC系统，该系统的功能在于：接收熔炼炉铁水的光谱数据、浇包内铁水的重量、温度、深度参数，并将参数转换成PLC系统可识别的信号传递给PLC系统，例如，根据本发明的一个实施例，将参数信息和光谱数据信息转换为模拟信号发送至PLC系统，当然可以理解，可根据实际需求进行设定，其还可以从PLC系统回读各批次炉号浇包进行球化孕育时的各路喂丝理论计算值与实际执行值。

此外，该熔炼控制系统还设计有材料库，用以存储喂丝球化孕育处理站每盘包芯线的理化参数。

另外，该熔炼控制系统还设计有质量分析模块，该模块以产品编号为主键，在球化孕育过程中，建立其与时间、炉号、包号、光谱数据、铁水温度、铁水重量、铁水深度、各路喂丝理论计算值与实际执行值等字段间的关联与索引关系，实现后续生产、设备、成本、质量等维度的分析与追溯。

喂丝球化孕育处理站的PLC系统，其信号输入端连接于熔炼控制系统，信号输出端连接于喂线机，具体地，其输入参数、实现的功能包括：

输入参数：熔炼炉内铁水成分的光谱数据、所述光谱数据的时间戳、熔炼炉铁水的出包数量；

其功能在于以光谱数据的时间戳为标记实现对来自于不同批次熔炼炉铁水的区分，即一组光谱数据对应一个熔炼炉号，同时，以熔炼炉铁水的出包数量为依据，在对浇包内的铁水进行球化孕育处理时，输入的光谱数据的有效作用次数等于熔炼炉铁水的出包数量。

进一步地，PLC系统的输入参数、目标参数、控制参数及可实现的功能还包括：

输入参数：浇包内铁水的重量、温度值、深度值、光谱数据、当前球化孕育站包芯线的理化参数(包芯线的直径/长度，化学成分)；

目标参数：铁水欲达到的目标成分参数；

控制参数：球化喂丝线和孕育喂丝线的输送长度及速度；

其功能在于接收来自于熔炼控制系统的数据信号(浇包内铁水的重量、温度值、深度值、光谱数据、包芯线的理化参数)，进行信号处理后实现喂线机对喂丝线输送长度及速度参数的控制，最终实现对铁水成分的精确控制。

根据本发明的实施例，还提供了一种过程控制方法。

如图2所示，根据本发明实施例的过程控制方法包括：熔炼控制系统和喂丝球化孕育处理站的PLC系统，并且熔炼控制系统和PLC系统网络连接，

步骤S201，熔炼控制系统获取熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息并发送；

步骤S203，PLC系统接收熔炼炉和熔炼炉内铁水的相关信息以及浇包内铁水的相关信息，并且PLC系统接根据熔炼炉的相关信息、熔炼炉内铁水的相关信息和浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息。

如图3所示，该图示出了熔炼控制系统和PLC系统的交互过程，其中，该熔炼控制系统和PLC系统可以进行远程本地切换，同时，PLC系统采用触摸屏进行参数的确认工程，进而增强了用户的体验性，具体地，该过程控制方法包括：

步骤1：把熔炼控制系统和喂丝球化孕育处理站的PLC系统的IP地址设置为同一网段，其中，同一网段指的是IP地址和子网掩码相与得到相同的网络地址；

步骤2：测通本地及远程访问上述二者的以太网链路；

步骤3：在熔炼控制系统的工控载体上，搭建访问PLC系统的OPC服务器通道，以OPC客户端进行PLC系统的变量读写测试；

步骤4：熔炼炉完成铁水的熔炼后，取其内的铁水浇注检测试块，其中，该检测试块用于检测铁水的化学成分；

步骤5：光谱检测装置检测上述检测试块的化学成分，并将化学成分转化为光谱数据传送给熔炼控制系统；

步骤6：熔炼控制系统将接收到的光谱数据(如当前Mg、S、Si含量等)转化为PLC系统可识别的变量信号，同时将本次接收到的光谱数据标记时间戳，根据熔炼炉内铁水的重量、浇包体积计算出铁的浇包数量，与浇注铁水的目标成份(如残余Mg含量、目标S含量、目标Si含量等)数据一起，将这些信号传递给球化孕育站PLC控制器；

步骤7：熔炼炉出铁，铁水转入浇包内，并将浇包依次运输至喂丝球化孕育处理站；

步骤8：称重传感器、温度传感器、测距传感器依次测量浇包内的铁水重量、温度、深度，并将这些参数传递给熔炼控制系统；

步骤9：熔炼控制系统将接收到的浇包内的铁水重量、计算出的铁水深度参数、温度数据转化成球化孕育站PLC控制器可识别的变量信号，并传递给球化孕育站PLC控制器；

步骤10：PLC系统将接收到的信号进行信息处理后，控制喂线机上喂丝线的输送长度及速度参数，最终实现对浇包内铁水成分的精确控制，同时，熔炼控制系统从PLC系统读取各路喂线理论计算值(各路喂丝长度、速度)与实际执行值(各路喂线长度、喂线平均速度、喂线起止时间)；

步骤11：第一浇包的铁水球化孕育结束后，第二浇包被转运到球化孕育站，重复上述步骤8至步骤10，在此期间，光谱检测站继续接收来自下一熔炼炉的送检试块，并重复上述步骤5至步骤7；

步骤12：当PLC系统调用同一光谱数据的次数等于浇包数量(该参数在步骤6由熔炼控制系统传递给PLC系统)时，PLC系统将本次接收到的数据(熔炼炉号、浇包数量、光谱成份数据、目标成份控制值)清零，接收来自熔炼控制系统的下一组数据，并重复步骤7至步骤10；

此外，在上述步骤6中，熔炼控制系统回读上一步的时间戳、炉号、包数、当前光谱与目标成份数据(Mg、S、Si等)数据，以判定这些数据是否写入成功，如果回读数据和写入的数据不一致，则说明整体控制系统的网络出现故障、OPC通信失败或错误，重复写入与回读三次无果后，以语音、动画、声光报警等多种方式提示操作人员，如图3所示，将远程操作方式切换至本地操作方式进行作业；

另外，上述步骤10结束时，熔炼控制系统从PLC系统读取各路喂线理论计算值(各路喂丝长度、速度)与实际执行值(各路喂线长度、喂线平均速度、喂线起止时间)，用于成本统计及后续质量分析，同时，该步骤10还包括，当球化孕育设备的包盖上升一定时间后(如5min)，孕育完毕的铁水包从球化孕育站退出，并转向浇注工位；

此外，上述步骤12，PLC系统记录多组浇包的各路喂丝理论计算值与实际执行值，如100组，当网络出现故障，切换到本地操作时，可由人工抄录补入熔炼控制系统；

另外，上述步骤11，在第一浇包完成球化孕育处理后，熔炼控制系统统计各路喂丝累计消耗长度，在包芯线达到安全用量长度时予以报警，并发送短信及邮件给生产管理人员，若未达到安全用量长度，则对第二浇包进行球化孕育处理。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过熔炼控制系统与喂丝球化孕育处理站的PLC系统的交互过程中，通过功能的合理划分、参数配置、数据回读、冗余记录等方法，在综合考虑网络与通信故障、本地及远程操作等情况下，精简不必要的交互确认步骤，并保证集成控制的完备性，同时减少了球化孕育过程环节的人工干预，实现了局部环节的智能化，该方法可推广至铸造行业类似设备的集成控制，此外，本方法只需设备联网，无需增加其他辅助硬件投入，即可使相对独立运行的球化孕育站以较为经济与精简的方式，无缝的集成于熔炼浇注的整体过程控制中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种过程控制系统，其特征在于，包括：熔炼控制系统和喂丝球化孕育处理站的PLC系统，并且所述熔炼控制系统和所述PLC系统网络连接，

其中，所述熔炼控制系统，用于获取熔炼炉和所述熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息并发送，其中，所述熔炼炉和所述熔炼炉内铁水的相关信息包括：铁水的化学成分的光谱数据信息、所述光谱数据的时间戳、每个熔炼炉对应的浇包数量信息、目标参数信息、熔炼炉的标号信息，以及所述浇包内铁水的相关信息包括：质量信息、温度信息、深度信息；

所述PLC系统，用于接收所述熔炼炉和所述熔炼炉内铁水的相关信息，以及所述浇包内铁水的相关信息，并根据所述熔炼炉的相关信息、所述熔炼炉内铁水的相关信息和所述浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息；

其中，根据所述熔炼炉的相关信息、所述熔炼炉内铁水的相关信息和所述浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息包括：

根据所述光谱数据信息、目标参数信息和所述浇包内铁水的相关信息，控制喂丝线的输送长度和速度。

2.根据权利要求1所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

光谱检测装置，与所述熔炼控制系统网络连接，用于检测所述熔炼炉内铁水的化学成分信息，并将所述化学成分信息转化为光谱数据信息。

3.根据权利要求2所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

所述熔炼控制系统，用于在所述铁水的化学成分的光谱数据信息上标记所述光谱数据的时间戳。

4.根据权利要求1所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

传感器，与所述熔炼控制系统网络连接，用于检测所述浇包内的铁水的质量信息、温度信息、深度信息，其中，所述浇包为将所述熔炼炉中的铁水转运至所述喂丝球化孕育处理站的运输件。

5.根据权利要求4所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

温度测量装置，与所述熔炼控制系统网络连接，用于测量所述浇包内铁水的温度信息。

6.根据权利要求1所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

所述熔炼控制系统，用于回读发送的所述熔炼炉和所述熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息。

7.一种过程控制方法，其特征在于，包括：熔炼控制系统和喂丝球化孕育处理站的PLC系统，并且所述熔炼控制系统和所述PLC系统网络连接，

所述熔炼控制系统获取熔炼炉和所述熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息并发送，其中，所述熔炼炉和所述熔炼炉内铁水的相关信息包括：铁水的化学成分的光谱数据信息、所述光谱数据的时间戳、每个熔炼炉对应的浇包数量信息、目标参数信息、熔炼炉的标号信息，以及所述浇包内铁水的相关信息包括：质量信息、温度信息、深度信息；

所述PLC系统接收所述熔炼炉和所述熔炼炉内铁水的相关信息以及所述浇包内铁水的相关信息，并且所述PLC系统接根据所述熔炼炉的相关信息、所述熔炼炉内铁水的相关信息和所述浇包内铁水的相关信息，控制喂丝的参数信息；

8.根据权利要求7所述的过程控制方法，其特征在于，进一步包括：

检测所述熔炼炉内铁水的化学成分信息，并将所述化学成分信息转化为光谱数据信息。

9.根据权利要求8所述的过程控制方法，其特征在于，进一步包括：

在所述铁水的化学成分的光谱数据信息上标记所述光谱数据的时间戳。

10.根据权利要求7所述的过程控制方法，其特征在于，进一步包括：

检测所述浇包内的铁水的质量信息、温度信息、深度信息，其中，所述浇包为将所述熔炼炉中的铁水转运至所述喂丝球化孕育处理站的运输件。

11.根据权利要求7所述的过程控制方法，其特征在于，进一步包括：

回读发送的所述熔炼炉和所述熔炼炉内铁水的相关信息，以及浇包内铁水的相关信息。