CN109282643B - 镍铁电炉炉顶加料无人化系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镍铁电炉炉顶加料无人化系统，包括：设置于回转窑的出料口位置的回转窑卸料阀；被配置在回转窑的出料口下方的线性布置的加料小车轨道；与加料小车轨道配合走行的加料小车；被配置在加料小车上的加料罐；无线称重装置；加料口布置于加料小车轨道上的料仓；配置于料仓注入口前方的耐高温定位装置；耐高温雷达料位仪；本发明通过加料小车实现加料，通过视觉识别装置以及其他数据传感器配合实现对加料小车针对每个料仓的情况就行自动加料，进而减少人工、降低安全隐患、提高作业效率，对炉顶加料状态远程监控，最终实现完全替代人工实现加料过程无人化。

Description

镍铁电炉炉顶加料无人化系统及控制方法

技术领域

本发明涉及冶炼设备技术领域，具体而言，尤其涉及镍铁电炉炉顶加料无人化系统及控制方法。

背景技术

通过对镍铁加料系统、全自动加料系统、工业视觉识别等关键字检索，发现目前国内暂无镍铁冶炼行业全自动化加料方案的案例，行业水平停留在半自动化及人工操作，存在人工工作环境恶劣、设备作业率低等问题。同时发现目前应用的视觉识别系统仅适用于低粉尘、低温、低噪声的工作环境，主要应用于流水线生产。检索结果显示与我们开发的适合大型冶炼行业应用的镍铁电炉炉顶加料无人化系统存在很大差别。

在镍铁电炉炉顶加料环节中，目前冶炼行业内采用人工操作为主，操作人员在现场观测炉顶料仓是否缺料，并通过按钮盒手动控制加料车及其它加料设备工作，最终完成加料工序，回转窑结圈后脱落的大块料，也必须经过操作人员现场检查后才能发现。

炉顶环境温度在40℃以上，加料时会伴随产生粉尘，工作环境相当恶劣，操作人员长期在该环境下工作，对人身健康及安全都存在很大的隐患。同时过多的人工干预，势必会降低设备的作业效率，因此提高该工况下的自动化程度用于取代人工操作迫在眉睫。

发明内容

根据上述提出一种减少人工、降低安全隐患、提高作业效率，对炉顶加料状态远程监控，最终实现完全替代人工实现加料过程无人化的镍铁电炉炉顶加料无人化系统及控制方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种镍铁电炉炉顶加料无人化系统，包括：设置于回转窑的出料口位置的回转窑卸料阀；

被配置在回转窑的出料口下方的线性布置的加料小车轨道；

与加料小车轨道配合走行的加料小车；

被配置在加料小车上的加料罐；

被配置于加料罐出口位置的加料小车卸料管；

被配置于加料小车卸料管出口位置的加料小车卸料阀；

配置在加料小车用于称重加料罐重量的无线称重装置；

加料口布置于加料小车轨道上的料仓；

配置于料仓注入口前方的耐高温定位装置；

配置于料仓上用于实时监测料仓内料位的耐高温雷达料位仪；

与加料小车轨道延伸方向相同且平行配置的视觉识别装置轨道；

视觉识别装置走行于视觉识别装置轨道上，且通过摄像头实时监测料仓 12注入口位置物料淤堵情况；

加料小车还包括：

用于驱动加料小车的变频电机；

用于连接外部电源与加料小车供电口的连接拖缆。

进一步的，

料仓数量大于等于一个；

当料仓数量大于一个时，料仓紧邻线性布置，且多个料仓布置的延伸方向与与加料小车轨道延伸方向相同。

进一步的，

每一个加料罐的加料口位置设置有大块料格栅。

镍铁电炉炉顶加料无人化系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1.通过安装在料仓上的耐高温雷达料位仪反馈的4-20mA料位信号，控制系统判断料仓是否缺料，当料仓缺料时控制系统发出加料信号及料仓编号，触发移动视觉识别装置执行料仓对位程序，移动视觉识别装置沿视觉识别系统轨道运动，最终到达指定的料仓对位点；

步骤2.控制系统触发回转窑卸料阀打开向已就位的加料小车上的加料罐进行加料，待加料小车上无线称重装置达到预设重量后，无线称重装置发出无线信号给控制系统，控制系统执行内部程序触发回转窑卸料阀关闭；

步骤3.控制系统驱动加料小车上的变频电机运行，加料小车沿加料小车轨道15运行；

步骤4.加料小车到达指定料仓时触发耐高温定位装置执行加料小车定位程序，同时移动视觉识别装置捕捉加料小车影像辅助定位，最终加料小车定位于指定料仓；

步骤5.控制系统接收到加料小车就位信号后，触发加料小车卸料阀打开向料仓进行加料，耐高温雷达料位仪检测到料仓内料位高度，反馈4-20mA信号给控制系统，当达到程序预设高度时，控制系统触发加料小车卸料管关闭；

步骤6.结束加料后加料小车上变频电机反向运行，加料小车返回回转窑下料口就位；

步骤7.加料小车离开后移动视觉识别装置执行大块料识别程序对物料填充比例进行计算，测算出该料仓口大块料堵塞程度详细情况，及时输出无线报警信号至控制系统显示，根据堵塞程度的不同，自动输出严重堵塞、轻微堵塞、未堵塞等状态信号，提醒运维人员灵活进行相应处理，大块料识别结束后，移动视觉识别装置留在原地，等待控制系统给出新的加料信号和料仓编号，随即开启新的一轮工作循环。

进一步的，

在步骤1中，移动视觉识别装置是由耐高温摄像头、无线信号发送接收装置驱动装置组成，耐高温摄像头负责采集视频图像，无线信号发送接收装置负责与控制系统进行数据交换，驱动装置负责视觉识别系统沿轨道运动，轨道同时为移动视觉识别装置提供电源；

在步骤2中，加料罐用于装载回转窑预还原后的高温物料；

在步骤4中，耐高温定位装置为最高工作环境温度80℃，感应距离为70mm 接近开关，当感应到被测物体后，向控制系统输出开关量信号。

采用上述技术方案的本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.提升自动化水平，减少人工、降低安全隐患、提高作业效率，实现“加料无人化”。

2.实现矿热炉“物质流”输入、输出统计以及物料分配情况记录、输出。

3.为后续技术升级、实现生产数据采集、显示、诊断与优化、操作决策做必要准备。最终目标为实现在镍铁矿热炉领域设备制造、工程建设、生产服务与指导“全生命周期”具备技术输出的综合型企业。

基于上述理由本发明可在冶炼设备等领域广泛推广。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明镍铁电炉炉顶加料无人化系统示示意图。

图2为本发明加料小车装料流程图。

图3为本发明镍铁炉顶加料无人化系统流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种镍铁电炉炉顶加料无人化系统，包括：设置于回转窑的出料口位置的回转窑卸料阀1；

被配置在回转窑的出料口下方的线性布置的加料小车轨道15；

与加料小车轨道15配合走行的加料小车4；

被配置在加料小车4上的加料罐2；

被配置于加料罐2出口位置的加料小车卸料管7；

被配置于加料小车卸料管7出口位置的加料小车卸料阀6；

配置在加料小车4用于称重加料罐2重量的无线称重装置3；

加料口布置于加料小车轨道15上的料仓12；

配置于料仓12注入口前方的耐高温定位装置11；

配置于料仓12上用于实时监测料仓12内料位的耐高温雷达料位仪13；

与加料小车轨道15延伸方向相同且平行配置的视觉识别装置轨道10；

视觉识别装置9走行于视觉识别装置轨道10上，且通过摄像头实时监测料仓12注入口位置物料淤堵情况；

加料小车4还包括：

用于驱动加料小车4的变频电机8；

用于连接外部电源与加料小车4供电口的连接拖缆5。

进一步的，

料仓12数量大于等于一个；

当料仓12数量大于一个时，料仓12紧邻线性布置，且多个料仓12布置的延伸方向与与加料小车轨道15延伸方向相同。

进一步的，

每一个加料罐2的加料口位置设置有大块料格栅14。

如图2和图3所示，镍铁电炉炉顶加料无人化系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1.通过安装在料仓12上的耐高温雷达料位仪13反馈的4-20mA料位信号，控制系统判断料仓12是否缺料，当料仓12缺料时控制系统发出加料信号及料仓12编号，触发移动视觉识别装置9执行料仓对位程序，移动视觉识别装置9沿视觉识别系统轨道10运动，最终到达指定的料仓12对位点；

步骤2.控制系统触发回转窑卸料阀1打开向已就位的加料小车4上的加料罐2进行加料，待加料小车4上无线称重装置3达到预设重量后，无线称重装置3发出无线信号给控制系统，控制系统执行内部程序触发回转窑卸料阀1关闭；

步骤3.控制系统驱动加料小车4上的变频电机8运行，加料小车4沿加料小车轨道15运行；

步骤4.加料小车4到达指定料仓12时触发耐高温定位装置11执行加料小车4定位程序，同时移动视觉识别装置9捕捉加料小车4影像辅助定位，最终加料小车4定位于指定料仓12；

步骤5.控制系统接收到加料小车4就位信号后，触发加料小车卸料阀6 打开向料仓12进行加料，耐高温雷达料位仪13检测到料仓12内料位高度，反馈4-20mA信号给控制系统，当达到程序预设高度时，控制系统触发加料小车卸料管7关闭；

步骤6.结束加料后加料小车4上变频电机8反向运行，加料小车4返回回转窑下料口就位；

步骤7.加料小车4离开后移动视觉识别装置9执行大块料识别程序对物料填充比例进行计算，测算出该料仓12口大块料堵塞程度详细情况，及时输出无线报警信号至控制系统显示，根据堵塞程度的不同，自动输出严重堵塞、轻微堵塞、未堵塞等状态信号，提醒运维人员灵活进行相应处理，大块料识别结束后，移动视觉识别装置9留在原地，等待控制系统给出新的加料信号和料仓12编号，随即开启新的一轮工作循环。

进一步的，

在步骤1中，移动视觉识别装置9是由耐高温摄像头、无线信号发送接收装置驱动装置组成，耐高温摄像头负责采集视频图像，无线信号发送接收装置负责与控制系统进行数据交换，驱动装置负责视觉识别系统沿轨道10运动，轨道10同时为移动视觉识别装置9提供电源；

在步骤2中，加料罐2用于装载回转窑预还原后的高温物料；

在步骤4中，耐高温定位装置11为最高工作环境温度80℃，感应距离为70mm接近开关，当感应到被测物体后，向控制系统输出开关量信号。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.镍铁电炉炉顶加料无人化系统的控制方法，

镍铁电炉炉顶加料无人化系统，包括：设置于回转窑的出料口位置的回转窑卸料阀(1)；

被配置在回转窑的出料口下方的线性布置的加料小车轨道(15)；

与加料小车轨道(15)配合走行的加料小车(4)；

被配置在加料小车(4)上的加料罐(2)；

被配置于加料罐(2)出口位置的加料小车卸料管(7)；

被配置于加料小车卸料管(7)出口位置的加料小车卸料阀(6)；

配置在加料小车(4)用于称重加料罐(2)重量的无线称重装置(3)；

加料口布置于加料小车轨道(15)上的料仓(12)；

配置于料仓(12)注入口前方的耐高温定位装置(11)；

配置于料仓(12)上用于实时监测料仓(12)内料位的耐高温雷达料位仪(13)；

与加料小车轨道(15)延伸方向相同且平行配置的视觉识别装置轨道(10)；

视觉识别装置(9)走行于视觉识别装置轨道(10)上，且通过摄像头实时监测料仓(12)注入口位置物料淤堵情况；

所述加料小车(4)还包括：

用于驱动加料小车(4)的变频电机(8)；

用于连接外部电源与加料小车(4)供电口的连接拖缆(5)；

所述料仓(12)数量大于等于一个；

当料仓(12)数量大于一个时，料仓(12)紧邻线性布置，且多个料仓(12)布置的延伸方向与与加料小车轨道(15)延伸方向相同；

每一个加料罐(2)的加料口位置设置有大块料格栅(14)；

上述镍铁电炉炉顶加料无人化系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.通过安装在料仓(12)上的耐高温雷达料位仪(13)反馈的4-20mA料位信号，控制系统判断料仓(12)是否缺料，当料仓(12)缺料时控制系统发出加料信号及料仓(12)编号，触发移动视觉识别装置(9)执行料仓对位程序，移动视觉识别装置(9)沿视觉识别系统轨道(10)运动，最终到达指定的料仓(12)对位点；

步骤2.控制系统触发回转窑卸料阀(1)打开向已就位的加料小车(4)上的加料罐(2)进行加料，待加料小车(4)上无线称重装置(3)达到预设重量后，无线称重装置(3)发出无线信号给控制系统，控制系统执行内部程序触发回转窑卸料阀(1)关闭；

步骤3.控制系统驱动加料小车(4)上的变频电机(8)运行，加料小车(4)沿加料小车轨道(15)运行；

步骤4.加料小车(4)到达指定料仓(12)时触发耐高温定位装置(11)执行加料小车(4)定位程序，同时移动视觉识别装置(9)捕捉加料小车(4)影像辅助定位，最终加料小车(4)定位于指定料仓(12)；

步骤5.控制系统接收到加料小车(4)就位信号后，触发加料小车卸料阀(6)打开向料仓(12)进行加料，耐高温雷达料位仪(13)检测到料仓(12)内料位高度，反馈4-20mA信号给控制系统，当达到程序预设高度时，控制系统触发加料小车卸料管(7)关闭；

步骤6.结束加料后加料小车(4)上变频电机(8)反向运行，加料小车(4)返回回转窑下料口就位；

步骤7.加料小车(4)离开后移动视觉识别装置(9)执行大块料识别程序对物料填充比例进行计算，测算出该料仓(12)口大块料堵塞程度详细情况，及时输出无线报警信号至控制系统显示，根据堵塞程度的不同，自动输出严重堵塞、轻微堵塞、未堵塞等状态信号，提醒运维人员灵活进行相应处理，大块料识别结束后，移动视觉识别装置(9)留在原地，等待控制系统给出新的加料信号和料仓(12)编号，随即开启新的一轮工作循环。

2.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的镍铁电炉炉顶加料无人化系统的控制方法，其特征在于，

在步骤1中，移动视觉识别装置(9)是由耐高温摄像头、无线信号发送接收装置驱动装置组成，耐高温摄像头负责采集视频图像，无线信号发送接收装置负责与控制系统进行数据交换，驱动装置负责视觉识别系统沿轨道(10)运动，轨道(10)同时为移动视觉识别装置(9)提供电源；

在步骤2中，加料罐(2)用于装载回转窑预还原后的高温物料；

在步骤4中，耐高温定位装置(11)为最高工作环境温度80℃，感应距离为70mm接近开关，当感应到被测物体后，向控制系统输出开关量信号。