CN109355493B - 生球布料智能控制系统及控制方法 - Google Patents

生球布料智能控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生球布料智能控制系统及其控制方法，该系统包括工业相机、激光发射器、光纤传输装置、控制参数及报警信号输出装置、工控机和显示器；激光发射器将一字形激光水平地直射在篦床的上表面，工业相机采集具有一字形激光光线的生球布料图像，并依次地通过对采集图像中的激光光线的顶点个数、顶点位置、以及顶点至图像上边缘的垂直距离的获取，将其与正常布料状态下图像进行比较，获得布料状态是否存在异常的结论，进而给出参数调节指令实现对当前异常布料状态的调整；该生球布料智能控制系统及其控制方法有效防止因设备机械结构问题导致布料不均，对布料的均匀性和球团的生产效率提高，能耗和设备损坏率的降低均具有重要意义。

Description

生球布料智能控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种生球布料智能控制系统及控制方法。
背景技术
在钢铁生产行业，球团生产是一个重要的工艺过程，而生球布料又是球团生产的关键工序，它对烧结球团的产量和质量影响很大。在烧结球团过程中，如果前期生球布料不均匀，那么料层薄的部位将产生过烧和篦床烧损，而料层厚的部位则烧不透，造成入窑干球强度低，导致窑内结圈，应采取必要措施保证链篦机篦床料层保持均匀和稳定，以改善布料的均匀性，提高球团的生产效率，降低生产过程中的能耗和设备损坏率，进而提高铁矿石的出产率。
目前国内球团厂生球布料多数采用摆动皮带布料系统。造球系统生产的生球经皮带传送到辊筛筛除不合格球，合格球落到摆动皮带上；摆动皮带左右摆动的同时沿料流方向运动将合格球排布在宽皮带上，宽皮带将物料传送给辊式布料器进一步筛分和均匀化，最终布好的球团料输送给链篦机篦床。
经研究和分析，生球布料不均匀主要是由两方面原因导致的，其一是生球来料量不稳定，时多时少，这就导致料层的纵向厚度很难保持一致；其二是由于摆动皮带布料系统布料不均匀，导致的布料在横向上不均匀。对于上述两方面问题，如果要保持料层的纵向厚度的一致，则需要对篦床的运行速度进行调整，即调节其向篦床运送生球的速度，进而使篦床上生球料层的高度基本保持一致；而如果要保持在横向上实现均匀布料，则应相应调节摆动皮带的摆动角速度。因此如何实时在线智能控制生球均匀布料就成了一个急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够解决目前烧结球团前生球布料过程中容易出现的纵向料层和横向料层布料不均匀问题的生球布料智能控制系统。
本发明的另一目的是提供一种采用上述生球布料智能控制系统实现的生球布料智能控制方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种生球布料智能控制系统，包括多台工业相机、能够发射出至少一条一字形激光光线的激光发射器、光纤传输装置、控制参数及报警信号输出装置、工控机和与工控机连接的显示器；其中，多台所述工业相机一字排开地设置在篦床上方，且镜头均以相同角度斜向向下，使多台所述工业相机采集的图像能够构成篦床上方的生球布料全貌；所述激光发射器以激光光源发射口竖直朝下的方式设置在篦床上方，使其发射的一字形激光以垂直于篦床运行方向的方式照射在生球球料上；所述工业相机通过光纤传输装置与工控机连接，以将图像信息传送至工控机中进行图像处理以获得图像中的生球布料状态是否存在异常的结果；所述控制参数及报警信号输出装置与工控机连接，用于接收工控机根据图像处理结果给出的参数调整指令并发送至生球布料执行机构。
优选，所述工业相机的镜头设置方向与水平方向之间所成夹角为45°。
优选，在邻近所述工业相机的镜头处设置有吹扫装置。
优选，所述激光发射器为一字形激光发射器、平行激光发射器、米字形激光发射器和井字形激光发射器。
优选，所述一字激光发射器的设置位置使其发射的激光光线在图像中位置居中。
一种采用上述生球布料智能控制系统实现对生球进行均匀布料的控制方法，其步骤如下：
S1、利用激光发射器向篦床上的生球球料发射出至少一条垂直于篦床运行方向的一字形激光，并采用工业相机对带有一字形激光光线的生球布料进行连续地图像采集；
S2、按照时序对工业相机连续采集的图像依次进行处理：
S201、提取图像中至少一条一字形激光光线，并确定激光光线的顶点个数和顶点位置：当激光光线的顶点个数为1，且顶点位置居中时，则判定生球布料的横向布料状态正常；当激光光线的顶点个数为1，且顶点位置偏左或偏右时；或当激光光线的顶点个数≥2时，则判定生球布料的横向布料状态异常；
S202、获取激光光线顶点至图像上边缘的垂直距离L，并将其与正常布料状态下所采集的图片中的激光光线顶点至图像上边缘的垂直距离范围Lmin～Lmax进行比较：当Lmin＜L＜Lmax时，则判定生球布料的纵向状态正常；当L＞Lmax或L＜Lmin时，则判定生球布料的纵向状态异常；
S3、当连续采集的两张相邻图像经过步骤S2处理后得到的生球布料状态判定结果一致时，对相应参数进行调整：当异常情况为横向布料状态异常时，调整摆动皮带的摆动角速度；当异常情况为纵向布料状态异常，且异常问题为料层高度过高时，加快调整篦床运行速度；当异常情况为纵向布料状态异常，且异常问题为料层高度过低时，减小调整篦床运行速度。
优选，步骤S1中，所述工业相机以200～300ms的时间间隔进行图像采集。
与现有技术相比，该生球布料智能控制系统及其控制方法可实时监测篦床上生球布料在横向和纵向上布料状况和变化，并根据不同的异常状况向生球布料控制机构发送相应的参数调整指令并发出报警信号，避免出现布料不均问题，对布料的均匀性和球团的生产效率提高，能耗和设备损坏率的降低，以及企业经济效益的增加均具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的生球布料智能控制系统的结构示意图；
图2为本发明的生球布料智能控制系统的工业相机和激光装置设置在球团链篦机上方的结构示意图；
图3(a)为工业相机采集到篦床上生球布料处于正常状态的图像；
图3(b)为工业相机采集到篦床上生球布料处于布料两端高中间低的不均匀状态的图像；
图3(c)为工业相机采集到篦床上生球布料处于布料左边高右边低的不均匀状态的图像；
图3(d)为工业相机采集到篦床上生球布料处于布料左边低右边高的不均匀状态的图像；
图3(e)为工业相机采集到篦床上生球布料处于布料过高状态的图像；
图3(f)为工业相机采集到篦床上生球布料处于布料过低状态的图像。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，该生球布料智能控制系统包括两台工业相机1、一台一字形激光发射器2、内设有电光转换器4和第一终端熔纤盒5的现场控制箱3、内设有第二终端熔纤盒6、光电转换器7和控制参数及报警信号输出装置8的电气柜9、分别与光电转换器7和控制参数及报警信号输出装置8连接的工控机11、以及与工控机11连接的显示器12；其中，电光转换器4与光电转换器7之间通过光纤实现信号传输，光纤的两端分别通过第一终端熔纤盒5和第二终端熔纤盒6实现分别与电光转换器4和光电转换器7连接。
如图2所示，对该生球布料智能控制系统进行安装时，两台工业相机1和一字激光发射器2通过安装支架设置在篦床II的上方；具体地，两台所述工业相机1一字排开地设置在篦床上方，且靠近溜料板VI的位置，其镜头斜向向下45°设置，使镜头朝向篦床II，工业相机1的设置高度应满足两台所述工业相机1采集的图像能够构成篦床上方的生球布料全貌；同时，为保证图像采集清晰度，在工业相机1的镜头端还设有吹扫装置，用于定期对工业相机1的镜头吹扫压缩空气，防止镜头表面出现雾气或积灰；
一字激光发射器2以激光光源发射口竖直朝下的方式设置在篦床II的上方，使其发射的一字形激光水平地直射在篦床II的上表面，且其具体设置的位置与工业相机1的图像采集区域相适应，即在料层高度处于正常状态下时，一字形激光照射在料层表面时，激光光线在工业相机1采集的图像中位置居中，进而保证了无论料层的高度处于偏高还是偏低的状态，图像中的激光光线始终处于图像的中间部分，便于后续的图像处理与分析。
在球团链篦机作业现场设有现场控制箱3，其内设置有电光转换器4和第一终端熔纤盒5；工业相机1与电光转换器4通过数据传输线连接，将其采集到的图像变换为图像信号后通过数据传输线传输给电光转换器4；电光转换器4与光纤的一端连接，并通过第一终端熔纤盒5对光纤进行固定，电光转换器4将图像信号转换为光信号后通过光纤进行光信号的传输。
电气柜9、工控机11和显示器12设置在远程监控室中；具体地，电气柜9内设有第二终端熔纤盒6、光电转换器7和控制参数及报警信号输出装置8，第二终端熔纤盒6将光纤固定在电器柜9内，光纤的另一端与光电转换器7连接，接收由电光转换器4发送的前端图像的光信号，并通过光电转换器7恢复为图像信号；光电转换器7与工控机11连接，工控机11接收光电转换器7发送的图像信号后对图像信号进行处理和分析，获得工业相机1采集的图像中的生球料层是否均布异常的结果；显示器12与工控机11连接，用于实时显示由工业相机1采集的图像以及对图像是否存在异常的结果。
工控机11包括依次连接的接收模块、信息处理模块、报警模块和存储模块；具体地，接收模块用于接收由光电转换器7传输的图像信号，信息处理模块用于对接收的图像信号进行处理获取图像特征，并将该图像特征与正常生球布料状态下采集的图像特征进行比较，判断出当前生球布料的均匀度(包括料层的平整度和料层的高度)是否存在异常状况以及具体异常情况；当判断结果为出现异常状况时，进而根据异常状况的具体情形给出参数调整指令给报警模块；报警模块与控制参数及报警信号输出装置8连接，当报警模块接收到参数调整指令后，将参数调整指令发送给与报警模块连接的控制参数及报警信号输出装置8；存储模块同时将出现异常状况的相关图片和图片处理结果进行存储，以便之后随时调用。
控制参数及报警信号输出装置8与工控机11的报警模块连接，其包括PLC控制器和与PLC控制器连接的报警器；PLC控制器用于接收工控机的报警模块发送来的参数调整指令，并发送至生球布料执行机构，进而对摆动皮带V的角速度和篦床的运行速度进行单项或多项调节；当多次调节后依然不能满足生球布料要求时，控制器发送报警信号给报警器，报警器发出声音警报，提示现场人员人为对摆动皮带V角速度和/或篦床的运行速度进行调节。
进一步对采用上述生球布料智能控制系统实现的智能控制方法进行说明，其具体控制步骤如下：
一、设备连接：将生球布料智能控制系统的工业相机1和一字激光发射器2通过安装直接安装在球团链篦机的篦床上方，具体安装位置应符合上述的图像采集要求；连接该系统的其他部件，最后将控制参数及报警信号输出装置8与生球布料控制机构连接；连接完成后，启动生球布料智能控制系统和生球布料系统；
二、开启工业相机1和一字激光发射器2，设置工业相机1的图像采集间隔时间为300ms/张，对生球在篦床上的布料状态进行连续地图像采集；
三、按照时序对工业相机1采集的图像依次处理，具体地，
S301、提取图像中的激光光线，并确定激光光线的顶点个数和顶点位置：
情况1：如图3(a)所示，当激光光线的顶点个数为1，且顶点位置居中时，则判定生球布料的横向布料状态正常；
情况2：当激光光线的顶点个数≥2时，则判定生球布料的横向布料状态异常；进一步可以通过顶点位置判断出现异常的具体情况；
例如：如图3(b)所示，激光光线的顶点个数为2，且两个顶点分别出现在激光光线的左、右两侧，则可以判定出当前布料在横向上存在两边高、中间低的横向布料状态异常问题；
情况3：当如图3(c)所示，激光光线的顶点个数为1，且顶点位置偏向左侧时，则判定生球布料的横向状态异常，属于当前生球布料在横向上存在左边高、右边低的横向布料状态异常问题；
情况4：当如图3(d)所示，激光光线的顶点个数为1，且顶点位置偏向右侧时，则判定生球布料的横向状态异常，属于当前生球布料在横向上存在右边高、左边低的横向布料状态异常问题；
其中，在上述四种情况的判断中，顶点位置的判断可以通过在图像中建立坐标系，并设定判断阈值，进而根据顶点位置坐标判断出相应的结论；
S302、在进行上述步骤S301的同时，获取激光光线顶点至图像上边缘的垂直距离L，并将其与正常布料状态下所采集的图片中的激光光线顶点至图像上边缘的垂直距离范围Lmin～Lmax进行比较：
情况1：当Lmin＜L＜Lmax时，则判定生球布料的纵向状态正常；
情况2：当L＜Lmin时，则判定生球布料的纵向状态异常，即如图3(e)所示，生球布料存在纵向上布料过高的问题；
情况3：当L＞Lmax时，则判定生球布料的纵向状态异常，即如图3(f)所示，生球布料存在纵向上布料过低的问题；
为了保证所采集单张图像在经过上述步骤S301和S302判断后，得出的异常问题与布料现状相符，因此当连续采集的两张图片均判定为横向布料状态异常和/或纵向布料状态异常时，才进入下一个步骤；
四、根据步骤S3得到的图像处理结果，对不同异常情况给出不同的参数调整指令：
情况1：当异常情况为上述步骤S301中的情况2、情况3和情况4时，给出调整摆动皮带V的摆动角速度的指令；
情况2：当异常情况为上述步骤S302中的情况2时，给出增加篦床运行速度的指令；
情况3：当异常情况为上述步骤S302中的情况3时，给出减小篦床运行速度的指令；
S5、将参数调整指令发送至具有调节摆动皮带V的摆动角速度以及篦床运行速度功能的生球布料执行机构，实现对生球布料状态的调控。

Claims (7)

1.一种生球布料智能控制系统，其特征在于，包括多台工业相机(1)、能够发射出至少一条一字形激光光线的激光发射器(2)、光纤传输装置、控制参数及报警信号输出装置(8)、工控机(11)和与工控机(11)连接的显示器(12)；其中，多台所述工业相机(1)一字排开地设置在篦床上方，且镜头均以相同角度斜向向下，使多台所述工业相机(1)采集的图像能够构成篦床上方的生球布料全貌；所述激光发射器(2)以激光光源发射口竖直朝下的方式设置在篦床上方，使其发射的一字形激光以垂直于篦床运行方向的方式照射在生球球料上；所述工业相机(1)通过光纤传输装置与工控机(11)连接，以将图像信息传送至工控机中进行图像处理以获得图像中的生球布料状态是否存在异常的结果；所述控制参数及报警信号输出装置(8)与工控机(11)连接，用于接收工控机(11)根据图像处理结果给出的参数调整指令并发送至生球布料执行机构。
2.根据权利要求1所述的生球布料智能控制系统，其特征在于，所述工业相机(1)的镜头斜向向下呈45°夹角设置。
3.根据权利要求1所述的生球布料智能控制系统，其特征在于，在邻近所述工业相机(1)的镜头处设置有吹扫装置。
4.根据权利要求1所述的生球布料智能控制系统，其特征在于，所述激光发射器(2)的设置位置使其发射的一字形激光光线在图像中位置居中。
5.根据权利要求1所述的生球布料智能控制系统，其特征在于，所述激光发射器(2)为一字形激光发射器、平行激光发射器、米字形激光发射器和井字形激光发射器。
6.一种采用权利要求1所述的生球布料智能控制系统实现的生球均匀布料的控制方法，其特征在于，步骤如下：
S1、利用激光发射器向篦床上的生球球料发射出至少一条垂直于篦床运行方向的一字形激光，并采用工业相机对带有一字形激光光线的生球布料进行连续地图像采集；
S2、按照时序对工业相机连续采集的图像依次进行处理：
S201、提取图像中至少一条激光光线，并确定激光光线的顶点个数和顶点位置：当激光光线的顶点个数为1，且顶点位置居中时，则判定生球布料的横向布料状态正常；当激光光线的顶点个数为1，且顶点位置偏左或偏右时；或当激光光线的顶点个数≥2时，则判定生球布料的横向布料状态异常；
S202、获取激光光线顶点至图像上边缘的垂直距离L，并将其与正常布料状态下所采集的图片中的激光光线顶点至图像上边缘的垂直距离范围Lmin～Lmax进行比较：当Lmin＜L＜Lmax时，则判定生球布料的纵向状态正常；当L＞Lmax或L＜Lmin时，则判定生球布料的纵向状态异常；
S3、当连续采集的两张相邻图像经过步骤S2处理后得到的生球布料状态判定结果一致时，对相应参数进行调整：当异常情况为横向布料状态异常时，调整摆动皮带的角速度；当异常情况为纵向布料状态异常，且异常问题为料层高度过高时，加快调整篦床运行速度；当异常情况为纵向布料状态异常，且异常问题为料层高度过低时，减小调整篦床运行速度。
7.根据权利要求5所述的生球布料智能控制系统，其特征在于，步骤S1中，所述工业相机(1)以200～300ms的时间间隔进行图像采集。
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