CN112626351A - 电子束恒熔速冶炼控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子束恒熔速冶炼控制系统，属于电子束熔炼技术领域。该系统包括推料装置、熔炼冷床、拉锭系统、高能电子束枪、电子枪驱动服务器、工业高清摄像机、视频处理服务器、中央控制系统和行程测量装置；推料装置设有两个，分别熔炼冷床左右两侧，拉锭系统位于熔炼冷床下方，高能电子束枪位于熔炼冷床正上方；推料装置和拉锭系统上均安装有行程测量装置；本发明实现了电子束熔炼时的自动恒速稳定熔炼控制，能提升熔炼效率，减少人工误操作概率，提高产品品质，易于推广应用。

Description

电子束恒熔速冶炼控制系统

技术领域

本发明属于电子束熔炼技术领域，具体涉及一种电子束恒熔速冶炼控制系统。

背景技术

电子束冷床炉在熔炼金属物料时是通过电子枪发射高能电子束扫描熔化金属物料，需要不断调节每支电子枪的功率大小，同时驱动进料装置和拉锭系统来完成熔炼过程。

目前电子束熔炼时需要人工观察炉内熔炼状态后通过转动旋钮来调节每支电子枪的功率大小，现场操作工需要频繁操作，在长时间或者夜班熔炼时易因疲劳等而造成误操作，轻则造成设备损坏，系统停机，重则可引发起火或者爆炸事故，造成人员伤亡。

当前电子束熔炼过程需要操作工现场观察炉内的液位高度和物料熔炼位置等信息后将信息反馈并指挥中控室内人员，来驱动推料装置和拉锭系统，信息传递存在延迟和错误可能，效率低下。

同时，电子束冷床炉常规熔炼由于进料速度、熔炼速度、拉锭速度等因素的影响，存在一个溶液流出凝固速率不恒定的问题，会导致产品成品表面有非常明显的断层现象，影响产品品质。

另外，电子束冷床炉生产熔炼现场环境条件恶劣，现场有很大的噪音污染，以及在熔炼过程中会挥发出来的粉尘和部分杂质气体等，对现场操作人员的身体健康产生危害。

因此如何克服现有技术的不足是目前电子束熔炼技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种一种电子束恒熔速冶炼控制系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

电子束恒熔速冶炼控制系统，包括推料装置、熔炼冷床、拉锭系统、高能电子束枪、电子枪驱动服务器、工业高清摄像机、视频处理服务器、中央控制系统和行程测量装置；

推料装置设有两个，分别熔炼冷床左右两侧，拉锭系统位于熔炼冷床下方，高能电子束枪位于熔炼冷床正上方；

推料装置和拉锭系统上均安装有行程测量装置；行程测量装置用于采集行程及速度；

工业高清摄像机用于实时监控熔炼炉内熔炼情况；

电子枪驱动服务器通过高压电源与高能电子束枪相连，用于驱动高能电子束枪工作；

视频处理服务器，分别与电子枪驱动服务器、工业高清摄像机、中央控制系统相连，视频处理服务器将采集到的熔炼室内视频图像与其内预存的基础图像模型进行对比分析，根据对比结果分别发送指令信号至电子枪驱动服务器、中央控制系统，通过控制电子枪驱动服务器从而控制高能电子束枪的冶炼功率；中央控制系统通过接收到的指令信号控制推料装置的进料速度和拉锭系统的拉锭速度；

行程测量装置与中央控制系统相连；中央控制系统与高压电源相连接；

行程测量装置将推料装置、拉锭系统的行程及速度数据发送至中央控制系统，中央控制系统用于根据发来的行程及速度数据来判断是否中断高压电源来停止高能电子束枪的熔炼。

进一步，优选的是，工业高清摄像头安装于熔炼炉外部观察窗口上。

进一步，优选的是，所述的中央控制系统为PLC。

视频处理服务器负责分析工业高清摄像机所采集的信息，主要采集熔液液位高度。本发明采用视频图像分析比对技术，建立基础图像模型，将所接收视频图像信息与视频处理服务器存储的图像模型进行数据对比分析。

左右两侧推进的金属物料由熔炼冷床上方的高能电子束枪发出的高能电子束将其融化后流入熔炼冷床，熔液液位达到一定高度后，流入下方拉锭系统内。推料装置采用变频无极调速，执行中央控制系统下达的指令，来控制两侧进料速度与熔炼速率相匹配。拉锭系统在熔液流出速度稳定的前提下始终保持以一个相对恒定的速度在运作。

电子枪驱动服务器通过调节高能电子束枪的电流大小，来调节电子束的功率，达到控制物料熔炼速度的目的。

本发明优选采用脉冲测量传感器来测量记录推料装置和拉锭系统的速度。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明引入视频分析技术，推料速度和电子枪功率大小影响溶液液位高度，视频分析熔液液位高度后反馈给电子枪驱动服务器和中央控制系统，来调节推料、拉锭速度和电子枪功率大小，形成一个闭环控制系统；使熔液保持一个恒速流出的状态。

本发明中央控制系统和电子枪驱动服务器根据视频处理服务器对熔液液位进行分析后的数据指令来自动调节电子枪的功率大小和推料、拉锭速度，从而控制溶液液位保持一定高度。在自动拉锭的基础上实现恒熔速冶炼，使拉锭速度基本恒定，提高产品的成品品质。

本发明公开的一种电子束恒熔速冶炼控制系统，能够根据通过视频分析来自动调节整个熔炼过程，达到以一个恒定的速度全自动熔炼。能够提升产品品质，提高生产效率，缩短生产时间，减少现场人员配备和事故风险，给企业带来直接或间接的经济效益。

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为本发明电子束冶炼控制系统结构示意图；

图中，1、推料装置；2、熔炼冷床；3、拉锭系统；4、高能电子束枪；5、电子枪驱动服务器；6、工业高清摄像机；7、视频处理服务器；8、中央控制系统；9、行程测量装置；10、高压电源；其中，箭头为数据或信号传输方向。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术、连接关系或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术、连接关系、条件或者按照产品说明书进行。所用材料、仪器或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接””到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1所示，电子束恒熔速冶炼控制系统，包括推料装置1、熔炼冷床2、拉锭系统3、高能电子束枪4、电子枪驱动服务器5、工业高清摄像机6、视频处理服务器7、中央控制系统8和行程测量装置9；

推料装置1设有两个，分别熔炼冷床2左右两侧，拉锭系统3位于熔炼冷床2下方，高能电子束枪4位于熔炼冷床2正上方；

推料装置1和拉锭系统3上均安装有行程测量装置9；行程测量装置9用于采集行程及速度；

工业高清摄像机6用于实时监控熔炼炉内熔炼情况；

电子枪驱动服务器5通过高压电源10与高能电子束枪4相连，用于驱动高能电子束枪4工作；

视频处理服务器7，分别与电子枪驱动服务器5、工业高清摄像机6、中央控制系统8相连，视频处理服务器7将采集到的熔炼室内视频图像与其内预存的基础图像模型进行对比分析，根据对比结果分别发送指令信号至电子枪驱动服务器5、中央控制系统8，通过控制电子枪驱动服务器5从而控制高能电子束枪4的冶炼功率；中央控制系统8通过接收到的指令信号控制推料装置1的进料速度和拉锭系统3的拉锭速度；

行程测量装置9与中央控制系统8相连；中央控制系统8与高压电源10相连接；

行程测量装置9将推料装置1、拉锭系统3的行程及速度数据发送至中央控制系统8，中央控制系统8用于根据发来的行程及速度数据来判断是否中断高压电源10来停止高能电子束枪的熔炼。

优选，工业高清摄像头6安装于熔炼炉外部观察窗口上。

优选，所述的中央控制系统8为PLC。

本发明系统结构包括多个工业高清摄像机6，视频图像信号通过工业高清摄像机6实时录像采集后；视频处理服务器7将采集到的熔炼室内视频图像，主要是熔液液位信息，将该数据经过进行分析处理后，最终输出指令信号；指令信号分别发送至电子枪驱动服务器5和中央控制系统8，电子枪驱动服务器5接收指令信号后自动调节高能电子束枪4的冶炼功率大小，中央控制系统8接收指令信号后调节两侧推料装置1的进料速度和拉锭系统3的拉锭速度；同时行程测量装置9将所推料和拉锭的数据返回中央控制系统8，使得整个系统的冶炼速度和进料速度保持一个恒定的速率，实现恒熔速冶炼控制。

本发明系统在安装施工时，具体步骤如下：

第一步，安装工业高清摄像头6于熔炼炉外部观察窗口上，用于观察炉内熔炼状态，对炉内熔炼液位进行图像视频信号采集。

第二步，推料装置1及拉锭系统3上本身设有行程装置和限位装置，即形成行程和位置联锁保护；然后安装行程测量装置9于推料装置1和拉锭系统3上，用于采集进料、拉锭的速度和行程数据。

炉内的熔液液位图像信息经工业高清摄像机6采集后传输至视频图像处理服务器7进行分析处理后，结合推料装置1的推料速率、拉锭系统3的推料速率等行程位置数据和限位状态，进行分析判断后发送指令至电子枪驱动服务器5和中央控制系统8来控制整个系统的熔炼速率保持恒定。

电子枪驱动服务器5根据接收视频图像处理服务器7发出的指令，通过修改高压电源10电流来调节每支高能电子束枪的功率，从而调节冶炼速度。

中央控制系统8根据接收视频图像处理服务器7发出的指令，开始发送执行命令到推料装置1和拉锭系统3，来调节推料装置1的进料速度和拉锭系统3的拉锭速度，使之与高能电子束枪4的熔炼速度相匹配，从而使得整个进料、熔炼、拉锭的生产过程始终保持一个恒定的速率。

推料装置1和拉锭系统3的行程位置和限位状态通过行程测量装置9实时返回至中央控制系统8，中央控制系统8根据所接收行程位置和限位状态来判断是否中断高压电源10来停止高能电子束枪的熔炼，从而形成熔炼过程的安全联锁保护。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.电子束恒熔速冶炼控制系统，其特征在于，包括推料装置（1）、熔炼冷床（2）、拉锭系统（3）、高能电子束枪（4）、电子枪驱动服务器（5）、工业高清摄像机（6）、视频处理服务器（7）、中央控制系统（8）和行程测量装置（9）；

推料装置（1）设有两个，分别熔炼冷床（2）左右两侧，拉锭系统（3）位于熔炼冷床（2）下方，高能电子束枪（4）位于熔炼冷床（2）正上方；

推料装置（1）和拉锭系统（3）上均安装有行程测量装置（9）；行程测量装置（9）用于采集行程及速度；

工业高清摄像机（6）用于实时监控熔炼炉内熔炼情况；

电子枪驱动服务器（5）通过高压电源（10）与高能电子束枪（4）相连，用于驱动高能电子束枪（4）工作；

视频处理服务器（7），分别与电子枪驱动服务器（5）、工业高清摄像机（6）、中央控制系统（8）相连，视频处理服务器（7）将采集到的熔炼室内视频图像与其内预存的基础图像模型进行对比分析，根据对比结果分别发送指令信号至电子枪驱动服务器（5）、中央控制系统（8），通过控制电子枪驱动服务器（5）从而控制高能电子束枪（4）的冶炼功率；中央控制系统（8）通过接收到的指令信号控制推料装置（1）的进料速度和拉锭系统（3）的拉锭速度；

行程测量装置（9）与中央控制系统（8）相连；中央控制系统（8）与高压电源（10）相连接；

行程测量装置（9）将推料装置（1）、拉锭系统（3）的行程及速度数据发送至中央控制系统（8），中央控制系统（8）用于根据发来的行程及速度数据来判断是否中断高压电源（10）来停止高能电子束枪的熔炼。

2.根据权利要求1所述的电子束恒熔速冶炼控制系统，其特征在于，工业高清摄像头（6）安装于熔炼炉外部观察窗口上。

3.根据权利要求1所述的电子束恒熔速冶炼控制系统，其特征在于，所述的中央控制系统（8）为PLC。

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