CN113020560B - 大包下渣检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大包下渣检测系统，包括：托圈式传感器，用于感应磁场和产生磁场；信号处理器，用于接收感应线圈发出的感应电压，转换成数字量信号；恒流励磁电源，用于为励磁线圈提供励磁电流；智能处理器，对信号处理器传送过来的数字量信号进行分析判断，检测出大包浇铸过程中通过长水口钢流中的含渣量、滑板阀的工作状态，并在钢渣含量超过预设的报警值时向PLC发出报警信号；PLC，用于从铸机PLC接收滑板阀打开信号，并将以上生产过程数据传送给智能处理器；从智能处理器接收渣量报警信号，并发送给铸机PLC，通过铸机PLC控制滑板阀。本发明提供一种大包下渣检测系统，成本低，检测成功率高，而且还融入现场铸机PLC用来控制滑板阀。

Description

大包下渣检测系统

技术领域

本发明涉及工业钢包下渣检测技术领域，尤其涉及一种大包下渣检测系统。

背景技术

在炼钢厂连铸生产中，大包钢水的浇铸末期，浮在钢水表面的钢渣会逐渐通过长水口流入中间包。中间包内钢渣过多，不仅会使钢水的洁净度降低，影响铸坯质量，而且会加快中间包衬的侵蚀，降低连浇炉数，增加生产成本。因此，必须在大包浇铸末期对钢水下渣量进行监测和控制，尽量减少大包流入中间包的钢渣。目前很多钢厂都是采取在浇铸末期，操作人员通过人工肉眼观察中间包钢水中大量钢渣翻起的方法来判断是否下渣，由于人工判断经验不一样、易引起误判或漏判，且当操作人员观测到中间包钢流中钢渣翻起时，钢水中的夹渣量已经很大了。并且长期用肉眼观察炽热钢流不利于工人的劳动保护。

为了克服以上弊病，目前市场上出现了用自动下渣检测设备代替人工检测的设备，根据检测方式不同，这些设备主要分为以下几种。

1、振动测量式大包下渣检测系统；这种技术利用安装在长水口操作臂上的振动传感器采集钢流的振动信号来进行下渣检测。由于引起振动的来源复杂，特征信号较难提取，所以相应的算法也十分复杂，检测成功率很低。

2、埋入式大包下渣检测系统；其传感器安装在大包底部长水口处，通过测量穿过传感器的钢流来判断是否下渣，这种方式虽然检测成功率较高，但每个钢包都需要安装一套传感器，一个钢厂需要十几个传感器，且设备安装或者维修的时候，需要将钢包冷却，不仅浪费大量人力，而且影响正常的生产进度。

发明内容

针对上述两种产品的缺陷，本发明提供一种大包下渣检测系统，成本低，检测成功率高，而且还融入现场铸机PLC用来控制滑板阀。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大包下渣检测系统，其特征在于，包括：

托圈式传感器，安装于滑板阀下方的长水口操纵臂上，其包括感应线圈和励磁线圈，分别用于感应磁场和产生磁场；

信号处理器，用于接收感应线圈发出的感应电压，进行滤波、整形处理，并以50毫秒的采样周期将模拟量信号转换成数字量信号；

恒流励磁电源，用于为励磁线圈提供励磁电流，励磁电流的频率和幅值由智能处理器发出的给定信号控制；

智能处理器，对信号处理器传送过来的数字量信号进行分析判断，检测出大包浇铸过程中通过长水口钢流中的含渣量、钢流在长水口中的相对温度、滑板阀的工作状态，并在钢渣含量超过预设的报警值时向PLC发出报警信号，同时生成本炉的报表和信号波形记录；

PLC，用于：从铸机PLC接收钢水重量、在用大包编号、滑板阀打开信号，并将以上生产过程数据传送给智能处理器；从智能处理器接收渣量报警信号，并发送给铸机PLC，通过铸机PLC控制滑板阀。

进一步地，还包括现场操作箱，与PLC相连；用于人工设定工作方式和渣量报警值，并由PLC将对应的工作方式信号和渣量报警值传送给智能处理器；同时PLC也将从智能处理器接收的渣量报警信号、实际渣量信号和系统工作状态信号送给现场操作箱，在现场操作箱上显示或提醒操作工注意。

进一步地，还包括前置放大器，与托圈式传感器和信号处理器连接，用于接收并放大感应线圈发出的感应电压，并消除噪声，保证信号长距离传输不失真。

进一步地，所述信号处理器由带有Atmega128单片的两块外部I/O板卡和信号处理板卡，以及信号调理板卡、信号切换板卡和供电板卡组成。

进一步地，所述检测系统激活工作后进行自检，当设备都到位，软硬件都正常工作时，自检成功，系统进入就绪阶段；

就绪之后的前20秒，进行信号异常判断，判定信号异常后就发出警告，并中断检测，退出系统，如果信号正常，则开始正常监测信号；

当检测信号值大于渣量设定值时，如果持续时间小于时间设定值，则判定为干扰信号，予以过滤；如果持续时间大于时间设定值，则判定为来渣，发出报警信号，并关闭滑板阀，取消激活状态，退出系统。

进一步地，所述信号异常判断采用分段法，将20秒内的信号分割成20小段，分别采集每一小段中的信号变化幅度，当20段中有一定数量的分段中信号变化幅度超过设定值，则判定为信号异常，发出警告，退出检测，等待处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明提供一种大包下渣检测系统，成本低，检测成功率高，而且还融入现场铸机PLC用来控制滑板阀。本发明的系统，能大大提高连铸大包下渣报警准确率，减少进入中间包的钢渣量，减少中间包的排渣次数，降低中包长水口堵塞的几率，增加钢水收得率，降低吨钢成本，对连铸的生产大有益处。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中智能处理器的示意图。

图3为本发明运行的流程图。

图中：1-长水口，2-大包，3-钢水，4-钢渣，5-滑板阀，6-托圈式传感器。

具体实施方式

下面将结合具体实施例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。

如图1所示，一种大包下渣检测系统，包括：

托圈式传感器：

安装于滑板阀下方的长水口操纵臂上，工作时，长水口将穿入传感器中使用(即托圈与传感器功能合二为一)，在大包滑板阀打开之前，操纵该操纵臂，可将托圈式传感器的套在滑板阀下部的长水口上。其包括感应线圈和励磁线圈，分别用于感应磁场和产生磁场。采用电磁感应的原理进行信号检测，其典型结构是两同心线圈。当滑板阀打开后，钢水通过长水口流入下道工序；同时传感器通以频率和幅值恒定的交变电流，在钢液中产生涡流，涡流所产生的反向磁场可减弱磁场强度。当钢流中含渣以后，由于钢渣的电导率显著低于钢液电导率，仅为钢液电导率的千分之一，导致涡流明显减小，相应的反向磁场减弱，使感应磁场增强，感应磁场强度的变化可通过感应线圈产生的电压来检测。该传感器为不锈钢材质，可以在1000度左右的辐射温度下长期工作达800炉(累计高温工作时间500小时)以上不变形；该传感器在高温下仍可保持良好的电磁特性。

前置放大器：

与托圈式传感器和信号处理器连接，用于接收并放大感应线圈发出的感应电压，并消除噪声，保证信号长距离传输不失真。

信号处理器：

用于接收感应线圈发出的感应电压，进行滤波、整形处理，并以50毫秒的采样周期将模拟量信号转换成数字量信号。

所述信号处理器由带有Atmega128单片的两块外部I/O板卡和信号处理板卡，以及信号调理板卡、信号切换板卡和供电板卡组成。功能包括MODBUS通讯功能、感应电压信号采集和处理、外部io信号输入、输出控制以及内部故障自诊断和参数校准。

如图2所示，外部io1、io2板卡和信号处理板卡上都带一块Atmega128单片机芯片，io1、io2用来完成外部输入、输出信号的处理和控制，信号处理、信号调理和信号切换用来完成来至于钢包下渣检测的信号模数转换及处理功能。

外部io1、io2和信号处理板卡使用MODBUS RTU通信协议，作为从站与上位机(智能处理器)进行通讯，上位机可以读取外部io信号以及读取经过运算处理以后的钢包下渣检测信号(感应电压信号)做进一步处理与控制。内置软件可对外部输入、输出以及内部信号状态进行监控，当发生超量程、短路、断路故障时可发出错误提示及进行相应处理，从而实现故障自诊断功能。

信号处理板卡包括如下功能：1)控制DA芯片输出系统所需的基准电压值。2)控制多通道AD转换芯片将来到感应线圈发出的感应电压的模拟信号转换为数字量并做相应的标度变换。3)采用Modbus Rtu通讯协议与上位机进行数据交互。4)完成系统中所需部分逻辑控制功能。5)故障自诊断及自动校准功能。

恒流励磁电源：

用于为励磁线圈提供一路300-800HZ、200-650mA可调整的励磁电流，励磁电流的频率和幅值由智能处理器发出的给定信号控制。

智能处理器：

智能处理器具备强大的数据处理和控制功能，可根据PLC传送过来的生产过程信号和系统的工作状态判断系统是否具备工作条件，以及何时开始工作或以何方式开始工作，对信号处理器传送过来的数字量信号进行分析判断，可准确的检测出大包浇铸过程中通过长水口钢流中的含渣量、钢流在长水口中的相对温度和基本形态、长水口滑板的工作状态、判定和记录本系统或外部故障，并在钢渣含量超过预设的渣量报警值时向PLC发出报警信号，同时生成本炉的报表和信号波形记录。

PLC:

PLC主要实现以下功能：

(1)从铸机PLC接收钢水重量、在用大包编号(滑板阀的编号)、滑板阀打开信号等生产过程数据并将以上生产过程数据传送给智能处理器。

(2)接收现场操作箱选择的工作方式信号、渣量报警设定值，并将工作方式信号和渣量报警设定值传送给智能处理器。

(3)从智能处理器接收渣量报警信号、实际渣量信号和系统工作状态信号。渣量报警信号送给铸机PLC，通过铸机PLC关断滑板阀。同时渣量报警信号、实际渣量信号和系统工作状态信号送给现场操作箱，在现场操作箱上显示或提醒操作工注意。

大包下渣检测系统的运行包括：

(1)所述检测系统激活工作后进行自检，当设备都到位，软硬件都正常工作时，自检成功，系统进入就绪阶段。

(2)就绪之后的前20秒，进行信号异常判断，判定信号异常后就发出警告，并中断检测，退出系统，如果信号正常，则开始正常监测信号；所述信号异常判断采用分段法，将20秒内的信号分割成20小段，分别采集每一小段中的信号变化幅度，当20段中有一定数量的分段中信号变化幅度超过设定值，则判定为信号异常，发出警告，退出检测，等待处理。

(3)当检测信号值大于渣量设定值时，如果持续时间小于时间设定值，则判定为干扰信号，予以过滤；如果持续时间大于时间设定值，则判定为来渣，发出报警信号，并关闭滑板阀，取消激活状态，退出系统。大包钢水通过长水口流入下道工序，大包中剩余钢水重量很小时，浮在钢水表面的钢渣会随钢水流入下道工序，最终影响钢材质量；通过大包和长水口之间的滑板阀，可及时切断钢流，防止钢渣流入下道工序。

与振动式大包下渣检测系统和埋入式大包下渣检测系统相比，该系统具有明显的优点：

(1)在线使用传感器数量少，每个中包车上只需安装一只传感器，无需改动现场在用设备。而埋入式传感器的安装需对每个大包罐的座砖、基准板和大包外壁等进行改造。

(2)在线使用率高，传感器拆装方便，传感器损坏可随时更换，更换传感器只需5-10分钟。

(3)系统操作简单，不需像埋入式传感器那样每次换包要插拔接头，安全性高，减轻了工人劳动强度。

(4)维护简单，系统安装调试完成后，即可长期使用，不需进行特别维护。免除了埋入式系统需要上旋转塔上检查或更换信号电缆，消除了安全隐患。

(5)系统投运后，收得率可提高0.3％以上。在提高收得率的同时，可有效控制下渣量，连浇15炉的渣厚可控制在80mm以内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种大包下渣检测系统，其特征在于，包括：

托圈式传感器，安装于滑板阀下方的长水口操纵臂上，其包括感应线圈和励磁线圈，分别用于感应磁场和产生磁场；

信号处理器，用于接收感应线圈发出的感应电压，进行滤波、整形处理，并以50毫秒的采样周期将模拟量信号转换成数字量信号；

恒流励磁电源，用于为励磁线圈提供励磁电流，励磁电流的频率和幅值由智能处理器发出的给定信号控制；

智能处理器，对信号处理器传送过来的数字量信号进行分析判断，检测出大包浇铸过程中通过长水口钢流中的含渣量、钢流在长水口中的相对温度、滑板阀的工作状态，并在钢渣含量超过预设的报警值时向PLC发出报警信号，同时生成本炉的报表和信号波形记录；

PLC，用于：从铸机PLC接收钢水重量、在用大包编号、滑板阀打开信号，并将以上生产过程数据传送给智能处理器；从智能处理器接收渣量报警信号，并发送给铸机PLC，通过铸机PLC控制滑板阀；

所述检测系统激活工作后进行自检，当设备都到位，软硬件都正常工作时，自检成功，系统进入就绪阶段；

就绪之后的前20秒，进行信号异常判断，判定信号异常后就发出警告，并中断检测，退出系统，如果信号正常，则开始正常监测信号；其中

所述信号异常判断采用分段法，将20秒内的信号分割成20小段，分别采集每一小段中的信号变化幅度，当20段中有一定数量的分段中信号变化幅度超过设定值，则判定为信号异常，发出警告，退出检测，等待处理；

当检测信号值大于渣量设定值时，如果持续时间小于时间设定值，则判定为干扰信号，予以过滤；如果持续时间大于时间设定值，则判定为来渣，发出报警信号，并关闭滑板阀，取消激活状态，退出系统。

2.根据权利要求1所述的大包下渣检测系统，其特征在于，还包括现场操作箱，与PLC相连；用于人工设定工作方式和渣量报警值，并由PLC将对应的工作方式信号和渣量报警值传送给智能处理器；同时PLC也将从智能处理器接收的渣量报警信号、实际渣量信号和系统工作状态信号送给现场操作箱，在现场操作箱上显示或提醒操作工注意。

3.根据权利要求1所述的大包下渣检测系统，其特征在于，还包括前置放大器，与托圈式传感器和信号处理器连接，用于接收并放大感应线圈发出的感应电压，并消除噪声，保证信号长距离传输不失真。

4.根据权利要求1所述的大包下渣检测系统，其特征在于，所述信号处理器由带有Atmega128单片的两块外部I/O板卡和信号处理板卡，以及信号调理板卡、信号切换板卡和供电板卡组成。

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