冶金罐的自动倾翻控制方法和系统
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，具体是涉及到一种冶金罐的自动倾翻控制方法和系统。
背景技术
在冶金领域，冶炼罐(用于收集金属液体的装置，如铁水罐)里的金属液体中可能会存在一些杂质渣，若将这种渣带入下一道转炉工序中，会影响冶金的纯净度，从而降低终端产品的质量。因此在将金属液体转运至转炉之前，需要进行扒渣工艺，以去除所述金属液体中的杂质渣。
在扒渣工艺中，冶金罐的倾翻动作是十分重要的过程，倾翻角度过大，会导致冶金罐中的金属液体外溢，倾翻角度过小，又不能很好地实现扒渣效果。现有的扒渣工艺中，一般是通过人工控制倾翻按钮，点动实现冶金罐的倾翻操作，在这个过程中，需要操作人员通过肉眼判断冶金罐是否倾翻到位和是否倾翻过度。然而，这种通过人工控制冶金罐倾翻的方式由于需要不断通过点动按钮调整，所需要的时间较长，且需要操作人员近距离观察，安全事故风险也很大，以及倾翻角度的控制精准度取决于操作人员是否具有非常丰富的观察判断经验。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种冶金罐的自动倾翻控制方法和系统，以解决现有扒渣机采用人工控制方式而造成人工成本高、倾翻时间长、倾翻精准度低、金属液体损失大和扒渣净率低的问题。
一种冶金罐的自动倾翻控制方法，包括：
判断所述冶金罐当前是否处于可进行倾翻动作的状态，
当所述冶金罐处于可进行倾翻动作状态时，控制所述冶金罐进行倾翻动作，
在所述冶金罐进行所述倾翻动作过程中，实时检测所述冶金罐的倾翻角度，以获得当前所述冶金罐的实际倾翻角度，控制所述实际倾翻角度不超过倾翻阈值角度，以控制所述冶金罐不过度倾翻，
且在所述倾翻动作过程中，通过分析所述冶金罐内的金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿的同步情况，以控制所述冶金罐的倾翻角度满足期望值，
所述倾翻阈值角度通过所述冶金罐的规格参数和实时检测的所述金属液体的液面高度计算获得。
优选地，通过分析所述冶金罐内的金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿的同步情况，以控制所述冶金罐的倾翻角度满足期望值的步骤包括：
在所述倾翻动作过程中，采集所述冶金罐罐内图像，
在所述冶金罐罐内图像中识别出所述冶金罐的罐口边沿点，
根据所述罐口边沿点划定分析区，所述分析区位于所述冶金罐内壁且位于所述冶金罐的罐口边沿下方，
在所述冶金罐罐内图像中识别出金属液体点，所述金属液体点为所述冶金罐罐内图像的金属液体识别区域内的灰度值大于灰度阈值的像素点，
分析所述金属液体点在所述分析区中的状态，以判断所述金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿的同步情况，
当所述分析区的所述铁水点与所述分析区内所有像素点之间的比值超过比例阈值的时间持续超过时间阈值时，判断当前所述金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿同步，说明所述冶金罐当前的倾翻角度满足期望值，否则控制所述冶金罐的倾翻角度增加。
优选地，在所述冶金罐罐内图像中识别出所述冶金罐的罐口边沿点的步骤包括：
在所述冶金罐罐内图像中划定冶金罐的罐口识别区域，
垂直遍历所述识别区域内的像素点，以相邻的两个所述像素点作为判断基点，
当所述相邻的两个所述像素点中上面的上像素点的灰度值不小于罐口边沿阈值，且所述相邻的两个所述像素点中下面的下像素点的灰度值小于所述罐口边沿阈值时，获取所述相邻的两个所述像素点中的上像素点作为所述罐口边沿点。
优选地，根据所述罐口边沿点划定分析区的步骤包括：
根据所述罐口边沿点拟合罐口边沿曲线，
将所述边沿曲线朝着所冶金罐的罐口指向所述冶金罐的底部方向分别平移第一距离和第二距离，以分别获得第一扩展曲线和第二扩展曲线，
将所述第一扩展曲线和第二扩展曲线之间的区域划定为所述分析区。
优选地，根据所述冶金罐的规格参数和实时检测的所述金属液体的液面高度计算所述倾翻阈值角度θ1的计算公式为：
所述H22为所述冶金罐的罐口边沿高度与所述金属液体的液面高度之差，所述R1为所述金属液体液面的半径。
优选地，所述的自动倾翻控制方法还包括：在所述倾翻动作过程中实时检测所述金属液体的液面高度。
优选地，通过PLC控制倾翻执行机构执行倾翻动作，以控制所述金罐进行倾翻动作。
一种冶金罐的自动倾翻控制系统，包括：
状态判断模块，被配置为判断当前所述冶金罐是否处于可进行倾翻动作的状态，
倾翻动作控制模块，被配置为在所述冶金罐可进行倾翻动作的状态后控制所述冶金罐进行倾翻动作，
倾翻角度检测模块，被配置为实时检测所述冶金罐的实际倾翻角度，
倾翻过度检测模块，被配置为根据所述冶金罐内的金属液体的液面高度和所述冶金罐的规格参数计算获取倾翻阈值角度，并将所述实际倾翻角度与所述倾翻阈值角度进行比较，使得所述倾翻动作控制模块根据所述比较的结果控制所述实际倾翻角度不超过所述倾翻阈值角度，
倾翻到位检测模块，被配置为分析所述冶金罐内的金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿的同步情况，使得所述倾翻动作控制模块根据所述同部情况的分析结果控制所述冶金罐的倾翻角度满足期望值。
优选地，所述倾翻角度检测模块包括倾角传感器，
所述倾翻过度检测模块包括实时采集所述金属液体液面高度的雷达测距仪和运行于工控计算机中的倾翻角度计算模型模块，
所述倾翻到位检测模块包括图像采集模块和运行于所述工控计算机中的图像分析处理算法模块，所述图像采集模块用于实时采集所述冶金罐罐内图像，所述图像处理分析算法模块用于分析和处理所述冶金罐罐内图像，以判断所述冶金罐内的金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿的同步情况。
优选地，所述倾翻动作控制模块为PLC模块，
所述图像采集装置选自可见光摄像器、热成像仪、红外摄像仪中的一种。
由上可见，依据本发明提供的冶金罐的自动倾翻控制方法和系统中，通过在所述冶金罐进行倾翻动作过程中，实时检测所述冶金罐当前的实际倾翻角度是否过度以及通过对所述冶金罐罐口边沿和冶金罐内金属液体的边沿同步分析检测当前的倾翻角度是满足期望值来实时调整所述冶金罐的倾翻角度，以控制所述实际倾翻角度不超过通过所述系统计算获得倾翻阈值角度，以及控制所述实际倾翻角度满足期望值，因此，依据本发明提供的冶金罐的自动倾翻控制方法和系统从而实现了所述冶金罐的自动倾翻控制，减小了人工成本。且自动控制方式中的倾翻时间可以通过系统设定控制，相对于人工控制的方式而言，可明显的缩短倾翻时间。此外，倾翻动作为系统根据倾翻过程中实时采集的相关信息自动控制，倾翻的精准度较高，因而可以有效的减小金属液体的损失，同时可有效的提高了扒渣净率。
附图说明
图1为依据本发明提供的冶金罐的自动倾翻控制方法流程图；
图2为依据本发明提供的冶金罐的分析区划定示意图；
图3为冶金罐的截面结构示意图；
图4为冶金罐在倾翻装置上进行倾翻动作的截面结构示意图；
图5为依据本发明提供的冶金罐的自动倾翻控制系统的结构图；
图6为依据本发明提供的冶金罐的自动倾翻控制系统的硬件安装示意图。
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在没有做出创造性劳动前提下所产生的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外需要说明的是，在具体实施方式这一项内容中“所述…”是仅指本发明的中的技术属于或特征。
图1为依据本发明提供的一种冶金罐的自动倾翻控制方法的流程图，所述冶金罐为冶金工艺过程中用于收集金属液体并将所述金属液体转运至转炉的容器，如铁水罐、钢水罐等。所述自动倾翻控制方法控制的主体是倾翻执行机构，即所述自动倾翻控制方法控制所述倾翻执行机构执行倾翻命令，以使得位于所述倾翻执行机构上的冶金罐相应的进行倾翻动作。其中，所述倾翻执行机构包括倾翻车，具体的，由所述倾翻车上的液压油缸执行所述倾翻命令。
如图1所示，依据本发明所提供的自动倾翻控制方法包括：
步骤1：进行状态判断，以判断所述冶金罐当前是否处于可进行倾翻动作的状态。
具体的，可以通过判断所述倾翻执行机构(如倾翻车)是否到位，以确定当前的冶金罐是否能够进行倾翻动作状态。当所述倾翻执行机构到位，即所述倾翻车到达预设的工作位置时，判断当前的冶金罐处于可进行所述倾翻动作的状态。
步骤2：执行倾翻动作，如当所述冶金罐处于可进行倾翻动作状态时，控制所述冶金罐进行倾翻动作。
可以通过PLC控制所述冶金罐进行所述倾翻动作，具体的，所述PLC控制所述倾翻执行机构执行
所述PLC发出的倾翻执行命令，所述倾翻执行机构中液压油缸根据所述倾翻执行命令控制所述冶金罐进行所述倾翻动作。
步骤3：倾翻过度检测，即在所述冶金罐进行所述倾翻动作过程中，实时检测所述冶金罐的倾翻角度，以获得当前所述冶金罐的实际倾翻角度，将所述实际倾翻角度与所述倾翻阈值角度进行比较。其中，所述倾翻阈值角度通过所述冶金罐的规格参数和实时检测的所述金属液体的液面高度计算获得。
所述步骤3具体包括：
步骤31：实时检测所述冶金罐在进行所述倾翻动作过程中的实际倾翻角度。
步骤32：根据当前所述冶金罐内的液体金属的液面高度和所述冶金罐的规格参数计算获取倾翻阈值角度。
步骤33：将所述实际倾翻角度与所述倾翻阈值角度进行比较。
在步骤32中，可以通过倾翻角度计算模型来获取所述倾翻阈值角度，下面结合图2和图3具体阐述一下所述倾翻角度计算模型的构建方法。
图2为所述冶金罐的截面结构示意图，在图2中示意了所述冶金罐以及所述冶金罐中的金属液体的相关参数，图3为所述冶金罐在所述倾翻执行结构上进行所述倾翻动作时的节目结构示意图，在图3中示意了所述冶金罐的规格、倾翻角度、所述金属液体以及所述倾翻执行机构的各个相关参数。具体的，在图2中，R为所述冶金罐的罐口半径，R1为当前所述冶金罐内的金属液体的液面半径，H21为所述金属液体的液面高度，H20为所述冶金罐的罐底到所述罐口之间的罐口边沿高度，r为所述冶金罐罐底的半径。在图3中，H22为所述冶金罐的罐口边沿高度H20与所述金属液体的液面高度H21之差，即H22＝H20-H21，θ1为需要计算的所述倾翻阈值角度。显然，根据图2和图3可得，可以通过如下公式计算获得倾翻阈值角度θ1：
因此，所述倾翻角度计算模型可以根据上述公式构建，且由上述公式可知，在获取所述倾翻阈值角度θ1前，还需要实时检测所述冶金罐内的金属液体的液面高度H21，从而可以根据所述冶金罐的罐口边沿高度H20(属于冶金罐的规格参数)获得参数H22，以及根据所述冶金罐的罐底半径r(属于所述冶金罐的规格参数)和当前的H21，获得当前液面高度所对应的液面半径R1，还需要根据冶金罐底部倾斜角度θ3(属于冶金罐的规格参数)，对H22最终值进行修正。同时，在获取所述倾翻阈值角度θ1后，可根据三角余弦定理，计算出液压缸动作位移量，从而指导倾翻液压油缸进行动作。计算公式如下：
S23＝sqrt(S21*S21+S22*S22–2*S21*S22*cosθ1)
其中，S21为冶金罐倾翻支点到液压油缸固定点的距离，S22为冶金罐倾翻支点到液压油缸顶点的距离，S23为液压油缸的整体长度。
步骤4：倾翻到位检测，即在所述倾翻动作过程中，通过分析所述冶金罐内的金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿的同步情况，以检测当前所述冶金罐的倾翻角度是否满足期望值。
所述步骤4具体包括：
步骤41：在所述倾翻动作过程中，采集所述冶金罐罐内图像。
步骤42：在所述冶金罐罐内图像中识别出所述冶金罐的罐口边沿点。
具体的，所述步骤42又可以包括：
步骤421：在所述冶金罐罐内图像中划定冶金罐的罐口识别区域，
步骤422：垂直遍历所述识别区域内的像素点，以相邻的两个所述像素点作为判断基点，
当所述相邻的两个所述像素点中上面的上像素点的灰度值不小于罐口边沿阈值，且所述相邻的两个所述像素点中下面的下像素点的灰度值小于所述罐口边沿阈值时，获取所述相邻的两个所述像素点中的上像素点作为所述罐口边沿点。
步骤43：根据所述罐口边沿点划定分析区，所述分析区位于所述冶金罐内壁且位于所述冶金罐的罐口边沿下方。
图4示出依据本发明实施例提供的划定所述分析区的示意图，所述步骤43进一步包括：
步骤431：根据所述罐口边沿点拟合罐口边沿曲线Ls。所述罐口边沿曲线Ls位于所述罐口边沿的内壁边沿。根据多个所述罐口边沿点进行曲线拟合，取方差最小的拟合所述罐口边沿曲线。
步骤432：将所述边沿曲线朝着所冶金罐的罐口指向所述冶金罐的底部方向分别平移第一距离和第二距离，以分别获得位于所述冶金罐内壁的第一扩展曲线Le1和第二扩展曲线Le2，将所述第一扩展曲线Le1和第二扩展曲线Le2之间的区域划定为所述分析区，其中所述平移的第一距离可以设置为50图像像素的距离，所述平移第二距离根据所述分析区以可以屏蔽倾翻时铁水液位波动干扰而设定。
在步骤44：所述冶金罐罐内图像中识别出金属液体点，所述金属液体点为所述冶金罐罐内图像的金属液体识别区域内的灰度值大于灰度阈值的像素点。
步骤45：分析所述金属液体点在所述分析区中的状态，以判断所述金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿的同步情况，从而判断当前所述的冶金罐的倾翻角度是否满足期望值。
当所述分析区的所述铁水点与所述分析区内所有像素点之间的比值超过比例阈值的时间持续超过时间阈值时，判断当前所述金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿同步，否则不同步。
步骤5：调整倾翻角度，即根据所述步骤3和步骤4的检测结果控制所述冶金罐的倾翻角度，以使得所述冶金罐的倾翻角度既不过度大也能满足期望值，使得所述冶金罐的倾翻处于到位状态。
根据所述步骤3中的检测比较结果调整所述倾翻角度，以控制所述冶金罐在进行所述倾翻动作的过程中的实际倾翻角度不超过所述倾翻阈值角度。根据所述步骤4检测分析结果调整所述冶金罐的倾翻角度，当所述步骤4中的分析结果为当前所述金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿同步时，说明所述冶金罐当前的倾翻角度满足望值，不对当前的倾翻角度进行调整，当所述步骤4中的分析结果为当前所述金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿不同步时，说明所述冶金罐当前的倾翻角度小于期望值，则需要控制所述冶金罐的倾翻角度增加，以满足所述期望值。
其中，所述步骤3和步骤4的先后顺序在依据本发明提供的自动倾翻控制方法中不做限定。
此外，本发明还提供可一种冶金罐的自动倾翻控制系统，其结构示意图如图所示。所述控制系统主要包括状态判断模块1、倾翻动作控制模块2、倾翻角度检测模块3、倾翻过度检测模块4、倾翻到位检测模块5。
其中，所示状态判断模块1被配置为判断当前所述冶金罐是否处于可进行倾翻动作的状态。倾翻动作控制模块2被配置为在所述冶金罐可进行倾翻动作的状态后控制所述冶金罐进行倾翻动作。所述倾翻动作控制模块2直接控制倾翻执行结构，然后通过所述倾翻执行结构执行所述倾翻动作控制模块2发出的倾翻指令，控制所述冶金罐根据所述倾翻动作控制模块2中设定的倾翻角度进行所述倾翻动作。所述倾翻执行机构包括倾翻车，具体为倾翻车中液压缸。所述倾翻动作控制模块为PLC模块。倾翻角度检测模块3被配置为实时检测所述冶金罐的实际倾翻角度，倾翻过度检测模块4被配置为根据所述冶金罐内的金属液体的液面高度和所述冶金罐的规格参数计算获取倾翻阈值角度，并将所述实际倾翻角度与所述倾翻阈值角度进行比较。使得所述倾翻动作控制模块2根据所述比较的结果控制所述实际倾翻角度不超过所述倾翻阈值角度。倾翻到位检测模块5被配置为分析所述冶金罐内的金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿的同步情况，使得所述倾翻动作控制模块2根据所述同部情况的分析结果控制所述冶金罐的倾翻角度满足期望值。所述图像采集装置选自可见光摄像器、热成像仪、红外摄像仪中的一种。
具体的，在依据本发明提供的所述自动倾翻控制系统中所述倾翻角度检测模块3包括倾角传感器，所述倾翻过度检测模块4包括实时采集所述金属液体液面高度的雷达测距仪和运行于工控计算机中的倾翻角度计算模型模块，所述倾翻到位检测模块5包括图像采集模块和运行于所述工控计算机中的图像分析处理算法模块，所述图像采集模块用于实时采集所述冶金罐罐内图像，所述图像处理分析算法模块用于分析和处理所述冶金罐罐内图像，以判断所述冶金罐内的金属液体的液面边沿与所述冶金罐的罐口边沿的同步情况。由此可见，所述自动倾翻控制系统主要包括安装于所述自动倾翻系统终点硬件部分和安装运行于工控机的软件部分。其中所述硬件部分在所述自动倾翻系统终点安装方式如图6所示，所述冶金罐承载与倾翻车上，雷达测距仪和摄像器分别安装在所述冶金罐的上方，以分别采集所述金属液体的液面高度和冶金罐罐内图像，所述倾角传感器安装在所述冶金罐旁以用于实时检测所述冶金罐的实际倾翻角度。所述软件部分包括所述倾翻角度计算模型模块和所述图像处理分析算法模块。
由上可见，依据本发明提供的冶金罐的自动倾翻控制方法和系统中，通过在所述冶金罐进行倾翻动作过程中，实时检测所述冶金罐当前的实际倾翻角度是否过度以及通过对所述冶金罐罐口边沿和冶金罐内金属液体的边沿同步分析检测当前的倾翻角度是满足期望值来实时调整所述冶金罐的倾翻角度，以控制所述实际倾翻角度不超过通过所述系统计算获得倾翻阈值角度，以及控制所述实际倾翻角度满足期望值，因此，依据本发明提供的冶金罐的自动倾翻控制方法和系统从而实现了所述冶金罐的自动倾翻控制，减小了人工成本。且自动控制方式中的倾翻时间可以通过系统设定控制，相对于人工控制的方式而言，可明显的缩短倾翻时间。此外，倾翻动作为系统根据倾翻过程中实时采集的相关信息自动控制，倾翻的精准度较高，因而可以有效的减小金属液体的损失，同时可有效的提高了扒渣净率。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
