CN113088615B - 一种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法与*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法与***，包括以下步骤：分析手动出钢的历史数据自学习生成若干张出钢的倾角时长表，根据当前炉况自动选择对应的倾角时长；根据转炉炉口处和转炉炉下的视频，实时判断出钢过程中炉口溢渣、炉下溢渣、钢水液位低和出钢口有渣的情况；自动生成抬炉指令，在转炉处于等待状态时接收到抬炉指令后自动上抬转炉；自动生成压炉指令，在转炉等待状态时接收到压炉指令后自动下压转炉。本发明提供的智能出钢控制方法，实现了转炉出钢的全自动控制和智能化，减少了自动出钢过程中炉口溢渣和出钢口下渣的问题，解决了人工操作的不稳定性和精度差的问题，提升了出钢过程的效率与安全性。

Description

一种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法与***

技术领域

本发明涉及转炉自动控制技术领域，特别是涉及一种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法与***。

背景技术

转炉炼钢是当今世界上最主要的炼钢方法，钢产量占世界钢总产量的65％以上。随着市场对高品质钢的需求增多，如汽车板、高级船板、电工钢、不锈钢等，对转炉炼钢的钢水洁净度要求也越来越高，因此钢水的杂质元素含量要尽量少。在转炉炼钢末期，将钢水从转炉倾倒入钢包的过程中，炉渣也会伴随着钢水一起流入钢包内，影响钢水的洁净度。因此，严格控制出钢过程是避免钢包内混入钢渣的重要手段。

当前的转炉出钢是工作人员在摇炉房通过控制摇炉手柄来进行转炉的倾动控制，摇炉过程中的操作完全依赖于摇炉工的肉眼观察以及经验判断。摇炉工先操作转炉倾动到一定的角度，然后停留一段时间等待钢水逐渐流入钢包中，然后再次停留一段时间等待钢水流入钢包，就这样反复进行直到钢水出尽。

自动出钢的时候模仿人手动出钢的操作，将出钢过程分为若干个步骤，每一个步骤制定一个转炉倾角值和停留时长值，所有的这些步骤参数组成一张表，称为倾角时长表。自动出钢对倾角时长表要求有很高的自适应性，因为转炉的炉况复杂多变，很多因素对出钢过程都会产生影响。比如说出钢口的使用次数，出钢口用得越多则出钢越顺畅，出钢的速度就越快，从而出钢时间变短。还有转炉的装炉量，装炉量较多的时候出钢时间长，反之则出钢时间短。另外转炉在吹炼过程中产生的渣量情况，也会影响出钢时的溢渣情况。这些因素造成很难获取一个适应每一炉钢的倾角时长表。

由于转炉内的钢水温度很高，亮度也非常高，再加上火焰和烟雾的遮挡，对摇炉工的肉眼观察造成很大的影响，人工判断的误差较大，且手动摇炉的控制精度难以保证，在手动出钢时经常发生下渣的情况。若转炉的倾角过大(摇炉过快)则钢水接近炉口，浮在钢水表面的钢渣可能会从炉口溢出，溢出的钢渣落在钢包车上或钢包车轨道上，可能会烧坏钢包车电路，还可能造成钢包车轨道堵塞，应避免炉口出渣情况。若转炉的倾角过小(摇炉过慢)则钢水液面较低，浮在钢水表面的钢渣可能会从出钢口溢出，这些钢渣混在钢水中影响了钢水的洁净度，另外转炉的下渣检测***一旦在出钢口检测到较多的钢渣则会立刻关上滑板，那么转炉里面可能还剩有一部分钢水没有倒出来，造成很大的浪费，因此出钢口出渣的情况是应该尽量避免的。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法与***，实现转炉出钢过程的全自动化和智能化，采用计算机自动生成倾角时长表，采用摄像机取代人工肉眼观察，采用视频识别软件取代人工判断，解决出钢过程中的炉口溢渣和出钢口下渣问题，解决人工操作的不稳定性和精度差的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法，包括以下步骤：

步骤S10，根据出钢的历史数据生成自动出钢的倾角时长表发给PLC控制器，由PLC控制器根据当前炉况自动选择对应的倾角时长表以控制转炉倾角；

步骤S20，根据转炉炉口处的第一视频和转炉炉下的第二视频实时判断出钢过程中炉口溢渣、炉下溢渣、钢水液位低和出钢口有渣的情况，生成炉口溢渣信号、炉下溢渣信号、钢水液位低信号或出钢口有渣信号；

步骤S30，处理炉口溢渣信号和炉下溢渣信号生成抬炉指令，PLC控制器在转炉处于等待状态时接收到抬炉指令，则控制转炉上抬，上抬一次后在一定时间内禁止再次抬炉，抬炉后延时一段时间后再下压，再将转炉下压到上抬前的设定倾角；

步骤S40，处理钢水液位低信号和出钢口有渣信号生成压炉指令，PLC控制器在转炉处于等待状态下接收到压炉指令，则控制转炉下压，压炉后在一定时间内禁止再次压炉。

进一步地，所述步骤S10具体为：将人工手动出钢的历史数据分为若干个类，按均匀分布生成倾角设定值，采用自学习算法预测本炉次的停留时长值，生成若干张自动出钢的倾角时长表发给PLC控制器，PLC控制器根据当前炉况自动选择对应的倾角时长表。

进一步地，所述步骤S10中的将人工手动出钢的历史数据分为若干个类的方法为：按出钢口使用次数和转炉的装炉量将人工手动出钢的历史数据分为若干个类，并剔除其中非常规出钢的数据。

进一步地，所述步骤S10中的按均匀分布生成倾角设定值的方法为：根据人工手动出钢的历史数据，确定转炉出钢第一个步骤所停留的倾角值和最后一个步骤出完钢的倾角值，再设置步骤数，按均匀分布生成每个步骤的倾角设定值。

进一步地，所述步骤S10中的采用自学习算法预测本炉次的停留时长值的方法为：在分好类的出钢历史数据集中挑选若干次想要自学习的出钢数据，然后统计出每一炉每个步骤的停留时长，再采用自适应滤波算法使用选择的历史数据更新权值，最后使用最新的权值预测本炉次每个步骤的停留时长值。

进一步地，所述步骤S10中的生成若干张自动出钢的倾角时长表发给PLC控制器，PLC控制器根据当前炉况自动选择对应的倾角时长表的方法为：根据得到的每个步骤的倾角设定值和预测的停留时长值，组成一张倾角时长表；每个分类都得到一张对应的倾角时长表；PLC控制器接收并存储这若干张倾角时长表，然后在实际使用时根据当前出钢口使用次数和装炉量数据自动从这些倾角时长表中选择一张表作为当前炉次的倾角时长表。

进一步地，所述步骤S20中实时判断出钢过程中炉口溢渣、炉下溢渣的情况的方法为：根据所述第一视频中包含的温度信息将转炉、钢水和炉渣进行区分，判断出钢时炉口的溢渣情况，在炉口溢渣数量超过阈值时，生成炉口溢渣信号；根据所述第二视频中包含的亮度信息区分炉渣从炉口落下的情况，在炉下溢渣数量超过阈值时，生成炉下溢渣信号。

进一步地，根据炉口溢渣数量分档，所述炉口溢渣信号分为第一炉口溢渣信号和第二炉口溢渣信号，所述第二炉口溢渣信号表示溢渣较多；根据炉下溢渣数量分档，所述炉下溢渣信号分为第一炉下溢渣信号和第二炉下溢渣信号，所述第二炉下溢渣信号表示炉下溢渣较多。

进一步地，所述步骤S30中的处理炉口溢渣信号生成抬炉指令的方法为：检测到第一炉口溢渣信号变为1且持续了一设定时间以后，发出慢速抬炉指令；检测到第二炉口溢渣信号变为1，则直接发出快速抬炉指令；检测到第一炉下溢渣信号变为1且持续了一设定时间以后，发出慢速抬炉指令；检测到第二炉下溢渣信号变为1，则直接发出快速抬炉指令。

进一步地，所述步骤S30中的接收到抬炉指令后，自动控制转炉上抬的方法为：若在转炉等待状态下接收到慢速抬炉指令，则设定一个较慢的第一上抬速度并持续第一时间段；若在转炉等待状态下接收到快速抬炉指令，则设定一个较快的第二上抬速度并持续更长的第二时间段；若正在慢速抬炉过程中又收到快速抬炉信号，则立刻转入快速抬炉过程，采用第二上抬速度上抬，且第二时间段缩短一设定时间长度。

进一步地，所述步骤S30中的抬炉后在一定时间内禁止再次抬炉的方法为：定义第一定时器和第二定时器，在慢速上抬的同一时刻触发第一定时器，在快速上抬的同一时刻触发第二定时器；如果在第一定时器运行时间内，再次收到慢速抬炉指令则不会触发抬炉动作；如果在第二定时器运行时间内，再次收到快速抬炉指令则不会触发抬炉动作；若正在慢速抬炉过程中又收到快速抬炉信号，则立刻转入快速抬炉过程，触发第二定时器，且第二定时器持续时间缩短一设定时间长度，而原来的慢速抬炉过程重置，第一定时器重置为零。

进一步地，所述步骤S30中的抬炉后一段时间后再下压到原设定倾角的方法为：设置第三定时器和第四定时器，若是慢速上抬则在第三定时器定时结束后，若是快速上抬则在第三定时器定时结束后，转炉开始下压到原来的设定倾角。

进一步地，所述步骤S20中的实时判断出钢过程中的钢水液位低、出钢口有渣信号情况的方法为：根据所述第一视频中包含的温度信息将转炉、钢水和炉渣进行区分，并得到钢水液面高度和炉口高度的高度差，并在高度差超过阈值时，生成钢水液位低信号；根据所述第二视频中包含的亮度信息出钢口流出的钢水中是否混有钢渣，并获取钢渣的数量，并在钢渣数量超过阈值时，生成出钢口有渣信号。

进一步地，得到钢水液面高度和炉口高度的高度差的方法为：根据所述第一视频中包含的温度信息，得到钢水液面与转炉内部炉壁的分界线，在检测到的钢水液面的最低点作一条水平的直线，用于指示钢水液位的高度；识别炉口的弧线，然后在炉口弧的最低点作一条水平的直线，用于指示炉口的高度；这两条直线之间的高度差即为钢水液面高度和炉口高度的高度差。

进一步地，所述步骤S40中的处理钢水液位低信号和出钢口有渣信号，生成压炉指令的方法为：根据所述高度差分档，所述钢水液位低信号分为第一液位低信号、第二液位低信号，所述第二液位低信号表示较大的高度差；在接收到第一液位低信号持续了一设定时间以后，发出压炉指令；在接收到第二液位低信号时，直接发出压炉指令；在接收到钢水有渣信号时，直接发出压炉指令。

进一步地，所述步骤S40中的接收到压炉指令后自动控制转炉下压的方法为：在转炉处于等待状态时接收到压炉指令，则直接跳到下一个步骤，转炉立刻开始下压到下一个步骤的指定倾角。

经过上述处理，转炉按照倾角时长表依次完成指定步骤，若出钢过程中二级计算机根据视频判断出摇炉过快或过慢的情况则自动上抬或自动下压转炉，确保转炉中的钢水液面高度合适，直到转炉中的钢水全部倒入钢包中。钢水出尽后滑板自动关闭，转炉抬起到零角度位，就完成了一次自动出钢过程。

另一方面，本发明还提供一种基于视频识别技术的转炉出钢控制***，包括转炉、钢包车、二级计算机、PLC控制器、转炉倾动变频器和转炉倾动电机，还包括第一摄像机和第二摄像机；所述第一摄像机安装于转炉出钢侧的较高处，用于拍摄转炉炉口处的第一视频；所述第二摄像机安装于转炉出钢侧的较低处，用于拍摄转炉炉下的第二视频；所述二级计算机用于执行如上任一方案所述的转炉出钢控制方法。

进一步的，所述第一摄像机为工业红外摄像机，所述第二摄像机为普通工业摄像机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法与***，实现了转炉出钢过程的全自动化和智能化。采用计算机自动生成倾角时长表，采用摄像机取代人工肉眼观察，采用视频识别软件取代人工判断，实时判断出炉口溢渣、钢水液位低、出钢口下渣情况，进行处理后将压炉指令或抬炉指令发送给PLC控制器，PLC控制器接收到抬炉或压炉信号后自动控制转炉上抬或下压，从而显著减少了自动出钢过程中炉口溢渣和出钢口下渣的问题，保持钢水液位合适，解决了人工操作的不稳定性和精度差的问题，降低了工作人员的劳动强度，提升了自动出钢过程的效率与安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种转炉出钢控制方法的流程示意图。

图2为本发明实施例提供的一种转炉出钢控制***的示意图。

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，本发明实施例提供一种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法，包括以下步骤：

步骤S10，将人工手动出钢的历史数据分为若干个类，按均匀分布生成倾角设定值，采用自学习算法预测本炉次的停留时长值，生成若干张自动出钢的倾角时长表发给PLC，PLC根据当前炉况自动选择对应的倾角时长表。

步骤S20，在转炉出钢侧的合适位置安装工业红外摄像机和普通工业摄像机拍摄视频，二级计算机根据视频实时判断出钢过程中炉口溢渣、钢水液位低和出钢口有渣的情况。

步骤S30，处理炉口溢渣信号生成抬炉指令，接收到抬炉指令后自动上抬转炉，抬炉后在一定时间内禁止再次抬炉，抬炉后一段时间后再下压到原设定倾角。

步骤S40，处理液位低和出钢口有渣信号生成压炉指令，接收到压炉指令后自动下压转炉，压炉后在一定时间内禁止再次压炉。

步骤S10具体包括：

S101、按出钢口使用次数和转炉的装炉量将人工手动出钢的历史数据分为若干个类，并剔除其中非常规出钢的数据。

按出钢口使用次数和转炉的装炉量将人工手动出钢的历史数据分为若干类。比如在本实施例中，按照现场的实际生产经验，按照出钢口使用次数和装炉量可以将出钢历史数据分为6类。其中设定出钢口使用次数小于等于50炉为出钢口早期，大于50炉小于等于150炉为出钢口中期，大于150炉为出钢口末期。装炉量大于等于160吨为装炉量正常，而装炉量小于160吨为装炉量偏少。那么一共有6种组合，这6个分类分别是：出钢口早期装炉量偏少、出钢口早期装炉量正常、出钢口中期装炉量偏少、出钢口中期装炉量正常、出钢口末期装炉量偏少、出钢口末期装炉量正常。

另外需要剔除历史数据中的非常规出钢的数据，比如新换出钢口的第一次出钢、一炉钢水分两个钢包的情况，还有出钢出了一部分发现钢渣特别多，倒一次渣再次出钢，出现这些特殊情况时的出钢数据不适合用来自学习出钢的倾角和时长表。

S102、二级计算机按均匀分布生成倾角设定值，指定倾角设定值一定范围内都属于该角度区间。

在转炉的倾角编码器安装好后，转炉的出钢角度一般是大致相同的。根据人工手动出钢的历史数据，确定转炉出钢第一个步骤所停留的倾角值和最后一个步骤出完钢的倾角值，再设置好一个合适的步骤数S_N，按均匀分布生成每个步骤的倾角设定值。

比如在本实施例中，首先确定第一个步骤的倾角为-78°，最终一个步骤为-101°，然后设置总共有24个步骤。按照均匀分布来分配，正好每个步骤间隔1°，那么这24个步骤的倾角设定值就是从-78°逐度减小到-101°。由于人工操作的时候每次的停留角度不可能完全一样，总是有一定的误差的，指定位于每个步骤设定角度±0.5°都属于该角度区间。

步骤S103、二级计算机采用自学习算法根据停留时长的历史数据预测本炉次的停留时长值。

在分好类的出钢历史数据集中挑选若干次想要自学习的出钢数据，然后统计出每一炉每个步骤的停留时长，再采用自适应滤波算法使用选择的历史数据更新权值，最后使用最新的权值预测本炉次每个步骤的停留时长值。

比如在本实施例中，在出钢口中期装炉量正常的分类中挑选近期M个炉次的出钢历史数据，作为想要自学习的数据集。为每一个步骤建立一个预测模型：T_predict(i，N)＝ω_1，iT_his(i，N-1)+ω_2，iT_his(i，N-2)+……+ω_A，iT_his(i，N-A)

式中，ω_1，i～ω_A，i为第i个步骤预测模型的权值，A为权值的个数，A＜M，T_his(i，N-1)～T_his(i，N-A)表示最近的A炉钢第i个步骤的停留时间，T_predict(i，N)为第N炉钢第i个步骤的预测停留时间。

从挑选出来的自学习数据集中找到第N炉的历史数据，与预测的停留时间相减得到预测误差：

ΔT_diff(i，N)＝T_his(i，N)-T_predict(i，N)

根据该误差按下式更新A个权值：

ω_j，i＝ω_j，i+2ε·ΔT_diff(i，N)·T_his(i，N-j)1≤j≤A

式中，ε为学习率，本例中取0.15。这样就完成了一次权值的迭代。下一次迭代则是使用自学习数据集中N-A+1～N炉的历史数据预测第N+1炉的停留时间，然后计算预测误差再更新一次权值。就这样反复迭代，共迭代M-A次，就可以使用完自学习数据集中的所有历史数据，得到最新的权值ω_1，i～ω_A，i。然后就可以用来预测当前一炉第i步骤的停留时间：

T_predict(i，K)＝ω_1，iT_his(i，K-1)+ω_2，iT_his(i，K-2)+……+ω_A，iT_his(i，K-A)

以此类推，按照上述方法计算得到本炉次每个步骤的预测停留时间T_predict(i，K)，1≤i≤24。

步骤S104、将倾角设定值和预测的停留时长值组成倾角时长表发往PLC控制器，PLC控制器根据当前炉况自动选择对应的倾角时长表。

按上述方法得到每个步骤的倾角设定值和预测的停留时长值后，组成一张倾角时长表。每个分类都得到一张对应的倾角时长表，共有6张表。二级计算机将这6张表发往PLC控制器，PLC控制器将这6张表存储下来，然后在实际使用时根据当前出钢口使用次数和装炉量数据自动从这6张表中选择1张表作为当前炉次的出钢倾角时长表。

步骤S20具体包括：

步骤S201、在转炉出钢侧的合适位置安装工业红外摄像机和普通工业摄像机拍摄出钢视频。

为实现出钢过程的全自动控制，需要在转炉出钢侧的合适位置安装摄像机取代人工的肉眼观察。在转炉出钢侧较高的平台顶部位置安装工业红外摄像机，调整好镜头角度和焦距以尽可能清晰地拍摄到出钢时转炉炉口的情况。同时在转炉出钢侧较低的位置安装普通工业摄像机，调好镜头角度和焦距以尽可能清晰地拍摄到出钢时转炉出钢口处的钢流情况。

步骤S202、二级计算机根据视频实时判断出钢过程中的炉口溢渣情况。

工业红外摄像机拍摄的炉口视频中包含有温度信息，而钢渣和转炉炉口的温度有较大差别，在炉口发生溢渣的时候，运用视频识别技术可以判断出有温度高的液态物体从炉口溢出，并且还可以识别出溢渣的数量。当发生溢渣情况时，二级计算机根据工业红外摄像机视频检测到的溢渣数量生成两个布尔量信号发往PLC，设置两个门槛值TH1和TH2，其中TH2＞TH1，若溢渣数量超过TH1则发出红外检测炉口溢渣信号S_infra，nor；若溢渣数量超过TH2则发出红外检测炉口溢渣较多信号S_infra，more。

由于转炉外面一般都装有防火门，受防火门的遮挡，红外摄像机只能拍摄到炉口正中间的那一部分视频，如果钢渣从炉口两侧溢出则拍摄不到。但钢渣溢出后落到炉下的情况可以由炉下安装的普通工业摄像机拍摄到，普通工业摄像机拍摄的视频中虽然没有温度信息，但是钢渣的亮度和转炉炉身的亮度有明显区别，二级计算机运用视频识别技术可以根据亮度来区分出钢渣从炉口落下的情况，并可以统计出溢渣的数量。当发生溢渣情况时，二级计算机根据普通工业摄像机视频检测到的溢渣数量生成两个布尔量信号发往PLC，设置两个门槛值TH3和TH4，其中TH4＞TH3，若溢渣数量超过TH3，则发出炉下溢渣信号S_cam，nor；若溢渣数量超过TH4则发出炉下溢渣较多信号S_cam，more。

步骤S203、二级计算机根据视频实时判断出钢过程中的钢水液位低和出钢口有渣的情况。

由于钢水的温度同转炉内部炉壁的温度有较大不同，二级计算机对炉口的红外视频进行处理，可以得到钢水液面与转炉内部炉壁的分界线，在检测到的钢水液面的最低点作一条水平的直线，用于指示钢水液位的高度。因为钢水在转炉中不断波动，这个钢水液位高度也是不断实时变化的。

转炉外面的炉身与炉口的温度也有较大差异，且炉口是圆弧形状的，二级计算机根据这两个条件来识别炉口的弧线，然后在炉口弧的最低点作一条水平的直线，用于指示炉口的高度。随着转炉的倾动这个炉口的高度线也随之逐渐下降。

这两条直线之间的高度差即为钢水同炉口的距离，若高度差较大则表示摇炉过慢，此时钢水液位比较低，有可能会有钢渣从出钢口溢出。二级计算机根据这两条直线的高度差生成两个布尔量信号发往PLC，设置两个门槛值TH5和TH6，其中TH6＞TH5，若高度差超过TH5，则发出红外液位低信号L_infra，low；若高度差超过TH6则发出红外液位非常低信号L_{infra，verylow}。

因为钢渣同钢水的亮度有一定差异，根据炉下安装的普通工业摄像机的视频可以判断从出钢口流出的钢水中是否混有钢渣，并可以获取钢渣的数量。设置一个门槛值TH7，该门槛值必须小于下渣检测***里面的关滑板的渣量阈值，否则在出钢口检测到渣的时候，下渣检测***会自动关闭滑板，造成钢水的浪费。如果从炉下摄像机的视频中检测到钢水中混有钢渣，且数量超过TH7，二级计算机会发出出钢口有渣信号L_cam，slag。

步骤S30具体包括：

步骤S301、处理红外检测溢渣和炉下检测溢渣信号，生成抬炉指令。

当红外检测炉口溢渣信号S_infra，nor变为1的时候，并不需要立即进行抬炉操作，因为这可能只是偶尔溢出的少量钢渣，可以不进行处理。只有当S_infra，nor为1持续了一定时间T₁₁以后，才会发出慢速抬炉指令C_slow，rise。本例中，设置T₁₁＝1.5s，而如果是红外检测炉口溢渣较多信号S_infra，more为1，则不需要进行延时，直接发出快速抬炉指令C_fast，rise。

当炉下检测炉口溢渣信号S_cam，nor变为1的时候，并不需要立即进行抬炉操作，只有当S_infra，nor为1持续了一定时间T₁₂以后(考虑到炉下检测溢渣信号有延时，因此设定T₁₂＜T₁₁。这里设置T₁₂＝0.5s)，才会发出慢速抬炉指令C_slow，rise。而如果是炉下检测炉口溢渣较多信号S_cam，more为1，则不需要进行延时，直接发出快速抬炉指令C_fast，rise。

步骤S302，接收到抬炉指令后，自动控制转炉上抬。

出钢过程中转炉按照设定的倾角时长表运行，可能存在两种状态。一是本步骤完成后，松开抱闸，往下一个步骤下压，这个状态称为下压状态，这个状态持续的时间不长，一般在3s以内；二是到达设定倾角后，等待指定的时长的状态，这个状态称为等待状态。如果是在下压状态时接收到抬炉指令，是不执行抬炉操作的。只有当转炉处于等待状态时，接收到抬炉指令才是有效的，这个时候将根据抬炉指令进行抬炉操作。

若在转炉等待状态下接收到慢速抬炉指令C_slow，rise，则设定一个较慢的上抬速度S_slow并持续一段时间T₁₃。例如在本实施例里，慢速上抬时转炉倾动速度给定为0.9，持续时间T₁₃＝2.5s。

若在等待状态下接收到快速抬炉指令C_fast，rise，则设定一个较快的上抬速度S_fast并持续更长的一段时间T₁₄。例如在本实施例里，快速上抬时转炉倾动速度给定为1.2，持续时间T₁₄＝3.5s。

还有一种情况，若正在慢速抬炉过程中又收到快速抬炉信号，则立刻转入快速抬炉过程，转炉倾动速度给定为S_fast，持续时间缩短至(T_rise，2-1.0)s。这是因为转炉的倾动***中有抱闸，每次启动倾动时要先打开抱闸，这通常要花1s左右的时间，若转炉已经开始慢速上抬了又收到快速抬炉信号，此时抱闸已经打开，则上抬持续时间要减少1s。

步骤S303，上抬的同一时刻触发两个定时器，在指定时间内禁止再次抬炉。

定义两个定时器T₁₅和T₁₆，在慢速上抬的同一时刻触发定时器T₁₅，在快速上抬的同一时刻触发定时器T₁₆。在本实施例中，设置定时器时长为T₁₅＝10s，T₁₆＝12s，在两个定时器运行时间内，不能再次抬炉。即在上抬开始后10s或12s内，如果再次收到慢速抬炉或快速抬炉指令则不会触发抬炉动作。这是为了防止出现连续抬炉的情况，连续抬炉会造成上抬角度过多，钢水液位迅速降低，可能导致钢渣从出钢口溢出。

考虑到可能先收到慢速抬炉信号，在抬炉过程中又收到快速抬炉信号，这种情况下立刻触发定时器T₁₆，T₁₆的持续时间缩短1s，而原来的慢速抬炉过程重置，T₁₃和T₁₅重置为零。

步骤S304，上抬的同一时刻触发另两个定时器，在此时间后下压到原设定倾角。

上抬动作持续2.5s或3.5s后就完成了，完成后转炉还需要下压到原来的设定倾角，以继续完成本步骤。为了避免下压后再次溢渣，所以不会立即开始下压，而是再设置两个定时器T₁₇和T₁₈，本例中设置为T₁₇＝6s，T₁₈＝7s。若是慢速上抬则在6s后，若是快速上抬则在7s后，转炉开始下压到原来的设定倾角。

等转炉下压到原设定倾角后，开始继续执行原来的出钢步骤，这样就完整地执行了一次抬炉操作。

步骤S40具体包括：

步骤S401、处理液位低和出钢口有渣信号，生成压炉指令。

当红外液位低信号L_infra，low变为1的时候，并不需要立即进行压炉操作，因为钢水液位不断在波动，可能只是偶尔检测到钢水液位低信号，这时不需要进行处理。只有当L_infra，low为1持续了一定时间T₂₁以后，才会发出压炉指令C_down。本例中设置T₂₁＝2s。而如果是红外液位非常低信号L_{infra，verylow}变为1，则不需要进行延时，直接发出压炉指令C_down。

另外，当出钢口有渣信号L_cam，slag变为1，同样不需要进行延时，直接发出压炉指令C_down。

步骤S402、接收到压炉指令后，自动控制转炉下压。

出钢过程中，若在转炉下压状态时接收到压炉指令，不进行任何处理。只有在转炉处于等待状态时，接收到的压炉指令才是有效的。若在等待状态时接收到压炉指令，则直接跳到下一个步骤，转炉开始下压到下一个步骤的指定倾角。

步骤S403、压炉后触发一个定时器，在此时间内禁止再次压炉。

压炉的同一时刻触发一个定时器T₂₂，在本实施例中，设置定时器T₂₂时长为10s，在该定时器运行时间内，不能再次压炉。即在压炉开始后10s内，如果再次收到压炉指令则不会触发压炉动作。这是为了防止出现连续压炉的情况，连续压炉可能会造成炉口溢渣，甚至严重的时候，钢水从炉口泼出来造成事故。

等转炉下压到下一个步骤的指定倾角后，开始继续执行该步骤指定的等待时长，这样就完整地执行了一次压炉操作。

经过这样处理，转炉按照倾角时长表依次完成指定步骤，若出钢过程中二级计算机根据视频判断出炉口溢渣、钢水液位低、出钢口下渣情况则自动上抬或自动下压转炉，确保转炉中的钢水液面高度合适，直到转炉中的钢水全部倒入钢包中。钢水出尽后滑板自动关闭，转炉抬起到零角度位，就完成了一次自动出钢过程。

如图2所示，本发明实施例还提供一种基于视频识别技术的转炉出钢控制***，用于实现上述的方法实施例，该***包括可前后倾动的转炉6、装载有钢包11的钢包车12、工业红外摄像机13、普通工业摄像机14、二级计算机1、PLC控制器2、转炉倾动变频器3、转炉倾动电机4。所述转炉6具有出钢口8和炉口9，出钢的时候转炉向后倾动，分步骤逐渐下压，钢水10从出钢口8倒出到钢包11中。所述转炉的转动轴上安装有倾角编码器7，所述转炉倾动电机上安装有倾动速度编码器5，所述倾角编码器5用于测量转炉6的倾角实际值并发送给PLC控制器2，所述倾动速度编码器5用于测量出转炉6的倾动速度实际值并发送给PLC控制器2，所述二级计算机1用于自学习手动出钢历史数据并生成出钢的倾角时长表，还用于处理工业红外摄像机13和普通工业摄像机14拍摄的转炉炉口和出钢口处的视频生成炉口溢渣、钢水液位低、出钢口有渣信号，处理后产生压炉指令或抬炉指令发送给PLC控制器2，所述PLC控制器2用于发送倾动速度设定值给转炉倾动变频器3，由转炉倾动变频器3控制转炉倾动电机4，从而控制转炉转动。所述的转炉出钢控制功能都在二级计算机1和PLC控制器2中编程实现。

综上所述，本发明实施例提供的这种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法与***，实现了转炉出钢过程的全自动化和智能化。使用工业红外摄像机和普通工业摄像机分别拍摄炉口和出钢口处的视频，二级计算机分析摄像机拍摄的视频，实时判断出摇炉过快或过慢情况并将信号发送给PLC控制器，PLC控制器接收到抬炉或压炉信号后自动控制转炉上抬或下压，从而实现了出钢过程中转炉的高精度自动控制，显著减少了自动出钢过程中炉口溢渣和出钢口下渣的问题，保持了钢水液位合适，解决了人工操作的不稳定性和精度差的问题，降低了工作人员的劳动强度，提升了出钢过程的效率与安全性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种基于视频识别技术的转炉出钢控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10：将人工手动出钢的历史数据分为若干个类，按均匀分布生成倾角设定值，采用自学习算法预测本炉次的停留时长值，生成若干张自动出钢的倾角时长表发给PLC控制器，PLC控制器根据当前炉况自动选择对应的倾角时长表；

步骤S20，根据转炉炉口处的第一视频和转炉炉下的第二视频实时判断出钢过程中炉口溢渣、炉下溢渣、钢水液位低和出钢口有渣的情况，生成炉口溢渣信号、炉下溢渣信号、钢水液位低信号或出钢口有渣信号；

步骤S30，处理炉口溢渣信号和炉下溢渣信号生成抬炉指令，PLC控制器在转炉处于等待状态时接收到抬炉指令，则控制转炉上抬，上抬一次后在一定时间内禁止再次抬炉，抬炉后延时一段时间后再下压，再将转炉下压到上抬前的设定倾角；

步骤S40，处理钢水液位低信号和出钢口有渣信号生成压炉指令，PLC控制器在转炉处于等待状态下接收到压炉指令，则控制转炉下压，压炉后在一定时间内禁止再次压炉；

所述步骤S10中的采用自学习算法预测本炉次的停留时长值的方法为：在分好类的出钢历史数据集中挑选若干次想要自学习的出钢数据，然后统计出每一炉每个步骤的停留时长，再采用自适应滤波算法使用选择的历史数据更新权值，最后使用最新的权值预测本炉次每个步骤的停留时长值；具体为：

在出钢口中期装炉量正常的分类中挑选近期M个炉次的出钢历史数据，作为想要自学习的数据集；为每一个步骤建立一个预测模型：

T_predict(i，N)＝ω_1，iT_his(i，N-1)+ω_2，iT_his(i，N-2)+……+ω_A，iT_his(i，N-A)

式中，ω_1，i～ω_A，i为第i个步骤预测模型的权值，A为权值的个数，A＜M，T_his(i，N-1)～T_his(i，N-A)表示最近的A炉钢第i个步骤的停留时间，T_predict(i，N)为当前一炉钢第i个步骤的预测停留时间；

从挑选出来的自学习数据集中找到第N炉的历史数据，与预测的停留时间相减得到预测误差：

ΔT_diff(i，N)＝T_his(i，N)-T_predict(i，N)

根据该误差按下式更新A个权值，完成了一次权值的迭代：

ω_j，i＝ω_j，i+2ε·ΔT_diff(i，N)·T_his(i，N-j)1≤j≤A

式中，ε为学习率；

下一次迭代则是使用自学习数据集中N-A+1～N炉的历史数据预测第N+1炉的停留时间，然后计算预测误差再更新一次权值；

迭代M-A次，使用完自学习数据集中的所有历史数据，得到最新的权值ω_1，i～ω_A，i；

然后就可以用来预测当前一炉第i步骤的停留时间：

T_predict(i，K)＝ω_1，iT_his(i，K-1)+ω_2，iT_his(i，K-2)+……+ω_A，iT_his(i，K-A)

以此类推，按照上述方法计算得到本炉次每个步骤的预测停留时间T_predict(i，K)，i为整数。

2.如权利要求1所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S10中的将人工手动出钢的历史数据分为若干个类的方法为：按出钢口使用次数和转炉的装炉量将人工手动出钢的历史数据分为若干个类，并剔除其中非常规出钢的数据。

3.如权利要求1所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S10中的按均匀分布生成倾角设定值的方法为：根据人工手动出钢的历史数据，确定转炉出钢第一个步骤所停留的倾角值和最后一个步骤出完钢的倾角值，再设置步骤数，按均匀分布生成每个步骤的倾角设定值。

4.如权利要求1所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S10中的生成若干张自动出钢的倾角时长表发给PLC控制器，PLC控制器根据当前炉况自动选择对应的倾角时长表的方法为：

根据得到的每个步骤的倾角设定值和预测的停留时长值，组成一张倾角时长表；每个分类都得到一张对应的倾角时长表；PLC控制器接收并存储这若干张倾角时长表，然后在实际使用时根据当前出钢口使用次数和装炉量数据自动从这些倾角时长表中选择一张表作为当前炉次的倾角时长表。

5.如权利要求1所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S20中实时判断出钢过程中炉口溢渣、炉下溢渣的情况的方法为：

根据所述第一视频中包含的温度信息将转炉、钢水和炉渣进行区分，判断出钢时炉口的溢渣情况，在炉口溢渣数量超过阈值时，生成炉口溢渣信号；

根据所述第二视频中包含的亮度信息区分炉渣从炉口落下的情况，在炉下溢渣数量超过阈值时，生成炉下溢渣信号。

6.如权利要求5所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，根据炉口溢渣数量分档，所述炉口溢渣信号分为第一炉口溢渣信号和第二炉口溢渣信号，所述第二炉口溢渣信号表示溢渣较多；根据炉下溢渣数量分档，所述炉下溢渣信号分为第一炉下溢渣信号和第二炉下溢渣信号，所述第二炉下溢渣信号表示炉下溢渣较多。

7.如权利要求6所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S30中的处理炉口溢渣信号生成抬炉指令的方法为：

检测到第一炉口溢渣信号变为1且持续了一定时间以后，发出慢速抬炉指令；

检测到第二炉口溢渣信号变为1，则直接发出快速抬炉指令；

检测到第一炉下溢渣信号变为1且持续了一定时间以后，发出慢速抬炉指令；

检测到第二炉下溢渣信号变为1，则直接发出快速抬炉指令。

8.如权利要求7所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S30中的接收到抬炉指令后，自动控制转炉上抬的方法为：

若在转炉等待状态下接收到慢速抬炉指令，则设定一个较慢的第一上抬速度并持续第一时间段；若在转炉等待状态下接收到快速抬炉指令，则设定一个较快的第二上抬速度并持续更长的第二时间段；

若正在慢速抬炉过程中又收到快速抬炉信号，则立刻转入快速抬炉过程，采用第二上抬速度上抬，且第二时间段缩短一设定时间长度。

9.如权利要求8所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S30中的抬炉后在一定时间内禁止再次抬炉的方法为：

定义第一定时器和第二定时器，在慢速上抬的同一时刻触发第一定时器，在快速上抬的同一时刻触发第二定时器；如果在第一定时器运行时间内，再次收到慢速抬炉指令则不会触发抬炉动作；如果在第二定时器运行时间内，再次收到快速抬炉指令则不会触发抬炉动作；

若正在慢速抬炉过程中又收到快速抬炉信号，则立刻转入快速抬炉过程，触发第二定时器，且第二定时器持续时间缩短一设定时间长度，而原来的慢速抬炉过程重置，第一定时器重置为零。

10.如权利要求1所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S30中的抬炉后一段时间后再下压到原设定倾角的方法为：

设置第三定时器和第四定时器，若是慢速上抬则在第三定时器定时结束后，若是快速上抬则在第三定时器定时结束后，转炉开始下压到原来的设定倾角。

11.如权利要求1所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S20中的实时判断出钢过程中的钢水液位低、出钢口有渣信号情况的方法为：

根据所述第一视频中包含的温度信息将转炉、钢水和炉渣进行区分，并得到钢水液面高度和炉口高度的高度差，并在高度差超过阈值时，生成钢水液位低信号；

根据所述第二视频中包含的亮度信息出钢口流出的钢水中是否混有钢渣，并获取钢渣的数量，并在钢渣数量超过阈值时，生成出钢口有渣信号。

12.如权利要求11所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，得到钢水液面高度和炉口高度的高度差的方法为：

根据第一视频中包含的温度信息，得到钢水液面与转炉内部炉壁的分界线，在检测到的钢水液面的最低点作一条水平的直线，用于指示钢水液位的高度；识别炉口的弧线，然后在炉口弧的最低点作一条水平的直线，用于指示炉口的高度；这两条直线之间的高度差即为钢水液面高度和炉口高度的高度差。

13.如权利要求11所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S40中的处理钢水液位低信号和出钢口有渣信号，生成压炉指令的方法为：

根据所述高度差分档，所述钢水液位低信号分为第一液位低信号、第二液位低信号，所述第二液位低信号表示较大的高度差；

在接收到第一液位低信号持续了一设定时间以后，发出压炉指令；

在接收到第二液位低信号时，直接发出压炉指令；

在接收到钢水有渣信号时，直接发出压炉指令。

14.如权利要求1所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S40中的接收到压炉指令后自动控制转炉下压的方法为：

在转炉处于等待状态时接收到压炉指令，则直接跳到下一个步骤，转炉立刻开始下压到下一个步骤的指定倾角。

15.如权利要求1所述的转炉出钢控制方法，其特征在于，所述步骤S40中的压炉后在一定时间内禁止再次压炉的方法为：

压炉的同一时刻触发第五定时器，在所述第五定时器运行时间内，禁止再次压炉。

16.一种基于视频识别技术的转炉出钢控制***，包括转炉、钢包车、工业计算机、PLC控制器、转炉倾动变频器和转炉倾动电机，其特征在于，还包括第一摄像机和第二摄像机；所述第一摄像机安装于转炉出钢侧的较高处，用于拍摄转炉炉口处的第一视频；所述第二摄像机安装于转炉出钢侧的较低处，用于拍摄转炉炉下的第二视频；所述工业计算机用于执行如权利要求1-15任一项所述的转炉出钢控制方法。

17.如权利要求16所述的转炉出钢控制***，其特征在于，所述第一摄像机为工业红外摄像机，所述第二摄像机为工业彩色摄像机。

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