本發(fā)明涉及的是真空熔煉過(guò)程控制方法，特別涉及一種通過(guò)脈沖波形對(duì)熔速進(jìn)行智能控制的方法；主要適用于真空自耗爐。
背景技術(shù)：
真空自耗爐隸屬特鋼冶煉裝備，采用直流電弧加熱的原理在真空條件下對(duì)金屬電極進(jìn)行加熱熔化。其電源系統(tǒng)多為可控硅整流或飽和電抗器整流系統(tǒng)，通過(guò)從廠內(nèi)引入的10kv或其他等級(jí)電源經(jīng)過(guò)12脈沖或6脈沖整流得出一個(gè)低壓大電流的直流熔煉電源，為避免高次諧波提高電源質(zhì)量，這里推薦使用更多的脈沖數(shù)量。在實(shí)際熔煉過(guò)程中由于外界許多因素的影響，例如電網(wǎng)會(huì)時(shí)時(shí)波動(dòng)、熔煉電極材質(zhì)的不均勻等等，導(dǎo)致熔煉過(guò)程種種參數(shù)的不斷變化，所以無(wú)法達(dá)到理想的熔煉狀態(tài)，這里就需要引入一定的控制系統(tǒng)來(lái)抑制這些因素的影響。
當(dāng)自耗爐起弧后，金屬材料會(huì)通過(guò)電弧產(chǎn)生的熱量使金屬電極表面金屬開始熔化，熔化的金屬堆積在一起會(huì)形成突起，進(jìn)而會(huì)延展最終形成熔滴。當(dāng)熔滴形成后會(huì)不斷的變大，最終在內(nèi)部力的作用下從上表面墜落落在入坩堝內(nèi)，從而完成金屬電極的冶煉。而這個(gè)過(guò)程會(huì)令爐口檢測(cè)的信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)畸變，如果檢測(cè)設(shè)備足夠的精密，就可以解析出這其中的每一個(gè)變化。
真空冶煉較大氣冶煉來(lái)說(shuō)在真空條件下對(duì)電弧的控制更為困難，通常通過(guò)對(duì)爐口電壓的采集來(lái)做為熔煉電弧狀態(tài)的考量，由于金屬熔化的速度較快，故對(duì)其數(shù)據(jù)的采集更是十分困難的，其單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)量是十分龐大的，想要根據(jù)相關(guān)信息在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行解析與處理是十分困難的，也就很難去對(duì)熔煉進(jìn)行調(diào)控。
相對(duì)于真空自耗爐發(fā)明的時(shí)期來(lái)講，當(dāng)時(shí)的硬件設(shè)備很難在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，只能簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單進(jìn)行一個(gè)粗糙的記錄，或?qū)ζ渥龊?jiǎn)化處理或利用一些宏觀信息對(duì)熔煉進(jìn)行調(diào)控，而這使大大降低了成品金屬錠子的穩(wěn)定性，而
本技術(shù)：
則針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)水平的提高與傳統(tǒng)的真空自耗爐熔煉技術(shù)相結(jié)合提出了一種當(dāng)代的針對(duì)熔煉電壓波形進(jìn)行智能控制的冶煉系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是：解決現(xiàn)有的自耗爐冶煉系統(tǒng)較為粗糙過(guò)程控制的技術(shù)問(wèn)題，提出了一種通過(guò)脈沖波形對(duì)熔速進(jìn)行智能控制的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種通過(guò)脈沖波形對(duì)熔速進(jìn)行智能控制的方法，包括以下步驟：在爐口設(shè)立脈沖波形檢測(cè)裝置，對(duì)熔滴產(chǎn)生時(shí)短路脈沖電壓波形信號(hào)進(jìn)行采集濾波，再將濾波后的信號(hào)輸入高速處理器，高速處理器對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即對(duì)一個(gè)個(gè)熔滴產(chǎn)生的短路脈沖電壓波形進(jìn)行形態(tài)分析，從而得出與熔速相匹配的直觀參數(shù)，再把這個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)傳遞到plc中使其作為熔化的控制因素，得到精確的過(guò)程控制。
所述高速處理器的信號(hào)數(shù)據(jù)分析過(guò)程是：把熔滴產(chǎn)生時(shí)的短路脈沖電壓波形進(jìn)行傅立葉變換展開轉(zhuǎn)換成諧波分量和的形式，取到其中3～5次諧波分量展開對(duì)其幅值進(jìn)行提取歸類。以dsp最大輸入電壓為基礎(chǔ)，將一個(gè)個(gè)幅值轉(zhuǎn)換標(biāo)幺值的形式，并將其平均分為10～20個(gè)區(qū)間，此時(shí)再把它與短路脈沖的傅立葉展開的位數(shù)相結(jié)合得到與熔速相匹配的直觀參數(shù)。
所述的過(guò)程控制是指：在plc程序中設(shè)置一個(gè)3～5分鐘的取樣周期，并采用堆棧的方式令其中的數(shù)據(jù)保持時(shí)時(shí)的更新，以便令其與熔煉同步進(jìn)行，對(duì)應(yīng)dsp中的分類在系統(tǒng)中設(shè)定好對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)數(shù)組，并對(duì)不同諧波與幅值的組合進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)不同熔滴短路脈沖電壓波形的形狀與數(shù)量來(lái)反饋微觀的熔煉進(jìn)程，采用模糊自適應(yīng)整定方式或選取其中具有代表性的數(shù)據(jù)與料桿給進(jìn)速度建立一個(gè)閉環(huán)控制pid系統(tǒng)，通過(guò)不斷修正伺服料桿的給進(jìn)速度從而控制熔滴的分布狀態(tài)。
本發(fā)明的有益效果是：可以從微觀角度對(duì)熔煉進(jìn)行分析，同時(shí)也讓傳統(tǒng)的冶煉與現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)步充分結(jié)合，更為細(xì)致的對(duì)熔煉進(jìn)行有效的過(guò)程控制，對(duì)成品金屬錠子的品質(zhì)提升提供了很大的保證。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明控制框圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，一種通過(guò)脈沖波形對(duì)熔速進(jìn)行智能控制的方法，步驟1：根據(jù)熔煉金屬的牌號(hào)品種確定其熔煉工藝與現(xiàn)有的結(jié)晶器錠子等尺寸，得出一個(gè)熔煉初始的參考熔速。
步驟2：:熔煉電源啟動(dòng)，熔速pid控制準(zhǔn)備。此時(shí)伺服料桿的給進(jìn)速度由初始計(jì)算出的參考熔速進(jìn)行控制。
步驟3：在熔煉開始后，在爐口處并聯(lián)出一個(gè)回路用來(lái)檢測(cè)爐口的電壓狀態(tài)，這里要求選用一個(gè)分辨率比較高的脈沖波形檢測(cè)裝置，由于脈沖的特性，一般的檢測(cè)器很難識(shí)別或檢測(cè)出一些細(xì)節(jié)造成信息缺失，從而令控制失去準(zhǔn)確性。在正常狀態(tài)下?tīng)t口的電壓波形為相對(duì)穩(wěn)定的一條直線，而當(dāng)熔滴產(chǎn)生時(shí)會(huì)令回路產(chǎn)生一個(gè)短暫的短路過(guò)程，電壓會(huì)經(jīng)歷一個(gè)短暫的下降，即本申請(qǐng)需要的短路脈沖電壓波形。因此通過(guò)這個(gè)短路脈沖電壓波形可以相對(duì)準(zhǔn)確的檢測(cè)到短路脈沖的分布情況，從而從一個(gè)可視化的角度來(lái)對(duì)熔煉過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，故這里采集電壓波形來(lái)作為檢測(cè)目標(biāo)。由于電網(wǎng)會(huì)時(shí)時(shí)波動(dòng)，另外電源里面摻雜著一些諧波干擾，故此處采集的數(shù)據(jù)需進(jìn)行濾波處理。諧波干擾是具備一定規(guī)律性周期性的可以根據(jù)電源特性人為制造出與諧波相互抵消的波形摻入來(lái)濾除此處的干擾，最終得到相對(duì)干凈的輸出波形。
步驟4：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的高速總線或光纖令步驟3中處理好的信息傳遞到用來(lái)處理信息的高速處理器（dsp：數(shù)字信號(hào)處理芯片）中，可以選用tms320f28335或更為高端的型號(hào)。在實(shí)際熔煉過(guò)程中，不同的熔滴其大小形狀是不同，所包涵的金屬量也是不同的，所產(chǎn)生的短路脈沖電壓波形也是不同的，所以產(chǎn)生的波形在某種意義上來(lái)講可以代表一種金屬液滴的熔煉信息，而本申請(qǐng)所指的智能控制則是將自耗爐熔煉過(guò)程中金屬熔滴的無(wú)序墜落拆解成一個(gè)有章可循的可參與plc中熔速pid控制的參數(shù)。在dsp中會(huì)對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行處理，把一個(gè)個(gè)熔滴短路脈沖電壓波形進(jìn)行傅立葉變換展開轉(zhuǎn)換成諧波分量和的形式，取到其中3到5次諧波分量展開對(duì)其幅值進(jìn)行提取歸類。以dsp最大輸入電壓為基礎(chǔ)，將一個(gè)個(gè)幅值轉(zhuǎn)換標(biāo)幺值的形式，并將其平均分為10到20個(gè)區(qū)間，此時(shí)再把它與短路脈沖的傅立葉展開的位數(shù)相結(jié)合，此處以3次諧波展開與幅值區(qū)間數(shù)量10為例，可以得到10^3個(gè)樣本區(qū)間。
步驟5：通過(guò)串口的形式把dsp與下位機(jī)plc相連接，在plc程序中設(shè)置一個(gè)3到5分鐘的取樣周期，并采用堆棧的方式令其中的數(shù)據(jù)保持時(shí)時(shí)的更新，以便令其與熔煉同步進(jìn)行，對(duì)應(yīng)dsp中的分類在系統(tǒng)中設(shè)定好對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)數(shù)組，并對(duì)不同諧波與幅值的組合進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)不同熔滴短路脈沖電壓波形的形狀與數(shù)量來(lái)反饋微觀的熔煉進(jìn)程，采用模糊自適應(yīng)整定方式或選取其中具有代表性的數(shù)據(jù)與料桿給進(jìn)速度建立一個(gè)閉環(huán)控制pid系統(tǒng)，通過(guò)不斷修正伺服料桿的給進(jìn)速度從而控制熔滴的分布狀態(tài)，最終控制自耗爐冶煉的過(guò)程達(dá)到生產(chǎn)金屬錠子品質(zhì)提升的目的。