專利名稱：一種基于可控硅電源的真空自耗電弧爐熔滴測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于可控硅電源的真空自耗電弧爐熔滴測(cè)試方法，尤其適用于電壓與弧長(zhǎng)線性斜率不十分顯著的重熔工藝中。
背景技術(shù)：
為了保證金屬熔煉的質(zhì)量，真空自耗電弧爐必須具有非常穩(wěn)定可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)。其中，弧長(zhǎng)波動(dòng)是造成偏析和檢查不合格的主要原因，因此弧長(zhǎng)的控制尤為重要。目前國(guó)內(nèi)大都是采用弧壓結(jié)合恒熔速來(lái)控制熔煉工程，這種控制方式比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但是很多特種鋼或者高溫合金、稀有金屬合金對(duì)弧壓并不敏感，而對(duì)熔滴個(gè)數(shù)比較敏感。但是目 前成熟的熔滴測(cè)控技術(shù)都掌握在國(guó)外大公司如德國(guó)ALD手中，國(guó)內(nèi)相關(guān)人員也做過(guò)初步研究，但是還沒(méi)有成熟的測(cè)控技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的特種金屬熔煉。研究表明，熔滴短路脈沖對(duì)弧長(zhǎng)的微小變化和真空電弧擾動(dòng)都極為敏感，可通過(guò)對(duì)熔滴短路脈沖進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)電極進(jìn)給速度進(jìn)而控制弧長(zhǎng)。這種控制方法比弧壓控制更加精準(zhǔn)，在穩(wěn)定熔煉狀態(tài)下能取得很好的控制效果，獲得高質(zhì)量的高溫合金金屬材料。然而基于飽和電抗器穩(wěn)流電源的熔滴測(cè)試和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)還被國(guó)外大公司所壟斷，進(jìn)口價(jià)格非常昂貴，而且基本不出售單獨(dú)的熔滴測(cè)試設(shè)備。而基于可控硅電源的熔滴測(cè)控，經(jīng)查證，國(guó)外也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似技術(shù)，而一般采用飽和電抗器電源來(lái)實(shí)施熔滴測(cè)控。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于可控硅電源的真空自耗電弧爐熔滴測(cè)試方法。技術(shù)方案一種基于可控硅電源的真空自耗電弧爐熔滴測(cè)試方法，其特征在于采用可控硅電源作為真空自耗電弧爐的供電電源，測(cè)試步驟如下步驟I :將真空自耗電弧爐的爐壓信號(hào)進(jìn)行變壓處理，變至DSP處理器AD模塊的工作電壓范圍后，然后由DSP處理器進(jìn)行頻率不低于50KHz的采樣，得到采樣數(shù)據(jù)；步驟2 :在采樣的同時(shí)，對(duì)采樣轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行多階陷波處理；步驟3 :將陷波處理后的數(shù)據(jù)逐個(gè)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)陷波處理后的數(shù)據(jù)大于閾值時(shí)舍棄，當(dāng)陷波處理后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)小于閾值時(shí)為熔滴短路脈沖的起始信號(hào)，當(dāng)陷波處理后的數(shù)據(jù)再次出現(xiàn)大于閾值時(shí)為熔滴短路脈沖的結(jié)束信號(hào)；以熔滴短路脈沖中所包含的連續(xù)的小于閾值的采樣變換值個(gè)數(shù)除以采樣率得到該熔滴短路脈沖的持續(xù)時(shí)間，處理I秒的數(shù)據(jù)得到I秒鐘內(nèi)熔滴短路脈沖的個(gè)數(shù)和每個(gè)熔滴短路脈沖所持續(xù)的時(shí)間；所述閾值為爐壓信號(hào)基準(zhǔn)電壓值變壓后的一半；步驟4 :將步驟2循環(huán)60次，得到一分鐘內(nèi)的熔滴短路脈沖個(gè)數(shù)和每個(gè)熔滴短路脈沖所持續(xù)的時(shí)間，并通過(guò)串口輸出到控制設(shè)備PLC上；步驟5 :重復(fù)η次步驟2，并以重復(fù)的結(jié)果刷新上一分鐘同等時(shí)間長(zhǎng)度的最滯后的測(cè)試數(shù)據(jù)，再將刷新后的一分鐘數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出到控制設(shè)備PLC上；在真空自耗電弧爐的熔煉中，重復(fù)本步驟直至真空自耗電弧爐熔煉結(jié)束；所述η為5 60次。有益效果本發(fā)明提出的一種基于可控硅電源的真空自耗電弧爐熔滴測(cè)試方法，測(cè)試不同頻率范圍的熔滴短路脈沖個(gè)數(shù)的方法，正確測(cè)試不同頻率范圍熔滴短路脈沖是控制弧長(zhǎng)，確?；￠L(zhǎng)和熔滴短路脈沖率之間的穩(wěn)定，保證熔煉金屬質(zhì)量的重要前提。熔滴測(cè)試方法尤其適用于電壓與弧長(zhǎng)線性斜率不十分顯著的重熔工藝中。本發(fā)明突破了基于可控硅電源的熔滴測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用于真空自耗電弧爐的金屬熔煉過(guò)程，為后續(xù)的熔滴控制提供精準(zhǔn)的熔滴測(cè)試結(jié)果，在穩(wěn)定熔煉狀態(tài)下保證弧長(zhǎng)的穩(wěn)定，確保了金屬熔煉的質(zhì)量。同時(shí)針對(duì)本發(fā)明，采用高速信號(hào)處理技術(shù)，用軟件算法濾除可控硅電源輸出的多次諧波，可以非常穩(wěn)定可靠地獲得不同時(shí)間寬度內(nèi)的熔滴短路脈沖個(gè)數(shù)。本發(fā)明的有益效果是，可以在使用可控硅電源的真空自耗電弧爐系統(tǒng)熔煉金屬的過(guò)程中準(zhǔn)確地檢測(cè)到不同頻率范圍內(nèi)的熔滴短路脈沖，及時(shí)敏銳地檢測(cè)到弧長(zhǎng)的變化，為后續(xù)的熔滴控制提供了精準(zhǔn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，保證了高溫合金熔煉的致密性。同時(shí)針對(duì)可控硅電源，采用高速數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)軟件算法對(duì)其進(jìn)行陷波處理，濾除其輸出的多次諧波和現(xiàn)場(chǎng)雜波信號(hào)。


圖I :實(shí)施例原理圖
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明采用可控硅電源輸出爐壓信號(hào)，一般情況下，爐壓基線為恒定電壓值，當(dāng)有熔滴下落時(shí)，爐壓的正負(fù)極之間電阻減小，相應(yīng)地電壓降低，甚至短路，形成一個(gè)熔滴短路脈沖，隨著熔滴下落過(guò)程完成，電壓又逐步恢復(fù)正常。一個(gè)熔滴短路脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)熔滴，二者的頻率和個(gè)數(shù)完全一致。因此，通過(guò)檢測(cè)爐壓的變化情況，可以大致計(jì)算不同頻率范圍內(nèi)的熔滴個(gè)數(shù)。其特征在于步驟如下步驟I :將可控硅電源輸出的爐壓信號(hào)進(jìn)行變壓處理，將其變至DSP處理器AD模塊的工作電壓范圍后，送入DSP處理器進(jìn)行頻率不低于50ΚΗζ的高速采樣，并將采樣轉(zhuǎn)換完成之后的數(shù)字信號(hào)存入乒乓緩沖區(qū)中，每區(qū)存儲(chǔ)半秒的采樣轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。步驟2 :在采樣的同時(shí)，對(duì)乒乓緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。以乒乓緩沖區(qū)中半秒的數(shù)據(jù)為一組，對(duì)采樣轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行多階陷波處理，并將多階陷波處理完成之后的數(shù)據(jù)再對(duì)應(yīng)存回到乒乓緩沖區(qū)中。這里要對(duì)可控硅電源輸出的哪幾階諧波進(jìn)行陷波處理由該諧波對(duì)爐壓信號(hào)的影響決定，如諧波能量大，對(duì)爐壓信號(hào)影響大，則必須對(duì)其進(jìn)行陷波處理，反之，如能量較小，影響甚微，則可忽略。步驟3 :以步驟2中存回乒乓緩沖區(qū)中半秒的數(shù)據(jù)為一組，將多階陷波處理后的數(shù)據(jù)逐個(gè)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，這里的閾值一般設(shè)置為爐壓信號(hào)基準(zhǔn)電壓值變壓后的一半。如多階陷波處理后的數(shù)據(jù)大于閾值，則舍棄，如小于閾值，則認(rèn)為此時(shí)有熔滴下落，檢測(cè)到的是熔滴短路脈沖。統(tǒng)計(jì)熔滴短路脈沖中所包含的連續(xù)的小于閾值的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，再根據(jù)個(gè)數(shù)和采樣率計(jì)算熔滴短路脈沖持續(xù)時(shí)間，并將該時(shí)間存儲(chǔ)下來(lái)。處理完成乒乓緩沖區(qū)兩個(gè)半秒的數(shù)據(jù)后，即得到I秒鐘內(nèi)熔滴短路脈沖的個(gè)數(shù)和每個(gè)熔滴短路脈沖所持續(xù)的時(shí)間。步驟4 :將步驟3的過(guò)程循環(huán)60次，把得到的一分鐘內(nèi)的熔滴短路脈沖個(gè)數(shù)和每個(gè)熔滴短路脈沖所持續(xù)的時(shí)間通過(guò)串口輸出到控制設(shè)備PLC上。此后再循環(huán)上固定的次數(shù)(通常設(shè)置為幾次到幾十次不等)，用新測(cè)試到的熔滴短路脈沖個(gè)數(shù)和持續(xù)時(shí)間取代上一分鐘同等時(shí)間長(zhǎng)度的最滯后的測(cè)試數(shù)據(jù)，再將刷新后的一分鐘·數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出到控制設(shè)備PLC上，并讓此刷新數(shù)據(jù)的過(guò)程無(wú)限循環(huán)下去。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，要保證數(shù)據(jù)的處理時(shí)間小于存儲(chǔ)時(shí)間，使數(shù)據(jù)能得到實(shí)時(shí)處理。具體實(shí)施例采用3t的真空自耗電弧爐熔煉鎢錳合金鋼，爐壓基準(zhǔn)值為24V，可控硅電源輸出基頻為300Hz，根據(jù)本發(fā)明，其步驟過(guò)程如下步驟I:將可控硅電源輸出的爐壓信號(hào)進(jìn)行10 I變壓處理后變至O 3V，送入DSP處理器進(jìn)行頻率為50KHz的高速采樣，并將采樣轉(zhuǎn)換完成之后的數(shù)字信號(hào)存入乒乓緩沖區(qū)中，每區(qū)大小均為25K，各存儲(chǔ)半秒的數(shù)據(jù)。步驟2:在采樣的同時(shí)，對(duì)乒乓緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。以乒乓緩沖區(qū)中半秒的數(shù)據(jù)為一組，針對(duì)所使用的可控硅電源，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行三階(900Hz)、五階(1500Hz)、九階(2700Hz)、i^一階(3300Hz)、十五階(4500Hz)和十七階(5100Hz)的多階陷波處理，并將多階陷波處理完成之后的數(shù)據(jù)再對(duì)應(yīng)存回到乒乓緩沖區(qū)中。步驟3 :以步驟2中存回乒乓緩沖區(qū)中半秒的數(shù)據(jù)為一組，將多階陷波處理后的數(shù)據(jù)逐個(gè)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，這里的閾值取爐壓信號(hào)基準(zhǔn)電壓值變壓后的一半，大小為
I.2V，如多階陷波處理后的數(shù)據(jù)大于I. 2V，則舍棄，如小于I. 2V，則認(rèn)為此時(shí)有熔滴下落，檢測(cè)到的是熔滴短路脈沖。統(tǒng)計(jì)熔滴短路脈沖中所包含的連續(xù)的小于閾值的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，再根據(jù)個(gè)數(shù)和采樣率計(jì)算熔滴短路脈沖持續(xù)時(shí)間，并將該時(shí)間存儲(chǔ)下來(lái)。處理完成乒乓緩沖區(qū)兩個(gè)半秒的數(shù)據(jù)后，即得到I秒鐘內(nèi)熔滴短路脈沖的個(gè)數(shù)和每個(gè)熔滴短路脈沖所持續(xù)的時(shí)間。步驟4 :將步驟3的過(guò)程循環(huán)60次，把得到的一分鐘內(nèi)的熔滴短路脈沖個(gè)數(shù)和每個(gè)熔滴短路脈沖所持續(xù)的時(shí)間通過(guò)串口輸出到控制設(shè)備PLC上。此后再循環(huán)上5次，用新測(cè)試到的5秒中內(nèi)的熔滴短路脈沖個(gè)數(shù)和持續(xù)時(shí)間取代上一分鐘內(nèi)最滯后的5秒測(cè)試數(shù)據(jù)，再將刷新后的一分鐘數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出到控制設(shè)備PLC上，并讓此刷新數(shù)據(jù)的過(guò)程無(wú)限循環(huán)下去。本實(shí)例中鎢錳合金鋼在一分鐘內(nèi)測(cè)試到的熔滴短路脈沖個(gè)數(shù)為32個(gè)左右，熔滴短路脈沖的持續(xù)時(shí)間分布在O. 2ms-0. 6ms之間。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，保證了數(shù)據(jù)的處理時(shí)間小于存儲(chǔ)時(shí)間，使數(shù)據(jù)能得到實(shí)時(shí)處理。
權(quán)利要求
1.一種基于可控硅電源的真空自耗電弧爐熔滴測(cè)試方法，其特征在于采用可控硅電源作為真空自耗電弧爐的供電電源，測(cè)試步驟如下 步驟I :將真空自耗電弧爐的爐壓信號(hào)進(jìn)行變壓處理，變至DSP處理器AD模塊的工作電壓范圍后，然后由DSP處理器進(jìn)行頻率不低于50KHz的采樣，得到采樣數(shù)據(jù)； 步驟2 :在采樣的同時(shí)，對(duì)采樣轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行多階陷波處理； 步驟3 :將陷波處理后的數(shù)據(jù)逐個(gè)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)陷波處理后的數(shù)據(jù)大于閾值時(shí)舍棄，當(dāng)陷波處理后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)小于閾值時(shí)為熔滴短路脈沖的起始信號(hào)，當(dāng)陷波處理后的數(shù)據(jù)再次出現(xiàn)大于閾值時(shí)為熔滴短路脈沖的結(jié)束信號(hào)；以熔滴短路脈沖中所包含的連續(xù)的小于閾值的采樣變換值個(gè)數(shù)除以采樣率得到該熔滴短路脈沖的持續(xù)時(shí)間，處理I秒的數(shù)據(jù)得到I秒鐘內(nèi)熔滴短路脈沖的個(gè)數(shù)和每個(gè)熔滴短路脈沖所持續(xù)的時(shí)間； 所述閾值為爐壓信號(hào)基準(zhǔn)電壓值變壓后的一半； 步驟4 :將步驟2循環(huán)60次，得到一分鐘內(nèi)的熔滴短路脈沖個(gè)數(shù)和每個(gè)熔滴短路脈沖所持續(xù)的時(shí)間，并通過(guò)串口輸出到控制設(shè)備PLC上； 步驟5 :重復(fù)η次步驟2，并以重復(fù)的結(jié)果刷新上一分鐘同等時(shí)間長(zhǎng)度的最滯后的測(cè)試數(shù)據(jù)，再將刷新后的一分鐘數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出到控制設(shè)備PLC上；在真空自耗電弧爐的熔煉中，重復(fù)本步驟直至真空自耗電弧爐熔煉結(jié)束；所述η為5 60次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于可控硅電源的真空自耗電弧爐熔滴測(cè)試方法，其特征在于采用可控硅電源作為真空自耗電弧爐的供電電源，測(cè)試步驟如下將真空自耗電弧爐的爐壓信號(hào)進(jìn)行變壓處理，然后由DSP處理器進(jìn)行頻率不低于50KHz的采樣，得到采樣數(shù)據(jù)；對(duì)采樣轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行多階陷波處理，將陷波處理數(shù)據(jù)逐個(gè)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，得到熔滴短路脈沖中所包含的連續(xù)的小于閾值的采樣變換值個(gè)數(shù)除以采樣率得到該熔滴短路脈沖的持續(xù)時(shí)間，并通過(guò)串口輸出到控制設(shè)備PLC上。有益效果是，及時(shí)敏銳地檢測(cè)到弧長(zhǎng)的變化，為后續(xù)的熔滴控制提供了精準(zhǔn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，保證了高溫合金熔煉的致密性。
文檔編號(hào)G01R29/00GK102680536SQ20121019069
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者呂國(guó)云, 樊養(yǎng)余, 胡水仙, 齊敏 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)