一种高温合金熔炼波形采集装置的制作方法

本发明一般地涉及电变量调节控制。更具体地，本发明涉及一种高温合金熔炼波形采集装置。

背景技术：

1、目前，工艺流程中均是通过将导线连接到正负电极两侧，通过测量电压和电压变化的方法来实现对工艺过程的管控。以金属合金熔炼过程为例，其工艺流程中是通过对电弧电压的控制来控制弧距的长短，从而达到对熔炼合金元素成分的控制。在熔炼过程中，电弧长度越短，其对应的电弧越集中且越密集，正负电极载体两端的温度越高，金属晶体颗粒越小，呈现水滴状，对于杂质和气体的去除效果越好，合金成分和产品质量越好。但是，随着电弧长度的缩短，熔炼短路次数也增多。利用现有的电压测量方式和控制方法，将会根据熔炼短路次数频繁调整电压，导致熔炼过程无法实现稳定的弧长和熔速。

2、目前国内生产工艺条件下还是以电压检测为主，通过实测电压情况来控制整个工艺过程。因为电压检测简单，但是电压控制最大的缺陷就是灵敏度不够高，无法真实反映整个高温合金冶炼过程的真实熔池和弧距情况，会导致工艺产品质量较差，无法使用。而目前使用波形检测相对较少，目前国内市场没有类似或者能投入正常使用的设备和装置，即使有也存在采集出来的数据所生产的波形准确性差，无法对熔炼过程中产生的噪声和不正常波形进行自动过滤和分析，从而导致熔炼速率在熔炼控制过程中稳定性较差，难以控制熔炼过程达到一个稳定恒定弧长和熔速，对产品质量造成重大影响，比如某种金属要求单位时间内控制短路波形为460次，因为控制器的原因采集偏差太大、单位时间内数据不稳定，随着时间变化采集的数据时多时少，很难用于控制熔炼，难以得到合格的合金材料。

3、另外，现有的控制算法、机器学习能力上也相对欠缺。短路波形形状和大小的不确定性：短路波形的形状和大小在实际过程中可能会有一定的变化，这增加了控制的难度。算法需要能够准确地检测和估计短路波形的形状和大小，并基于这些信息进行控制。

4、基于此，如何解决目前高温合金冶炼时弧长和熔速不易控制且稳定性差的问题，是提升各类工艺流程中生产质量的关键。

技术实现思路

1、为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过将电极之间的弧压波形中的短路波形准确滤除，从而减小了信号对控制过程的干扰程度，同时通过弧压的动态变化对熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化进行判定，实现准确的弧距检测，有效提升控制过程中的准确性和可靠性。

2、为此，本发明提供了一种高温合金熔炼波形采集装置，包括：弧压采样电路，其与电极的正极和负极连接，用于实时获取电极正极和负极之间的电压波形；弧压检测电路，其与弧压采样电路连接，用于实时跟踪弧压的动态变化，所述弧压检测电路包括钳位保护电路、串联分压电路和信号调整电路，通过信号调整电路将信号整理成标准信号，作为微处理器的采样输入信号；微处理器，其与所述弧压检测电路连接，包括主机和从机，所述从机通过内部的模数转换器以及比较器，根据弧压阈值电压对弧压的动态变化进行阈值判定，以计算出熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化；所述主机与所述从机连接，用于输出不同占空比的脉冲信号，并采用低通滤波器产生不同的弧压阈值电压，作为从机中比较器的输入，所述主机还用于将采集的熔滴数目及宽度的变化传输给plc，为后级电极杆的控制提供参考数据。

3、在一个实施例中，所述钳位保护电路包括共模电感、压敏电阻和瞬态抑制管，所述共模电感的第一端与弧压采样电路连接，并且所述共模电感的第一端连接有压敏电阻，所述共模电感的另一端连接有第一电容，所述共模电感的另一端还与瞬态抑制管连接。

4、在一个实施例中，所述串联分压电路与共模电感的另一端和瞬态抑制管连接，所述瞬态抑制管的一端连接所述串联分压电路的分压点，所述瞬态抑制管的另一端接地，所述弧压检测电路还包括第二电容，所述第二电容并联在瞬态抑制管的两端，所述串联分压电路包括串联连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和第四电阻之间的连接点为分压点。

5、在一个实施例中，所述信号调整电路包括第一滤波放大电路和第二滤波放大电路，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输入端均与所述分压点连接，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输出端均与从机连接。

6、在一个实施例中，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路均包括运算放大器和滤波电路，所述运算放大器的正向输入端与所述分压点连接，所述运算放大器的输出端通过反馈电阻与所述运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的输出端还与滤波电路连接。

7、在一个实施例中，所述滤波电路包括输出电阻、滤波电容、第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管串联，并且所述第一二极管的负极与电源连接，所述第二二极管的正极接地，所述输出电阻和滤波电容串联，并且输出电阻和滤波电容的连接点与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接，所述运算放大器的输出端与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接。

8、在一个实施例中，还包括偏置电压调节电路，偏置电压调节电路包括偏置调节电路和电压跟踪电路，偏置调节电路用于产生偏置调节电压，电压跟踪电路包括两级放大电路，偏置调节电路输出的偏置调节电压输送至第一级放大器的正向输入端，第一级放大器的输出电压跟随信号至第二级放大器，第二级放大器对第一级放大器输出的电压跟随信号进行放大，并输出跟踪电压；跟踪电压经反馈调节电阻输送至第一级放大器的反向输入端，第一级放大器对偏置调节电压和跟踪电压进行跟随放大，以输出电压跟随信号给第二级放大器，第二级放大器的输出端与运算放大器的反向输入端和/或运算放大器的正向输入端连接，从而实现电压偏置调节。

9、在一个实施例中，还包括二阶低通滤波电路，所述二阶低通滤波电路与所述主机的pwm信号输出端连接，以根据pwm信号产生弧压阈值电压，用于弧压变化的阈值判断，通过改变pwm驱动信号的占空比，实现阈值的线性变化。

10、在一个实施例中，所述从机用于根据弧压阈值电压判断采集的弧压的变化计算出熔滴信号的宽度，并根据不同的熔滴宽度，对熔滴数目的数据进行统计。

11、在一个实施例中，还包括工业以太网电路，所述工业以太网电路包括以太网接口芯片和网络变压器，所述以太网接口芯片与所述主机连接，所述以太网接口芯片还通过连接的指示灯判断网络的连接情况和工作状态。

12、本发明的有益效果在于：根据本发明的方案，能够在控制过程中准确地分辨真实信号和噪声，并进行相应的补偿和滤波处理，从而提升信号质量，有效促进弧距信息的准确获取，同时，通过主机产生弧压阈值电压，从机根据采集的弧压和相应的阈值确定熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化，并通过主机传输至plc，为后级电极杆的控制提供参考数据，有效提升了高温合金冶炼过程的稳定性，保证了熔炼过程达到一个稳定的弧长和熔速，提升了产品质量，也为提升控制过程的抗干扰能力提供可靠的保障。

技术特征：

1.一种高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述钳位保护电路包括共模电感、压敏电阻和瞬态抑制管，所述共模电感的第一端与弧压采样电路连接，并且所述共模电感的第一端连接有压敏电阻，所述共模电感的另一端连接有第一电容，所述共模电感的另一端还与瞬态抑制管连接。

3.根据权利要求2所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述串联分压电路与共模电感的另一端和瞬态抑制管连接，所述瞬态抑制管的一端连接所述串联分压电路的分压点，所述瞬态抑制管的另一端接地，所述弧压检测电路还包括第二电容，所述第二电容并联在瞬态抑制管的两端，所述串联分压电路包括串联连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和第四电阻之间的连接点为分压点。

4.根据权利要求3所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述信号调整电路包括第一滤波放大电路和第二滤波放大电路，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输入端均与所述分压点连接，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输出端均与从机连接。

5.根据权利要求4所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路均包括运算放大器和滤波电路，所述运算放大器的正向输入端与所述分压点连接，所述运算放大器的输出端通过反馈电阻与所述运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的输出端还与滤波电路连接。

6.根据权利要求5所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述滤波电路包括输出电阻、滤波电容、第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管串联，并且所述第一二极管的负极与电源连接，所述第二二极管的正极接地，所述输出电阻和滤波电容串联，并且输出电阻和滤波电容的连接点与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接，所述运算放大器的输出端与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接。

7.根据权利要求5所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，还包括偏置电压调节电路，偏置电压调节电路包括偏置调节电路和电压跟踪电路，偏置调节电路用于产生偏置调节电压，电压跟踪电路包括两级放大电路，偏置调节电路输出的偏置调节电压输送至第一级放大器的正向输入端，第一级放大器的输出电压跟随信号至第二级放大器，第二级放大器对第一级放大器输出的电压跟随信号进行放大，并输出跟踪电压；跟踪电压经反馈调节电阻输送至第一级放大器的反向输入端，第一级放大器对偏置调节电压和跟踪电压进行跟随放大，以输出电压跟随信号给第二级放大器，第二级放大器的输出端与运算放大器的反向输入端或运算放大器的正向输入端连接，从而实现电压偏置调节。

8.根据权利要求1所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，还包括二阶低通滤波电路，所述二阶低通滤波电路与所述主机的pwm信号输出端连接，以根据pwm信号产生弧压阈值电压，用于弧压变化的阈值判断，通过改变pwm驱动信号的占空比，实现阈值的线性变化。

9.根据权利要求8所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述从机用于根据弧压阈值电压判断采集的弧压的变化计算出熔滴信号的宽度，并根据不同的熔滴宽度，对熔滴数目的数据进行统计。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，还包括工业以太网电路，所述工业以太网电路包括以太网接口芯片和网络变压器，所述以太网接口芯片与所述主机连接，所述以太网接口芯片还通过连接的指示灯判断网络的连接情况和工作状态。

技术总结
本发明涉及电变量调节控制技术领域，更具体地，本发明涉及一种高温合金熔炼波形采集装置，包括弧压采样电路，弧压检测电路与弧压采样电路连接，用于实时跟踪弧压的动态变化，弧压检测电路通过信号调整电路将信号整理成标准信号，作为微处理器的采样输入信号；微处理器包括主机和从机，从机根据弧压阈值电压对弧压的动态变化进行阈值判定，以计算出熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化；主机与从机连接，用于输出不同占空比的脉冲信号，并采用低通滤波器产生不同的弧压阈值电压，作为从机中比较器的输入。根据本发明的方案，解决了目前高温合金冶炼时弧长和熔速不易控制且稳定性差的问题。

技术研发人员：赵辉,田江平,石佩燕,戴易成,王瑜杰
受保护的技术使用者：宝鸡宝钛装备科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19