一种真空感应熔炼过程检测及控制系统的制作方法

本发明涉及程序控制系统领域，具体涉及一种真空感应熔炼过程检测及控制系统。

背景技术：

1、精密铸造是相对于传统的铸造工艺而言的一种铸造方法，它能获得相对准确的形状和较高的铸造精度，现有技术中精密铸件，均是通过程序控制真空炉中的温度和真空度的调节，但是炉体具有一定的体积，而温度传感器或者真空度传感器测量的仅仅为一点的温度和真空度，这样导致无法对炉体内部的真实环境进行预知，无法对炉体内部的异常数据进行快速判断，同时在使用过程中，炉体实际参数可能会与炉体设置参数设置存在偏差，这样引起控制过程中产生数据的不统一，从而导致参数控制不准，影响真空感应熔炼的工件的生产质量；

2、例如在授权公告号为cn211823798u的中国专利中涉及一种高温合金真空熔炼温度控制系统，包括高度盘、高度杆、高度台、玻璃罩、模壳坩埚、感应电圈和密封盖；所述的高度杆插在高度盘的孔上；所述的高度杆上方装有高度台；所述的模壳坩埚放在高度台正中间；其通过专用高度盘，准确改变真空炉感应圈内合金的高度位置，来准确控制不同种类的合金的钢水温度；

3、又如在授权公开号为cn103231017b的中国专利中一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造装置，包括真空熔炼室、铸型室、闸板阀、感应熔炼装置、主/ 辅真空系统、控制系统、振动机构、模壳传动系统和充放气系统，其中：真空熔炼室与铸型室之间设置闸板阀；真空熔炼室与主真空系统、铸型室与辅真空系统均通过各自的管路和阀门相连，并均设置有真空仪表及充放气系统；感应熔炼装置用于熔化合金；模壳传动系统和振动机构均设置于真空熔炼室和铸型室的底部。本发明通过振动方式实现铸件浇注和凝固，有效提升材料利用效率，解决复杂薄壁铸件浇注中的充填补缩不足的问题，特别是对壁厚小于 3mm 的薄壁铸件的充填补缩能力有很大提升；

4、上述专利中均存在：炉体具有一定的体积，而温度传感器或者真空度传感器测量的仅仅为一点的温度和真空度，这样导致无法对炉体内部的真实环境进行预知，这样无法对炉体内部的异常数据进行快速判断，同时在使用过程中，炉体实际参数可能会与炉体设置参数设置存在偏差，这样引起控制过程中产生数据的不统一，从而导致参数控制不准，影响真空感应熔炼的工件的生产质量技术问题，本发明是为了解决这一问题，提出一种真空感应熔炼过程检测及控制系统。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种真空感应熔炼过程检测及控制系统，能够有效解决背景技术中的问题：炉体具有一定的体积，而温度传感器或者真空度传感器测量的仅仅为一点的温度和真空度，这样导致无法对炉体内部的真实环境进行预知，无法对炉体内部的异常数据进行快速判断，同时在使用过程中，炉体实际参数可能会与炉体设置参数设置存在偏差，这样引起控制过程中产生数据的不统一，从而导致参数控制不准，影响真空感应熔炼的工件的生产质量的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种真空感应熔炼过程检测及控制系统，包括熔炼数据监测模块、炉体参数采集模块、熔炼数据计算模块、炉体参数核对模块、熔炼数据计算模块、熔炼数据评估模块、炉体参数评估模块、评估数据融合模块、评估数据校核模块、风险评估模块和炉体控制模块；

4、所述熔炼数据监测模块，用于对熔炼过程中，熔炼炉内部的熔炼物数据进行采集监测；

5、所述炉体参数采集模块，用于对熔炼过程中，熔炼炉的设定和实际参数进行采集监测；

6、所述熔炼数据计算模块，用于对熔炼过程中，采集的熔炼物数据进行实时对比计算，找出熔炼物异常数据；

7、所述炉体参数核对模块，用于对熔炼过程中，采集的熔炼炉的设定和实际参数进行核对计算；

8、所述熔炼数据评估模块，用于对熔炼过程中，采集的熔炼物数据代入熔炼物评估策略中进行熔炼物熔炼过程评估，得出熔炼物评估数据；

9、所述炉体参数评估模块，用于对熔炼过程中，采集的炉体参数代入炉体评估策略中进行炉体熔炼过程评估，得出炉体评估数据；

10、所述评估数据融合模块，用于对熔炼数据评估模块得到的熔炼物评估数据和炉体参数评估模块得到的炉体评估数据，进行评估数据的融合，找出其中的异常值；

11、所述评估数据校核模块，用于对评估数据得出的异常值进行数据校核；

12、所述风险评估模块，用于对异常值代入风险参数评估策略中，计算异常数据产生的风险值；

13、所述炉体控制模块，用于对异常值进行提取代入炉体控制策略中，对炉体调节参数进行计算进而对异常值进行控制。

14、本发明进一步的改进在于，所述熔炼数据监测模块包括熔炼温度监测单元、熔炼真空度监测单元、熔炼时间监测单元和熔炼物监测单元；

15、所述熔炼温度监测单元用于对熔炼炉中的各个位置的熔炼温度数据进行监测，得出熔炼温度序列；

16、所述熔炼真空度监测单元用于对熔炼炉中的各个位置的真空度数据进行监测，得出真空度序列；

17、所述熔炼时间监测单元用于对熔炼物的熔炼时间进行实时监测；

18、所述熔炼物监测单元用于对熔炼物中的浮渣面积进行实时监测。

19、本发明进一步的改进在于，所述熔炼数据计算模块中包括熔炼数据对比单元和异常数据识别单元，所述熔炼数据对比单元用于对熔炼数据监测模块监测的数据和设定的对应数据阈值进行对比，所述异常数据识别单元用于对熔炼数据对比单元对比得到的不在数据阈值范围内的数据进行识别提取。

20、本发明进一步的改进在于，所述炉体参数采集模块包括炉体实时参数采集单元和炉体设置参数采集单元，所述炉体实时参数采集单元用于对炉体的实时参数值进行采集，所述炉体设置参数采集单元用于对炉体的设置参数值进行采集。

21、本发明进一步的改进在于，所述评估数据融合模块包括评估数据分类单元和评估数据计算单元，所述评估数据分类单元用于对评估过程中得到的异常数据按照其种类进行分类，所述评估数据计算单元用于对评估异常数据进行计算，得出评估异常数据中的风险参数。

22、本发明进一步的改进在于，所述评估数据校核模块包括参数补偿计算单元和风险参数提取单元，所述评估数据计算单元的输出端与风险参数提取单元连接，所述参数补偿计算单元的输出端与炉体控制模块连接，所述风险参数提取单元与风险评估模块连接，所述参数补偿计算单元用于对异常数据的补偿参数进行计算，所述风险参数提取单元用于对异常数据中的风险参数进行提取。

23、本发明进一步的改进在于，所述控制系统包括加工控制策略方法，所述加工控制策略方法包括以下具体步骤：

24、s1：设定炉体内参数的合格值，熔炼数据监测模块对炉体内部数据和熔炼物熔炼数据进行采集监测，采集的数据包括熔炼温度，其中将炉体内部的熔炼物均匀分为n层，j为采集点在炉体内部对应的层数，真空度，熔炼时间t和熔炼物中浮渣面积，同时炉体参数采集模块对炉体设置参数和控制数据进行实时监测，其中炉体设置参数包括炉体半径，设置温度值和设置真空值，控制数据包括通过加热器的实时加热功率值，计算炉体内部的温度平均值，炉体内部的平均真空度，炉体内部的浮渣面积占炉体内面积的比例；

25、s2：熔炼数据计算模块对炉体内部数据、熔炼物熔炼数据与设定合格值进行对比，并对采集过程中的异常数据进行识别提取，异常数据的判别方法为：将计算得到的温度平均值数据、平均真空度和浮渣面积占炉体内面积的比例与设定的合格值进行对比，获取不处于合格值的数据类型，将不处于合格值的数据类型的数据判别为异常数据，对异常数据进行评估，判断异常数据的种类，查找与异常数据种类相关的炉体参数种类；

26、s3：对与异常数据种类相关的炉体参数种类进行数据提取，与炉体设置参数采集单元采集的设置参数进行核对对比，对炉体参数进行评估计算，进而对炉体参数中的风险参数进行提取，同时对风险参数数据进行校核；

27、s4：对校核后的风险参数进行计算分类，对参数补充量进行计算，将计算后的参数值与对应参数安全范围进行比较，以对参数安全补充量进行提取，炉体控制模块通过参数安全补充量对对应参数进行补充，风险参数提取单元对计算后参数值不在对应参数安全范围内的参数进行提取，风险评估模块对风险参数进行评估计算风险值并报警。

28、本发明进一步的改进在于，所述熔炼物评估策略包括以下具体内容：将计算得到的温度平均值、平均真空度和炉体内部的浮渣面积占炉体内面积的比例与设定的温度、真空度阈值和浮渣面积阈值进行对比，找出得到的温度平均值、平均真空度和炉体内部的浮渣面积占炉体内面积的比例不在阈值范围内的数据参数进行提取，并设定为异常数据，并得出温度平均值、平均真空度和炉体内部的浮渣面积占炉体内面积的比例，与设定的温度、真空度阈值和浮渣面积阈值的差值，将异常数据导入事先建立的bp神经网络在熔炼炉体数据中查找与异常数据相关的炉体参数，并将异常数据导入熔炼物评估公式中，进行熔炼物评估，计算熔炼物评估值，所述熔炼物评估值计算公式为：，其中为温度平均值，为平均真空度，为炉体内部的浮渣面积占炉体内面积的比例，为温度占比系数，为真空度占比系数，为熔渣面积占比系数，对应该时间安全温度范围的极大值和极小值，对应该时间安全真空度范围的极大值和极小值，对应该时间浮渣面积占炉体内面积的比例的极大值和极小值，为中最靠近炉体内部的温度平均值的值，为中最靠近平均真空度的值，为中最靠近浮渣面积占炉体内面积的比例的值，其中，计算后的值与之前设定的熔炼物评估值安全范围阈值对比，以得出评估值是否处于安全范围，若计算得到的处于安全范围内，则说明不需要数据安全，只需进行监视，不需要进行s2-s4操作，若计算得到的不处于安全范围内，则说明需要数据安全，需要进行s2-s4操作。

29、本发明进一步的改进在于，所述炉体评估策略包括以下具体内容：将与异常数据相关的炉体参数提取，与采集的设置参数进行核对对比，对炉体参数进行评估计算，进而对炉体参数中的风险参数进行提取，风险参数的设定范围为炉体参数与采集设置参数相差百分之五的参数，同时在2s后，再次对风险参数进行采集，取其平均值与设置参数对比，以对风险参数数据进行校核，查找风险参数中的异常值的种类，控制器对参数进行重新设置。

30、本发明进一步的改进在于，所述炉体控制策略包括以下具体内容：对的进行计算，按降序排列，炉体控制模块按照降序对参数进行控制，通过控制抽气设备，规定时间内对炉体内部进行抽真空，以保证炉体内部的真空度，若计算得到在时间抽气设备抽出的气体后，计算得到的真空度无法到达安全真空度，则将真空度参数设为风险参数，通过控制加热模块的加热功率，对炉体内部的温度进行控制，在规定时间内将炉体内温度调节至安全温度范围内，计算加热模块的需要最小加热功率，，得出，其中为加热模块的需要最小加热功率，为合金的比热容，为合金的质量，为导热系数，若加热模块的最大加热功率低于，则将温度参数设为风险参数，计算浮渣面积在时间内的变化量，若其不变，则将浮渣面积设为风险参数，所述风险参数提取单元对风险参数进行提取，风险评估模块对风险值进行计算，所述风险值的计算方式为，将风险参数的个数进行提取，并对时间后的风险参数的参数值进行提取，计算其至安全范围的最小值的距离值与安全范围值的距离值的比例，风险值的计算过程为，将计算得到的各个参数的计算比例代入风险值计算公式，其中为第i项参数的计算比例，n为项数，将计算得到的c和参数项数进行提取，进行报警。

31、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

32、本发明提出了通过阵列设置的数据采集器对熔炼温度，真空度，熔炼时间和熔炼物中浮渣面积进行采集，以准确计算炉体内部的温度平均值，炉体内部的平均真空度，炉体内部的浮渣面积占炉体内面积的比例，同时将计算得到的温度平均值数据、平均真空度和浮渣面积占炉体内面积的比例与设定的合格值进行对比，获取不处于合格值的数据类型，将不处于合格值的数据类型的数据判别为异常数据，对异常数据进行评估，判断异常数据的种类，查找与异常数据种类相关的炉体参数种类，对与异常数据种类相关的炉体参数种类进行数据提取，与炉体设置参数采集单元采集的设置参数进行核对对比，对炉体参数进行评估计算，进而对炉体参数中的风险参数进行提取，同时对风险参数数据进行校核，对校核后的风险参数进行计算分类，对参数补充量进行计算，将计算后的参数值与对应参数安全范围进行比较，以对参数安全补充量进行提取，炉体控制模块通过参数安全补充量对对应参数进行补充，风险参数提取单元对计算后参数值不在对应参数安全范围内的参数进行提取，风险评估模块对风险参数进行评估计算风险值并报警，有效提高了加工过程中的控制精度，并对无法保证炉体安全生产的情况进行快速报警，有效提高真空感应熔炼的工件的生产质量。