CN108543938A - 一种高温浇铸铝合金液位测控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温浇铸铝合金液位测控装置及方法，该装置包括单片机控制单元、超声波液位计、铝合金熔液控制机构、铝合金液位控制槽四个部分；单片机控制单元的信号输入端接液位槽(17)上方的超声波液位计(18)采集铝合金熔液的液位信号，单片机控制单元的信号输出端接铝合金熔液控制机构，铝合金熔液控制机构控制铝合金液位控制槽的铝合金液位。本发明能有效提高高温浇铸铝合金液位检测精度，有效提高高温浇铸铝合金液位的控制精度，有效提高铝合金型材的均匀性。本发明代替原来的人工操作，实现了高温浇铸铝合金液位的自动控制。本发明推动了金属冶金行业的技术创新和技术进步，提升了金属冶金行业高温浇铸设备的自动化水平。

Description

一种高温浇铸铝合金液位测控装置及方法

技术领域

本发明是一种用于金属冶金行业高温浇铸合金液位测控的方法，属于液位测 控技术领域。

背景技术

传统的高温浇铸铝合金液位测控方法采用人工目测及手动调节方法，为了达 到浇铸铝合金型材的均匀性，需要控制铝合金液位槽的液位高度，以达到控制铝 合金液位槽向下流量的目的。当调节手动操作杆，铝合金液位槽的液位就发生变 化。当铝合金液位控制槽的高温浇铸铝合金液位高于设定高位时，需要扭紧(向 下)调节手动操作杆，经传动丝杆、传动杆，控制调高锥塞，达到减小流量的目 的；当铝合金液位控制槽的高温浇铸铝合金液位低于设定低位时，需要扭松(向 上)调节手动操作杆，经传动丝杆、传动杆，控制调低锥塞，达到加大流量的目 的。因铝合金槽的液位设定范围较小，要求工人频繁操作且责任心强。同时，高 温浇铸铝合金液体的温度高(通常600℃左右)，在夏季，操作工人在高温炉旁工作，非常辛苦。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种高温浇铸铝合金液位测控方法，高温浇 铸铝合金液位的快速精准测控，有利于提高铝合金浇铸型材的加工精度，有利于 提高铝合金浇铸型材的加工效率。

技术方案：本发明的一种高温浇铸铝合金液位测控装置包括单片机控制单 元、超声波液位计、铝合金熔液控制机构、铝合金液位控制槽四个部分；单片机 控制单元的信号输入端接液位槽上方的超声波液位计采集铝合金熔液的液位信 号，单片机控制单元的信号输出端接铝合金熔液控制机构，铝合金熔液控制机构 控制铝合金液位控制槽的铝合金液位。

其中，

所述的第一部分为单片机控制单元，包括单片机、触摸屏、RS485通信模块， 是整个液位测控装置的核心部分，单片机的信号输入端通过RS485通信模块接超 声波液位计，单片机的信号输出端接铝合金熔液控制机构的驱动器，单片机实现 液位测控信号数值滤波算法，实现对高温浇铸过渡槽的向下开度和流量控制；单 片机与触摸屏相连接，触摸屏作为人机界面，实现参数设置及实时数据、曲线的 显示、故障信号报警。

所述的第二部分的超声波液位计包括第一液位传感器、第二液位传感器、第 三液位传感器，通过RS485通信线、RS485通信模块与单片机相连接，实现对铝 合金液位控制槽液位的实时检测，并把液位数据通过RS485通信方式实时传输给 单片机。

所述的第三部分为铝合金熔液控制机构，包括驱动器、步进电动推杆、机械 传动、传动丝杆、支撑杆、传动杆、锥塞、过渡槽；单片机的输出端接驱动器， 通过驱动器与步进电动推杆相连接，步进电动推杆驱动机械传动部分，机械传动 部分通过传动丝杆与传动杆垂直连接，由传动杆控制锥塞向上或向下移动，从而 控制高温浇铸过渡槽向下的开度和流量。

所述的第四部分为铝合金液位控制槽，包括手动操作部分、传动丝杆、传动 杆、锥塞、液位槽；手动操作部分通过传动丝杆接传动杆，控制锥塞向上或向下 移动；从而控制高温浇铸液位槽向下的开度和流量，达到控制后续铝合金型材的 加工精度。

所述的第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器，测距范围 1500mm到2000mm，测量精度0.1mm；该3只液位传感器的布局的原则为：高度 上距液位面1500mm到2000mm之间，有效克服热气浪对传感器的影响；远离各槽 边距不小于四分之一的边长；在以X为圆心的圆弧上，该3只液位传感器之间基 本等弧长；以X为圆心的圆弧半径不小于四分之一的短边长，这种布局，配合数 值滤波算法，能有效克服铝合金液位的波动及干扰影响。

本发明的高温浇铸铝合金液位测控装置的液位检测方法是由第一液位传感 器、第二液位传感器、第三液位传感器在测量中由传感器发出脉冲超声波，脉冲 超声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号，并由声波的发射和 接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离，由微处理器通过铝合金液位的 数值滤波算法计算出高温浇铸铝合金液位。

所述的铝合金液位的数值滤波算法为：

1)对第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器3只传感器同时 采集铝合金液位数据，连续采集8遍，分别得到3只传感器各8个数据：a1、a2、…、 a8，b1、b2、…、b8，c1、c2、…、c8；

2)对3只传感器各8个数据，依据数值大小升序排序，Rank(a1、a2、…、 a8)、Rank(b1、b2、…、b8)、Rank(c1、c2、…、c8)；分别得到排序后数据： ra1、ra2、…、ra8，rb1、rb2、…、rb8，rc1、rc2、…、rc8；

3)3只传感器排序后数据各去掉最大2个数据，去掉最小2个数据，剩下： ra3、ra4、ra5、ra6，rb3、rb4、rb5、rb6、rc3、rc4、rc5、rc6，12个数据；

4)对步骤3)的12个数据，依据数值大小升序排序，Rank(ra3、ra4、ra5、 ra6，rb3、rb4、rb5、rb6、rc3、rc4、rc5、rc6)，得到排序后数据：rd1、rd2、…、 rd12，再进行滤波，去掉最大3个数据，去掉最小3个数据，只剩下：rd4、rd5、…、 rd9，共6个数据；

5)求rd4、rd5、…、rd9，6个数据的平均值y，y为高温 浇铸铝合金液位的有效信号。

有益效果：本发明能有效提高高温浇铸铝合金液位检测精度，有效提高高温 浇铸铝合金液位的控制精度，有效提高铝合金型材的均匀性。本发明代替原来的 人工操作，实现了高温浇铸铝合金液位的自动控制。本发明推动了金属冶金行业 的技术创新和技术进步，提升了金属冶金行业高温浇铸设备的自动化水平。

附图说明

图1是本发明装置组成的示意图。

图2是高温浇铸液位槽超声波传感器的布局示意图。

具体实施方式

本发明的高温浇铸铝合金液位测控装置有：

第一部分：单片机控制单元有单片机1、触摸屏2、RS485通信模块3组成， 是整个液位测控装置的核心部分。单片机1与触摸屏2相连接；单片机1与RS485 通信模块3相连接。单片机1实现液位测控信号数值滤波算法，实现对高温浇铸 过渡槽(11)的向下开度和流量控制；触摸屏2作为人机界面，实现参数设置及 实时数据、曲线的显示、故障信号报警等。

第二部分：超声波液位计18共有3只(A、B、C)，通过RS485通信模块3、 RS485通信线19与单片机1相连接。实现对铝合金液位控制槽液位的实时检测， 并把液位数据通过RS485通信方式实时传输给单片机1。

第三部分：铝合金熔液控制机构有：驱动器4、步进电动推杆5、机械传动 6、传动丝杆7、支撑杆8、传动杆9、锥塞10、过渡槽11等组成。单片机1与 驱动器4相连接。驱动器4与步进电动推杆5相连接，步进电动推杆5与机械传 动6相连接，机械传动6与传动丝杆7相连接，传动丝杆7与传动杆9垂直连接， 传动杆9与锥塞10相连接。单片机1经驱动器4、步进电动推杆5、机械传动6、 传动丝杆7、传动杆9，控制锥塞10向上(或向下)。从而控制高温浇铸过渡槽 11向下的开度和流量。

第四部分：铝合金液位控制槽有：手动操作12、传动丝杆13、传动杆15、 锥塞16、液位槽17等组成。手动操作12经传动丝杆13、传动杆15控制锥塞 16向上(或向下)。从而控制高温浇铸液位槽17向下的开度和流量，达到控制 后续铝合金型材的加工精度。

高温浇铸铝合金液位检测方法

1.高温浇铸铝合金液位信号检测

超声波液位计是由微处理器控制的数字液位仪表。在测量中脉冲超声波由传 感器发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波 的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。由于采用非接触的测 量，被测介质几乎不受限制，可广泛用于各种液体高度的测量。

2.高温浇铸槽液位检测传感器的布局

本发明采用3只超声波液位传感器，测距范围1500mm到2000mm，测量精度0.1mm。 3只传感器的布局的原则：(1)高度上距液位面1500mm到2000mm之间，有效克服热气浪 对传感器的影响；(2)A、B、C传感器，远离各槽边距不小于四分之一的边长；(3)在 以X为圆心的圆弧上，A、B、C之间基本等弧长；(4)以X为圆心的圆弧半径不小于四 分之一的短边长。这种布局，配合数值滤波算法，能有效克服铝合金液位的波动及干扰 影响。

3.铝合金液位的数值滤波算法

高温铝合金液通过高温浇铸过渡槽11圆孔下流时，因高温浇铸过渡槽11 与高温浇铸液位槽17落差大流速较高，会激起液面波动，下流速度越快，激起 液面波动越大，难以保证高温浇铸液位槽17的液位测量精度。本发明设计了铝 合金液位数值滤波算法：

(1)对3只传感器同时采集铝合金液位数据，连续采集8遍。分别得到A、 B、C传感器各8个数据：a1、a2、…、a8，b1、b2、…、b8，c1、c2、…、c8。

(2)对A、B、C传感器各8个数据，依据数值大小升序排序，Rank(a1、a2、…、 a8)、Rank(b1、b2、…、b8)、Rank(c1、c2、…、c8)；分别得到排序后数据： ra1、ra2、…、ra8，rb1、rb2、…、rb8，rc1、rc2、…、rc8。

(3)3只传感器排序后数据各去掉最大2个数据，去掉最小2个数据，剩 下：ra3、ra4、ra5、ra6，rb3、rb4、rb5、rb6、rc3、rc4、rc5、rc6，12个 数据。

(4)对12个数据，依据数值大小升序排序，Rank(ra3、ra4、ra5、ra6， rb3、rb4、rb5、rb6、rc3、rc4、rc5、rc6)，得到排序后数据：rd1、rd2、…、 rd12。再进行滤波，去掉最大3个数据，去掉最小3个数据，只剩下：rd4、rd5、…、 rd9，共6个数据。

(5)求rd4、rd5、…、rd9，6个数据的平均值，y为高温 浇铸铝合金液位的有效信号。

Claims (8)

1.一种高温浇铸铝合金液位测控装置，其特征在于，该装置包括单片机控制单元、超声波液位计、铝合金熔液控制机构、铝合金液位控制槽四个部分；单片机控制单元的信号输入端接液位槽(17)上方的超声波液位计(18)采集铝合金熔液的液位信号，单片机控制单元的信号输出端接铝合金熔液控制机构，铝合金熔液控制机构控制铝合金液位控制槽的铝合金液位。

2.根据权利要求1所述的高温浇铸铝合金液位测控装置，其特征在于，所述的第一部分为单片机控制单元，包括单片机(1)、触摸屏(2)、RS485通信模块(3)，是整个液位测控装置的核心部分，单片机(1)的信号输入端通过RS485通信模块(3)接超声波液位计，单片机(1)的信号输出端接铝合金熔液控制机构的驱动器，单片机(1)实现液位测控信号数值滤波算法，实现对高温浇铸过渡槽(11)的向下开度和流量控制；单片机(1)与触摸屏(2)相连接，触摸屏(2)作为人机界面，实现参数设置及实时数据、曲线的显示、故障信号报警。

3.根据权利要求1所述的高温浇铸铝合金液位测控装置，其特征在于，所述的第二部分的超声波液位计(18)包括第一液位传感器(A)、第二液位传感器(B)、第三液位传感器(C)，通过RS485通信线(19)、RS485通信模块(3)与单片机(1)相连接，实现对铝合金液位控制槽液位的实时检测，并把液位数据通过RS485通信方式实时传输给单片机(1)。

4.根据权利要求1所述的高温浇铸铝合金液位测控装置，其特征在于，所述的第三部分为铝合金熔液控制机构，包括驱动器(4)、步进电动推杆(5)、机械传动(6)、传动丝杆(7)、支撑杆(8)、传动杆(9)、锥塞(10)、过渡槽(11)；单片机(1)的输出端接驱动器(4)，通过驱动器(4)与步进电动推杆(5)相连接，步进电动推杆(5)直线驱动机械传动部分(6)，机械传动部分(6)通过传动丝杆(7)与传动杆(9)垂直连接，由传动杆(9)控制锥塞(10)向上或向下移动，从而控制高温浇铸过渡槽(11)向下的开度和流量。

5.根据权利要求1所述的高温浇铸铝合金液位测控装置，其特征在于，所述的第四部分为铝合金液位控制槽，包括手动操作部分(12)、传动丝杆(13)、传动杆(15)、锥塞(16)、液位槽(17)；手动操作部分(12)通过传动丝杆(13)接传动杆(15)，控制锥塞(16)向上或向下移动；从而控制高温浇铸液位槽(17)向下的开度和流量，达到控制后续铝合金型材的加工精度。

6.根据权利要求3所述的高温浇铸铝合金液位测控装置，其特征在于，所述的第一液位传感器(A)、第二液位传感器(B)、第三液位传感器(C)，测距范围1500mm到2000mm，测量精度0.1mm；该3只液位传感器的布局的原则为：高度上距液位面1500mm到2000mm之间，有效克服热气浪对传感器的影响；远离各槽边距不小于四分之一的边长；在以X为圆心的圆弧上，该3只液位传感器之间基本等弧长；以X为圆心的圆弧半径不小于四分之一的短边长，这种布局，配合数值滤波算法，能有效克服铝合金液位的波动及干扰影响。

7.一种如权利要求1、2、3、4、5或6所述的高温浇铸铝合金液位测控装置的液位检测方法，其特征在于，所述的高温浇铸铝合金液位检测方法是由第一液位传感器(A)、第二液位传感器(B)、第三液位传感器(C)在测量中由传感器发出脉冲超声波，脉冲超声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号，并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离，由微处理器通过铝合金液位的数值滤波算法计算出高温浇铸铝合金液位。

8.如权利要求7所述的高温浇铸铝合金液位测控装置的液位检测方法，其特征在于，所述的铝合金液位的数值滤波算法为：

1)对第一液位传感器(A)、第二液位传感器(B)、第三液位传感器(C)3只传感器同时采集铝合金液位数据，连续采集8遍，分别得到3只传感器各8个数据：a1、a2、…、a8，b1、b2、…、b8，c1、c2、…、c8；

2)对3只传感器各8个数据，依据数值大小升序排序，Rank(a1、a2、…、a8)、Rank(b1、b2、…、b8)、Rank(c1、c2、…、c8)；分别得到排序后数据：ra1、ra2、…、ra8，rb1、rb2、…、rb8，rc1、rc2、…、rc8；

3)3只传感器排序后数据各去掉最大2个数据，去掉最小2个数据，剩下：ra3、ra4、ra5、ra6，rb3、rb4、rb5、rb6、rc3、rc4、rc5、rc6，12个数据；

4)对步骤3)的12个数据，依据数值大小升序排序，Rank(ra3、ra4、ra5、ra6，rb3、rb4、rb5、rb6、rc3、rc4、rc5、rc6)，得到排序后数据：rd1、rd2、…、rd12，再进行滤波，去掉最大3个数据，去掉最小3个数据，只剩下：rd4、rd5、…、rd9，共6个数据；

5)求rd4、rd5、…、rd9，6个数据的平均值y，y为高温浇铸铝合金液位的有效信号。