CN110749192B - 中频炉温度控制方法及中频炉温度控制装置 - Google Patents

中频炉温度控制方法及中频炉温度控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施方式提供一种中频炉温度控制方法，所述控制方法包括：获取所述中频炉中的待加热材料的当前温度；计算所述当前温度与目标温度的差值；基于所述当前温度和差值，在所述中频炉历史数据库中匹配，得到第一输入电功率；所述中频炉历史数据库包括所述中频炉加热过程的历史数据；对所述第一输入电功率进行调整，得到第二输入电功率；根据所述第二输入电功率控制所述中频炉的电源功率；重复以上步骤，直至加热完成。同时本发明还提供了对应的中频炉温度控制装置和存储介质。本发明的实施方式提升了中频炉加热的智能化水平。

Description

中频炉温度控制方法及中频炉温度控制装置
技术领域
本发明涉及中频炉技术领域，具体地涉及一种中频炉温度控制方法及一种中频炉温度控制装置。
背景技术
中频炉实际上是一种电力转换装置，其利用电磁感应原理使中频炉内的金属棒料切割磁感线产生涡流，而在涡流效应的作用下使金属棒料自身温度升高。这一种加热方式无污染、热效率高、快捷方便，在轴承锻造、金属冶炼等工业中得到广泛应用。中频炉控温的驱动板是可控硅电源驱动控板，由移相、逆变、脉冲电路及可调电位器组成。现有的中频炉控制系统具有可靠性低、反应速度慢、抗干扰能力弱等特点，且存在电源频繁启动中的失败风险。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种中频炉温度控制方法及装置，以至少解决目前中频炉温度控制中的智能化程度低的问题。
为了实现上述目的，在本发明第一方面，提供了一种中频炉温度控制方法，所述控制方法包括：
S1，获取所述中频炉中的待加热材料的当前温度；
S2，计算所述当前温度与目标温度的差值；
S3，基于所述当前温度和差值，在所述中频炉历史数据库中匹配，得到第一输入电功率；
S4，对所述第一输入电功率进行调整，得到第二输入电功率；
S5，根据所述第二输入电功率控制所述中频炉的电源功率；
S6，重复S1至S5，直至加热完成。
可选的，所述方法还包括：步骤S7，在加热完成后，将本次中频炉的加热过程进行效率评价后加入所述中频炉历史数据库。
可选的，所述效率评价包括：对本次加热过程中的加热效率和加热效果进行计算，并赋予匹配权重。
可选的，所述在所述中频炉历史数据库中进行匹配，包括：仅在所述历史数据中匹配权重的排名在前N位的中频炉加热过程中进行匹配。
可选的，所述步骤S4包括：
获取当前时刻的前一预设时间段的第三输入电功率和实际上升温度；
计算所述第三输入电功率所对应的理论上升温度；
计算所述理论上升温度与实际上升温度的比值；
基于所述比值，对所述第一输入电功率进行调整，得到所述第二输入电功率。
可选的，在所述中频炉历史数据库中匹配的数据还包括：待加热材料的材质、重量和异形系数。
可选的，所述方法还包括：若所述第一输入电功率为模糊量，则对所述模糊量反模糊化后进行调整，得到所述第二输入电功率。
可选的，所述调整包括：增加附加功率常量进行调整。
在本发明的第二方面，还提供了一种中频炉温度控制装置，所述装置包括数据处理模块；所述数据处理模块包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序指令；
所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现前述的中频炉温度控制方法。
在本发明的第三方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的中频炉温度控制方法。
本发明上述技术方案通过提供一种将中频炉加热与历史大数据相结合，通过历史数据得到最优的加热策略，从而保证加热过程的自动化和智能化，具有提高加热质量、降低能耗的优点。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的中频炉温度控制方法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
图1是本发明一种实施方式提供的中频炉温度控制方法的示意图，如图1所示。一种中频炉温度控制方法，所述控制方法包括：
S1，获取所述中频炉中的待加热材料的当前温度；
S2，计算所述当前温度与目标温度的差值；
S3，基于所述当前温度和差值，在所述中频炉历史数据库中匹配，得到第一输入电功率；
S4，对所述第一输入电功率进行调整，得到第二输入电功率；
S5，根据所述第二输入电功率控制所述中频炉的电源功率；
S6，重复S1至S5，直至加热完成。
如此，本发明的实施方式主要是通过在加热过程中引入该中频炉的历史数据为参照，通过历史数据中的实际加热结果，产生更为准确的控制电功率。以此来避免现有的温度采集-反馈-控制中的机械性。通过历史数据得到最优的加热策略，从而保证加热过程的自动化和智能化，具有提高加热质量、降低能耗的优点。
具体的，该中频炉自动温度控制方法通过获取当前温度和待升温温差，并不通过直接判定，而是通过在历史数据库中匹配输入电功率，以使该输入电功率更贴合实际的温控状况。而且还通过对该匹配到的电功率进行调整，以使该电功率更适应升温的实际情况，因此本实施方式中的温度控制方式的智能化更好。其中，所述中频炉历史数据库包括所述中频炉的历史加热过程数据，此处的历史加热过程数据包括：加热过程中某一时刻对应的当前温度，与目标温度对应的差值，以及输入功率，因为采集时间具有连续性，所以一系列的某一时刻能够构成加热记录的曲线。例如，当前的材料温度为800度，目标温度为1110度，那么差值为310度，在数据库中匹配在800度的情况下，再加热310度需要输入多大的功率。因为由于数据库的有限性，不可能刚好能匹配到合适的数值，而能够匹配到最为接近的数值。比如匹配到在820度时，再加热300度需要的输入功率值。因此还需要对该输入功率值进行进一步的调整后进行输入，此处的调整可以是根据匹配的数据误差进行的调整，也可以是根据中频炉的单次工况进行的调整。总之进行调整后输入至中频炉电源功率的电位器，使中频炉以该功率进行加热，以实现智能化控温的目的。
在本发明提供的实施方式中，所述方法还包括：步骤S7，将本次中频炉的加热过程进行效率评价后加入所述中频炉历史数据库。为了使历史数据库保留有每次的加热过程数据，需要对每次的加热过程数据存入所述中频炉历史数据库。但是对该数据的质量需要进行评定，若本次加热数据为一个较佳数据样本，则需要进行标识，以让下次的加热过程从本数据样本中获取加热参照。反之若本次的加热过程的效率不佳，则可以避免在下次加热过程中重复本次的加热参数选取。本实施方式以保证决策树的历史数据的准确性，从而提升匹配结果的准确性。
在本发明提供的实施方式中，所述效率评价包括：对本次加热过程中的加热效率和加热效果进行计算，并赋予匹配权重。上一步中提及的效率评价，主要包括加热效率和加热效果。加热效率是指达到目标温度消耗的最低的能耗；加热效果是指达到棒料的最佳特性所采用加热策略。达到其中的加热效率的计算可以采用以下方式计算：待加热材料的质量*(最高温度-初始温度)/总电功耗；加热效果采用以下方式计算：成品合格率*影响系数(根据经验选定)*加热时长因子。根据以上两项的得分得到对本次加热过程的评价，得到一个匹配权重，该匹配权重决定了该样本在历史数据库中的匹配优先度。该匹配权重可以是一个归一化数值，也可以是计算后的结果值，主要用于排序使用，用于评价本次是一个较佳的样本还是一个较差的样本。当一个样本的匹配权重过低时，是不容易被匹配到的。因此，通过对历史样本的评价，提升了数据质量，也使匹配结果更加准确。
在本发明提供的一种实施方式中，所述在所述中频炉历史数据库中匹配，包括：仅在所述历史数据中匹配权重的排名在前N的中频炉加热过程中进行匹配。由于数据库匹配的数据量太大，而且很多数据都是低效数据，因此，本发明的实施方式仅在较优的数据集中进行匹配。比如N选择为50，即仅在前50个样本数据中进行匹配。本实施方式能够提升匹配速度和匹配效果。
在本发明提供的一种实施方式中，所述步骤S4包括：获取当前时刻前一预设时间段的第三输入电功率和实际上升温度；计算所述第三输入电功率所对应的理论上升温度；计算所述理论上升温度和实际上升温度的比值；基于所述比值，对所述第一输入电功率进行调整，得到所述第二输入电功率。本实施方式主要使提供了输入电功率的调整方法。在中频炉的加热中，输入一定的电功率后，最终的升温不一定能够达到预期，其中的原因主要是由于温度传导损失，热量泄漏损失、电能辐射损失等因素，但是也不可能事先的实验进行测定，因为加热过程中的每次工况均有所不同，因此本实施方式采用采用当前时刻之前的最新的加热数据进行参考，以此避免采用其他数据带来的误差。例如，输入500KW的功率，预计能够升高5度，但是实际的升温只有4度，那么可以认为没有达到预计升温的原因在于对工况的估计误差。因此本次为了升温5度，我们需要输入更高的功率。为了简化计算，我们认为该输入的能量与升温的幅度为线性的，虽然实际并不如此。此时我们输入625KW的功率，以期望能够上升5度，并在下一个控制周期内再进行调整。以此实施方式实现精确控温的目的。
在本发明提供的一种实施方式中，在所述中频炉历史数据库中匹配的数据还包括：待加热材料的材质、重量和异形系数。此处的异形系数是指待加热材料的形状上的不规则度，由于形状不规则会导致的加热效率的降低。当存在多种匹配因素的时候，可以采用决策树模型进行计算。决策树算法是一种逼近离散函数值的方法。它是一种典型的分类方法，首先对数据进行处理，利用归纳算法生成可读的规则和决策树，然后使用决策对新数据进行分析；而C4.5算法是用于生成决策树的一种经典算法，是ID3算法的一种延伸和优化。本实施方式采用中频炉历史数据库中所包含的中频炉加热过程的历史数据作为训练集，分类器采用加热的影响因素进行分类，最终得到最佳的决策效果。本发明的实施方式提升了多种加热影响因素下的智能化。
在本发明提供的一种实施方式中，所述方法还包括：若所述第一输入电功率为模糊量，则对所述模糊量反模糊化后进行调整，得到所述第二输入电功率。考虑到目前的大量的温度控制中采用模糊控制方法，在这些模糊控制方法中，逻辑产生的输出量为模糊量，需要一个反模糊化的过程。常用的反模块化方法有：最大隶属度法、加权平均法(重心法)和中位数法等，在获取到的控制量也需要进行调整后，才得到一个最后的输入电功率。如前文所述，输入理论的电功率后不一定能够得到预期的加热升温，其中的原因主要是由于温度传导损失，热量泄漏损失、电能辐射损失等，因此在模糊控制的最后阶段，也需要对控制量进行调整。本发明的实施方式使本发明能够作用于模糊控制领域，扩展了实用场景。
在本发明提供的一种实施方式中，所述调整包括：增加附加功率常量进行调整。此处采用和前述不一样的调整方式，主要是因为模糊控制中的控制过程已经考虑了历史条件下的功率损失。因为此处只需要补偿一定的损失量即可。例如：当反模糊化后得到的值为500KW，附加功率常量为50KW，因此得到的调整后的输入电功率为550KW，以此来补偿损失量，达到控温的准确性。
在本发明提供的一种实施方式中，还提供一种中频炉温度控制装置，所述装置包括数据处理模块；所述数据处理模块包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序指令；
所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现前述的中频炉温度控制方法。此处的数据处理模块具有数值计算和逻辑运算的功能，其至少具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统等。此处数据处理模块可以例如为单片机、芯片或处理器等常用硬件，更常用的情况下，就是智能终端或者PC的处理器。在此处，该装置可以是PLC，其具体形式为依赖于现有PLC的硬件运行环境中的一段软件代码。
在本发明提供的一种实施方式中一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的中频炉温度控制方法。
通过本发明上述技术方案，通过提供一种智能的中频炉加热控制方法，从而保证加热材料的温度在合理范围内，具有减少废料，提高质量，降低能耗的优点，本发明的实施方式提升了中频炉加热的智能化水平。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (9)

1.一种中频炉温度控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
S1，获取所述中频炉中的待加热材料的当前温度；
S2，计算所述当前温度与目标温度的差值；
S3，基于所述当前温度和所述差值，在所述中频炉历史数据库中进行匹配，得到第一输入电功率；
S4，对所述第一输入电功率进行调整，得到第二输入电功率；
S5，根据所述第二输入电功率控制所述中频炉的电源功率；
S6，重复S1至S5，直至加热完成；
其中，所述步骤S4包括：
获取当前时刻的前一预设时间段的第三输入电功率和实际上升温度；
计算所述第三输入电功率所对应的理论上升温度；
计算所述理论上升温度与实际上升温度的比值；
基于所述比值，对所述第一输入电功率进行调整，得到所述第二输入电功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤S7，在加热完成后，对本次中频炉的加热过程进行效率评价，并将所述加热过程和所述评价结果加入所述中频炉历史数据库。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述效率评价包括：对本次加热过程中的加热效率和加热效果进行计算，并赋予匹配权重；
其中，加热效率＝待加热材料的质量*(最高温度-初始温度)/总电功耗；
加热效果＝成品合格率*影响系数*加热时长因子。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述中频炉历史数据库中进行匹配，包括：仅在所述历史数据中匹配权重的排名在前N位的中频炉加热过程中进行匹配。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述中频炉历史数据库中进行匹配的数据还包括：待加热材料的材质、重量和异形系数中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述第一输入电功率为模糊量，则对所述模糊量反模糊化后进行调整，得到所述第二输入电功率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调整包括：增加附加功率常量进行调整。
8.一种中频炉温度控制装置，其特征在于，所述装置包括数据处理模块；所述数据处理模块包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序指令；
所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现权利要求1至7中任一项权利要求所述的中频炉温度控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1至7中任一项权利要求所述的中频炉温度控制方法。
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