本發明屬于金屬及(ji)(ji)合金鑄鍛件(jian)熱加工，具體涉及(ji)(ji)一(yi)種工業加熱爐爐況智能(neng)診斷(duan)方法(fa)及(ji)(ji)診斷(duan)裝置。

背景技術：

1、金屬及(ji)(ji)(ji)合金工件的(de)鍛(duan)造加(jia)熱及(ji)(ji)(ji)熱處理加(jia)熱過程(cheng)(cheng)是保證工件達到最終產品質(zhi)量要求(qiu)的(de)關(guan)鍵(jian)工序，加(jia)熱溫度(du)及(ji)(ji)(ji)加(jia)熱保溫時長(chang)直接(jie)影響產品的(de)最終性能(neng)。隨著人(ren)們(men)生(sheng)(sheng)活(huo)質(zhi)量的(de)提高和科學技術的(de)發(fa)展，人(ren)們(men)對于節能(neng)減排、降本增效的(de)要求(qiu)也日益增長(chang)。作(zuo)為生(sheng)(sheng)產過程(cheng)(cheng)中最基本的(de)成(cheng)本要素(su)，現(xian)場因鍛(duan)造及(ji)(ji)(ji)熱處理加(jia)熱所發(fa)生(sheng)(sheng)的(de)能(neng)源消耗，長(chang)期(qi)以來一直是工廠生(sheng)(sheng)產過程(cheng)(cheng)中關(guan)注的(de)重點。

2、以往工(gong)件(jian)加熱(re)整(zheng)體到(dao)溫時(shi)刻一(yi)(yi)直(zhi)根(gen)據生產工(gong)況(kuang)或工(gong)藝制訂(ding)經驗來(lai)粗略估計或人工(gong)判斷，大都(dou)通過給時(shi)間加上一(yi)(yi)個(ge)保守系數(shu)來(lai)預測爐內工(gong)件(jian)的整(zheng)體到(dao)溫時(shi)刻，但(dan)所加系數(shu)往往比較(jiao)保守，且(qie)寧長勿短(duan)，從而造成了一(yi)(yi)定程度上的能(neng)源浪費。

技術實現思路

1、本發明針對能(neng)源浪(lang)費的問題，設計了(le)一種能(neng)夠實時(shi)監測并預(yu)報工業加熱爐內(nei)(nei)工件整體到溫時(shi)刻的一種工業加熱爐爐況智(zhi)(zhi)能(neng)診(zhen)斷(duan)方法(fa)及(ji)(ji)診(zhen)斷(duan)裝(zhuang)置(zhi)。本發明結合(he)大數(shu)據分析處理與智(zhi)(zhi)能(neng)控制技(ji)術，實現(xian)鍛造加熱爐及(ji)(ji)熱處理爐內(nei)(nei)工件加熱整體到溫時(shi)刻的實時(shi)、無損與智(zhi)(zhi)能(neng)預(yu)報。

2、本發明(ming)解決其(qi)技術問題所(suo)采用的技術方案是(shi)：

3、第一(yi)方面(mian)，一(yi)種工(gong)業加熱爐爐況(kuang)智能診斷方法，包括以下步(bu)驟：

4、s1.構建專家處理系統(tong)，對歷史(shi)數(shu)據(ju)整合分(fen)析獲得(de)專家處理系統(tong)；

5、s2.建立(li)數(shu)(shu)據采(cai)集系(xi)統，即對加熱爐的基礎數(shu)(shu)據、過程(cheng)數(shu)(shu)據進行(xing)采(cai)集，并(bing)將采(cai)集到的數(shu)(shu)據信息傳出；

6、s3.解(jie)析(xi)過程(cheng)數據，即通過所(suo)述(shu)(shu)專家處理(li)系(xi)統對所(suo)述(shu)(shu)過程(cheng)數據進行分析(xi)處理(li)，基于材料物理(li)冶金學(xue)、傳熱(re)學(xue)、物理(li)學(xue)原理(li)，結合(he)大數據分析(xi)處理(li)與智能(neng)(neng)控制技術，確定爐體(ti)及(ji)工件之間(jian)熱(re)能(neng)(neng)交換時間(jian)與工件整體(ti)到溫時刻之間(jian)的(de)定量關系(xi)，進而輸(shu)出(chu)對應的(de)預報結果數據；

7、s4.生成溫度時(shi)(shi)間曲(qu)線，即將(jiang)所述過程數(shu)據中的溫度數(shu)據擬合到時(shi)(shi)間軸線上；

8、s5.表征預(yu)(yu)報(bao)結果(guo)，即將(jiang)預(yu)(yu)報(bao)結果(guo)數據耦合(he)到溫(wen)度時間曲線上；

9、s6.建立爐(lu)況表征監控控制(zhi)系統，對所(suo)述基礎數據(ju)(ju)、過程(cheng)數據(ju)(ju)、預報結果數據(ju)(ju)以及溫度時間曲線(xian)進行(xing)顯示(shi)，并(bing)根(gen)據(ju)(ju)數據(ju)(ju)控制(zhi)操作加熱爐(lu)。

10、具體地，所(suo)述(shu)基礎數據(ju)包括生產現場的爐(lu)號、工藝編號、能(neng)源類(lei)型，工件(jian)名(ming)稱與材質、爐(lu)子啟停時間(jian)、工件(jian)尺寸、爐(lu)子大小(xiao)、裝(zhuang)爐(lu)量、工件(jian)擺放(fang)(fang)位置及工件(jian)擺放(fang)(fang)方式；

11、所(suo)述過程數(shu)據包(bao)括爐溫(wen)、料溫(wen)、電流、功率、燃氣(qi)流量與流速、電能消耗以及工藝操作數(shu)據。

12、具體(ti)地，步驟s3中的所述預(yu)報結果數據包括工件(jian)的整體(ti)到(dao)溫時刻(ke)和爐(lu)況預(yu)報結果；所述工件(jian)的整體(ti)到(dao)溫時刻(ke)的解(jie)析(xi)計算包括以下步驟：

13、a1.通過專家(jia)處(chu)理(li)系統獲取選定工(gong)(gong)件(jian)達到到溫時刻所需要(yao)的(de)熱量值h＝cm(t2-t1)，其中c為(wei)(wei)工(gong)(gong)件(jian)的(de)比熱，m為(wei)(wei)工(gong)(gong)件(jian)的(de)質量，t2為(wei)(wei)工(gong)(gong)件(jian)的(de)到溫溫度(du)，t1為(wei)(wei)工(gong)(gong)件(jian)的(de)當前溫度(du)。

14、a2.計算(suan)工件在傳(chuan)熱(re)中熱(re)輻射的(de)傳(chuan)熱(re)量φf，熱(re)輻射的(de)傳(chuan)熱(re)量φf計算(suan)公(gong)式(shi)為：φf＝(εwtw4-εsts4)×(σasxs·w)；

15、其(qi)中，εw為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)爐(lu)(lu)內(nei)壁(bi)面(mian)(mian)(mian)發射(she)率，εs為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)工(gong)(gong)(gong)件表(biao)面(mian)(mian)(mian)發射(she)率，as為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)工(gong)(gong)(gong)件表(biao)面(mian)(mian)(mian)積，σ為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)玻爾茲(zi)曼常數，xs·w為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)爐(lu)(lu)內(nei)壁(bi)面(mian)(mian)(mian)對工(gong)(gong)(gong)件的角系數，ts為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)工(gong)(gong)(gong)件表(biao)面(mian)(mian)(mian)溫(wen)(wen)度，其(qi)中，tf為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)爐(lu)(lu)內(nei)工(gong)(gong)(gong)件(可以(yi)是(shi)單個工(gong)(gong)(gong)件也可以(yi)是(shi)多個工(gong)(gong)(gong)件)幾何中心處溫(wen)(wen)度，α為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)爐(lu)(lu)內(nei)氣體熱(re)擴(kuo)散率，x為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)工(gong)(gong)(gong)件幾何中心到工(gong)(gong)(gong)件表(biao)面(mian)(mian)(mian)的距離，t為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)加熱(re)時間(jian)，tw為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)爐(lu)(lu)內(nei)壁(bi)面(mian)(mian)(mian)溫(wen)(wen)度，其(qi)中，n為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)電偶(ou)(ou)的個數，t1、t2、……tn為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)電偶(ou)(ou)1、電偶(ou)(ou)2、……電偶(ou)(ou)n的實時溫(wen)(wen)度值；

16、a3.計算工件(jian)在傳(chuan)熱(re)中熱(re)對流(liu)的傳(chuan)熱(re)量φd,熱(re)對流(liu)的傳(chuan)熱(re)量φd的計算公式為：φd＝αa(tf-ts)β+γa(tf4-ts4)；

17、其中(zhong)，a為(wei)工件的(de)(de)表面積，ts為(wei)工件表面溫度(du)。系數α和(he)γ是通過實驗確(que)定的(de)(de)系數，用(yong)于確(que)保模(mo)型預測的(de)(de)準確(que)性，1.8≤α≤2.5，4.0×10-8≤γ≤6.6×10-8。系數β反(fan)映了實際觀(guan)測到的(de)(de)物理現象或經驗關系，1.20≤β≤1.30，tf為(wei)爐內工件幾何中(zhong)心(xin)(xin)處溫度(du)，其中(zhong)t1、t2、……tn為(wei)電偶(ou)(ou)1、電偶(ou)(ou)2、……電偶(ou)(ou)n的(de)(de)實時溫度(du)值(zhi)，x1、x2、……xn為(wei)電偶(ou)(ou)1、電偶(ou)(ou)2、……電偶(ou)(ou)n到爐內工件幾何中(zhong)心(xin)(xin)點的(de)(de)直(zhi)線距(ju)離；

18、a4.計算(suan)工件在傳熱(re)中熱(re)傳導的傳熱(re)量(liang)φc,計算(suan)公式為：

19、其(qi)中，λ為(wei)工件對應材(cai)料的(de)導熱系數，a為(wei)導熱橫截面(mian)面(mian)積(ji)，ts為(wei)工件表面(mian)溫(wen)度(du)，ti為(wei)靠近工件中心(xin)處參(can)考(kao)點(dian)的(de)溫(wen)度(du)，δ為(wei)工件表面(mian)到參(can)考(kao)點(dian)的(de)距離；

20、a5.計算工(gong)件所(suo)吸(xi)收(shou)的能量q，所(suo)述工(gong)件所(suo)吸(xi)收(shou)的能量q的計算公式為(wei)：t1為(wei)工(gong)件當(dang)前溫度，t2為(wei)工(gong)件到(dao)溫溫度；

21、a6.判(pan)斷到(dao)(dao)溫(wen)時刻，即(ji)將步驟(zou)a5中(zhong)計算得到(dao)(dao)的工件所吸收(shou)的能量(liang)值q與步驟(zou)a1中(zhong)獲取的熱量(liang)值h比對，若(ruo)q≥h，則(ze)進行步驟(zou)a7；若(ruo)q＜h，則(ze)返回步驟(zou)a2；

22、a7.通(tong)過爐體(ti)及工件(jian)之(zhi)間(jian)熱能交換時間(jian)與(yu)工件(jian)整(zheng)體(ti)到溫時刻(ke)之(zhi)間(jian)的(de)定(ding)量關系式，得到工件(jian)整(zheng)體(ti)到溫時刻(ke)。

23、具體(ti)地，所述爐(lu)(lu)況表(biao)征(zheng)監(jian)控控制系統包括圖像預報表(biao)征(zheng)模(mo)組、爐(lu)(lu)況狀態監(jian)控模(mo)組、工藝設定模(mo)組以(yi)及控制操作模(mo)組；其中，

24、所述圖像(xiang)預報表(biao)征模(mo)組將爐內工件整體(ti)(ti)到溫(wen)時刻以五角星的形式(shi)顯示(shi)在所述溫(wen)度時間曲線(xian)上，同(tong)時以文字的形式(shi)顯示(shi)工件整體(ti)(ti)到溫(wen)時刻和瞬時平(ping)均溫(wen)度。

25、具(ju)體地，所述爐(lu)況狀(zhuang)態監(jian)控模組將(jiang)鍛造加熱(re)爐(lu)或熱(re)處理(li)爐(lu)的瞬時能耗狀(zhuang)況實(shi)時顯示，同時將(jiang)爐(lu)內不(bu)同位置處的測溫值獨(du)立顯示。

26、具體(ti)地，所(suo)述(shu)(shu)控制操作模組包括參數(shu)(shu)設(she)置(zhi)單(dan)元(yuan)、生(sheng)成溫(wen)度(du)時(shi)間曲(qu)線(xian)、訪(fang)問往次生(sheng)產記錄單(dan)元(yuan)以及(ji)報警記錄單(dan)元(yuan)；其中，生(sheng)成溫(wen)度(du)時(shi)間曲(qu)線(xian)，即是將所(suo)述(shu)(shu)專(zhuan)家(jia)處理系統(tong)處理后的所(suo)述(shu)(shu)過程數(shu)(shu)據中的溫(wen)度(du)數(shu)(shu)據映射到時(shi)間軸線(xian)上。

27、第(di)二方面，采(cai)用(yong)如(ru)上所述的一種工業加熱(re)爐爐況智能診斷方法的診斷裝置，包括采(cai)集檢測模(mo)(mo)塊(kuai)、信號(hao)傳輸(shu)模(mo)(mo)塊(kuai)、顯示模(mo)(mo)塊(kuai)、專(zhuan)家(jia)系統模(mo)(mo)塊(kuai)、信號(hao)發(fa)送與(yu)遠(yuan)程監(jian)控模(mo)(mo)塊(kuai)及(ji)控制模(mo)(mo)塊(kuai)；

28、所述采集檢測模塊，用于采集用戶輸入(ru)的基礎數據和檢測加熱爐的實時(shi)過程數據；

29、所(suo)述信(xin)號傳輸模(mo)(mo)塊，與(yu)所(suo)述采(cai)(cai)集檢測模(mo)(mo)塊信(xin)號連(lian)接(jie)，將所(suo)述采(cai)(cai)集檢測模(mo)(mo)塊采(cai)(cai)集到的用戶輸入的基(ji)礎數據和檢測到的過(guo)程數據傳送到專家系(xi)統模(mo)(mo)塊；

30、所述顯(xian)示(shi)模塊(kuai)(kuai)，與信號(hao)傳(chuan)(chuan)輸模塊(kuai)(kuai)有線連接，用于(yu)接收(shou)(shou)所述采集檢測模塊(kuai)(kuai)采集的基礎(chu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)和(he)(he)過程數(shu)(shu)據(ju)(ju)，并(bing)對接收(shou)(shou)到的數(shu)(shu)據(ju)(ju)進行(xing)預處理(li)和(he)(he)對應顯(xian)示(shi)，即將基礎(chu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)和(he)(he)過程數(shu)(shu)據(ju)(ju)傳(chuan)(chuan)輸至(zhi)內(nei)存(cun)變量單(dan)元(yuan)并(bing)存(cun)儲為數(shu)(shu)值型變量，將變量識別篩(shai)選結果傳(chuan)(chuan)輸至(zhi)顯(xian)示(shi)模塊(kuai)(kuai)，顯(xian)示(shi)在屏幕的相應位置上；

31、所述(shu)(shu)專家系統模(mo)塊(kuai)，與所述(shu)(shu)顯(xian)示模(mo)塊(kuai)通過(guo)rs485通訊(xun)協議進行(xing)連接和通訊(xun)，將所述(shu)(shu)顯(xian)示模(mo)塊(kuai)預(yu)處理后的(de)(de)數據(ju)進行(xing)解析，通過(guo)計算爐體及(ji)工件之間交(jiao)換(huan)的(de)(de)熱能總量，實現工業爐內工件整體到(dao)溫的(de)(de)無損(sun)與智能預(yu)報并形(xing)成預(yu)報結果數據(ju)；

32、所(suo)(suo)述信號發送與遠程監(jian)控(kong)模(mo)塊，用于將所(suo)(suo)述基礎(chu)數(shu)據、過程數(shu)據以(yi)及預報結果數(shu)據與外(wai)部的信息集成平臺進行數(shu)據交(jiao)互，進而(er)實現遠程數(shu)據監(jian)控(kong)；

33、所(suo)述(shu)控(kong)制模塊，根據(ju)(ju)所(suo)述(shu)預報(bao)結果數據(ju)(ju)對(dui)加熱爐進行(xing)實時控(kong)制；

34、所述顯(xian)示模(mo)塊接收來自專家(jia)系統模(mo)塊處理后的溫度數據并(bing)將(jiang)其耦合并(bing)映射到溫度時間曲線圖(tu)上，對(dui)應專家(jia)系統模(mo)塊分析的預報結果數據一并(bing)顯(xian)示在屏幕上。

35、具(ju)體地，所(suo)述(shu)(shu)(shu)采(cai)集檢(jian)測(ce)模(mo)塊(kuai)將采(cai)集的模(mo)擬量(liang)轉(zhuan)變為(wei)數字量(liang)經所(suo)述(shu)(shu)(shu)信號傳(chuan)輸模(mo)塊(kuai)傳(chuan)輸至所(suo)述(shu)(shu)(shu)顯(xian)示(shi)模(mo)塊(kuai)，同時所(suo)述(shu)(shu)(shu)采(cai)集檢(jian)測(ce)模(mo)塊(kuai)中基礎數據也(ye)一并(bing)傳(chuan)入(ru)所(suo)述(shu)(shu)(shu)顯(xian)示(shi)模(mo)塊(kuai)，所(suo)述(shu)(shu)(shu)顯(xian)示(shi)模(mo)塊(kuai)將數據傳(chuan)入(ru)所(suo)述(shu)(shu)(shu)專家(jia)系統模(mo)塊(kuai)；

36、所(suo)述專家系統(tong)模(mo)塊(kuai)將數據計算(suan)完成后發(fa)送至信號發(fa)送與遠(yuan)程監(jian)控(kong)(kong)模(mo)塊(kuai)和所(suo)述顯(xian)示模(mo)塊(kuai)，所(suo)述信號發(fa)送與遠(yuan)程監(jian)控(kong)(kong)模(mo)塊(kuai)將數據發(fa)送到監(jian)控(kong)(kong)平臺，控(kong)(kong)制模(mo)塊(kuai)獲得所(suo)述專家系統(tong)模(mo)塊(kuai)的(de)計算(suan)數據對(dui)加熱爐進行控(kong)(kong)制。

37、具體地(di)，還(huan)包括儲(chu)存模塊(kuai)，所述(shu)儲(chu)存模塊(kuai)與所述(shu)信號發送與遠程監控模塊(kuai)、專家系統模塊(kuai)、顯示模塊(kuai)以及控制(zhi)模塊(kuai)均信號連接，用(yong)于存儲(chu)用(yong)戶的基礎數據(ju)、過(guo)程數據(ju)、預報結果(guo)數據(ju)以及控制(zhi)操作(zuo)記錄。

38、具體地，還包括(kuo)用于(yu)提(ti)供(gong)工作電源和散(san)熱(re)的供(gong)電散(san)熱(re)模塊(kuai)，所述包括(kuo)220v電源、空氣開關、220v轉24v變(bian)壓器(qi)以(yi)及散(san)熱(re)風扇；

39、所(suo)述(shu)(shu)空(kong)氣開關設置在所(suo)述(shu)(shu)220v轉24v變(bian)壓器(qi)的(de)(de)進線(xian)口，所(suo)述(shu)(shu)220v電(dian)源直接對所(suo)述(shu)(shu)信號傳輸模塊中的(de)(de)pid溫控(kong)器(qi)供電(dian)，所(suo)述(shu)(shu)220v電(dian)源電(dian)壓轉換(huan)成(cheng)24v后為所(suo)述(shu)(shu)散熱風扇、顯示模塊、信號發送模塊、控(kong)制模塊以及信號傳輸模塊中的(de)(de)集線(xian)器(qi)供電(dian)。

40、本發明(ming)的(de)一(yi)種工業加熱爐爐況智能診斷方法(fa)的(de)有(you)益(yi)效果是(shi)：

41、本發明(ming)的(de)(de)爐(lu)(lu)(lu)況智(zhi)能(neng)(neng)診斷方法(fa)，先構建專家處理系統(tong)，通過大量歷史數據(ju)的(de)(de)整合分析從(cong)而實(shi)(shi)現對實(shi)(shi)時(shi)數據(ju)的(de)(de)精(jing)準(zhun)判斷，再根(gen)據(ju)預報結(jie)果數據(ju)和溫(wen)度時(shi)間曲線，實(shi)(shi)時(shi)智(zhi)能(neng)(neng)預報工業(ye)(ye)加(jia)熱(re)爐(lu)(lu)(lu)內(nei)工件整體(ti)到(dao)溫(wen)時(shi)刻(ke)，使傳統(tong)的(de)(de)工業(ye)(ye)加(jia)熱(re)爐(lu)(lu)(lu)內(nei)工件整體(ti)到(dao)溫(wen)時(shi)刻(ke)的(de)(de)確定從(cong)經驗估計到(dao)科學(xue)智(zhi)能(neng)(neng)預報。通過表征監控控制(zhi)系統(tong)的(de)(de)建立，可有(you)效促進(jin)工業(ye)(ye)爐(lu)(lu)(lu)內(nei)工件鍛造(zao)加(jia)熱(re)及熱(re)處理加(jia)熱(re)工藝制(zhi)度的(de)(de)優化，顯著(zhu)改(gai)變工業(ye)(ye)爐(lu)(lu)(lu)內(nei)工件加(jia)熱(re)時(shi)間過長(chang)造(zao)成能(neng)(neng)源大量浪(lang)費的(de)(de)傳統(tong)模(mo)式，推動企業(ye)(ye)節能(neng)(neng)減排(pai)、降本增效。