一種碳勢(shì)計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及碳勢(shì)計(jì)算領(lǐng)域，尤其是一種碳勢(shì)計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱處理的滲碳設(shè)備中，需要對(duì)爐內(nèi)的滲碳能力參數(shù)（簡(jiǎn)稱"碳勢(shì)"）進(jìn)行測(cè)量及管 理，碳勢(shì)與爐內(nèi)氣氛的溫度、二氧化碳含量及一氧化碳含量密切相關(guān)。碳勢(shì)與爐內(nèi)氣氛的溫 度、碳勢(shì)氣體(二氧化碳或氧氣）的含量及一氧化碳的含量密切相關(guān)。根據(jù)所選擇的碳勢(shì)氣 體的種類，碳勢(shì)的表征方法包括氧勢(shì)法及二氧化碳勢(shì)法，氧勢(shì)法可以用表達(dá)式Cp = f(T，02， C0)來(lái)表示，而二氧化碳式法則可用表達(dá)式Cp = f (T，C02，C0)表示，其中：Cp表示爐內(nèi)氣氛中 的碳勢(shì)，T表不爐內(nèi)氣氛的溫度，〇2表不爐內(nèi)氣氛中的氧氣的含量，C〇2表不爐內(nèi)氣氛中二氧 化碳的含量，C0表不爐內(nèi)氣氛中一氧化碳的含量。
[0003] 以二氧化碳勢(shì)法為例，碳勢(shì)計(jì)算的過(guò)程如下:溫度傳感器獲取爐內(nèi)氣氛的溫度值 模擬信號(hào)，二氧化碳探頭及一氧化碳探頭分別獲取爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳及一氧化碳的百 分比濃度模擬信號(hào)，上述三個(gè)輸入模擬信號(hào)被傳送至可編程控制器(PLC)，PLC調(diào)用其內(nèi)部 預(yù)先存儲(chǔ)的碳勢(shì)計(jì)算程序計(jì)算出碳勢(shì)。碳勢(shì)的計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算一次碳勢(shì)需要占用較多 的PLC計(jì)算資源，現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)采集到的每一組模擬信號(hào)采樣值，PLC都會(huì)計(jì)算一次碳 勢(shì)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷：1.輸入模擬信號(hào)易受到外部環(huán)境的干擾，造成碳勢(shì)的波 動(dòng)幅度大、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，很難真實(shí)地反應(yīng)出爐內(nèi)氣氛的碳勢(shì)值變化情況;2. PLC針對(duì)每一次 模擬信號(hào)采樣值都需要計(jì)算一次碳勢(shì)，需要耗費(fèi)大量的PLC計(jì)算資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供了一種碳勢(shì)計(jì)算方法，該方法采用算術(shù)平均值濾波算 法對(duì)原始輸入模擬信號(hào)進(jìn)行濾波處理后再計(jì)算碳勢(shì)，其技術(shù)方案如下：
[0006] -種碳勢(shì)計(jì)算方法，其特征在于，其包括如下步驟：
[0007] 1)確定碳勢(shì)計(jì)算的輸入模擬信號(hào):輸入模擬信號(hào)包括爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣 氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳的含量；
[0008] 2)原始輸入模擬信號(hào)的采樣:打開(kāi)可編程控制器，連續(xù)對(duì)爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi) 氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳的含量進(jìn)行采樣；同時(shí)，可編程控制器的 存儲(chǔ)單元記錄并保存原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，記為三維數(shù)組(T(n)，C0 2(n)，C0(n))，K 述T (η )、C〇2 (η )、CO (η)分別為第η次采樣所獲取的爐內(nèi)氣氛溫度值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含 量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含量；
[0009] 3)對(duì)原始輸入模擬信號(hào)進(jìn)行分段算術(shù)平均值濾波:為了消除輸入變量的高頻小幅 度波動(dòng)，采用分段算術(shù)平均值濾波算法對(duì)原始輸入模擬信號(hào)進(jìn)行濾波處理，每段包括Ν(Ν 2 2)個(gè)原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)；同時(shí)，可編程控制器的存儲(chǔ)單元記錄并保存經(jīng)濾波處理 后的輸入模擬信號(hào)，記為三維數(shù)組(Τ'（m)，C0 2'（m)，C0'（m))，所述Τ'（m)，C02'（m)，C0'（m)分 別為第m段經(jīng)濾波處理后的爐內(nèi)氣氛溫度值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧 化碳含量，
[0010]其中：
[0012] 4)計(jì)算碳勢(shì):基于經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號(hào)，可編程控制器的計(jì)算單元完成 碳勢(shì)計(jì)算。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述N的取值為20。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述可編程控制器為西門(mén)子S7-300。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果在于:對(duì)原始輸入模擬信號(hào)進(jìn)行算術(shù)平均值 濾波處理后再計(jì)算碳勢(shì)，有效地解決由于模擬輸入信號(hào)因?yàn)槭芡獠凯h(huán)境干擾造成的碳勢(shì)波 動(dòng)大、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的技術(shù)問(wèn)題;減少了碳勢(shì)的計(jì)算次數(shù)，節(jié)約了 PLC的計(jì)算資源。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為碳勢(shì)的時(shí)間波動(dòng)曲線對(duì)比圖；
[0017] 其中，黑色曲線1反映的是基于原始輸入模擬信號(hào)計(jì)算出的碳勢(shì)的時(shí)間波動(dòng)圖， 灰色曲線2反映的是基于經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號(hào)計(jì)算出的碳勢(shì)的時(shí)間波動(dòng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了足夠詳細(xì)的具有一定特殊性的描述。所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù) 人員應(yīng)該理解，實(shí)施例中的描述僅僅是示例性的，在不偏離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的前 提下做出所有改變都應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍是由所述的權(quán) 利要求書(shū)進(jìn)行限定的，而不是由實(shí)施例中的上述描述來(lái)限定的。
[0019] 以下描述本發(fā)明提供的碳勢(shì)計(jì)算方法計(jì)算網(wǎng)帶式氣體滲碳加熱爐控制系統(tǒng)中的 碳勢(shì)的一個(gè)具體實(shí)施例。
[0020] 本實(shí)施例采用的PLC為西門(mén)子S7-300PLC，該P(yáng)LC包括存儲(chǔ)單元、中斷塊及計(jì)算單 J L· 〇
[0021] 本實(shí)施例的具體計(jì)算過(guò)程如下：
[0022] 步驟1確定碳勢(shì)計(jì)算的輸入模擬信號(hào)：
[0023] 輸入模擬量包括爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛中 的一氧化碳的含量。
[0024]步驟2原始輸入模擬信號(hào)的采樣：
[0025] S7-300PLC連續(xù)采集爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛 中的一氧化碳的含量，記為三維數(shù)組(T(n)，C02(n)，C0(n));同時(shí)，S7-300PLC的存儲(chǔ)單元記 錄并保存原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，所述T(n)、C02(n)、C0(n)分別為第η次采樣所獲取的 爐內(nèi)氣氛溫度值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含量。
[0026] 步驟3對(duì)原始輸入模擬信號(hào)進(jìn)行分段算術(shù)平均值濾波：
[0027] 為了消除原始輸入模擬信號(hào)的高頻小幅度波動(dòng)，采用分段算術(shù)平均值濾波算法對(duì) 原始輸入模擬信號(hào)進(jìn)行濾波處理，每段包括N(N2 2)個(gè)原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)；同時(shí)， S7-300PLC的存儲(chǔ)單元記錄并保存經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號(hào)，記為三維數(shù)組(Τ'（m)， C02'（m)，C0'（m))，所述Τ'（m)，C02'（m)，⑶'（m)分別為第m段經(jīng)濾波處理后的爐內(nèi)氣氛溫度 值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含量。
[0028]本實(shí)施例中，N的取值為20,也就是說(shuō)每段包括20個(gè)原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)， 經(jīng)過(guò)分段算術(shù)平均值濾波算法處理后，得到的經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號(hào)為：
[0033]在其他實(shí)施例中，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)定N的具體取值。
[0034]步驟4計(jì)算碳勢(shì)：
[0035]基于經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號(hào)，S7-300PLC的計(jì)算單元調(diào)用其內(nèi)部存儲(chǔ)的碳 勢(shì)計(jì)算程序完成碳勢(shì)計(jì)算。
[0036]為了節(jié)約存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)空間，本實(shí)施例通過(guò)中斷塊來(lái)控制存儲(chǔ)及濾波處理過(guò) 程：當(dāng)S7-300PLC的存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)達(dá)到20個(gè)時(shí)，中斷塊觸發(fā) 中斷，S7-300PLC暫停原始輸入模擬信號(hào)的采樣，S7-300PLC的計(jì)算單元調(diào)用分段算術(shù)平均 值濾波算法對(duì)該20個(gè)原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均值濾波處理，濾波處理結(jié)束 后，S7-300PLC的存儲(chǔ)單元?jiǎng)h除該20個(gè)原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)；當(dāng)S7-300PLC的存儲(chǔ)單 元存儲(chǔ)的原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為0時(shí)，中斷塊失效，S7-300PLC繼續(xù)執(zhí)行原始輸 入模擬信號(hào)的采樣，S7-300PLC的存儲(chǔ)單元開(kāi)始對(duì)原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0037] 從上面的計(jì)算過(guò)程可以看出，本實(shí)施例提供的碳勢(shì)計(jì)算方法對(duì)每20個(gè)原始輸入模 擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一次碳勢(shì)計(jì)算。而現(xiàn)有技術(shù)對(duì)每個(gè)原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)都進(jìn)行 一次碳勢(shì)計(jì)算，其占用的PLC計(jì)算資源為本發(fā)明的近20倍。由此可見(jiàn)，本發(fā)明能夠大大節(jié)約 PLC的計(jì)算資源。
[0038] 請(qǐng)參見(jiàn)圖1，圖1為碳勢(shì)的時(shí)間波動(dòng)曲線對(duì)比圖，其中的黑色曲線1反映的是基于原 始輸入模擬信號(hào)計(jì)算出的碳勢(shì)的時(shí)間波動(dòng)圖，其中的灰色曲線2反映的是基于濾波處理后 的輸入模擬信號(hào)計(jì)算出的碳勢(shì)的時(shí)間波動(dòng)圖?？梢?jiàn)，本發(fā)明提供的碳勢(shì)計(jì)算方法能夠有效 地解決由于模擬輸入信號(hào)因?yàn)槭芡獠凯h(huán)境干擾造成的碳勢(shì)波動(dòng)大、碳勢(shì)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的技術(shù) 問(wèn)題，能夠更加真實(shí)地反應(yīng)出爐內(nèi)氣氛的碳勢(shì)值變化情況。
[0039] 上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了足夠詳細(xì)的具有一定特殊性的描述。所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù) 人員應(yīng)該理解，實(shí)施例中的描述僅僅是示例性的，在不偏離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的前 提下做出所有改變都應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍是由所述的權(quán) 利要求書(shū)進(jìn)行限定的，而不是由實(shí)施例中的上述描述來(lái)限定的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳勢(shì)計(jì)算方法，其特征在于，其包括如下步驟： 1) 確定碳勢(shì)計(jì)算的輸入模擬信號(hào)： 輸入模擬信號(hào)包括爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛中的 一氧化碳的含量； 2) 原始輸入模擬信號(hào)的采樣： 打開(kāi)可編程控制器，連續(xù)對(duì)爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣 氛中的一氧化碳的含量進(jìn)行采樣；同時(shí)，可編程控制器的存儲(chǔ)單元記錄并保存原始輸入模 擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，記為Ξ維數(shù)組(1'(11)，0)2(11)，0)(11))，所述1'(11)、0)2(11)、0)(11)分別為第11 次采樣所獲取的爐內(nèi)氣氛溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含 量； 3) 對(duì)原始輸入模擬信號(hào)進(jìn)行分段算術(shù)平均值濾波： 為了消除原始輸入模擬信號(hào)的高頻小幅度波動(dòng)，采用分段算術(shù)平均值濾波算法對(duì)原始 輸入模擬信號(hào)進(jìn)行濾波處理，每段包括N(N^ 2)個(gè)原始輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)；同時(shí)，可編 程控制器的存儲(chǔ)單元記錄并保存經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號(hào)，記為Ξ維數(shù)組（Τ'（m)， C〇2'（m)，C0'（m))，所述Τ'（m)，C〇2'（m)，C0'（m)分別為第m段經(jīng)濾波處理后的爐內(nèi)氣氛溫度 值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含量， 其中：4) 計(jì)算碳勢(shì) 基于經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號(hào)，可編程控制器的計(jì)算單元完成碳勢(shì)結(jié)算。2. 如權(quán)利要求1所述的碳勢(shì)計(jì)算方法，其特征在于，所述N的取值為20。3. 如權(quán)利要求1所述的碳勢(shì)計(jì)算方法，其特征在于，所述可編程控制器為西口子S7- 300。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種碳勢(shì)計(jì)算方法，其包括如下步驟：1)確定碳勢(shì)計(jì)算的輸入模擬信號(hào)；2)原始輸入模擬信號(hào)的采樣；3)對(duì)原始輸入模擬信號(hào)進(jìn)行算術(shù)平均值濾波；4)計(jì)算碳勢(shì)。本發(fā)明對(duì)原始輸入模擬信號(hào)進(jìn)行分段算術(shù)平均值濾波處理后再計(jì)算碳勢(shì)，有效地解決了由于模擬輸入信號(hào)因?yàn)槭芡獠凯h(huán)境干擾造成的碳勢(shì)波動(dòng)大、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的技術(shù)問(wèn)題；同時(shí)減少了碳勢(shì)的計(jì)算次數(shù)，節(jié)約了PLC的計(jì)算資源。
【IPC分類】G05B19/05
【公開(kāi)號(hào)】CN105573237
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610011701
【發(fā)明人】吉順冬, 邵華軍, 林國(guó)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年1月8日