旋转轴转速测量方法及装置 |
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申请号 | CN201710264585.1 | 申请日 | 2017-04-21 | 公开(公告)号 | CN107102162A | 公开(公告)日 | 2017-08-29 |
申请人 | 中国神华能源股份有限公司; 神华北电胜利能源有限公司; | 发明人 | 宋子光; 孙那斌; 张华明; | ||||
摘要 | 本 发明 提供一种旋 转轴 转速测量方法及装置,在检测周期的起始时刻,获取 旋转轴 的初始 位置 ,若在检测周期内接收到中断 信号 ,则在接收到中断信号时,获取旋转轴的第一终止位置,以及中断信号接收时刻与起始时刻之间的时间间隔,根据初始位置、第一终止位置和时间间隔计算得到旋转轴的转速值。采用本发明提供的上述方案,利用设备原装的位移 编码器 通过编程的方式实现旋转轴的速度值,可以避免安装额外的测速编码器,从而克服由于空间受限无法进一步安装其他测速装置的问题,并节约成本。 | ||||||
权利要求 | 1.一种旋转轴转速测量方法,其特征在于,包括如下步骤: |
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说明书全文 | 旋转轴转速测量方法及装置技术领域背景技术[0002] 现有技术中有多种依靠皮带传动系统实现动力传输的设备,例如WK-35电铲中,控制部分通过控制传动系统实现电铲的提升、推压等操作。传动系统中包括多个齿轮传动皮带,齿轮的旋转轴转动提供动力进而带动传动皮带转动实现动力传递。目前,在传动系统中的每一个齿轮的旋转轴上都安装有位移编码器,用于监测电铲提升、推压装置的运转位置,如果提升或者推压装置运转超出所限定的位移后,电铲控制部分发出报警、并控制装置对应的齿轮减速甚至是停机。另外,为了对传动系统的性能进行监控,需要分别测量传动系统动力源位置和传动末端位置的速度是否一致,当两者速度不一致时极有可能是传动系统的某一部分的齿轮转轴出现断轴、打齿的故障或者其他问题导致皮带打滑,因此需要为齿轮轴配置测速装置。 发明内容[0004] 本发明实施例旨在提供一种旋转轴转速测量方法及装置,以解决现有技术中传动系统中难以实现速度测量的技术问题。 [0005] 为此,本发明实施例提供一种旋转轴转速测量方法,包括如下步骤: [0006] 在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置P1; [0008] 根据所述初始位置P1、所述第一终止位置P21和所述时间间隔T1计算得到所述旋转轴的转速值。 [0009] 可选地,上述的旋转轴转速测量方法中,根据所述初始位置P1、所述第一终止位置P21和所述时间间隔T1计算得到所述旋转轴的转速值的步骤中,通过以下方式得到所述旋转轴的转速值V: [0010] V=(P21-P1)/R/T1; [0011] 其中,R是用于测量旋转轴位置的绝对值编码器的分辨率。 [0012] 可选地,上述的旋转轴转速测量方法中,还包括如下步骤: [0013] 若在所述检测周期内未收到中断信号,则在检测周期的终止时刻,获取旋转轴的第二终止位置P22; [0014] 根据所述初始位置P1、所述第二终止位置P22和所述检测周期计算得到所述旋转轴的转速值。 [0015] 可选地,上述的旋转轴转速测量方法中,根据所述初始位置P1、所述第二终止位置P22和所述检测周期计算得到所述旋转轴的转速值的步骤中,通过以下方式得到所述旋转轴的转速值V: [0016] V=(P22-P1)/R/T; [0017] 其中,T为检测周期。 [0018] 可选地,上述的旋转轴转速测量方法中,在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置P1的步骤中: [0019] 所述初始位置P1为所述旋转轴在前一检测周期的终止位置,所述终止位置为第一终止位置P21或第二终止位置P22。 [0020] 可选地,上述的旋转轴转速测量方法中,在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置P1的步骤,具体包括: [0021] 在检测周期的起始时刻,对所述旋转轴的位置执行初始化操作,将零值作为所述旋转轴的初始位置P1。 [0022] 本发明实施例还提供一种旋转轴转速测量装置,包括: [0023] 初始位置获取模块,在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置P1; [0024] 第一终止位置获取模块,若在所述检测周期内收到中断信号,则在接收到中断信号时刻时,获取旋转轴的第一终止位置P21,以及所述中断信号接收时刻与所述起始时刻之间的时间间隔T1; [0025] 转速值计算模块,根据所述初始位置P1、所述第一终止位置P21和所述时间间隔T1计算得到所述旋转轴的转速值。 [0026] 可选地,上述的旋转轴转速测量装置中,所述转速值计算模块中通过以下方式得到所述旋转轴的转速值V: [0027] V=(P21-P1)/R/T1; [0028] 其中,R是用于测量旋转轴位置的绝对值编码器的分辨率。 [0029] 可选地,上述的旋转轴转速测量装置中,还包括: [0030] 第二终止位置获取模块,若在所述检测周期内未收到中断信号,则在检测周期的终止时刻,获取旋转轴的第二终止位置P22; [0031] 所述转速值计算模块,根据所述初始位置P1、所述第二终止位置P22和所述检测周期计算得到所述旋转轴的转速值。 [0032] 可选地,上述的旋转轴转速测量装置中,所述转速值计算模块中,通过以下方式得到所述旋转轴的转速值V: [0033] V=(P22-P1)/R/T; [0034] 其中,T为检测周期。 [0035] 可选地,上述的旋转轴转速测量装置中,所述初始位置获取模块中: [0036] 所述初始位置P1为所述旋转轴在前一检测周期的终止位置,所述终止位置为第一终止位置P21或第二终止位置P22。 [0037] 可选地,上述的旋转轴转速测量装置中,所述初始位置获取模块具体用于: [0038] 在检测周期的起始时刻,对所述旋转轴的位置执行初始化操作,将零值作为所述旋转轴的初始位置P1。 [0039] 本发明提供的上述技术方案,与现有技术相比,至少具有如下有益效果: [0040] 本发明所述的旋转轴转速测量方法及装置,在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置,若在检测周期内收到中断信号,则在接收到中断信号时刻时,获取旋转轴的第一终止位置,以及中断信号接收时刻与起始时刻之间的时间间隔,根据初始位置、第一终止位置P21和时间间隔T1计算得到旋转轴的转速值。采用本发明提供的上述方案,无需额外增加测速装置,利用设备已有的用于测量旋转轴位置信号的绝对值编码器测量位置信号和循环中断周期,通过对计算方法的简单改进即可确定旋转轴的转速。因此,本发明利用设备原装的位移编码器通过编程的方式实现旋转轴的速度值,可以避免安装额外的测速编码器,从而克服由于空间受限无法进一步安装其他测速装置的问题,并节约成本。附图说明 [0041] 图1为本发明一个实施例旋转轴转速测量方法的流程图; [0042] 图2为本发明另一个实施例旋转轴转速测量方法的流程图; [0043] 图3为本发明一个实施例旋转轴转速测量装置的原理框图; [0044] 图4为本发明一个实施例所述电铲传动系统中减速箱齿轮轴监控系统的原理框图。 具体实施方式[0045] 下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和提供的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0046] 在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明的简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中,术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。 [0047] 在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0048] 实施例1 [0049] 本实施例提供一种旋转轴转速测量方法,应用于电动机、齿轮箱等需要对旋转轴进行速度检测的控制系统中,如图1所示,该方法包括如下步骤: [0050] S101:在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置P1,所述检测周期为预先设定好的,根据旋转轴的工作特性进行选择即可,例如可以选择旋转轴的工作周期,当旋转轴的工作周期较长时,可以将工作周期分解,例如选择几分钟作为检测周期。 [0051] S102:若在所述检测周期内收到中断信号,则在接收到中断信号时,获取旋转轴的第一终止位置P21,以及所述中断信号接收时刻与所述起始时刻之间的时间间隔T1。所述中断信号可以表征设备工作过程中的意外中断情况,若在一个完整检测周期还未结束时接收到中断信号,旋转轴会被迫停止运转,则应该将此中断时刻作为速度检测的终止时刻。 [0052] S103:根据所述初始位置P1、所述第一终止位置P21和所述时间间隔T1计算得到所述旋转轴的转速值,根据初始位置和第一终止位置,能够确定在相应时间间隔内旋转轴的旋转总位移,结合时间间隔长度即可确定旋转轴的转速值。 [0053] 上述方案中,在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置,若在检测周期内收到中断信号,则在接收到中断信号时刻时,获取旋转轴的第一终止位置,以及中断信号接收时刻与起始时刻之间的时间间隔,根据初始位置、第一终止位置P21和时间间隔T1计算得到旋转轴的转速值。例如,可以得到旋转轴的转速值为:V=(P21-P1)/T1。较佳地,可以采用如下公式计算得到旋转轴的转速:V=(P21-P1)/R/T1;其中,R是用于测量旋转轴位置的绝对值编码器的分辨率,通过上述公式计算得到的旋转轴的转速单位为转/秒。 [0054] 采用本发明提供的上述方案,在测量旋转轴转速时,避免安装额外的测速编码器,从而克服由于空间受限无法进一步安装其他测速装置的问题,并节约成本。 [0055] 实施例2 [0056] 本实施例提供的旋转轴转速测量方法,应用于电动机、齿轮箱等需要对旋转轴进行速度检测的控制系统中,如图2所示,该方法包括如下步骤: [0057] S101:在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置P1。所述检测周期为预先设定好的,根据旋转轴的工作特性进行选择即可,例如可以选择旋转轴的工作周期,当旋转轴的工作周期较长时,可以将工作周期分解,例如选择几分钟作为检测周期。 [0058] S102:判断在所述检测周期内是否接收到中断信号,若是则执行步骤S203,否则执行步骤S205。所述中断信号可以表征设备工作过程中的意外中断情况。 [0059] S203:在接收到中断信号时,获取旋转轴的第一终止位置P21,以及所述中断信号接收时刻与所述起始时刻之间的时间间隔T1。也就是说在一个完整检测周期还未结束时接收到中断信号,旋转轴被迫停止运转,则应该将此中断时刻作为速度检测的终止时刻。 [0060] S204:根据所述初始位置P1、所述第一终止位置P21和所述时间间隔T1计算得到所述旋转轴的转速值。 [0061] S205:在检测周期的终止时刻,获取旋转轴的第二终止位置P22;也就是说在一个完整检测周期内未接收到中断信号,检测周期的终止时刻即为速度检测的终止时刻。 [0062] S206:根据所述初始位置P1、所述第二终止位置P22和所述检测周期计算得到所述旋转轴的转速值。例如,可以得到旋转轴的转速值为:V=(P22-P1)/T,其中T为检测周期。较佳地,可以采用如下公式计算得到旋转轴的转速:V=(P22-P1)/R/T,其中,R是用于测量旋转轴位置的绝对值编码器的分辨率,通过上述公式计算得到的旋转轴的转速单位为转/秒。 [0063] 实施例3 [0064] 在以上方案中,所述初始位置P1可以选择为所述旋转轴在前一检测周期的终止位置。若前一周期内有中断信号产生,则所述终止位置即为前一周期中断时旋转轴所在的第一终止位置P21;若前一周期没有中断信号产生,则所述终止位置即为前一检测周期终止时刻所述旋转轴所在的第二终止位置P22。采用这种方式,优势在于处理算法更加简单,劣势在于旋转轴的位移检测可能会在长时间运行后产后产生积累误差,该积累误差无法消除,导致测量得到的旋转轴转速可能会不准确。为此,本实施例中提供如下方式来确定旋转轴的初始位置:在检测周期的起始时刻,对所述旋转轴的位置执行初始化操作,将零值作为所述旋转轴的初始位置P1。即在每一检测周期起始时刻,将位移编码器累积的位移数据清零,将每一检测周期中,认为旋转轴的初始位置均从零起始,以此消除旋转轴长期运行过程中产生的位移编码器测量误差。 [0065] 实施例4 [0066] 本实施例提供一种旋转轴转速测量,如图3所示,其包括: [0067] 初始位置获取模块301,在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置P1;所述检测周期为预先设定好的,根据旋转轴的工作特性进行选择即可,例如可以选择旋转轴的工作周期,当旋转轴的工作周期较长时,可以将工作周期分解,例如选择几分钟作为检测周期。 [0068] 第一终止位置获取模块302,若在所述检测周期内收到中断信号,则在接收到中断信号时,获取旋转轴的第一终止位置P21,以及所述中断信号接收时刻与所述起始时刻之间的时间间隔T1;所述中断信号可以表征设备的工作过程中意外中断情况,若在一个完整检测周期还未结束时接收到中断信号,旋转轴会被迫停止运转,则应该将此中断时刻作为速度检测的终止时刻。 [0069] 转速值计算模块303,根据所述初始位置P1、所述第一终止位置P21和所述时间间隔T1计算得到所述旋转轴的转速值。 [0070] 根据初始位置和第一终止位置,能够确定在相应时间间隔内旋转轴的旋转总位移,结合时间间隔长度即可确定旋转轴的转速值。 [0071] 上述方案中,在检测周期的起始时刻,获取旋转轴的初始位置,若在检测周期内收到中断信号,则在接收到中断信号时刻时,获取旋转轴的第一终止位置,以及中断信号接收时刻与起始时刻之间的时间间隔,根据初始位置、第一终止位置P21和时间间隔T1计算得到旋转轴的转速值。例如,可以得到旋转轴的转速值为:V=(P21-P1)/T1。较佳地,转速值计算模块303可以采用如下公式计算得到旋转轴的转速:V=(P21-P1)/R/T1;其中,R是用于测量旋转轴位置的绝对值编码器的分辨率,通过上述公式计算得到的旋转轴的转速单位为转/秒。 [0072] 采用本发明提供的上述方案,在测量旋转轴转速时,避免安装额外的测速编码器,从而克服由于空间受限无法进一步安装其他测速装置的问题,并节约成本。 [0073] 进一步地,上述的旋转轴转速测量装置,还包括第二终止位置获取模块304,若在所述检测周期内未收到中断信号,则在检测周期的终止时刻,获取旋转轴的第二终止位置P22;所述转速值计算模块303,根据所述初始位置P1、所述第二终止位置P22和所述检测周期计算得到所述旋转轴的转速值。也就是说在一个完整检测周期内未接收到中断信号,则检测周期的终止时刻即为速度检测的终止时刻。所述转速值计算模块303可以通过以下公式得到旋转轴的转速值:V=(P22-P1)/T,其中T为检测周期,较佳地,所述转速值计算模块303可以采用如下公式计算得到旋转轴的转速:V=(P22-P1)/R/T,其中,R是用于测量旋转轴位置的绝对值编码器的分辨率,通过上述公式计算得到的旋转轴的转速单位为转/秒。 [0074] 以上方案中,所述初始位置获取模块301中,所述初始位置P1可以选择为所述旋转轴在前一检测周期的终止位置。若前一周期内有中断信号产生,则所述终止位置即为前一周期中断时旋转轴所在的第一终止位置P21;若前一周期没有中断信号产生,则所述终止位置即为前一检测周期终止时刻所述旋转轴所在的第二终止位置P22。采用这种方式,优势在于处理算法更加简单,但是旋转轴的位移检测可能会在长时间运行后产后产生积累误差,该积累误差无法消除,导致测量得到的旋转轴转速可能会不准确。 [0075] 为此,本实施例还提供另一种实现方式,所述初始位置获取模块301,在检测周期的起始时刻,对所述旋转轴的位置执行初始化操作,将零值作为所述旋转轴的初始位置P1。即在每一检测周期起始时刻,将位移编码器累积的位移数据清零,将每一检测周期中,认为旋转轴的初始位置均从零起始,以此消除旋转轴长期运行过程中产生的位移编码器测量误差。 [0076] 以WK35电铲为例,WK-35电铲推压齿轮箱的一个齿轮轴都安装有绝对值位移编码器,用于监测电铲提升、推压装置的运转位置,如果提升或者推压装置运转超出所限定的位移后,电铲控制部分发出报警、并控制装置对应的电动机减速甚至是停机。 [0077] 对于减速箱中的某个齿轮轴,其控制系统的原理框图如图4所示,位移编码器(多圈绝对值编码器)、PLC控制系统均为电铲提升、推压减速箱的原装部件,无需额外设置。其中PLC控制系统包括SM338模块(西门子PLC用于位置检测的信号输入模块)和CPU(图中所示PLC的CPU)。直接利用原电铲位移编码器和PLC控制系统,在不改变现有系统的前提下,利用位移编码器(多圈绝对值编码器)反馈回来的行程数据,结合CPU中的中断程序,可以周期性的计算出动力源齿轮轴的实际速度。具体流程为: [0078] 位移编码器(多圈绝对值编码器)反馈回来的行程数据传输至SM338模块中,SM338读出的绝对值编码器的值并存储,假设存放至PID256。在检测周期的起始时刻,首先利用初始化MD100方式将PID256内的行程数据置零。在检测周期终止时刻或者在接收到中断信号的时刻得到的旋转轴的行程数据为PID256内的最新数据,则利用PID256-MD100=MD104的方式得到旋转轴的总行程数据,在用MD104(取绝对值)除以绝对值编码器分辨率即可得到旋转轴转了多少转,在除以检测周期或者循环中断周期,得到旋转轴的转速,程序最后也可以用PID256内的最新行程数据更新MD100的数据,也即将当前旋转轴的行程数据作为下一检测周期初始时刻的初始行程数据。按照上述过程循环即可得到旋转轴的转速值。 [0079] 本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。 [0080] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。 [0081] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。 [0082] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 [0083] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |