棒材生产线分钢自动数钢装置 |
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| 申请号 | CN201610421539.3 | 申请日 | 2016-06-15 | 公开(公告)号 | CN106056204A | 公开(公告)日 | 2016-10-26 |
| 申请人 | 湖南工业大学; | 发明人 | 杜民献; 凌云; 彭华厦; | ||||
| 摘要 | 一种棒材生产线分 钢 自动数钢装置，包括第一输出脉冲产生单元、第二输出脉冲产生单元、第一窄脉冲过滤单元、第二窄脉冲过滤单元、计数处理单元。第一输出脉冲产生单元、第二输出脉冲产生单元产生的计数脉冲分别由第一窄脉冲过滤单元、第二窄脉冲过滤单元滤除窄脉冲干扰后送至计数处理单元分别计数，计数处理单元取其中的计数数值较大者作为所述装置的数钢计数结果。所述装置还包括第一传输速度变换单元和第二传输速度变换单元，需要过滤的窄脉冲最大宽度能够跟随棒材产品传输速度进行自适应变化，且能通过改变 电路 参数进行调整。所述装置能够应用在分钢自动数钢等各种棒材生产线上需要对产品数量进行计数的场合。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种棒材生产线分钢自动数钢装置，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 棒材生产线分钢自动数钢装置技术领域背景技术[0002] 冶金棒材轧件计数装置是冶金行业常用的设备，例如，钢铁厂的数钢分钢平台通过计数装置在线对棒材进行计数，便于进行自动分钢。由于托送棒材链条打滑、棒材滚动、棒材颤动、棒材交叉重叠等原因，造成检测装置产生的计数脉冲信号边沿存在抖动脉冲，即窄脉冲干扰信号，从而产生计数误差。另外，棒材产品的传输速度不同，窄脉冲干扰信号的宽度也不一样。 发明内容[0003] 为了解决现有棒材生产线，特别是分钢生产线的自动数钢计数装置所存在的问题，本发明提供了一种棒材生产线分钢自动数钢装置，包括第一计数脉冲产生单元、第二计数脉冲产生单元、第一窄脉冲过滤单元、第二窄脉冲过滤单元、计数处理单元。 [0004] 所述第一计数脉冲产生单元输出第一初始脉冲且连接至第一窄脉冲过滤单元的输入脉冲端，第一窄脉冲过滤单元的输出脉冲端输出第一计数脉冲至计数处理单元；所述第二计数脉冲产生单元输出第二初始脉冲且连接至第二窄脉冲过滤单元的输入脉冲端，第二窄脉冲过滤单元的输出脉冲端输出第二计数脉冲至计数处理单元。 [0005] 所述第一窄脉冲过滤单元、第二窄脉冲过滤单元为结构参数相同的、由三态门控制的窄脉冲过滤单元。 [0006] 所述计数处理单元分别对第一计数脉冲和第二计数脉冲进行计数，取其中的计数数值较大者作为自动数钢装置的计数结果。 [0007] 所述棒材生产线分钢自动数钢装置还包括第一传输速度变换单元和第二传输速度变换单元；所述第一传输速度变换单元的输入信号为第一计数脉冲产生单元安装处的棒材传输速度，输出送至第一窄脉冲过滤单元的控制电压输入端；所述第二传输速度变换单元的输入信号为第二计数脉冲产生单元安装处的棒材传输速度，输出送至第二窄脉冲过滤单元的控制电压输入端；所述窄脉冲过滤单元过滤的窄脉冲宽度受输入的控制电压控制。 [0008] 所述窄脉冲过滤单元包括可控充电电路、可控放电电路、电容、施密特电路；所述电容的一端连接至施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是施密特电路的供电电源；所述可控充电电路的输入为窄脉冲过滤单元的输入脉冲端，输出连接至施密特电路输入端；所述可控放电电路的输入为窄脉冲过滤单元的输入脉冲端，输出连接至施密特电路输入端；所述施密特电路的输出端为输出脉冲端。 [0009] 所述可控充电电路包括快速放电二极管、充电电阻、快速放电三态门；所述快速放电二极管阴极连接至快速放电三态门输出端，阳极为可控充电电路输出端；所述充电电阻与快速放电二极管并联；所述可控放电电路包括快速充电二极管、放电电阻、快速充电三态门；所述快速充电二极管阳极连接至快速充电三态门输出端，阴极为可控放电电路输出端；所述放电电阻与快速充电二极管并联；所述快速放电三态门输入端为可控充电电路输入端；所述快速充电三态门输入端为可控放电电路输入端；所述快速放电三态门和快速充电三态门由所在窄脉冲过滤单元的输出脉冲控制。 [0010] 所述快速放电三态门和快速充电三态门由所在窄脉冲过滤单元的输出脉冲控制的具体方法是，当施密特电路为同相施密特电路时，输出脉冲的低电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，输出脉冲的高电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态；当施密特电路为反相施密特电路时，输出脉冲的高电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，输出脉冲的低电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态。 [0011] 所述窄脉冲过滤单元过滤的窄脉冲宽度受传输速度控制的方法是，快速放电三态门、快速充电三态门输出的高电平电位受棒材传输速度控制。 [0012] 所述快速放电三态门、快速充电三态门输出的高电平电位受棒材传输速度控制的方法是，当棒材传输速度增大时，快速放电三态门、快速充电三态门输出的高电平电位增大；当棒材传输速度减小时，快速放电三态门、快速充电三态门输出的高电平电位减小。 [0013] 所述第一传输速度变换单元的输出为第一控制电压；所述第一控制电压作为第一窄脉冲过滤单元中快速放电三态门和快速充电三态门的电源；所述第二传输速度变换单元的输出为第二控制电压；所述第二控制电压作为第二窄脉冲过滤单元中快速放电三态门和快速充电三态门的电源。 [0014] 所述窄脉冲过滤单元能够过滤的最大正窄脉冲宽度还通过改变充电时间常数或者施密特电路的上限门槛电压来进行控制，能够过滤的最大负窄脉冲宽度还通过改变放电时间常数或者施密特电路的下限门槛电压来进行控制；所述充电时间常数为充电电阻与电容的乘积；所述放电时间常数为放电电阻与电容的乘积。 [0015] 所述快速放电三态门与快速充电三态门同为同相三态门，或者是，所述快速放电三态门与快速充电三态门同为反相三态门。 [0016] 本发明的有益效果是：所述棒材生产线分钢自动数钢装置对安装在棒材传输不同位置的两个计数检测装置(即计数脉冲产生单元)产生的计数脉冲分别进行计数，能避免或者减少自动数钢时棒材交叉、重叠带来的计数误差；自动过滤负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲，且能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲或者负窄脉冲干扰信号，消除计数脉冲信号中的上升沿连续抖动和下降沿连续抖动，避免或者减少计数误差；需要过滤的窄脉冲最大宽度能够跟随棒材产品传输速度进行自适应变化，且能通过改变电路参数进行调整。附图说明 [0018] 图2为窄脉冲过滤单元实施例； [0019] 图3为窄脉冲过滤单元实施例的输入脉冲和输出脉冲波形； [0020] 图4为传输速度变换单元实施例。 具体实施方式[0021] 以下结合附图对本发明作进一步说明。 [0022] 如图1所示为棒材生产线分钢自动数钢装置实施例结构框图。第一计数脉冲产生单元101输出第一初始脉冲M1，由第一窄脉冲过滤单元201对M1进行窄脉冲过滤，得到滤除干扰脉冲之后的第一计数脉冲N1；第二计数脉冲产生单元102输出第二初始脉冲M2，由第二窄脉冲过滤单元202对M2进行窄脉冲过滤，得到滤除干扰脉冲之后的第二计数脉冲N2。第一计数脉冲N1、第二计数脉冲N2被送至计数处理单元301。 [0023] 第一计数脉冲产生单元、第二计数脉冲产生单元为生产线上常用的光电开关、霍尔开关、磁簧开关，或者是电感式接近开关、电容式接近开关等计数检测装置。当冶金棒材生产线有棒材经过时输出一个初始脉冲信号。初始脉冲即为未滤除干扰信号的计数脉冲。 [0024] 第一计数脉冲产生单元和第二计数脉冲产生单元的计数检测装置分别安装于棒材传输的不同段链，或者是安装在棒材传输同一段链的不同位置，例如，安装在棒材传输同一段链的首端和尾端。 [0025] 计数处理单元301分别对N1、N2进行计数，并取其中的计数数值较大者作为自动数钢装置的计数结果。如果是进行连续计数，可以首先设定一个周期时间X，在每一个周期时间中，取对N1、N2计数中的数值较大者作为该周期时间中自动数钢装置的计数结果。由于第一计数脉冲产生单元和第二计数脉冲产生单元的计数检测装置安装在棒材传输的不同位置，同一棒材到达第一计数脉冲产生单元和第二计数脉冲产生单元的时刻不同。设同一棒材从第一计数脉冲产生单元运输到达第二计数脉冲产生单元的时间相差X1，则第二计数脉冲产生单元设定的周期时间X要比第一计数脉冲产生单元设定的同一周期时间X滞后时间X1。 [0026] 连续计数时，或者是设定一个计数值作为计数周期，当对N1、N2计数中的数值较大者达到设定的计数值时，重新开始进行下一计数周期的计数。同样地，设定一个计数值作为计数周期时，第一计数脉冲产生单元与第二计数脉冲产生单元的计数周期起始时间需要考虑同一棒材到达第一计数脉冲产生单元和第二计数脉冲产生单元的时间差。 [0027] 计数处理单元可以采用本领域技术人员所熟知的各种方法实现，优选采用MCU为核心的电路来实现。 [0028] 窄脉冲过滤单元的组成包括可控放电电路、可控充电电路、电容、施密特电路。 [0029] 如图2所示为窄脉冲过滤单元实施例。实施例中，快速放电二极管、充电电阻、快速放电三态门分别为二极管D11、电阻R11、三态门T11，组成了可控放电电路；快速充电二极管、放电电阻、快速充电三态门分别为二极管D12、电阻R12、三态门T12，组成了可控充电电路；电容为电容C11。施密特电路F11为同相施密特电路，因此，实施例中输出脉冲P2与输入脉冲P1同相。电容C11的一端接施密特电路的输入端，即F11的输入端A3，另外一端连接至公共地。 [0030] 图2实施例中，施密特电路F11为同相施密特电路，输出脉冲P2(图2中A4点)直接连接至三态门T11、三态门T12的使能控制端，三态门T11、三态门T12分别为低电平、高电平使能有效。输出脉冲P2的高、低电平分别控制三态门T12为工作状态、为禁止状态，输出脉冲P2的高、低电平分别控制三态门T11为禁止状态、为工作状态。受到输出脉冲P2的控制，三态门T11与三态门T12中总是一个处于为工作状态状态，另外一个处于为禁止状态状态。当三态门T11、三态门T12同时采用低电平使能有效或者是高电平使能有效的器件时，其中一个的由输出脉冲P2的反相信号控制。 [0031] 图3为窄脉冲过滤单元实施例的输入脉冲和输出脉冲波形。图3中，P1为输入脉冲，P2为输出脉冲，当P1低电平为正常的负宽脉冲时，图2中A3点电位与A1点低电平电位一致，P2为低电平，三态门T11为工作状态，其输出的A1点电平与A0点一致；T12为禁止状态，输出为高阻态。正窄脉冲11的高电平通过充电电阻R11对电容C11充电，使A3点电位上升；由于窄脉冲11的宽度小于时间T1，A3点电位在窄脉冲11结束时仍低于施密特电路F11的上限门槛电压，因此，P2维持为低电平，三态门T11维持为工作状态；窄脉冲11结束时，A1点重新变为低电平且通过快速放电二极管D11使电容C11快速放电，使A3点电位与A1点低电平电位一致，恢复至窄脉冲11来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复，当后面紧接有连续的正窄脉冲干扰信号时，同样能够过滤掉。正窄脉冲12、正窄脉冲13的宽度均小于时间T1，因此，当窄脉冲12、窄脉冲13中的每一个结束时，P2维持为低电平，A1点重新变为低电平且通过快速放电二极管D11使电容C11快速放电，使A3点电位与A1点低电平电位一致。 [0032] 脉冲14为正常的正宽脉冲，P1在上升沿20之后维持高电平时间达到T1时，A1点高电平的通过充电电阻R11对电容C11充电，使A3点电位上升达到施密特电路F11的上限门槛电压，施密特电路F11输出P2在上升沿25处从低电平变为高电平，使三态门T11为禁止状态、T12为工作状态，其输出的A2点电平与A0点一致；A2点的高电平通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A3点电位与A2点高电平电位一致，P2维持为高电平。 [0033] 负窄脉冲15的低电平通过放电电阻R12对电容C11放电，使A3点电位下降；由于窄脉冲15的宽度小于时间T2，A3点电位在窄脉冲15结束时仍高于施密特电路F11的下限门槛电压，因此，P2维持为高电平，三态门T12维持为工作状态；窄脉冲15结束时，A2点重新变为高电平且通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A3点电位与A2点高电平电位一致，恢复至窄脉冲15来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复，当后面紧接有连续的负窄脉冲干扰信号时，同样能够过滤掉。负窄脉冲16、负窄脉冲17、负窄脉冲18的宽度均小于时间T2，因此，当窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18中的每一个结束时，P2维持为高电平，A2点重新变为高电平且通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A3点电位与A2点高电平电位一致。 [0034] P1在下降沿21之后维持低电平时间达到T2时，表示P1有一个正常的负宽脉冲，A2点的低电平通过放电电阻R12对电容C11放电，使A3点电位下降达到施密特电路F11的下限门槛电压，施密特电路F11的输出P2在下降沿26处从高电平变为低电平，使三态门T11为工作状态、T12为禁止状态；A1点的低电平通过快速放电二极管D11使电容C11快速放电，使A3点电位与A1点低电平电位一致，P2维持为低电平。P1的负宽脉冲19宽度大于T2，在负宽脉冲19的上升沿22之后维持高电平时间达到T1时，P2在上升沿27处从低电平变为高电平。 [0035] 窄脉冲过滤单元将P1信号中的窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲13、窄脉冲15、窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18都过滤掉，而正宽脉冲14、负宽脉冲19能够通过，使P2信号中出现相应的正宽脉冲23和负宽脉冲24。输出脉冲P2与输入脉冲P1同相，而输出的宽脉冲14上升沿比输入的宽脉冲14上升沿滞后时间T1，下降沿滞后时间T2。 [0036] 窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲13为正窄脉冲，其中窄脉冲11为单个干扰脉冲，窄脉冲12、窄脉冲13为输入脉冲边沿的连续抖动脉冲。时间T1为窄脉冲过滤单元能够过滤的最大正窄脉冲宽度。T1受到充电时间常数、三态门T11输出的高电平电位、低电平电位和施密特电路F11的上限门槛电压共同影响。通常情况下，三态门T11输出的高电平电位和低电平电位为定值，因此，调整T1的值可以通过改变充电时间常数或者施密特电路的上限门槛电压来进行。图2中，充电时间常数为充电电阻R11与电容C11的乘积。所述窄脉冲过滤单元允许宽度大于T1的正脉冲信号通过。 [0037] 窄脉冲15、窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18为负窄脉冲，其中窄脉冲15为单个干扰脉冲，窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18为输入脉冲边沿的连续抖动脉冲。时间T2为窄脉冲过滤单元能够过滤的最大负窄脉冲宽度。T2受到放电时间常数、三态门T12输出的高电平电位、低电平电位和施密特电路F11的下限门槛电压共同影响。通常情况下，三态门T12输出的高电平电位和低电平电位为定值，因此，调整T2的值可以通过改变放电时间常数或者施密特电路的下限门槛电压来进行。图2中，放电时间常数为放电电阻R12与电容C11的乘积。所述窄脉冲过滤单元允许宽度大于大于T2的负脉冲信号通过。 [0038] 图2中，电容C11接公共地的一端也可以改接在施密特电路F11的供电电源端。 [0039] 图2中，施密特电路F11也可以选择反相施密特电路，此时输出脉冲P2的高电平应该控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，输出脉冲的低电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态。例如，当图2中施密特电路F11选择反相施密特电路，仍将输出脉冲P2直接连接至三态门T11、三态门T12的使能控制端时，三态门T11应该相应地改为高电平使能有效，三态门T12相应地改为低电平使能有效。选择反相施密特电路时电路的工作原理与图2相同，只是此时输出脉冲与输入脉冲反相。 [0040] 快速放电三态门与快速充电三态门还可以同时选择具有反相功能的反相三态门。当快速放电三态门与快速充电三态门同时选择反相三态门时，相当于在输入脉冲端增加一个反相器，即先将输入脉冲反相后再进行抗窄脉冲干扰，工作原理与图2相同。 [0041] 所述施密特电路的输入信号为电容上的电压，因此，要求施密特电路具有高输入阻抗特性。施密特电路可以选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特反相器CD40106、74HC14，或者是选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特与非门CD4093、74HC24等器件。CMOS施密特反相器或者CMOS施密特与非门的上限门槛电压、下限门槛电压均为与器件相关的固定值，因此，调整能够过滤的输入的正窄脉冲宽度、负窄脉冲宽度需要通过改变充电时间常数、放电时间常数来进行。用施密特反相器或者施密特与非门构成同相施密特电路，需要在施密特反相器或者施密特与非门后面增加一级反相器。 [0042] 施密特电路还可以选择采用运算放大器来构成，采用运算放大器来构成施密特电路可以灵活地改变上限门槛电压、下限门槛电压。同样地，采用运算放大器来构成施密特电路时，需要采用具有高输入阻抗特性的结构与电路。 [0043] 如图1所示，棒材生产线分钢自动数钢装置实施例还包括第一传输速度变换单元401、第二传输速度变换单元402。图4为传输速度变换单元实施例，适用于第一传输速度变换单元时，图4所示传输速度变换单元输入的传输速度n为图1中第一计数脉冲产生单元安装处的棒材传输速度n1，输出UK为图1中送至第一窄脉冲过滤单元的传输速度输入端的控制电压UK1；适用于第二传输速度变换单元时，图4所示传输速度变换单元的输入传输速度n为图1中第二计数脉冲产生单元安装处的棒材传输速度n2，输出UK为图1中送至第二窄脉冲过滤单元的传输速度输入端的控制电压UK2。同样地，图2所示窄脉冲过滤单元实施例作为第一窄脉冲过滤单元时，图2中的UK为UK1；图2所示窄脉冲过滤单元实施例作为第二窄脉冲过滤单元时，图2中的UK为UK2。UK1为第一控制电压，UK2为第二控制电压。 [0044] 第一计数脉冲产生单元、第二计数脉冲产生单元的输出脉冲边沿的连续抖动窄脉冲的宽度分别受棒材传输速度n1、棒材传输速度n2，即受传输速度变换单元输入的传输速度n的影响改变。当传输速度n增大时，第一计数脉冲产生单元、第二计数脉冲产生单元的输出脉冲边沿的连续抖动脉冲的宽度减小；当产品传输速度n减小时，第一计数脉冲产生单元、第二计数脉冲产生单元的输出脉冲边沿的连续抖动脉冲的宽度增大。 [0045] 当第一计数脉冲产生单元和第二计数脉冲产生单元的计数检测装置分别安装于棒材传输的不同段链时，棒材传输速度n1与棒材传输速度n2不同，第一传输速度变换单元输出的UK1与第二传输速度变换单元输出的UK2不相等。当第一计数脉冲产生单元和第二计数脉冲产生单元的计数检测装置安装在棒材传输同一段链的不同位置时，棒材传输速度n1与棒材传输速度n2相同，第一传输速度变换单元输出的UK1与第二传输速度变换单元输出的UK2相等，此时可省略第二传输速度变换单元，采用第一传输速度变换单元输出的控制电压UK1同时作为控制电压UK2。 [0046] 图4中，F71为传输速度传感器，F71将传输速度n转换为电压Un输出。运放F72及电阻R76、电阻R77、电阻R78、电阻R79组成零值调整电路，控制电压UK从运放F72输出端输出。零值调整电路的作用之一是通过改变输入的零值调整电压VREF，将传输速度n的最小速度(通常为0)对应的控制电压UK调整为非0值；二是提高控制电压UK的驱动能力。输入速度范围对应的控制电压UK的范围通过调整传输速度传感器F71参数、零值调整电路参数和零值调整电压VREF来进行。图4实施例中，当传输速度n增大时，输出控制电压UK增大；传输速度n减小时，输出控制电压UK减小。 [0047] 控制电压UK被送至窄脉冲过滤单元，对窄脉冲过滤单元中快速放电三态门、快速充电三态门输出的高电平电位进行控制，当传输速度n增大时，快速放电三态门、快速充电三态门输出的高电平电位增大；当传输速度n减小时，快速放电三态门、快速充电三态门输出的高电平电位减小。 [0048] 快速放电三态门、快速充电三态门采用CMOS三态门电路、高速CMOS三态门电路来构成，将控制电压UK作为快速放电三态门、快速充电三态门的供电电源。实施例中，将控制电压UK作为三态门T11和三态门T12的供电电源。此时，三态门T11和三态门T12输出的高电平为(接近)电源电位，即控制电压UK直接作为了三态门T11和三态门T12输出的高电平电位，控制电压UK增大时，三态门T11输出的高电平电位和三态门T12输出的高电平电位均增大。在调整传输速度n范围对应的控制电压UK范围时，要使控制电压UK的范围满足能够过滤的最大正窄脉冲宽度T1、最大负窄脉冲宽度T2的调整范围要求，同时控制电压UK的范围还需要满足三态门T11和三态门T12的供电电源范围要求。 [0049] 当充电时间常数与施密特电路的上限门槛电压保持不变时，传输速度n增大，三态门T11输出的高电平电位增大，其通过充电电阻对电容充电的速度加快，使T1减小；传输速度n减小，三态门T11输出的高电平电位减小，其通过充电电阻对电容充电的速度减慢，使T1增大；实现了可控充电电路的充电速度由传输速度n控制。或者说实现了干扰脉冲过滤时，能够过滤的最大正窄脉冲宽度T1的传输速度n自适应控制，即传输速度n变化时，T1在一个给定的范围内跟随传输速度n变化。如果改变充电时间常数或者是施密特电路的上限门槛电压，则T1跟随传输速度n变化的给定范围整体会改变，例如，增大充电时间常数，则在同样的传输速度n变化范围内，T1跟随变化区间的上限值和下限值增大。 [0050] 当放电时间常数与施密特电路的下限门槛电压保持不变时，传输速度n增大，三态门T12输出的高电平电位增大，其通过放电电阻对电容放电的速度加快，使T2减小；传输速度n减小，三态门T12输出的高电平电位减小，其通过放电电阻对电容放电的速度减慢，使T2增大；实现了可控充电电路的充电速度由传输速度n控制。或者说实现了干扰脉冲过滤时，能够过滤的最大负窄脉冲宽度T2的传输速度n自适应控制，即传输速度n变化时，T2在一个给定的范围内跟随传输速度n变化。如果改变放电时间常数或者是施密特电路的下限门槛电压，则T2跟随传输速度n变化的给定范围整体会改变，例如，减小放电时间常数，则在同样的传输速度n变化范围内，T2跟随变化区间的上限值和下限值减小。 |
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