CN104156014B - 按频次筛选的滤波方法和应用于上扣控制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化控制技术，本发明的采用按频次筛选的滤波方法的上扣控制方法，包括如下步骤：启动上扣动力元件；上扣动力元件上扣，对上扣力矩或反映上扣力矩的物理量进行分时多次采样；计算所采集反映上扣力矩的信号值出现的频次；比较各个信号值出现的频次，将出现频次最多的信号值作为滤波后的信号值输出。本发明的上扣控制装置，包括控制计算机，数据处理器、A/D转换器、D/A转换器、电流变送器、电机控制器、上扣电动机，控制计算机与数据处理器通过信号线连接，上扣电动机电流通过电流变送器输出信号至A/D转换器，A/D转换器分别与控制器、D/A转换器电连接。本发明解决了上扣过程中普遍存在的上扣不稳定的问题，极大的提高了上扣稳定性。

Description

按频次筛选的滤波方法和应用于上扣控制的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种自动化控制技术，尤其涉及一种按频次筛选的滤波方法及其应用于上扣控制的方法及装置。

背景技术

自动控制系统需要采集控制对象的实时信号，现实情况中存在多种因素干扰从而使所采集到的信号存在噪声，噪声的存在会影响到控制系统的准确判断，因此需要通过滤波措施将这些噪声去除。对于已掌握产生机理和规律的噪音(如：温漂、零漂等)，根据其规律使用滤波方法非常方便。但对于偶发性信号，就很难准确判断噪声并去除，现有技术中存在多种滤波方法，如：限幅滤波法、中位值滤波法、算数平均滤波法等等，这些滤波方法在不同场合的信号处理方面的效果不同，但很少有能将噪音信号绝对去除掉，从而造成输出的信号或多或少存在偏离，在某些对控制信号准确性要求较高的情况下，这种偏离便会造成相当大的影响。

以上扣式油管试压机的丝扣上紧控制为例，上扣式油管试压机采用上紧油管两端丝扣的方式将被试压的油管固定并密封，主要控制方式是在上扣的同时检测上扣力矩，当上扣力矩达到设定值时，认为已上紧，停止上扣。由于环境中存在电磁干扰等因素，上扣过程中检测到的信号存在瞬间非正常波动，传统的滤波方法对采集的信号进行限幅、相加和取平均值等方式运算，由于噪音信号也包含在运算范围内，所以输出的中间量始终与实际值存在偏差；假如噪音影响中间量偏差高过设定值，上扣工作便会提前停止，从而导致丝扣上不紧，影响了丝扣的固定强度和密封性；如果中间量偏低，上扣工作便会在力矩超过设定值时停止，从而导致丝扣上的过紧，增加卸扣时的难度，严重时会损伤丝扣。丝扣的上紧程度需要恰到好处，丝扣上的过紧或不紧都会带来不良影响。

以上以上扣油管试压机的丝扣上紧控制系统为例介绍了输出信号偏离实际值所造成的影响，这种不良影响不仅仅存在于丝扣上紧的工作中，在其他对控制精度要求较高的场合下同样存在。

发明内容

本发明提供一种按频次筛选的滤波方法，这种滤波方法可以避免现有技术中对噪音信号不能有效去除的问题。

本发明的按频次筛选的滤波方法的技术方案包括如下步骤：

(1)对检测对象分时进行多次采样；

(2)计算采集的信号在全部采样中出现的频次；

(3)比较各个信号频次，将出现频次最多的信号作为滤波后的信号输出。

短时间内采样信号是稳定的，噪音仅在偶然时刻出现，采样信号偶尔会受到噪音干扰而出现波动。对检测对象进行多次采样，按照统计规律所反映的情况是稳定信号出现的频次最多，偶尔受噪声干扰的信号出现频次较少；按照这个规律将出现频次最多的数值提取出来并作为滤波后的信号输出，此种滤波方式在根本上消除了噪音的干扰，在信号处理特别是正常情况幅值恒定的条件下效果优势明显。

本发明的另一个目的，提供一种采用按频次筛选的滤波方式的上扣方法，通过对上扣信号进行按频次筛选，将稳定的数据用于上扣扭矩控制，解决了上扣过程中普遍存在的上扣不稳定的问题，极大地提高了上扣稳定性。

本发明按频次筛选的滤波方法应用于上扣控制的方法包括如下步骤：

(1)启动上扣动力元件；

(2)上扣动力元件上扣，对上扣力矩或反映上扣力矩的物理量进行分时多次采样；

(3)计算所采集反映上扣力矩的信号值出现的频次；

(4)比较各个信号值出现的频次，将出现频次最多的信号值作为滤波后的信号值输出。

在没有干扰正常上扣过程的力矩值是近乎恒定的，反映在信号波形上是近乎直线波，环境中的干扰因素在波形上反映是脉冲波，在统计规律上反映是异常信号的出现频次较少，按照这个规律将出现频次最多的数值提取出来并作为本区段有用信号输出，便会完全消除掉受噪声干扰的信号的影响，在根本上消除了噪音的干扰。

丝扣上紧时，上扣阻力会快速增大，为保证密封性能，同时也不至于损伤丝扣，应使上扣动作在丝扣上紧到一定程度时停止上扣，在控制上使上扣动力元件在上扣阻力快速增大时停机，为达到此目的，将步骤(4)中的输出信号值称为中间量，将中间量加上修正值后作为比对值，将上扣过程中反映上扣力矩的信号实测值与比对值进行比较，一旦大于或等于上述比对值，便认定丝扣已上紧，上扣动力元件停止上扣。

中间量的修正为中间量加上修正值，修正值的设定，可以保证上扣动作在丝扣上紧达到一定程度时停机，修正值在相关规范和设计准则中已有所规定，本领域技术人员可以根据其应用场合具体设置。

在实际应用过程中，上扣动力元件的种类有多种选择，如：液压马达、气动马达、电动机等，作为本发明上扣控制方法实现的一种较佳方式：上扣动力元件采用电动机。采用液压马达或气动马达作为上扣动力部件时，需要增设液压源或气源，采用电动机做为上扣动力元件，不需要为其增设其他动力，简化了动力和控制系统，控制更加容易和方便。

可以采用电动机的电流值表征上扣阻力，使用电动机作为上扣动力元件时，电动机的电流值反映上扣阻力的变化，相应的：步骤(2)中采样的对象是上扣动力元件的电流值，即电动机的电流值。

测量上扣力矩的传统方式是力矩传感器，采用力矩传感器时，必须要配置相关检测元件和电路，在控制上较为复杂。采用电动机的电流值来反映上扣力矩，只需要采用电流互感器将电流转换便可，系统设置更加方便，也简化了系统，控制起来更加方便。

优选的，上扣动力部件是力矩电机。力矩电机的转矩恒定，采用力矩电机上扣，可以保证上扣过程中转矩的稳定，有助于保护丝扣和上扣精度。

电机启动时，会产生较大的启动电流，启动电流一般会高于正常的上扣电流数倍；启动后小车会带动电机向丝扣运动，在尚未接触到丝扣之前电机处于空转状态，空转电流会低于正常的上扣电流，为避免启动电流和空转电流的影响，步骤(2)中采样在上扣动力元件运转正常且开始上扣之后进行。

本发明的另一个目的是提供一种采用按频次筛选的滤波方式的上扣装置， 包括控制计算机，数据处理器、A/D转换器、D/A转换器、电流变送器、电机控制器、上扣电动机，控制计算机与数据处理器通过信号线连接，上扣电动机电流通过电流变送器输出信号至A/D转换器，A/D转换器分别与数据处理器、D/A转换器电连接，D/A输出信号至电机控制器并通过电机控制器来控制上扣电动机。

采样本发明的技术方案对油管进行上扣时，油管的两端都设置有螺纹，可以采用以下技术方案：上扣电动机的数量为2个，电流变送器和电机控制器的数量也分别是2个，其对应连接关系为：上扣电动机Ⅰ电流通过电流变送器Ⅰ输出信号至A/D转换器，上扣电动机Ⅱ电流通过电流变送器Ⅱ输出信号至A/D转换器，D/A转换器输出信号分别至电机控制器Ⅰ、电机控制器Ⅱ，达到控制上扣电动机Ⅰ、上扣电动机Ⅱ扭矩的目的。采用以上技术方案，可以采用一套控制系统控制两个上扣电动机上扣，实现简单，协调控制容易。

作为本上扣装置的一种改进，所述电动机的类型为力矩电机。力矩电机的转矩恒定，采用力矩电机上扣，可以保证上扣过程中转矩的稳定，有助于保护丝扣和上扣精度。

采用力矩电机进行上扣时，所述电机控制器可以采用可控硅调压器。采用可控硅调压器作为电机控制器，通过控制导通角可以方便的控制力矩电机的输入电压，进而控制上扣转矩。

所述数据处理器的作用是用于对检测到的信号进行数据处理、接收并处理控制计算机的指令，作为所述数据处理器的一种较佳实施方式，所述数据处理器的类型是可编程控制器。采用可编程控制器可以方便的对数据进行预处理，同时对整机设备进行控制。

上扣式油管试压机采用上紧油管两端丝扣的方式将被试压的油管固定并密封，丝扣的上紧程度需要恰到好处，上的过紧容易损伤丝扣，在卸扣时也有困难；上的过松容易导致密封不严，一般通过控制上紧扭矩来控制丝扣的上紧程度。主要控制方式是在上扣的同时检测上扣的实时电流，将检测到的电流信号进行数据处理运算与判断得到最终参照值，一旦检测到的电流信号大于或等于上述的参照值，便认为丝扣已上紧，停止上扣。此种控制方法不仅存在于上扣 式油管试压机的应用场合，也广泛存在于其他需要控制丝扣紧固程度的场合。

附图说明

图1是本发明应用于力矩电机上扣的控制方法工作流程图；

图2是本发明力矩电机实施的上扣装置系统拓扑图；

图3是本发明力矩电机上扣时的电流波形图；

图4是本发明应用于油管上扣时的上扣装置系统拓扑图。

具体实施方式

本实施方式中的上扣动力元件是力矩电机，其系统组成如图2所示：

其包括控制计算机、数据处理器(可编程控制器)、A/D转换器、D/A转换器、电流变送器、电机控制器(可控硅调压器)、上扣电动机(力矩电机)，可编程控制器(三菱或西门子系列)与控制计算机通过专用编程电缆(SC-09)进行通讯，控制计算机需有COM接口，控制计算机安装组态王，可以在组态界面上设置上扣电流修正值和显示力矩电机电流，力矩电机电流通过电流变送器(科立恒KCE-IJ03系列)输出0-10V信号至A/D转换器，模块采集换算为上扣电流(0-30A)，D/A转换器输出0-10V信号至力矩控制器(TMA系列北崎宏)，控制力矩控制器可控硅导通角从而改变力矩电机(YLJ系列)电压值，达到控制力矩电机扭矩的目的。力矩电机的正反转控制依靠两个接触器来实现。

本实施例中括号中是具体的器件型号和取值，实际应用过程中，本领域技术人员可以根据具体的要求进行变换。

当采用本发明装置对油管进行上扣控制时，可采用如图4的配置方式，上扣电动机的数量为2个，电流变送器和电机控制器的数量也分别是2个，其对应连接关系为：上扣电动机Ⅰ电流通过电流变送器Ⅰ输出信号至A/D转换器，上扣电动机Ⅱ电流通过电流变送器Ⅱ输出信号至A/D转换器，D/A转换器输出信号分别至电机控制器Ⅰ、电机控制器Ⅱ，达到控制上扣电动机Ⅰ、上扣电动机Ⅱ扭矩的目的。

如图1所示，采用上述上扣控制装置进行按频次筛选的滤波方法的上扣控制方法，包括如下步骤：

(1)启动上扣动力元件；

(2)上扣动力元件上扣，对上扣力矩或反映上扣力矩的物理量进行分时多

次采样；

(3)计算所采集反映上扣力矩的信号值出现的频次；

(4)比较各个信号值出现的频次，将出现频次最多的信号值作为滤波后的信号值输出。

在上扣开始之前，操作人员首先在试压机操作台上选择试压油管种类，然后在控制计算机参数设置窗口中对不同种类的油管的上扣参数进行设置。这些参数包括：上扣扭矩、上扣电流修正值等。

当油管进入试压机内，试压机夹具将油管夹紧定位，两端小车前进，同时，力矩电机正转，当公扣端和接箍端进行上扣时，开始计时并分多次采集上扣电流(如图3所示)。

本实施例中，采样时刻设定为电机开始运行并接触到管端之后，避开了力矩电机的启动和空转电流，保证上扣电流采样值的准确性。

数据存放可编程控制器内部存储地址，计时时间到采集结束，对采集的数据进行筛选处理，首先，存储区的数据进行检索比较，计算相同数值的个数，然后，再找出个数最大的数值对应的数值，即把此数值作为中间量。

本实施例中，对采样次数设定为10次，采样间隔设定为0.2—0.3s。

将中间量加上电流修正值后与设定力矩对应的电流设定值进行比较，一旦大于或等于上述设定值，则认定丝扣已上紧，上扣力矩电机停止上扣。

本实施例中，电流修正值设定为0.5A。

当正常上扣电流值大于或等于中间量加上上扣电流修正值时，停止力矩电机，进入试压环节，当试压结束，力矩电机反转，进行卸扣，同时拖动小车后退，松开夹具，将油管翻出试压机。

Claims (5)

1.一种采用按频次筛选的滤波方法的上扣控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)启动上扣动力元件；

(2)上扣动力元件上扣，对上扣力矩或反映上扣力矩的物理量进行分时多次采样；

(3)计算所采集反映上扣力矩的信号值出现的频次；

(4)比较各个信号值出现的频次，将出现频次最多的信号值作为滤波后的信号值输出；

将步骤(4)中的输出信号值称为中间量，将中间量加上修正值后作为比对值，将上扣过程中反映上扣力矩的信号实测值与比对值进行比较，一旦大于或等于上述比对值，便认定丝扣已上紧，上扣动力元件停止上扣；

上扣动力元件采用电动机，步骤(2)采样的对象是上扣电动机的电流值；

步骤(2)中采样在上扣动力元件运转正常且开始上扣之后进行；

所述上扣电动机采用力矩电机；

上扣的对象是油管，在上扣开始之前，操作人员首先在试压机操作台上选择试压油管种类，然后在控制计算机参数设置窗口中对不同种类的油管的上扣参数进行设置；这些参数包括：上扣扭矩、上扣电流修正值；当油管进入试压机内，试压机夹具将油管夹紧定位，两端小车前进，同时，力矩电机正转，当公扣端和接箍端进行上扣时，开始计时并分多次采集上扣电流；

当正常上扣电流值大于或等于中间量加上上扣电流修正值时，停止力矩电机，进入试压环节，当试压结束，力矩电机反转，进行卸扣，同时拖动小车后退，松开夹具，将油管翻出试压机。

2.一种用于实现权利要求1的上扣控制装置，其特征在于，包括控制计算机，数据处理器、A/D转换器、D/A转换器、电流变送器、电机控制器、上扣电动机，控制计算机与数据处理器通过信号线连接，上扣电动机电流通过电流变送器输出信号至A/D转换器，A/D转换器分别与数据处理器、D/A转换器电连接，D/A转换器输出信号至电机控制器并通过电机控制器来控制上扣电动机，所述上扣电动机采用力矩电机。

3.根据权利要求2所述的上扣控制装置，其特征在于，上扣电动机的数量为2个，电流变送器和电机控制器的数量也分别是2个，其对应连接关系为：上扣电动机Ⅰ电流通过电流变送器Ⅰ输出信号至A/D转换器，上扣电动机Ⅱ电流通过电流变送器Ⅱ输出信号至A/D转换器，D/A转换器输出信号分别至电机控制器Ⅰ、电机控制器Ⅱ，机控制器Ⅰ、电机控制器Ⅱ分别控制上扣电动机Ⅰ、上扣电动机Ⅱ的扭矩。

4.根据权利要求2或3所述的上扣控制装置，其特征在于，所述电机控制器采用可控硅调压器。

5.根据权利要求2或3所述的上扣控制装置，其特征在于，所述数据处理器的采用可编程控制器。