CN106300259B - 基于速度和位置的电动设备双重保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于速度和位置的电动设备双重保护方法及系统，其按照测速编码器检测到的实际速度的时间积分计算位移，按照位置检测器的脉冲计算相对位移，计算实时的位移偏差，实时判断并保护，并在必要时立即停车、切断速度给定并报警。本发明提供的方法是基于速度和位置的双重实时相互校验，只要测速编码器、位置检测器有一个有效，就能侦测到故障的发生；而两个传感器同时失效的概率微乎其微，所以本发明提供的方法的可靠性也非常高。

Description

基于速度和位置的电动设备双重保护方法及系统

技术领域

本发明涉及冶金自动化控制，具体地，涉及基于速度和位置的电动设备双重保护方法。

背景技术

在自动化控制系统中，经常针对一种位置受限的电动马达驱动的设备进行快速而精确的位置控制，一般是配置调速马达通过减速箱和蜗轮蜗杆机构驱动设备，马达轴侧装有测速编码器和位置传感器，测速编码器信号进入传动系统，用于精确的速度闭环控制，位置传感器接入上位机，用于位置闭环控制。

这种装置为防止脱齿或卡阻，都要有保护措施，一般的做法是断线检测和启动保护。启动保护是指启动指令发出后，上位机延时检查位置检测器是否变动，如果没变动，则立即停机。这种做法的技术缺陷是：没有考虑设备在位置调节过程中传感器信号失效变成开环控制造成的飞车事故。

发明内容

本发明针对同时安装了测速编码器和位置检测器的电动设备，针对一般情况下上位机仅对位置检测器进行断线检测和启动保护，而没有考虑位置调节过程中信号失效开环情况的缺陷，提出同时采用速度信号和位置信号进行双重实时比对的保护措施，解决现有技术中的不足之处。

根据本发明提供的一种基于速度和位置的电动设备双重保护方法，包括如下步骤：

步骤1：按照测速编码器检测到的实际速度的时间积分计算位移：

Sv＝∫v*dt

其中：

Sv表示在给定速度不为0的情况下，根据实际速度的时间积分计算的位移；当给定速度为0时，Sv复位为0；

V表示代表测速编码器检测到的实际速度；

t表示时间；

步骤2：按照位置检测器的脉冲计算相对位移

Ss＝IS*(PLS–PLS0)

其中：

Ss表示相对位移；

IS表示位置检测器的脉冲当量；

PLS表示当前给定速度不为0的情况下位置检测器的脉冲数；

PLS0表示给定速度为0时位置检测器的脉冲数；

步骤3：计算实时的位移偏差

将Sv和Ss的变化方向整定为同一方向，即实际速度v>0时，位移脉冲数PLS是增大的方向；反之v<0，位移脉冲数PLS是减小的方向；

dS＝Sv–Ss

其中：

dS表示位移偏差；

步骤4：实时判断并保护

实时判断dS的绝对值与停车门槛值Sstp的大小，如果|dS|>Sstp,则立即停车、切断速度给定并报警。

优选地，测速编码器和位置传感器安装于马达轴侧。

根据本发明提供的一种基于速度和位置的电动设备双重保护系统，包括如下装置：

-测速编码器；

-位置传感器；

-第一计算装置：用于按照测速编码器检测到的实际速度的时间积分计算位移：

Sv＝∫v*dt

其中：

Sv表示在给定速度不为0的情况下，根据实际速度的时间积分计算的位移；当给定速度为0时，Sv复位为0；

V表示代表测速编码器检测到的实际速度；

t表示时间；

-第二计算装置：用于按照位置检测器的脉冲计算相对位移

Ss＝IS*(PLS–PLS0)

其中：

Ss表示相对位移；

IS表示位置检测器的脉冲当量；

PLS表示当前给定速度不为0的情况下位置检测器的脉冲数；

PLS0表示给定速度为0时位置检测器的脉冲数；

第三计算装置：用于计算实时的位移偏差

将Sv和Ss的变化方向整定为同一方向，即实际速度v>0时，位移脉冲数PLS是增大的方向；反之v<0，位移脉冲数PLS是减小的方向；

dS＝Sv–Ss

其中：

dS表示位移偏差；

-判断装置：用于实时判断并保护

实时判断dS的绝对值与停车门槛值Sstp的大小，如果|dS|>Sstp,则立即停车、切断速度给定并报警。

优选地，测速编码器和位置传感器安装于马达轴侧。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明方法是对常规方法的非常重要的改进，特别针对某些既要快速定位又要受到严格安全位置限制的蜗轮蜗杆结构的电动设备。因为一旦在位置调节过程中发生传感器信号失效(传感器损坏、电磁干扰等)，设备飞车，蜗杆与涡轮脱开或卡死，可能会造成几个小时的停产，损失是很大的。本发明提供的方法是基于速度和位置的双重实时相互校验，只要测速编码器、位置检测器有一个有效，就能侦测到故障的发生；而两个传感器同时失效的概率微乎其微，所以本发明提供的方法的可靠性也非常高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供方法的流程示意图。

图2为本发明提供系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的方法是通过实时采集来自于传动装置的实际速度(转发测速编码器的信号)、来自于位置检测器的位置信号，结合上位机控制单元给出的转车速度给定值，累加计算二者的位移偏差，如果偏差值超过限幅，则立即停车并报警。具体地，包括如下步骤：

步骤1：按照传动装置的实际速度的时间积分计算位移：

Sv＝∫v*dt

其中：

Sv表示在给定速度不为0情况下，根据实际速度的时间积分计算的位移，单位mm；当给定速度为0时，Sv复位为0；

V表示代表传动装置的实际速度，单位mm/s；

t表示时间；

步骤2：按照位置检测器计算相对位移

Ss＝IS*(PLS–PLS0)

其中：

Ss表示相对位移，单位mm；

IS表示位置检测器的脉冲当量，单位mm/pulse；

PLS表示当前给定速度不为0的情况下位置检测器的脉冲数；

PLS0表示存储的前次位置移动后的位置检测器的脉冲数，即给定速度为0时的记忆值；

步骤3：计算实时的位移偏差

将Sv和Ss的变化方向整定为同一方向，即实际速度v>0时，位移脉冲数PLS是增大的方向；反之v<0，位移脉冲数PLS是减小的方向；

dS＝Sv–Ss

其中：

dS表示位移偏差；

步骤4：实时判断并保护

实时判断dS的绝对值与停车门槛值Sstp的大小，如果dS>Sstp,则立即停车、切断速度给定并报警。

本发明可以应用于某轧机的轧辊交叉机构。

某轧机配有紧贴轧辊的交叉机构，传递作用力的涡轮涡杆机构，将电动机的旋转力转换成作用于交叉头的推力；由于作用于交叉头的推杆机构与交叉头机构是不固定的臼头机构，因此推杆机构无法将交叉头回拉，回拉交叉头的回拉油缸主要就是解决交叉头的回拉动作，回拉油缸始终产生一个向外的拉力，使交叉头始终能与推杆机构紧密接触；驱动电机安装于轧机的顶部，通过垂直向下的连杆与涡轮涡杆机构连接；机架顶部电机侧还安装有位置检测器和测速编码器，负责交叉角度的位置反馈和提供给传动的速度反馈。

交叉机构调解轧辊的轧制角度，涉及到板形和穿带稳定性，是轧机的关键设备之一。该设备安装在轧机牌坊内部又是特殊的电动结构，一旦发生脱齿或卡阻故障，需要停机后抽出轧辊，人工处理，会造成较长的停产时间和企业损失。

在一次交叉机构位置故障检测案例中，在位置调节过程中，速度给出后设备启动正常，但随即传动反馈的实际速度累加的行程与位置检测器脉冲计算的位置偏差量之间出现了不一致，当达到门槛值2mm时候，发出了停车报警。检查发现，是上位机的位置检测器的脉冲计数板因温度过高出现了异常，拿出备件更换计数板后故障解除。由于使用了该速度和位置双重校验的方法，有效避免了更大事故的发生。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统中的装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统中的装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种基于速度和位置的电动设备双重保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：按照测速编码器检测到的实际速度的时间积分计算位移：

Sv＝∫v*dt

其中：

Sv表示在给定速度不为0的情况下，根据实际速度的时间积分计算的位移；当给定速度为0时，Sv复位为0；

V表示代表测速编码器检测到的实际速度；

t表示时间；

步骤2：按照位置检测器的脉冲计算相对位移

Ss＝IS*(PLS–PLS0)

其中：

Ss表示相对位移；

IS表示位置检测器的脉冲当量；

PLS表示当前给定速度不为0的情况下位置检测器的脉冲数；

PLS0表示给定速度为0时位置检测器的脉冲数；

步骤3：计算实时的位移偏差

将Sv和Ss的变化方向整定为同一方向，即实际速度v>0时，位移脉冲数PLS是增大的方向；反之v<0，位移脉冲数PLS是减小的方向；

dS＝Sv–Ss

其中：

dS表示位移偏差；

步骤4：实时判断并保护

实时判断dS的绝对值与停车门槛值Sstp的大小，如果|dS|>Sstp,则立即停车、切断速度给定并报警。

2.根据权利要求1所述的基于速度和位置的电动设备双重保护方法，其特征在于，测速编码器和位置传感器安装于马达轴侧。

3.一种基于速度和位置的电动设备双重保护系统，其特征在于，包括如下装置：

-测速编码器；

-位置传感器；

-第一计算装置：用于按照测速编码器检测到的实际速度的时间积分计算位移：

Sv＝∫v*dt

其中：

Sv表示在给定速度不为0的情况下，根据实际速度的时间积分计算的位移；当给定速度为0时，Sv复位为0；

V表示代表测速编码器检测到的实际速度；

t表示时间；

-第二计算装置：用于按照位置检测器的脉冲计算相对位移

Ss＝IS*(PLS–PLS0)

其中：

Ss表示相对位移；

IS表示位置检测器的脉冲当量；

PLS表示当前给定速度不为0的情况下位置检测器的脉冲数；

PLS0表示给定速度为0时位置检测器的脉冲数；

第三计算装置：用于计算实时的位移偏差

将Sv和Ss的变化方向整定为同一方向，即实际速度v>0时，位移脉冲数PLS是增大的方向；反之v<0，位移脉冲数PLS是减小的方向；

dS＝Sv–Ss

其中：

dS表示位移偏差；

-判断装置：用于实时判断并保护

实时判断dS的绝对值与停车门槛值Sstp的大小，如果|dS|>Sstp,则立即停车、切断速度给定并报警。

4.根据权利要求3所述的基于速度和位置的电动设备双重保护系统，其特征在于，测速编码器和位置传感器安装于马达轴侧。