CN111913457A - 一种荒管小车的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种荒管小车的控制系统及方法，所述控制系统用于控制荒管小车的运动；所述控制系统包括检测模块、控制模块和PLC控制装置；所述检测模块的绝对值编码器固定在所述荒管小车上，用于检测所述位置信息；所述控制模块接收并根据控制指令控制荒管小车的运动；所述PLC控制装置包括数据接收模块和数据处理模块，所述数据接收模块接收并转化处理所述位置信息得到位置数据；所述数据处理模块对所述位置数据进行处理，并根据处理结果向所述控制模块发送控制指令。本发明能够有效提高荒管小车控制系统的稳定性，避免位置信息反馈失效造成的荒管小车飞车事故，且能在失效后快速恢复正常生产的目的，提高企业生产效率。

Description

一种荒管小车的控制系统及方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种荒管小车的控制系统及方法。

背景技术

荒管小车是CPE(CROSS ROLL PIERCING AND ELONGATING)无缝钢管厂热轧工艺的一个重要设备，其工艺特点是：顶管机轧制出来的荒管经过松棒机、脱棒机两道工序后，芯棒由辊道运输进入循环冷却区，而荒管则通过荒管小车快速运送到常化链床，进入步进式再加热炉工序。

荒管小车行走传动的结构为：一台75KW交流电机连接双输出轴的减速机，带动小车两个齿轮与固定齿条啮合，从而实现快速往复正反转运动。交流电机通过变频器进行变频调速实现加减速、停车功能。

荒管小车运送荒管的过程：将荒管钩取后从原位正向运送到距离9.8米的目标位置停车，完成放料后，以2米/秒速度反向退回到原位。根据轧制节奏的要求，单次运动即从原位启动出发到目标位停车，9.8米的运动距离，时间必须控制在11秒钟内。要实现在短距离内快速准确定位停车，过程中必须对小车行走位置进行实时准确定位，并设置高速区间、一次减速点、二次减速点、三次减速点、停止位。所以，荒管小车运行的一个关键技术在于稳定可靠的定位控制。

如果位置编码器元器件损坏或者连接轴松动，会造成检测数据与实际位置不相符；位置编码器数据通过拖链电缆连接至模块，荒管小车运行周期为40秒，拖链电缆在每个周期内往复运动一次，容易造成内部电缆芯断裂，位置编码器数据无法准确传输；数据接收模块因外部故障、电源电压、环境影响，会存在模块损坏可能，造成数据接收不正常。如果用于反馈位置数据的传感器、电缆、数据接收模块硬件出现异常，反馈的位置信息失真，且没有采取防范措施，必然会造成荒管小车失速飞车，发生不可估量的事故。

因此，需要提供一种针对上述现有技术中不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种荒管小车的控制系统及方法，用以克服上述现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种荒管小车的控制系统，所述控制系统用于控制荒管小车的运动；所述控制系统报包括：

检测模块，所述检测模块包括绝对值编码器，所述绝对值编码固定在所述荒管小车上，用于检测所述荒管小车的位置信息；

控制模块，所述控制模块用于接收执行控制指令，并根据所述控制指令控制荒管小车的运动；

PLC控制装置，所述PLC控制装置包括：

数据接收模块，所述数据接收模块通讯连接所述检测模块，所述数据接收模块接收所述荒管小车的位置信息，并对位置信息进行转化处理得到位置数据；

数据处理模块，所述数据处理模块通讯连接所述控制模块，所述数据处理模块对所述位置数据进行处理，并根据处理结果向所述控制模块发送控制指令。

优选的，所述绝对值编码器设置有第一绝对值编码器和第二绝对值编码器；所述数据接收模块设置有第一数据接收模块和第二数据接收模块；所述第一绝对值编码器与第一数据接收模块通讯连接形成第一通讯链路；所述第二绝对值编码与第二数据接收模块通讯连接形成第二通讯链路；所述第一通讯链路和所述第二通讯链路相互独立。

优选的，所述第一通讯链路上传输的是第一位置信息，所述第二通讯链路上传输的是第二位置信息；所述第一位置信息和所述第二位置信息同步传输。

优选的，所述绝对值编码器固定在荒管小车的传动轴上。

优选的，所述数据接收模块与所述绝对值编码器之间进行有线通讯连接；所述有线为通讯电缆。

优选的，所述数据接收模块与所述绝对值编码器之间进行无线通讯连接。

优选的，所述控制系统还包括存储模块，所述存储模块与PLC控制装置连接，所述存储模块用于存储所述荒管小车的位置信息和所述处理结果。

优选的，所述控制系统还包括报警装置，所述报警装置包括声音模块和/或光模块。

一种荒管小车的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1，通过固定在荒管小车上的绝对值编码器检测荒管小车的位置信息；

步骤2，所述绝对值编码器将所述位置信息发送给数据接收模块，所述数据接收模块与所述绝对值编码器通讯连接；

步骤3，所述数据接收模块接收所述位置信息后，对所述位置信息进行转化处理得到位置数据；

步骤4，数据处理模块对所述位置数据进行处理，根据处理结果向控制模块发出控制指令；

步骤5，控制模块接收到控制指令后，根据所述控制指令控制荒管小车的运动。

优选的，步骤4中，当绝对值编码器、数据接收模块中的至少一个发生异常时，数据处理模块的处理结果均是位置数据异常，并发出报警指令。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明通过一种荒管小车的控制系统及方法，不仅能实现荒管小车行走的精确定位，还能通过防止定位数据反馈电路异常造成的小车失控以及长时间生产停机。通过绝对值编码器和数据接收模块硬件通讯连接，以及在控制过程中的快速切块操作，能够有效提高荒管小车定位控制系统的稳定性，避免位置信息反馈失效造成的荒管小车飞车事故，且能在失效后快速恢复正常生产的目的，提高企业生产效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明荒管小车控制系统示意图；

图2为本发明荒管小车控制方法流程图。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

系统实施例：

本发明的荒管小车系统包括荒管小车、检测模块、控制模块和PLC控制装置。

荒管小车将荒管快速运送到常化链床，荒管小车的齿轮与固定齿条啮合，实现荒管小车快速往复运动。荒管小车上固定有控制模块和检测模块；检测模块用于检测荒管小车的位置信息，并将荒管小车的位置信息上传；控制模块根据接收的控制指令控制荒管小车的往复运动；

PLC控制装置包括数据接收模块和数据处理模块，数据接收模块与荒管小车上的检测模块通讯连接，数据处理模块与荒管小车上的控制模块通讯连接；数据接收模块接收检测模块上传的荒管小车的位置信息，并对位置信息进行转化处理得到位置数据，数据处理模块根据数据接收模块的荒管小车的位置数据进行处理分析，并发出控制指令，将该控制指令发送给控制模块，由控制模块根据控制指令控制荒管小车运动。

检测模块包括绝对值编码器，绝对值编码器由光电码盘的机械位置确定编码，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。因此，使用绝对值编码器能够大大的提高抗干扰特性、数据的可靠性。

本实施例通过绝对值编码器获取荒管小车行走的位置信息，即使发生电源故障，依然能够通过该绝对值编码器的光电码盘确定荒管小车的实际位置，相比于传统使用的位置传感器，当传感器元件损坏或者连接轴松动，都会造成位置传感器检测到的位置信息与实际位置信息不符；本申请中采用绝对值编码器能够有效的提高荒管小车位置信息的准确性。

具体的，在荒管小车传动轴上固定绝对值编码器，绝对值编码器输出数据类型为SSI型，25位格雷码，使用该绝对值编码器能够有效的防止绝对编码器本身损坏以及连接轴松动引起数据失效。

数据接收模块与绝对值编码器之间的通讯连接、数据处理模块与控制模块之间的通讯连接，通讯连接方式可以为有线通讯连接，也可以为无线通讯连接。有线通讯连接是通过通讯电缆连接在接收模块和绝对值编码器之间，即通过金属导线、光纤等有形煤质传送信息的方式将绝对值编码器检测到的荒管小车的位置信息发送给接收模块；无线通讯连接是通过WiFi、4G等无线技术建立设备之间的通讯链路，为设备之间的数据通讯提供基础，实现将绝对值编码器检测到的荒管小车的位置信息发送给接收模块；采用无线通讯能够避免进行数据传输的电缆在来回移动过程中发生芯断裂情况，提高位置信息传输的准确性。

在一些优选的实施例，数据接收模块设置两个，两个数据接收模块分别与两台绝对值编码器通讯连接；即第一数据接收模块与第一绝对值编码器通讯连接，形成第一通讯链路；第一通讯链路传输的位置信息称之为第一位置信息；第二数据接收模块与第二绝对值编码器通讯连接，形成第二通讯链路；第二通讯链路输出的位置信息称之为第二位置信息。第一通讯链路与第二通讯链路相互独立，但是两个通讯链路中的位置信息是同步传输，本申请使用两个通讯链路能够在一个通讯链路发生故障或异常时通过使用另一个通讯线路进行传输，提高传输过程中位置信息的可靠性。

数据处理模块包括处理器，例如中央处理器(central processing unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等，还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)或者其它可编程逻辑器件。

数据处理模块分别对两个位置信息进行处理，首先将绝对值编码器的格雷码方式的位置信息转换为位置数据，然后，数据处理模块对转换后的两个位置数据进行比较，例如，当第一位置数据和第二位置数据的差值超过一定值时，就认为数据处理模块接收到的位置数据与实际位置数据存在较大误差、位置数据异常，然后发出报警信号。

数据处理模块还连接报警装置，数据处理模块根据对两个位置数据的判断处理结果可以向报警装置发送报警信息，例如将位置数据异常的结果发送给报警装置，通过报警装置发出报警信号。报警装置包括声音模块和/或光模块，通过声音模块可以是蜂鸣器，通过发出蜂鸣声提醒工作人员荒管小车工作过程中出现异常，需要去检查异常原因或者去维修；光模块可以是闪烁灯，在需要进行报警时，通过闪烁灯的一直闪烁，反映荒管小车工作过程中出现异常，从而引起工作人员的注意；当然也可以同时通过声音和灯光向工作人员发出警示。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

作为一些优选的实施例方式，荒管小车系统还包括存储模块，存储模块用于存储数据接收模块接收到的位置信息和数据处理模块处理的处理结果。通过存储模块能够保留荒管小车运动过程中的位置信息和历史的处理结果，便于工作人员对荒管小车的运动过程的位置信息进行调取、重新分析等，达到预警的作用或者为荒管小车控制系统进行改进的依据。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

作为一些优选的实施例方式，荒管小车系统还包括设备终端，设备终端为人机界面(Human Machine Interaction，简称HMI)，PLC控制装置中的数据处理模块与设备终端连接，人机界面单元为现有技术中通常设置的人机界面单元，至少包括显示屏和输入按键模块，在人机界面单元中也可以设置报警模块，报警模块包括可以将异常信息在显示屏上标记显示出来的标记显示报警模块，还可以包括提醒注意的声光报警模块，声光报警模块提醒在设备终端的工作人员。通过人机界面(HMI)的输入按键模块能够选择第一位置信息或者第二位置信息，通过输入按键模块能够实现人为控制荒管小车。

数据处理模块在处理两个位置信息时，假设两个绝对值编码器分别为1#绝对值编码器和2#绝对值编码器，1#绝对值编码器检测得到格雷编码通过第一通讯链路传输到数据处理模块中的位置信息为第一位置数据，2#绝对值编码器检测得到格雷编码通过第二通讯链路传输到数据处理模块中的位置信息为第二位置数据，此处的第一位置数据和第二位置数据为位置信息经过转换后的位置数据。数据处理模块对第一位置数据和第二位置数据进行判断并作出处理结果的过程如下：

情况一：系统正常运行时，绝对值编码器输出数据异常；

系统正常运行时，假如1#绝对值编码器反馈数据异常，数据瞬时波动值达到2000，第一位置数据会与实际位置数据误差较大。对应的控制方法如下：将1#绝对值编码器停用，并将2#绝对值编码器投入使用，且5秒钟完成切换，使得荒管小车的位置信息和位置数据恢复正常。采用本方法处理80次上述异常，均能保证荒管小车运动快速恢复正常，达到了快速切换的目的。

系统正常运行时，假如2#绝对值编码器反馈数据异常，数据瞬时波动值达到1000，第二位置数据会与实际位置数据误差大。对应的控制方法如下：将2#绝对值编码器停用，并将1#绝对值编码器投入使用，且5秒钟完成切换，使得荒管小车的位置信息和位置数据恢复正常。采用本方法共处理80次上述异常，均能保证荒管小车快速恢复正常，达到了快速切换的目的。

情况二：绝对值编码器投入正常运行，绝对值编码器与数据接收模块之间的电缆出现断路；

1#绝对值编码器投入正常运行时，第一通讯链路的电缆有一根电线断路，会导致第一位置信息异常。对应的控制方法如下：将1#绝对值编码器停用，并将2#绝对值编码器投入使用，且5秒钟完成切换，使得荒管小车的位置信息恢复正常。采用本方法共处理50次上述异常，均能保证位置快速恢复正常，达到了快速切换的目的。

2#绝对值编码器投入正常运行时，第二通讯链路的电缆有一根电线断路，会导致第二位置信息异常。对应的控制方法如下：将2#绝对值编码器停用，并将1#绝对值编码器投入使用，且5秒钟完成切换，使得荒管小车的位置信息恢复正常。采用本方法共处理50次上述异常，均能保证位置快速恢复正常，达到了快速切换的目的。

情况三：系统正常运行，数据接收模块异常；

系统正常运行时，1#绝对值编码器对应的第一数据接收模块异常，会导致第一位置数据异常。对应的控制方法如下：将1#绝对值编码器停用，并将2#绝对值编码器投入使用，且5秒钟完成切换，使得荒管小车的位置数据恢复正常。采用本方法共处理60次上述异常，均能保证荒管小车快速恢复正常，达到了快速切换的目的。

系统正常运行时，2#绝对值编码器对应的第二数据接收模块异常，会导致第二位置数据异常。对应的控制方法如下：将2#绝对值编码器停用，并将1#绝对值编码器投入使用，且5秒钟完成切换，使得荒管小车的位置信息恢复正常。采用本方法共处理60次上述异常，均能保证位置快速恢复正常，达到了快速切换的目的。

情况四：系统正常运行时，两个绝对值编码器检测的位置信息偏差大于设定值；

系统正常运行时，1#绝对值编码检测到的第一位置数据与2#绝对值编码器检测到的第二位置数据作比较，两个位置数据偏差超过第一设定值，说明两个绝对值编码器中至少有一个输出的位置信息是异常的。对应的控制方法如下：再对转换前的两个位置信息进行比对，偏差值超过第二设定值，就输出报警信号，并提示是绝对值编码器的检测数据异常，需要工作人员进行处理。采用本方法测试大于100次上述异常，均能准确输出异常报警信号。在本实施例中，第一设定值为100mm，第二设定值为80mm。

因此，无论是绝对值编码器、数据接收模块或者通讯链路出现问题，经过数据处理模块的判断、处理后，向控制模块发送控制指令，由控制模块根据控制指令通过冗余的设备实现快速恢复正常生产的目的。将本发明的控制系统应用于某钢管厂荒管小车电气控制系统中，能够提高荒管小车定位控制系统的稳定性，减少异常停机时间30小时/年，经济效益显著。

本发明通过一种荒管小车的控制系统，不仅能实现荒管小车行走的精确定位，还能通过防止定位数据反馈电路异常造成的小车失控以及长时间生产停机。通过绝对值编码器和数据接收模块硬件通讯连接，以及在控制过程中的快速切块操作，能够有效提高荒管小车定位控制系统的稳定性，避免位置信息反馈失效造成的荒管小车飞车事故，且能在失效后快速恢复正常生产的目的，提高企业生产效率。

方法实施例：

一种荒管小车的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，通过固定在荒管小车上的绝对值编码器检测荒管小车的位置信息；

步骤2，所述绝对值编码器将所述位置信息发送给数据接收模块，所述数据接收模块与所述绝对值编码器通讯连接；

步骤3，所述数据接收模块接收所述位置信息后，对所述位置信息进行转化处理得到位置数据；

步骤4，数据处理模块对所述位置数据进行处理，根据处理结果向控制模块发出控制指令；

当绝对值编码器、数据接收模块中的至少一个发生异常时，数据处理模块的处理结果均是位置数据异常，此时，数据处理模块会发出报警指令；

步骤5，控制模块接收到控制指令后，根据所述控制指令控制荒管小车的运动；

步骤6，报警装置接收到报警指令后会发出报警提醒，提醒工作人员发生异常，需要检修或者注意生产过程。

上述根据本申请实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器存储介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的方法的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的方法的专用计算机。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请实施例中描述的各个模块/步骤拆分为更多模块/步骤，也可以将两个或多个模块/步骤或者模块/步骤的部分操作组合成新的模块/步骤，以实现本申请实施例的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种荒管小车的控制系统，所述控制系统用于控制荒管小车的运动；其特征在于，所述控制系统包括：

检测模块，所述检测模块包括绝对值编码器，所述绝对值编码器固定在所述荒管小车上，用于检测所述荒管小车的位置信息；

控制模块，所述控制模块用于接收数据处理模块发送的控制指令，并根据所述控制指令控制荒管小车的运动；

PLC控制装置，所述PLC控制装置包括：

数据接收模块，所述数据接收模块通讯连接所述检测模块，所述数据接收模块接收所述荒管小车的位置信息，并对位置信息进行转化处理得到位置数据；

数据处理模块，所述数据处理模块通讯连接所述控制模块，所述数据处理模块对所述位置数据进行处理，并根据处理结果向所述控制模块发送控制指令。

2.根据权利要求1所述的荒管小车的控制系统，其特征在于，所述绝对值编码器设置有第一绝对值编码器和第二绝对值编码器；所述数据接收模块设置有第一数据接收模块和第二数据接收模块；所述第一绝对值编码器与第一数据接收模块通讯连接形成第一通讯链路；所述第二绝对值编码与第二数据接收模块通讯连接形成第二通讯链路；所述第一通讯链路和所述第二通讯链路相互独立。

3.根据权利要求2所述的荒管小车的控制系统，其特征在于，所述第一通讯链路上传输的是第一位置信息，所述第二通讯链路上传输的是第二位置信息；所述第一位置信息和所述第二位置信息同步传输。

4.根据权利要求1所述的荒管小车的控制系统，其特征在于，所述绝对值编码器固定在荒管小车的传动轴上。

5.根据权利要求1所述的荒管小车的控制系统，其特征在于，所述数据接收模块与所述绝对值编码器之间进行有线通讯连接；所述有线为通讯电缆。

6.根据权利要求1所述的荒管小车的控制系统，其特征在于，所述数据接收模块与所述绝对值编码器之间进行无线通讯连接。

7.根据权利要求1所述的荒管小车的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括存储模块，所述存储模块与PLC控制装置连接，所述存储模块用于存储所述荒管小车的位置信息和所述处理结果。

8.根据权利要求1所述的荒管小车的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括报警装置，所述报警装置包括声音模块和/或光模块。

9.一种荒管小车的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1，通过固定在荒管小车上的绝对值编码器检测荒管小车的位置信息；

步骤2，所述绝对值编码器将所述位置信息发送给数据接收模块，所述数据接收模块与所述绝对值编码器通讯连接；

步骤3，所述数据接收模块接收所述位置信息后，对所述位置信息进行转化处理得到位置数据；

步骤4，数据处理模块对所述位置数据进行处理，根据处理结果向控制模块发出控制指令；

步骤5，控制模块接收到控制指令后，根据所述控制指令控制荒管小车的运动。

10.根据权利要求9所述的荒管小车的控制方法，其特征在于，步骤4中，当绝对值编码器、数据接收模块中的至少一个发生异常时，数据处理模块的处理结果均是位置数据异常，并发出报警指令。

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