CN113091609B - 一种转炉钢包车的位置检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转炉钢包车的位置检测方法及装置，该方法包括以下步骤：提供第一激光测距仪和第二激光测距仪，其安装于钢包车行进轨道端头的两侧，其测量值反馈给PLC控制系统，分别记为S1和S2，其中，S1和S2满足线性关系，即S1＝k×S2+b；计算钢包车的理论位置S3：

根据所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的状态确定钢包车的测量位置S。本发明既避免了新增编码器带来的维护困难，又保证了在自动出钢过程中，即使两台激光测距仪数据都出现异常的情况下仍然可以完成自动出钢。

Description

一种转炉钢包车的位置检测方法及装置

技术领域

本发明涉及冶金炼钢技术领域，具体地涉及一种自动出钢过程中的转炉钢包车的位置检测方法及装置。

背景技术

目前世界范围内各大钢厂钢包车控制基本靠操作工手动操作，人眼定位。近年来随着越来越多的钢厂实现了自动出钢，越来越多的钢厂钢包车实现了自动定位控制。目前主要的位置检测方案有：1)大多通过激光测距仪检测钢包车位置。该方案精度高，但容易受环境影响，如激光扫描线路异物穿行或有较大烟雾。由于钢包车本身工作环境恶劣，多尘多烟雾，在自动出钢过程中，测距传感器数据异常后，必须停止自动出钢，人工介入手动完成出钢操作，极大影响自动出钢成功率及稳定性；另由于没有参考值来判断激光测距仪是否工作正常，一当钢包车测距传感器出现故障而未能及时发现，将出现泼钢等非常严重的生产事故。2)通过给电机加装编码器来实现位置检测。该方案实现繁琐，需对钢包车进行机械改造，另单独为编码器增加电缆传输信号，由于工矿恶劣，编码器电缆极易被烧毁或拉断，大多数钢厂钢包车只保留一根主动力电缆。该方案容易产生累积误差，且较大增加维护工作。

另外有些钢厂转炉钢包车行走轨道直接与精炼钢包车轨道相连，无合适端头位置可供安装激光测距仪垂直于钢包车车头端面扫描，激光只能倾斜照射，这种情况激光测距仪无法全程都扫描到钢包车位置，无法做到全程定位。

发明内容

本发明旨在提供一种转炉钢包车的位置检测方法，以解决上述问题。为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一方面，提供了一种转炉钢包车的位置检测方法，其可包括以下步骤：

提供第一激光测距仪和第二激光测距仪，所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪安装于钢包车行进轨道端头的两侧，分别用于测量钢包车的位置，其测量值反馈给PLC控制系统，分别记为S1和S2，其中，S1和S2满足线性关系，即S1＝k×S2+b，k和b的值通过对S1和S2的多个采样值进行最小二乘法拟合得到；

计算钢包车的理论位置S3：

其中，u_c是当前钢包车速度，u_m为钢包车的驱动电机转速，R为传动比；

根据所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的状态确定钢包车的测量位置S。

进一步地，根据所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的状态确定钢包车的测量位置S的具体过程为：当所述第一激光测距仪正常时，S＝S1；当所述第一激光测距仪故障且所述第二激光测距仪正常时，S＝k×S2+b；以及当所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障时，S＝S3。

进一步地，该方法还包括步骤：当所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障时，计算S3是否超过预设值，超过则报警停止生产，否则继续生产。

进一步地，传动比R根据以下公式计算得到

其中，ΔS1是通过所述第一激光测距仪得到的钢包车在时间间隔Δt内的位移。

进一步地，定时对钢包车的理论位置S3进行修正，具体地，循环修正时间t计时未到时,

循环修正时间t计时到时,若所述第一激光测距仪工作正常，则S3＝S1；若所述第一激光测距仪故障且所述第二激光测距仪正常，则S3＝k×S2+b；若所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障，则S3不修正。

根据本发明的另一方面，提供了一种转炉钢包车的位置检测装置，其可包括第一激光测距仪、第二激光测距仪和PLC控制系统，所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪安装于钢包车行进轨道端头并与所述PLC控制系统电连接，分别记为S1和S2，其中，S1和S2满足线性关系，即S1＝k×S2+b，k和b的值通过对S1和S2的多个采样值进行最小二乘法拟合得到；所述PLC控制系统计算钢包车的理论位置S3：

其中，u_c是当前钢包车速度，u_m为钢包车的驱动电机转速，R为传动比，以及根据所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的状态确定钢包车的测量位置S。

进一步地，根据所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的状态确定钢包车的测量位置S的具体过程为：当所述第一激光测距仪正常时，S＝S1；当所述第一激光测距仪故障且所述第二激光测距仪正常时，S＝k×S2+b；以及当所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障时，S＝S3。

进一步地，当所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障时，计算S3是否超过预设值，超过则报警停止生产，否则继续生产。

进一步地，传动比R根据以下公式计算得到：

其中，ΔS1是通过所述第一激光测距仪得到的钢包车在时间间隔Δt内的位移。

进一步地，所述PLC控制系统定时对钢包车的理论位置S3进行修正，具体地，循环修正时间t计时未到时,

循环修正时间t计时到时,若所述第一激光测距仪工作正常，则S3＝S1；若所述第一激光测距仪故障且所述第二激光测距仪正常，则S3＝k×S2+b；若所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障，则S3不修正。

本发明采用上述技术方案，具有的有益效果是：既避免了新增编码器带来的维护困难，又保证了在自动出钢过程中，即使两台激光测距仪数据都出现异常的情况下仍然可以完成自动出钢。

附图说明

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

图1是本发明的一种转炉钢包车的位置检测装置的原理框图；

图2是图1所示的转炉钢包车的位置检测装置的1#激光测距仪和2#激光测距仪的现场安装示意图；

图3是图2所示的1#激光测距仪和2#激光测距仪的测量原理图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1示出了一种转炉钢包车的位置检测装置的原理框图。该位置检测装置可包括两台激光测距仪(1#和2#激光测距仪)3和PLC控制系统4等，其中，两台激光测距仪安装于钢包车1的行进轨道端头(如图2所示)并与PLC控制系统4电连接。即，1#和2#激光测距仪的测量值反馈到PLC控制系统，分别为S1和S2。根据图3所示，有

即S1和S2成线性关系，可以写成S1＝k×S2+b。由于1#和2#激光测距仪的的角度α、β不好测量并且容易因振动而导致角度改变，在实际操作过程中，k和b的值通过对钢包车行驶过程中的S1和S2的多个采样值进行最小二乘法拟合得到，以提高其准确度。获得k和b值后，可通过该线性关系判断两台激光数据是否一致。

将电控系统2中的钢包车电机变频器中的电机转速值u_m通过通讯方式反馈到PLC控制系统4，通过传动比R换算，可计算出当前钢包车速度u_c，即u_c＝Ru _m。对钢包车速度求时间积分，可计算出钢包车位移(即，理论位置)S3：

传动比R可以是实际的齿轮传动比，也可以根据以下公式计算得到：

其中，ΔS1是通过所述第一激光测距仪得到的钢包车在时间间隔Δt内的位移。

PLC控制系统定时对S3的值进行修正。由于钢包车电机无编码器以及齿轮传动比等误差的存在，因此，S3值存在较大累积误差。随着钢包车运行时间的增大，误差将越来越大，但在某一小段距离范围内，误差是可接受的。基于此，为避免产生较大累积误差，需定时对S3值进行修正。具体地，循环修正时间t计时未到时,

循环修正时间t计时到时,若1#激光测距仪工作正常，则S3＝S1；若1#激光测距仪故障且2#激光测距仪正常，则S3＝k×S2+b；若1#激光测距仪和2#激光测距仪均故障，则S3不修正，即

S1、S2和S3三个数据相互校验，互为备用，确保自动出钢过程中钢包车位置的安全控制。也就是说，可以根据1#激光测距仪和2#激光测距仪的状态通过S1、S2和S3三个数据来确定钢包车的测量位置(即，钢包车位置最终输出值)S。具体地，当1#激光测距仪正常工作时，S＝S1；当1#激光测距仪故障且2#激光测距仪正常工作时，S＝k×S2+b；以及1#激光测距仪和2#激光测距仪均故障时，S＝S3。两台激光测距仪发生故障后钢包车的位移改变量Sf小于预设值Sa(Sf<Sa)时，误差可接受，系统可继续运行；当Sf>Sa时，系统报警停止运行。如此则实现了两台激光测距仪故障后，钢包车还可以运行距离Sa。实际生产中，钢包车总行程约50米，而出钢过程中从开始出钢位置到出钢结束位置钢包车行程仅约4米。经实际测试，Sa值大于4米，因此实现了出钢过程中两台激光测距仪均出现故障的极端情况下，通过降低钢包车位置精度来完成本炉次自动出钢。

此外，本发明还公开了基于上述转炉钢包车的位置检测装置的转炉钢包车的位置检测装置方法。该方法的具体步骤已在上文中进行了描述，这里不再赘述。本方法实现简单，极大提高自动出钢的成功率及安全性，能够保证自动出钢过程中激光扫描线路上异物穿行、烟气、灰尘量异常等情况下完成钢包车的定位控制。本方法对传感器故障进行实时诊断和分析，在发生故障后能够主动重构系统的软硬件结构，从而确保整个系统在不损失性能指标或部分性能指标有所降低的情况下安全运行。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种转炉钢包车的位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供第一激光测距仪和第二激光测距仪，所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪安装于钢包车行进轨道端头的两侧，分别用于测量钢包车的位置，其测量值反馈给PLC控制系统，分别记为S1和S2，其中，S1和S2满足线性关系，即S1＝k×S2+b，k和b的值通过对S1和S2的多个采样值进行最小二乘法拟合得到；

计算钢包车的理论位置S3：

其中，u_c是当前钢包车速度，u_m为钢包车的驱动电机转速，R为传动比；

根据所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的状态确定钢包车的测量位置S；

其中，根据所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的状态确定钢包车的测量位置S的具体过程为：当所述第一激光测距仪正常时，S＝S1；当所述第一激光测距仪故障且所述第二激光测距仪正常时，S＝k×S2+b；以及当所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障时，S＝S3。

2.如权利要求1所述的转炉钢包车的位置检测方法，其特征在于，还包括步骤：当所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障时，计算S3是否超过预设值，超过则报警停止生产，否则继续生产。

3.如权利要求1所述的转炉钢包车的位置检测方法，其特征在于，传动比R根据以下公式计算得到：

其中，ΔS1是通过所述第一激光测距仪得到的钢包车在时间间隔Δt内的位移。

4.如权利要求1所述的转炉钢包车的位置检测方法，其特征在于，还包括步骤：定时对钢包车的理论位置S3进行修正，具体地，循环修正时间t计时未到时,

循环修正时间t计时到时,若所述第一激光测距仪工作正常，则S3＝S1；若所述第一激光测距仪故障且所述第二激光测距仪正常，则S3＝k×S2+b；若所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障，则S3不修正。

5.一种转炉钢包车的位置检测装置，其特征在于，包括第一激光测距仪、第二激光测距仪和PLC控制系统，所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪安装于钢包车行进轨道端头并与所述PLC控制系统电连接，分别记为S1和S2，其中，S1和S2满足线性关系，即S1＝k×S2+b，k和b的值通过对S1和S2的多个采样值进行最小二乘法拟合得到；所述PLC控制系统计算钢包车的理论位置S3：

其中，u_c是当前钢包车速度，u_m为钢包车的驱动电机转速，R为传动比，以及根据所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的状态确定钢包车的测量位置S；其中，根据所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的状态确定钢包车的测量位置S的具体过程为：当所述第一激光测距仪正常时，S＝S1；当所述第一激光测距仪故障且所述第二激光测距仪正常时，S＝k×S2+b；以及

当所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障时，S＝S3。

6.如权利要求5所述的转炉钢包车的位置检测装置，其特征在于，当所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障时，计算S3是否超过预设值，超过则报警停止生产，否则继续生产。

7.如权利要求5所述的转炉钢包车的位置检测装置，其特征在于，传动比R根据以下公式计算得到：

其中，ΔS1是通过所述第一激光测距仪得到的钢包车在时间间隔Δt内的位移。

8.如权利要求5所述的转炉钢包车的位置检测装置，其特征在于，所述PLC控制系统定时对钢包车的理论位置S3进行修正，具体地，循环修正时间t计时未到时,

循环修正时间t计时到时,若所述第一激光测距仪工作正常，则S3＝S1；若所述第一激光测距仪故障且所述第二激光测距仪正常，则S3＝k×S2+b；若所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均故障，则S3不修正。

Images