CN115506440A - 一种回转失控智能保护系统、保护方法及计算机设备 - Google Patents

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CN115506440A CN202211035306.1A CN202211035306A CN115506440A CN 115506440 A CN115506440 A CN 115506440A CN 202211035306 A CN202211035306 A CN 202211035306A CN 115506440 A CN115506440 A CN 115506440A
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Taiyuan Oulu Electromechanical Engineering Co ltd
North Weijiamao Coal Power Co Ltd
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Abstract

本发明属于回转失控智能保护技术领域，公开了一种回转失控智能保护系统、保护方法及计算机设备，所述回转失控智能保护系统包括：转矩检测模块、负载检测模块、主控模块、回转异常诊断模块、回转保护模块、回转制动可靠性预警模块、回转性能停车制动模块、显示模块；主控模块与转矩检测模块、负载检测模块、回转异常诊断模块、回转保护模块、回转制动可靠性预警模块、回转性能停车制动模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作。本发明通过回转保护模块对回转机构主令断线的保护，提高了系统的安全性能；同时，通过回转制动可靠性预警模块可以准确估计出复杂工况下回转机构的可靠度。

Description

一种回转失控智能保护系统、保护方法及计算机设备
技术领域
本发明属于回转失控智能保护技术领域，尤其涉及一种回转失控智能保护系统、保护方法及计算机设备。
背景技术
矿用挖掘机回转机构的负载特性属于大惯量旋转负载。为使其起、制动平稳，机械冲击小，回转机构采用具有速度限幅的转矩控制方式，即主令给定是转矩给定。由于回转机构为转矩控制，在回转过程中，如果要让回转机构停止运转，必须给一个反向转矩给定当主令给定信号断线时，给定转矩为零，回转机构就不能马上停止运行；然而，现有回转失控智能保护系统对回转机构保护安全性差；同时，不能准确估计出复杂工况下回转机构的可靠度。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有回转失控智能保护系统对回转机构保护安全性差。
(2)不能准确估计出复杂工况下回转机构的可靠度。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种回转失控智能保护系统、保护方法及计算机设备。
本发明是这样实现的，一种回转失控智能保护系统包括：回转保护模块，与主控模块连接，用于原PLC程序进行优化，增加回转失控时的保护程序，对回转机构进行保护；
回转制动可靠性预警模块，用于对回转机构可靠性进行评价，并通过增加的回转失控时的能耗设备，确保回转制动时的直流母线电压阈值不超过报警值；
回转性能停车制动模块，用于通过调整变频器参数实现电铲在失控时能够在变频控制模式下实现平稳停车，以及还用于对回转机构性能进行测试。
还包括：
转矩检测模块、负载检测模块、主控模块、回转异常诊断模块、显示模块；
转矩检测模块，与主控模块连接，用于通过扭转传感器检测回转机构转矩数据；
负载检测模块，与主控模块连接，用于检测回转机构负载数据；
主控模块，与转矩检测模块、负载检测模块、回转异常诊断模块、回转保护模块、回转制动可靠性预警模块、回转性能停车制动模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；
回转异常诊断模块，与主控模块连接，用于对回转机构异常进行诊断；
在回转性能停车制动模块对回转机构性能进行测试中，包括：被测回转机构S回转机构性能数据的提取，首先将被测回转机构和被测回转机构整体的S回转机构性能数据转换至T回转机构性能数据，记为Tt；将得到的输入端口和输出端口被测回转机构的S回转机构性能数据也转换为T回转机构性能数据，分别记为T1,T2，那么被测回转机构的T回转机构性能数据为：
Figure BDA0003818705660000021
将被测回转机构的T回转机构性能数据转换至S回转机构性能数据完成测量和计算，得到了被测回转机构的S回转机构性能数据，完成全部的测量过程；
被测回转机构S回转机构性能数据的提取具体包括：
(1)被测回转机构S回转机构性能数据方程的建立；对于被测回转机构，等效为两个二端口网络级联；第一个网络和第二个网络的散射回转机构性能数据关系式分别为：
Figure BDA0003818705660000031
Figure BDA0003818705660000032
利用分块矩阵将式分解，表示如下：
Figure BDA0003818705660000033
Figure BDA0003818705660000034
内部接口之间有b2＝a'1,b'1＝a2的相互关系，将此关系式代入可得级联后总的网络的散射回转机构性能数据矩阵为：
Figure BDA0003818705660000035
因为：
Figure BDA0003818705660000036
所以级联后新的双端口网络的散射回转机构性能数据为：
Figure BDA0003818705660000041
Figure BDA0003818705660000042
Figure BDA0003818705660000043
Figure BDA0003818705660000044
将两个被测回转机构直接连接在一起，直接连接后的网络将是对称互易网络，S22得到下列表达式：
Figure BDA0003818705660000045
考虑到S12＝S21，得到两个复数方程和三个未知数，已知
Figure BDA0003818705660000046
通过测量得到；只有S11,S12和S22为未知数；
(2)反射被测回转机构S回转机构性能数据方程的建立；双端口网络的入射波和反射波之间的关系表示为：
Figure BDA0003818705660000047
Γin是通过直接测量该反射被测回转机构的S11回转机构性能数据获得的，将反射被测回转机构设计加工成开路或短路的形式,ΓL实际值采用HFSS仿真得到,得到如下方程组：
Figure BDA0003818705660000051
考虑到S12＝S21，利用三个未知数和三个方程，求解出被测回转机构完整的S回转机构性能数据。
显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示检测回转机构的转矩、负载、回转异常诊断结果、回转可靠性评价结果、回转性能测试结果。
进一步，所述回转保护模块保护方法如下：
(1)配置回转主令控制装置控制回转机构性能数据，在回转主令控制装置最大位置设置回转主令向左最大、向右最大两个开关；
(2)回转机构转向控制；当回转主令未到向左或向右的最大位置时，回转主令向左和向右最大开关均未闭合，此时，选择开关状态为00，回转转矩控制装置的转矩给定为手柄的实际给定M；
(3)回转机构制动时，通过反方向操作回转主令，给回转转矩控制装置反方向的转矩给定，使回转机构停车；
(4)在回转机构运行过程中，若主令给定断线，即M＝0，要使回转机构制动停车，操作人员必将主令控制装置操作到最大位置，回转主令向左最大或向右最大开关闭合，给回转转矩控制装置反方向的最大给定，使回转停车。
进一步，所述回转机构转向控制方法：
回转机构向左运行时，给定信号为“+”值，当主令操作到最大位置，回转主令向左最大开关闭合，选择开关的状态为01，此时：回转转矩控制装置的转矩给定为最大给定，即Mmax；
回转机构向右运行时，给定信号为“-”值，当主令操作到最大位置，回转主令向右最大开关闭合，选择开关的状态为10，此时：回转转矩控制装置的转矩给定为负向最大给定，即-Mmax。
进一步，所述回转制动可靠性预警模块预警方法如下：
1)将全部I种工况按摆动幅度排序；将每种工况的载荷作统一处理，使得每种工况具有相等的统一等效载荷，并且对每种工况下回转机构的摆动循环次数在确保可靠度不变的前提下作等效转换，最终使得回转机构每种工况在统一载荷和等效摆动循环次数下与实际工况下可靠度保持不变；
2)将每个滚珠对滚道作用区域划分为I个相互独立的区域，并将I种工况按照摆动幅度从小到大排序；
3)确定每个区域内滚珠摆动循环的次数和摆动幅度；判断每个区域内滚珠摆动幅度和π/Z的关系，分别计算各相互独立区域可靠度；
4)计算复杂工况下回转机构的可靠度。
进一步，所述摆动循环次数的等效算法如式(1)所示：
Figure BDA0003818705660000061
式中：Nequi为第i种工况下载荷统一后保持可靠度不变的等效摆动循环次数；Quni为统一载荷，Nosci代表摆动循环次数，Qi为第i种工况下回转机构的载荷。
进一步，所述判断每个区域内滚珠摆动幅度和π/Z的关系，分别计算各相互独立区域可靠度方法：
根据滚珠摆动幅度是否大于π/Z，分别用式(2)和式(3)描述：
Figure BDA0003818705660000062
Figure BDA0003818705660000063
式中：
Figure BDA0003818705660000071
为2倍摆动幅度，Z为转盘轴承单排滚珠数目，H为任意整数，γ为摆动重叠区域角度范围。
进一步，所述如果摆动幅度
Figure BDA0003818705660000072
在这种摆动情况下转盘轴承每摆动一次，受载区域任意位置受一个滚珠作用2次，参照Lundberg-Palmgren理论滚道受载区域滚动接触疲劳可靠度按式(4)评价；
Figure BDA0003818705660000073
式中：S为滚珠作用区域可靠度，A、e、c、h为取决于滚道材料与热处理性能的常数，τ为接触区域正交剪应力，z为正交剪应力深度，V为作用应力区域体积。
进一步，所述如果摆动幅度
Figure BDA0003818705660000074
为第i种工况下回转机构滚珠相对内外圈的摆动幅度，
Figure BDA0003818705660000075
为第i-1种工况下回转机构滚珠相对内外圈的摆动幅度，在这种摆动情况下每个滚珠对对滚道的作用区域可分为E区域和F区域，转盘轴承每摆动一次，E区域任意位置受一个滚珠作用2次，F区域任意位置受一个滚珠作用4次，参照Lundberg-Palmgren理论，E区域滚动接触疲劳可靠度按式(4)评价，F区域滚动接触疲劳可靠度可按式(5)评价；
Figure BDA0003818705660000076
进一步，所述计算复杂工况下回转机构的可靠度方法：
根据
Figure BDA0003818705660000077
计算复杂工况下回转机构的可靠度；其中：滚珠在第i个区域内摆动时回转机构的可靠度为Si，Stotal为回转机构运行可靠度；回转机构运行可靠度为回转机构在各区域内摆动可靠度的乘积。
进一步，所述评价方法还包括：
将计算的回转机构的可靠度数据存入云服务器中进行保存。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述回转失控智能保护系统的回转失控智能保护方法，所述回转失控智能保护方法包括：
S1，利用扭转传感器检测回转机构转矩数据；检测回转机构负载数据；
S2，通过回转异常诊断数据对回转机构异常进行诊断；并对回转机构进行保护；并通过回转制动可靠性预警模块对回转机构可靠性进行评价；
S3，对回转机构性能进行测试；
S4，利用显示器显示检测回转机构的转矩、负载、回转异常诊断结果、回转可靠性评价结果、回转性能测试结果。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述回转失控智能保护系统的功能。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
本发明提供一种回转失控智能调控的保护系统，通过三个方面实现回转失控的智能保护。
(1)对原PLC程序进行了优化，增加了回转失控时的保护程序；
(2)新增了回转失控时的能耗设备，确保回转制动时的直流母线电压阈值不会超过报警值；
(3)通过调整变频器参数实现电铲在失控时能够在变频控制模式下实现平稳停车；通过这三个方面最终实现电铲回转平稳运行以及故障失控时的平稳停车，本发明也重点考虑到初学者对电铲的操作。
本发明通过回转保护模块对回转机构主令断线的保护，提高了系统的安全性能；同时，通过回转制动可靠性预警模块可以准确估计出复杂工况下回转机构的可靠度。
第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
本发明通过回转保护模块对回转机构主令断线的保护，提高了系统的安全性能；同时，通过回转制动可靠性预警模块可以准确估计出复杂工况下回转机构的可靠度。
本发明在回转性能停车制动模块对回转机构性能进行测试中，被测回转机构S回转机构性能数据的提取，首先将被测回转机构和被测回转机构整体的S回转机构性能数据转换至T回转机构性能数据，记为Tt；将得到的输入端口和输出端口被测回转机构的S回转机构性能数据也转换为T回转机构性能数据，将被测回转机构的T回转机构性能数据转换至S回转机构性能数据完成测量和计算，得到了被测回转机构的S回转机构性能数据，完成全部的测量过程等，实现了智能控制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的回转失控智能保护系统结构框图。
图2是本发明实施例提供的回转保护模块保护方法流程图。
图3是本发明实施例提供的回转制动可靠性预警模块预警方法流程图。
图1中：1、转矩检测模块；2、负载检测模块；3、主控模块；4、回转异常诊断模块；5、回转保护模块；6、回转制动可靠性预警模块；7、回转性能停车制动模块；8、显示模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
本发明实施例提供一种回转失控智能保护系统包括：
回转保护模块5，与主控模块连接，用于原PLC程序进行优化，增加回转失控时的保护程序，对回转机构进行保护；
回转制动可靠性预警模块6，用于对回转机构可靠性进行评价，并通过增加的回转失控时的能耗设备，确保回转制动时的直流母线电压阈值不超过报警值；
回转性能停车制动模块7，用于通过调整变频器参数实现电铲在失控时能够在变频控制模式下实现平稳停车，以及还用于对回转机构性能进行测试。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供的回转失控智能保护系统包括：转矩检测模块1、负载检测模块2、主控模块3、回转异常诊断模块4、回转保护模块5、回转制动可靠性预警模块6、回转性能停车制动模块7、显示模块8。
转矩检测模块1，与主控模块3连接，用于通过扭转传感器检测回转机构转矩数据；
负载检测模块2，与主控模块3连接，用于检测回转机构负载数据；
主控模块3，与转矩检测模块1、负载检测模块2、回转异常诊断模块4、回转保护模块5、回转制动可靠性预警模块6、回转性能停车制动模块7、显示模块8连接，用于控制各个模块正常工作；
回转异常诊断模块4，与主控模块3连接，用于对回转机构异常进行诊断；
回转保护模块5，与主控模块3连接，用于对回转机构进行保护；
回转制动可靠性预警模块6，与主控模块3连接，用于对回转机构可靠性进行评价；
回转性能停车制动模块7，与主控模块3连接，用于对回转机构性能进行测试；
在回转性能停车制动模块对回转机构性能进行测试中，包括：被测回转机构S回转机构性能数据的提取，首先将被测回转机构和被测回转机构整体的S回转机构性能数据转换至T回转机构性能数据，记为Tt；将得到的输入端口和输出端口被测回转机构的S回转机构性能数据也转换为T回转机构性能数据，分别记为T1,T2，那么被测回转机构的T回转机构性能数据为：
Figure BDA0003818705660000111
将被测回转机构的T回转机构性能数据转换至S回转机构性能数据完成测量和计算，得到了被测回转机构的S回转机构性能数据，完成全部的测量过程；
被测回转机构S回转机构性能数据的提取具体包括：
(1)被测回转机构S回转机构性能数据方程的建立；对于被测回转机构，等效为两个二端口网络级联；第一个网络和第二个网络的散射回转机构性能数据关系式分别为：
Figure BDA0003818705660000112
Figure BDA0003818705660000113
利用分块矩阵将式分解，表示如下：
Figure BDA0003818705660000114
Figure BDA0003818705660000121
内部接口之间有b2＝a'1,b'1＝a2的相互关系，将此关系式代入可得级联后总的网络的散射回转机构性能数据矩阵为：
Figure BDA0003818705660000122
因为：
Figure BDA0003818705660000123
所以级联后新的双端口网络的散射回转机构性能数据为：
Figure BDA0003818705660000124
Figure BDA0003818705660000125
Figure BDA0003818705660000126
Figure BDA0003818705660000127
将两个被测回转机构直接连接在一起，直接连接后的网络将是对称互易网络，S22得到下列表达式：
Figure BDA0003818705660000131
考虑到S12＝S21，得到两个复数方程和三个未知数，已知
Figure BDA0003818705660000132
通过测量得到；只有S11,S12和S22为未知数；
(2)反射被测回转机构S回转机构性能数据方程的建立；双端口网络的入射波和反射波之间的关系表示为：
Figure BDA0003818705660000133
Γin是通过直接测量该反射被测回转机构的S11回转机构性能数据获得的，将反射被测回转机构设计加工成开路或短路的形式,ΓL实际值采用HFSS仿真得到,得到如下方程组：
Figure BDA0003818705660000134
考虑到S12＝S21，利用三个未知数和三个方程，求解出被测回转机构完整的S回转机构性能数据。
显示模块8，与主控模块3连接，用于通过显示器显示检测回转机构的转矩、负载、回转异常诊断结果、回转可靠性评价结果、回转性能测试结果。
如图2所示，本发明提供的回转保护模块5保护方法如下：
S101，配置回转主令控制装置控制回转机构性能数据，在回转主令控制装置最大位置设置回转主令向左最大、向右最大两个开关；
S102，回转机构转向控制；当回转主令未到向左或向右的最大位置时，回转主令向左和向右最大开关均未闭合，此时，选择开关状态为00，回转转矩控制装置的转矩给定为手柄的实际给定M；
S103，回转机构制动时，通过反方向操作回转主令，给回转转矩控制装置反方向的转矩给定，使回转机构停车；
S104，在回转机构运行过程中，若主令给定断线，即M＝0，要使回转机构制动停车，操作人员必将主令控制装置操作到最大位置，回转主令向左最大或向右最大开关闭合，给回转转矩控制装置反方向的最大给定，使回转停车。
本发明提供的回转机构转向控制方法：
回转机构向左运行时，给定信号为“+”值，当主令操作到最大位置，回转主令向左最大开关闭合，选择开关的状态为01，此时：回转转矩控制装置的转矩给定为最大给定，即Mmax；
回转机构向右运行时，给定信号为“-”值，当主令操作到最大位置，回转主令向右最大开关闭合，选择开关的状态为10，此时：回转转矩控制装置的转矩给定为负向最大给定，即-Mmax。
如图3所示，本发明提供的回转制动可靠性预警模块6评价方法如下：
S201，将全部I种工况按摆动幅度排序；将每种工况的载荷作统一处理，使得每种工况具有相等的统一等效载荷，并且对每种工况下回转机构的摆动循环次数在确保可靠度不变的前提下作等效转换，最终使得回转机构每种工况在统一载荷和等效摆动循环次数下与实际工况下可靠度保持不变；
S202，将每个滚珠对滚道作用区域划分为I个相互独立的区域，并将I种工况按照摆动幅度从小到大排序；
S203，确定每个区域内滚珠摆动循环的次数和摆动幅度；判断每个区域内滚珠摆动幅度和π/Z的关系，分别计算各相互独立区域可靠度；
S204，计算复杂工况下回转机构的可靠度。
本发明提供的摆动循环次数的等效算法如式(1)所示：
Figure BDA0003818705660000151
式中：Nequi为第i种工况下载荷统一后保持可靠度不变的等效摆动循环次数；Quni为统一载荷，Nosci代表摆动循环次数，Qi为第i种工况下回转机构的载荷。
本发明提供的判断每个区域内滚珠摆动幅度和π/Z的关系，分别计算各相互独立区域可靠度方法：
根据滚珠摆动幅度是否大于π/Z，分别用式(2)和式(3)描述：
Figure BDA0003818705660000152
Figure BDA0003818705660000153
式中：
Figure BDA0003818705660000154
为2倍摆动幅度，Z为转盘轴承单排滚珠数目，H为任意整数，γ为摆动重叠区域角度范围。
本发明提供的如果摆动幅度
Figure BDA0003818705660000155
在这种摆动情况下转盘轴承每摆动一次，受载区域任意位置受一个滚珠作用2次，参照Lundberg-Palmgren理论滚道受载区域滚动接触疲劳可靠度按式(4)评价；
Figure BDA0003818705660000156
式中：S为滚珠作用区域可靠度，A、e、c、h为取决于滚道材料与热处理性能的常数，τ为接触区域正交剪应力，z为正交剪应力深度，V为作用应力区域体积。
本发明提供的如果摆动幅度
Figure BDA0003818705660000161
为第i种工况下回转机构滚珠相对内外圈的摆动幅度，
Figure BDA0003818705660000162
为第i-1种工况下回转机构滚珠相对内外圈的摆动幅度，在这种摆动情况下每个滚珠对对滚道的作用区域可分为E区域和F区域，转盘轴承每摆动一次，E区域任意位置受一个滚珠作用2次，F区域任意位置受一个滚珠作用4次，参照Lundberg-Palmgren理论，E区域滚动接触疲劳可靠度按式(4)评价，F区域滚动接触疲劳可靠度可按式(5)评价；
Figure BDA0003818705660000163
本发明提供的计算复杂工况下回转机构的可靠度方法：
根据
Figure BDA0003818705660000164
计算复杂工况下回转机构的可靠度；其中：滚珠在第i个区域内摆动时回转机构的可靠度为Si，Stotal为回转机构运行可靠度；回转机构运行可靠度为回转机构在各区域内摆动可靠度的乘积。
本发明提供的评价方法还包括：
将计算的回转机构的可靠度数据存入云服务器中进行保存。
实施例2
本发明实施例提供一种实施所述回转失控智能保护系统的回转失控智能保护方法包括：
S1，利用扭转传感器检测回转机构转矩数据；检测回转机构负载数据；
S2，通过回转异常诊断数据对回转机构异常进行诊断；并对回转机构进行保护；并通过回转制动可靠性预警模块对回转机构可靠性进行评价；
S3，对回转机构性能进行测试；
S4，利用显示器显示检测回转机构的转矩、负载、回转异常诊断结果、回转可靠性评价结果、回转性能测试结果。
二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
本发明应用实施例提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：首先，通过转矩检测模块1利用扭转传感器检测回转机构转矩数据；通过负载检测模块2检测回转机构负载数据；其次，主控模块3通过回转异常诊断模块4对回转机构异常进行诊断；通过回转保护模块5对回转机构进行保护；通过回转制动可靠性预警模块6对回转机构可靠性进行评价；然后，通过回转性能停车制动模块7对回转机构性能进行测试；最后，通过显示模块8利用显示器显示检测回转机构的转矩、负载、回转异常诊断结果、回转可靠性评价结果、回转性能测试结果。
本发明应用实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行回转失控智能保护方法的步骤。
本发明实施例还提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现如下步骤：
通过转矩检测模块1利用扭转传感器检测回转机构转矩数据；通过负载检测模块2检测回转机构负载数据；其次，主控模块3通过回转异常诊断模块4对回转机构异常进行诊断；通过回转保护模块5对回转机构进行保护；通过回转制动可靠性预警模块6对回转机构可靠性进行评价；然后，通过回转性能停车制动模块7对回转机构性能进行测试；最后，通过显示模块8利用显示器显示检测回转机构的转矩、负载、回转异常诊断结果、回转可靠性评价结果、回转性能测试结果。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
仿真实验结果表明：
本发明通过回转保护模块对回转机构主令断线的保护，提高了系统的安全性能；同时，通过回转制动可靠性预警模块可以准确估计出复杂工况下回转机构的可靠度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种回转失控智能保护系统，其特征在于，所述回转失控智能保护系统包括：
回转保护模块，与主控模块连接，用于原PLC程序进行优化，增加回转失控时的保护程序，对回转机构进行保护；
回转制动可靠性预警模块，用于对回转机构可靠性进行评价，并通过增加的回转失控时的能耗设备，确保回转制动时的直流母线电压阈值不超过报警值；
回转性能停车制动模块，用于通过调整变频器参数实现电铲在失控时能够在变频控制模式下实现平稳停车，以及还用于对回转机构性能进行测试。
2.如权利要求1所述回转失控智能保护系统，其特征在于，所述回转失控智能保护系统还包括：
转矩检测模块，与主控模块连接，用于通过扭转传感器检测回转机构转矩数据；
负载检测模块，与主控模块连接，用于检测回转机构负载数据；
主控模块，与转矩检测模块、负载检测模块、回转异常诊断模块、回转保护模块、回转制动可靠性预警模块、回转性能停车制动模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；
回转异常诊断模块，与主控模块连接，用于对回转机构异常进行诊断；
显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示检测回转机构的转矩、负载、回转异常诊断结果、回转可靠性评价结果、回转性能测试结果。
3.如权利要求1所述回转失控智能保护系统，其特征在于，在回转性能停车制动模块对回转机构性能进行测试中，包括：被测回转机构S回转机构性能数据的提取，首先将被测回转机构和被测回转机构整体的S回转机构性能数据转换至T回转机构性能数据，记为Tt；将得到的输入端口和输出端口被测回转机构的S回转机构性能数据也转换为T回转机构性能数据，分别记为T1,T2，那么被测回转机构的T回转机构性能数据为：
Figure FDA0003818705650000021
将被测回转机构的T回转机构性能数据转换至S回转机构性能数据完成测量和计算，得到了被测回转机构的S回转机构性能数据，完成全部的测量过程；
被测回转机构S回转机构性能数据的提取具体包括：
(1)被测回转机构S回转机构性能数据方程的建立；对于被测回转机构，等效为两个二端口网络级联；第一个网络和第二个网络的散射回转机构性能数据关系式分别为：
Figure FDA0003818705650000022
Figure FDA0003818705650000023
利用分块矩阵将式分解，表示如下：
Figure FDA0003818705650000024
Figure FDA0003818705650000025
内部接口之间有b2＝a'1,b'1＝a2的相互关系，将此关系式代入可得级联后总的网络的散射回转机构性能数据矩阵为：
Figure FDA0003818705650000031
因为：
Figure FDA0003818705650000032
所以级联后新的双端口网络的散射回转机构性能数据为：
Figure FDA0003818705650000033
Figure FDA0003818705650000034
Figure FDA0003818705650000035
Figure FDA0003818705650000036
将两个被测回转机构直接连接在一起，直接连接后的网络将是对称互易网络，S22得到下列表达式：
Figure FDA0003818705650000037
考虑到S12＝S21，得到两个复数方程和三个未知数，已知
Figure FDA0003818705650000038
通过测量得到；只有S11,S12和S22为未知数；
(2)反射被测回转机构S回转机构性能数据方程的建立；双端口网络的入射波和反射波之间的关系表示为：
Figure FDA0003818705650000041
Γin是通过直接测量该反射被测回转机构的S11回转机构性能数据获得的，将反射被测回转机构设计加工成开路或短路的形式,ΓL实际值采用HFSS仿真得到，得到如下方程组：
Figure FDA0003818705650000042
考虑到S12＝S21，利用三个未知数和三个方程，求解出被测回转机构完整的S回转机构性能数据。
4.如权利要求1所述回转失控智能保护系统，其特征在于，所述回转保护模块保护方法如下：
(1)配置回转主令控制装置控制回转机构性能数据，在回转主令控制装置最大位置设置回转主令向左最大、向右最大两个开关；
(2)回转机构转向控制；当回转主令未到向左或向右的最大位置时，回转主令向左和向右最大开关均未闭合，此时，选择开关状态为00，回转转矩控制装置的转矩给定为手柄的实际给定M；
(3)回转机构制动时，通过反方向操作回转主令，给回转转矩控制装置反方向的转矩给定，使回转机构停车；
(4)在回转机构运行过程中，若主令给定断线，即M＝0，要使回转机构制动停车，操作人员必将主令控制装置操作到最大位置，回转主令向左最大或向右最大开关闭合，给回转转矩控制装置反方向的最大给定，使回转停车；
所述回转机构转向控制方法：
回转机构向左运行时，给定信号为正值，当主令操作到最大位置，回转主令向左最大开关闭合，选择开关的状态为01，此时：回转转矩控制装置的转矩给定为最大给定，即Mmax；
回转机构向右运行时，给定信号为负值，当主令操作到最大位置，回转主令向右最大开关闭合，选择开关的状态为10，此时：回转转矩控制装置的转矩给定为负向最大给定，即-Mmax。
5.如权利要求1所述回转失控智能保护系统，其特征在于，所述回转制动可靠性预警模块预警方法如下：
1)将全部I种工况按摆动幅度排序；将每种工况的载荷作统一处理，使得每种工况具有相等的统一等效载荷，并且对每种工况下回转机构的摆动循环次数在确保可靠度不变的前提下作等效转换，最终使得回转机构每种工况在统一载荷和等效摆动循环次数下与实际工况下可靠度保持不变；
2)将每个滚珠对滚道作用区域划分为I个相互独立的区域，并将I种工况按照摆动幅度从小到大排序；
3)确定每个区域内滚珠摆动循环的次数和摆动幅度；判断每个区域内滚珠摆动幅度和π/Z的关系，分别计算各相互独立区域可靠度；
4)计算复杂工况下回转机构的可靠度。
6.如权利要求5所述回转失控智能保护系统，其特征在于，所述摆动循环次数的等效算法如式(1)所示：
Figure FDA0003818705650000051
式中：Nequi为第i种工况下载荷统一后保持可靠度不变的等效摆动循环次数；Quni为统一载荷，Nosci代表摆动循环次数，Qi为第i种工况下回转机构的载荷。
7.如权利要求5所述回转失控智能保护系统，其特征在于，所述判断每个区域内滚珠摆动幅度和π/Z的关系，分别计算各相互独立区域可靠度方法：
根据滚珠摆动幅度是否大于π/Z，分别用式(2)和式(3)描述：
Figure FDA0003818705650000061
Figure FDA0003818705650000062
式中：
Figure FDA0003818705650000063
为2倍摆动幅度，Z为转盘轴承单排滚珠数目，H为任意整数，γ为摆动重叠区域角度范围；
所述如果摆动幅度
Figure FDA0003818705650000064
在这种摆动情况下转盘轴承每摆动一次，受载区域任意位置受一个滚珠作用2次，参照Lundberg-Palmgren理论滚道受载区域滚动接触疲劳可靠度按式(4)评价；
Figure FDA0003818705650000065
式中：S为滚珠作用区域可靠度，A、e、c、h为取决于滚道材料与热处理性能的常数，τ为接触区域正交剪应力，z为正交剪应力深度，V为作用应力区域体积。
8.如权利要求7所述回转失控智能保护系统，其特征在于，所述如果摆动幅度
Figure FDA0003818705650000066
Figure FDA0003818705650000067
为第i种工况下回转机构滚珠相对内外圈的摆动幅度，
Figure FDA0003818705650000068
为第i-1种工况下回转机构滚珠相对内外圈的摆动幅度，在这种摆动情况下每个滚珠对对滚道的作用区域可分为E区域和F区域，转盘轴承每摆动一次，E区域任意位置受一个滚珠作用2次，F区域任意位置受一个滚珠作用4次，参照Lundberg-Palmgren理论，E区域滚动接触疲劳可靠度按式(4)评价，F区域滚动接触疲劳可靠度可按式(5)评价；
Figure FDA0003818705650000071
所述计算复杂工况下回转机构的可靠度方法：
根据
Figure FDA0003818705650000072
计算复杂工况下回转机构的可靠度；其中：滚珠在第i个区域内摆动时回转机构的可靠度为Si，Stotal为回转机构运行可靠度；回转机构运行可靠度为回转机构在各区域内摆动可靠度的乘积；
所述评价方法还包括：
将计算的回转机构的可靠度数据存入云服务器中进行保存。
9.一种实施权利要求1～8任意一项所述回转失控智能保护系统的回转失控智能保护方法，其特征在于，所述回转失控智能保护方法包括：
S1，利用扭转传感器检测回转机构转矩数据；检测回转机构负载数据；
S2，通过回转异常诊断数据对回转机构异常进行诊断；并对回转机构进行保护；并通过回转制动可靠性预警模块对回转机构可靠性进行评价；
S3，对回转机构性能进行测试；
S4，利用显示器显示检测回转机构的转矩、负载、回转异常诊断结果、回转可靠性评价结果、回转性能测试结果。
10.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～8任意一项所述回转失控智能保护系统的功能。
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