一种确定机械旋转设备运行角度的方法及装置与流程

1.本发明钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种确定机械旋转设备运行角度的方法及装置。


背景技术：

2.在钢铁冶炼过程中，需要驱动机械旋转设备(比如转炉)旋转实现炼钢。
3.现有技术中，在转炉旋转过程中，需要在炼钢转炉被动侧耳轴安装专门测量运行角度的角度编码器，以能对运行角度进行测量。但是角度编码器成本较高，且容易受外部环境因素影响，故障率较高，需要经常更换，进而导致生产成本增大。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种确定机械旋转设备运行角度的方法及装置，用于解决现有技术中在利用角度编码器测量转炉旋转时的运行角度时，由于角度编码器容易受外部电场、磁场干扰，导致设备故障率较高，需要频繁更换进而导致生产成本增大的技术问题。
5.本发明提供一种确定机械旋转设备运行角度的方法，所述方法包括：
6.获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速；
7.基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速；
8.基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度；
9.基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度；
10.基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度；
11.基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度；所述第二旋转角度为各所述第一旋转角度的累加值，所述第二旋转角度为所述转炉的运行角度。
12.可选的，所述基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速，包括：
13.根据公式n＝n2*n1/16384确定所述目标电机的实际转速n；其中，所述n1为所述第一电机转速，所述n2为所述目标电机的额定转速，所述*为乘法运算符。
14.可选的，基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度，包括：
15.根据公式确定所述转炉的旋转速度n
转
；其中，所述n为所述实际转速，所述m为所述总传动比。
16.可选的，所述基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度，包括：
17.根据公式确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度ω；其中，所述n
转
为所述旋转速度。
18.可选的，所述基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度后，还包括：
19.基于预设的误差补偿系数对所述第一旋转角度进行补偿。
20.可选的，基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度后，还包括：
21.当确定所述转炉旋转到机械原点位时，对所述第二旋转角度进行置零操作。
22.本发明还提供一种确定机械旋转设备运行角度的装置，所述装置包括：
23.获取单元，用于获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速；
24.确定单元，用于基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速；基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度；基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度；基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度；基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度；所述第二旋转角度为各所述第一旋转角度的累加值，所述第二旋转角度为所述转炉的运行角度。
25.可选的，所述确定单元具体用于：
26.根据公式n＝n2*n1/16384确定所述目标电机的实际转速n；其中，所述n1为所述第一电机转速，所述n2为所述目标电机的额定转速，所述*为乘法运算符。
27.可选的，所述确定单元具体用于：
28.根据公式确定所述转炉的旋转速度n
转
；其中，所述n为所述实际转速，所述m为所述总传动比。
29.可选的，所述确定单元具体用于：
30.根据公式确定所述转炉在单位时间内的旋转速度ω；其中，所述n
转
为所述旋转速度。
31.本发明提供了一种确定机械旋转设备运行角度的方法及装置，方法包括：获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速；基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速；基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度；基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度；基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度；基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度；所述第二旋转角度为各所述第一旋转角度的累加值，所述第二旋转角度为所述转炉的运行角度；如此，由于炼钢转炉原有的控制系统需进行转速闭环控制，因此速度编码器已经是既有部件，也即本发明实施例只利用速度编码器反馈的第一电机转速也能确定出转炉实际运行时的旋转角度，相当于无需再投入额外的测量设备(比如角度编码器)来对运行角度进行测量，进而可以降低生产成本。
附图说明
32.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
33.图1为本发明实施例提供的确定机械旋转设备运行角度的方法流程示意图；
34.图2为现有技术中提供的转炉的驱动结构示意图；
35.图3为本发明实施例提供的确定机械旋转设备运行角度的装置结构示意图。
具体实施方式
36.为了解决现有技术中在测量转炉旋转时的运行角度时，需要额外投入角度编码器，但是角度编码器由于易外部环境因素影响，工作不稳定，故障率较高，需要经常更换，进而导致生产成本增大，本发明提供了一种确定机械旋转设备运行角度的方法及装置。
37.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
38.本实施例提供一种确定机械旋转设备运行角度的方法，应用在确定机械设备运行角度的装置中，该装置可以包括可编程逻辑控制器plc。如图1所示，方法包括以下步骤：
39.s110，获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速；
40.本发明的实施例中，机械旋转设备可以包括转炉，也可以包括其他具有旋转功能的设备，在此不做限制。
41.以转炉为例，参考图2，为了驱动转炉21旋转，利用四台相同型号的倾动电机通过一次减速机22减速后，再共同驱动二次减速齿轮23来驱动转炉旋转；由于四台倾动电机是同步工作的，因此目标电机可以为四台电机中的任一电机。
42.在确定机械旋转设备运行角度时，首先获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速。
43.这里，速度编码器安装在目标电机的轴上，同步采集目标电机的第一电机转速，变频器用于基于plc的控制指令驱动电机旋转，同时可以获取速度编码器中目标电机的第一电机转速，用于自身的闭环控制。由于plc与变频器之间可以通讯，因此plc可以从变频器中读取到第一电机转速，这样plc即获取到目标电机的第一电机转速。
44.s111，基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速；
45.获取到目标电机的第一电机转速后，基于第一电机转速及目标电机的额定转速确定目标电机的实际转速。
46.在本发明的实施例中，可以根据公式n＝n2*n1/16384确定目标电机的实际转速n；其中，n1为第一电机转速，n2为电机的额定转速，“*”为乘法运算符。
47.s112，基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度；
48.目标电机的实际转速确定出之后，基于实际转速及转炉减速机的总传动比确定转炉的旋转速度。
49.本发明的实施例中，可根据公式确定转炉的旋转速度n
转
；其中，n为目标电机的实际转速，m为转炉减速机的总传动比。
50.s113，基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度；
51.转炉的旋转速度确定出之后，可基于旋转速度确定转炉在单位时间内的旋转角速度。
52.本发明的实施例中，可根据公式确定转炉在单位时间内的旋转角速度ω；其中，n
转
为转炉的旋转速度。
53.这里，60的单位为秒，180/π可理解为将转炉旋转的弧度值转换为角度，然后将角度除以60s得到单位时间内的旋转角速度。其中，单位时间为1s。
54.s114，基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度；
55.单位时间内的旋转角速度确定出之后，可基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定转炉在各旋转周期内的第一旋转角度。
56.应说明的是，各旋转周期的总和为转炉的转动时长，且每个旋转周期内，转炉的旋转速度可能会不同。
57.比如：转炉的转动时长为10s，每个旋转周期(也可理解为采样周期)为250ms，那么旋转周期的数量可以包括40个。此时需要在40个旋转周期内采集目标电机的第一电机转速，并分别基于第一电机转速对应确定转炉在每个旋转周期内的第一旋转角度。
58.s115，基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度；所述第二旋转角度为各所述第一旋转角度的累加值，所述第二旋转角度为所述转炉的运行角度。
59.在本发明的实施例中，发明人发现目标电机在加速及减速过程存在误差，而机械传动设备本身也存在着机械误差。为了提高转炉运行角度的精度，基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定转炉在各旋转周期内的第一旋转角度后，还包括：基于预设的误差补偿系数对第一旋转角度进行补偿。
60.具体的，将第一旋转角度与对应的误差补偿系数相乘即可得到补偿后的第一旋转角度。
61.各旋转周期内补偿后的第一旋转角度确定出之后，基于各旋转周期内的第一旋转角度确定转炉在旋转时长内的第二旋转角度；第二旋转角度为各第一旋转角度的累加值，第二旋转角度为转炉的运行角度。这样即确定出转炉最终的运行角度。
62.同样的，为了消除累计误差，基于各旋转周期内的第一旋转角度确定转炉在旋转时长内的第二旋转角度后，还包括：
63.当确定转炉旋转到机械原点位时，对第二旋转角度进行置零操作。
64.比如，当转炉旋转一圈到达机械原点位24时，将转炉旋转一圈得到的运行角度进行置零。
65.进一步地，基于各旋转周期内的第一旋转角度确定转炉在旋转时长内的第二旋转角度后，将第二旋转角度输出至上位机界面中进行显示，以供工作人员查看。
66.这里，由于第二旋转角度在输出时是具有预设的数据格式要求的，因此在输出第二旋转角度之前，判断第二旋转角度是否符合预设的数据格式，若符合，则直接输出至上位机界面中。若不符合，则需要对第二旋转角度的数据格式进行处理后，再进行显示。
67.具体的，若第二旋转角度属于(0， 180
°
)或(
‑
180
°
～0)的区间范围时，则确定第二旋转角度符合预设的数据格式，直接输出显示即可。
68.若第二旋转角度属于( 180
°
， 360
°
)时，此时需要将第二旋转角度减去360后再进行显示。
69.若第二旋转角度属于(
‑
360
°
，
‑
180
°
)时，此时需要将第二旋转角度加上360后再进行显示。
70.这样可利用速度编码器反馈的第一电机转速确定出转炉实际运行时的旋转角度，在实际应用中，由于炼钢转炉原有的控制系统需进行转速闭环控制，因速度编码器是炼钢转炉原有的控制系统已经存在的部件，也即本发明实施例只利用速度编码器反馈的第一电机转速也能确定出转炉实际运行时的旋转角度，相当于无需再投入额外的测量设备(比如角度编码器)来对运行角度进行测量，进而可以降低生产成本。
71.并且本发明实施例减少了设备的投入数量，间接降低了设备的整体故障率，保证设备运行的稳定性，提高设备自动化控制程度，对于带有转速闭环的需要显示工作运行角度的控制系统，具有推广借鉴意义。按照五座炼钢转炉的减少转炉角编码器的设备投入计算，可节约设备费用7.4万元。考虑设备损坏和对生产的影响，每年可节约费用8万元。
72.基于与前述实施例同样的发明构思，本实施例还提供一种确定机械旋转设备运行角度的装置，如图3所示，装置包括：
73.获取单元31，用于获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速；
74.确定单元32，用于基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速；基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度；基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度；基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度；基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度；所述第二旋转角度为各所述第一旋转角度的累加值，所述第二旋转角度为所述转炉的运行角度。
75.本发明的实施例中，在确定机械旋转设备运行角度时，获取单元31首先获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速。
76.获取到目标电机的第一电机转速后，确定单元32具体用于：
77.根据公式n＝n2*n1/16384确定目标电机的实际转速n；其中，n1为第一电机转速，所述n2为目标电机的额定转速，“*”为乘法运算符。
78.目标电机的实际转速确定出之后，确定单元32具体用于：
79.根据公式转炉的旋转速度n
转
；其中，所述n为实际转速，m为总传动比。
80.转炉的旋转速度确定出之后，确定单元32具体用于：
81.根据公式确定转炉在单位时间内的旋转速度ω；其中，n
转
为旋转速度。
82.这里，60的单位为秒，180/π可理解为将转炉旋转的弧度值转换为角度，然后将角度除以60s得到单位时间内的旋转角速度。其中，单位时间为1s。
83.单位时间内的旋转角速度确定出之后，确定单元32可基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定转炉在各旋转周期内的第一旋转角度。
84.应说明的是，各旋转周期的总和为转炉的转动时长，且每个旋转周期内，转炉的旋转速度可能会不同。
85.比如：转炉的转动时长为10s，每个旋转周期(也可理解为采样周期)为250ms，那么旋转周期的数量可以包括40个。此时需要在40个旋转周期内采集目标电机的第一电机转速，并分别基于第一电机转速对应确定转炉在每个旋转周期内的第一旋转角度。
86.在本发明的实施例中，发明人发现目标电机在加速及减速过程存在误差，而机械传动设备本身也存在着机械误差。为了提高转炉运行角度的精度，基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定转炉在各旋转周期内的第一旋转角度后，还包括：基于预设的误差补偿系数对第一旋转角度进行补偿。
87.具体的，将第一旋转角度与对应的误差补偿系数相乘即可得到补偿后的第一旋转角度。
88.各旋转周期内补偿后的第一旋转角度确定出之后，确定单元32基于各旋转周期内的第一旋转角度确定转炉在旋转时长内的第二旋转角度；第二旋转角度为各第一旋转角度的累加值，第二旋转角度为转炉的运行角度。这样即确定出转炉最终的运行角度。
89.同样的，为了消除累计误差，参考图3，装置还包括：控制单元33；基于各旋转周期内的第一旋转角度确定转炉在旋转时长内的第二旋转角度后，控制单元33用于：
90.当确定转炉旋转到机械原点位时，对第二旋转角度进行置零操作。
91.比如，当转炉旋转一圈到达机械原点位时，控制单元33将转炉旋转一圈得到的运行角度进行置零。
92.进一步地，基于各旋转周期内的第一旋转角度确定转炉在旋转时长内的第二旋转角度后，将第二旋转角度输出至上位机界面中进行显示，以供工作人员查看。
93.这里，由于第二旋转角度在输出时是具有预设的数据格式要求的，因此在输出第二旋转角度之前，判断第二旋转角度是否符合预设的数据格式，若符合，则直接输出至上位机界面中。若不符合，则需要对第二旋转角度的数据格式进行处理后，再进行显示。
94.具体的，若第二旋转角度属于(0， 180
°
)或(
‑
180
°
～0)的区间范围时，则确定第二旋转角度符合预设的数据格式，直接输出显示即可。
95.若第二旋转角度属于( 180
°
， 360
°
)时，此时需要将第二旋转角度减去360后再进行显示。
96.若第二旋转角度属于(
‑
360
°
，
‑
180
°
)时，此时需要将第二旋转角度加上360后再进行显示。
97.本发明实施例提供的上述一种或几种技术方案能带来的有益效果至少是：
98.提供了一种确定机械旋转设备运行角度的方法及装置，方法包括：获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速；基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速；基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度；基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度；基于单位时间
内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度；基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度；所述第二旋转角度为各所述第一旋转角度的累加值，所述第二旋转角度为所述转炉的运行角度；在实际应用中，由于炼钢转炉原有的控制系统需进行转速闭环控制，因速度编码器是炼钢转炉原有的控制系统已经存在的部件，也即本发明实施例只利用速度编码器反馈的第一电机转速也能确定出转炉实际运行时的旋转角度，相当于无需再投入额外的测量设备(比如角度编码器)来对运行角度进行测量，进而可以降低生产成本。
99.并且本发明实施例减少了设备的投入数量，间接降低了设备的整体故障率，保证设备运行的稳定性，提高设备自动化控制程度，对于带有转速闭环的需要显示工作运行角度的控制系统，具有推广借鉴意义。按照五座炼钢转炉的减少转炉角编码器的设备投入计算，可节约设备费用7.4万元。考虑设备损坏和对生产的影响，每年可节约费用8万元。
100.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种确定机械旋转设备运行角度的方法，其特征在于，所述方法包括：获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速；基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速；基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度；基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度；基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度；基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度；所述第二旋转角度为各所述第一旋转角度的累加值，所述第二旋转角度为所述转炉的运行角度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速，包括：根据公式n＝n2*n1/16384确定所述目标电机的实际转速n；其中，所述n1为所述第一电机转速，所述n2为所述目标电机的额定转速，所述*为乘法运算符。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度，包括：根据公式确定所述转炉的旋转速度n
转
；其中，所述n为所述实际转速，所述m为所述总传动比。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度，包括：根据公式确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度ω；其中，所述n
转
为所述旋转速度。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度后，还包括：基于预设的误差补偿系数对所述第一旋转角度进行补偿。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度后，还包括：当确定所述转炉旋转到机械原点位时，对所述第二旋转角度进行置零操作。7.一种确定机械旋转设备运行角度的装置，其特征在于，所述装置包括：获取单元，用于获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速；确定单元，用于基于所述第一电机转速及所述目标电机的额定转速确定所述目标电机的实际转速；基于所述实际转速及转炉减速机的总传动比确定所述转炉的旋转速度；基于所述旋转速度确定所述转炉在单位时间内的旋转角速度；基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定所述转炉在各所述旋转周期内的第一旋转角度；基于各所述旋转周期内的第一旋转角度确定所述转炉在旋转时长内的第二旋转角度；所述第二旋转角度为各所述第一旋转角度的累加值，所述第二旋转角度为所述转炉的运行角度。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：
根据公式n＝n2*n1/16384确定所述目标电机的实际转速n；其中，所述n1为所述第一电机转速，所述n2为所述目标电机的额定转速，所述*为乘法运算符。9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：根据公式确定所述转炉的旋转速度n
转
；其中，所述n为所述实际转速，所述m为所述总传动比。10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：根据公式确定所述转炉在单位时间内的旋转速度ω；其中，所述n
转
为所述旋转速度。
技术总结
本发明提供一种确定机械旋转设备运行角度的方法及装置，包括：获取由速度编码器反馈的目标电机的第一电机转速；基于第一电机转速及目标电机的额定转速确定目标电机的实际转速；基于实际转速及转炉减速机的总传动比确定转炉的旋转速度；基于旋转速度确定转炉在单位时间内的旋转角速度；基于单位时间内的旋转角速度及旋转周期确定转炉在各旋转周期内的第一旋转角度；基于各旋转周期内的第一旋转角度确定转炉在旋转时长内的第二旋转角度；如此，由于炼钢转炉原有的控制系统需进行转速闭环控制，因此速度编码器是既有部件，可以只利用速度编码器也能确定出转炉的旋转角度，无需再投入额外的角度编码器来对运行角度进行测量，进而降低生产成本。进而降低生产成本。进而降低生产成本。


技术研发人员：孙岩 郝冬彬 邓海峰 庞冠伟 贾兴宏 王瑞华 王高飞 么春辉 李珊珊
受保护的技术使用者：首钢京唐钢铁联合有限责任公司
技术研发日：2021.02.25
技术公布日：2021/6/29