电缆卷绕半径的测量方法及系统与流程

本发明涉及电力牵引工程车辆领域，特别涉及一种电缆卷绕半径的测量方法及系统。

背景技术：

电动地下铲运机多用于矿山工程和隧道工程，其动力源自高压供电，工作过程中需拖动电缆行走，电缆收放需与车速同步，避免松盘、崩断或剧烈甩动等现象发生。而电缆卷绕半径是实施电缆收放与车速同步控制的重要参考依据，检测精度直接影响同步性能，甚至会引发安全事故，因此需要一种有效的手段对电缆卷绕半径进行精确测量。

理想情况下，电缆从卷盘下方出线，一层层排绕在卷盘上，一层N圈，一层排满后，电缆排在第二层，电缆卷绕有效半径随着电缆层数的增加变大。通过安装在卷盘上的编码器测得卷盘旋转圈数，通过卷盘总旋转圈数除以每层理论圈数，进而转化为有效电缆卷绕半径。

然而，电动地下铲运机工作一段时间后，卷缆系统在不断的收缆与放缆过程中，会产生电缆卷绕半径计算累积误差。尤其当电缆出现压绳、咬绳等现象，使得电缆每层卷绕圈数偏离理论值N圈，这种偏差长期的累积会严重影响电缆的张紧程度控制，导致卷缆乱绳现象的发生，影响电缆使用寿命，甚至涉及电动地下铲运机的工作安全。

技术实现要素：

本发明所要解决的一个技术问题是：如何准确测量电缆卷绕半径，消除累积误差。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电缆卷绕半径的测量方法，包括：采集电缆卷绕半径的校准信号；检测卷盘实际转动圈数；判断电缆收放状态；根据电缆卷绕半径的校准信号修正电缆卷绕半径的计算基准值；根据相邻两处校准信号的时间段内检测到的卷盘实际转动圈数，修正电缆每层平均缠绕圈数；根据修正后的电缆卷绕半径的计算基准值、电缆收放状态、修正后检测到的卷盘实际转动圈数、修正后的电缆每层平均缠绕圈数以及电缆直径计算电缆卷绕半径。

在一些实施例中，计算电缆卷绕半径的计算公式为：

其中，当电缆收放状态为收缆时，公式中采用+号；当电缆收放状态为放缆时，公式中采用－号；其中，R为计算出的电缆卷绕半径，Rk为修正后的电缆卷绕半径的计算基准值，ZK为修正后检测到的卷盘实际转动圈数，CK为修正后的电缆每层平均缠绕圈数，d为电缆直径。

在一些实施例中，根据电缆卷绕半径的校准信号修正电缆卷绕半径的计算基准值包括：当电缆卷绕半径的校准信号通断情况符合预设规则时，根据发出校准信号的校准装置的位置修正电缆卷绕半径的计算基准值。

在一些实施例中，修正电缆卷绕半径的计算基准值包括：收缆时，如果校准信号由时通时断变为持续未接收到信号，则将发出该校准信号的校准装置的位置作为电缆卷绕半径的计算基准值；或者，放缆时，如果校准信号由持续未接收到信号变为时通时断，则将发出该校准信号的校准装置的位置作为电缆卷绕半径的计算基准值。

在一些实施例中，修正后的电缆每层平均缠绕圈数的计算公式为：

其中，CK为修正后的电缆每层平均缠绕圈数，CK的初始值设定为理论值，ZTK为相邻两处校准信号的时间段内检测到的卷盘实际转动圈数，l为之前分别发出该相邻两处校准信号的两校准装置之间的径向距离，d为电缆直径。

在一些实施例中，电缆卷绕半径的校准信号由在卷盘径向设置的校准装置发出；读取编码器记录的卷盘实际转动角度，并通过卷盘实际转动角度的变化情况判断电缆收放状态。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电缆卷绕半径的测量系统，包括：校准装置、编码器和控制器；其中，控制器分别与校准装置和编码器连接，校准装置沿卷盘径向设置；校准装置向控制器输入电缆卷绕半径的校准信号，编码器向控制器输入卷盘实际转动圈数和电缆收放状态，控制器接收校准装置和编码器输入的信息，并输出电缆卷绕半径。

在一些实施例中，校准装置为光电发送和接收装置。

在一些实施例中，校准装置的数量根据校准精度设置。

在一些实施例中，校准装置有多个，并沿卷盘径向均匀设置。

在一些实施例中，控制器包括：基准值修正单元，用于根据电缆卷绕半径的校准信号修正电缆卷绕半径的计算基准值；平均缠绕圈数修正单元，用于根据相邻两处校准信号的时间段内检测到的卷盘实际转动圈数，修正电缆每层平均缠绕圈数；卷绕半径计算单元，用于根据修正后的电缆卷绕半径的计算基准值、电缆收放状态、修正后检测到的卷盘实际转动圈数、修正后的电缆每层平均缠绕圈数以及电缆直径计算电缆卷绕半径。

在一些实施例中，卷绕半径计算单元用于计算电缆卷绕半径的计算公式为：

其中，当电缆收放状态为收缆时，公式中采用+号；当电缆收放状态为放缆时，公式中采用－号；其中，R为计算出的电缆卷绕半径，Rk为修正后的电缆卷绕半径的计算基准值，ZK为修正后检测到的卷盘实际转动圈数，CK为修正后的电缆每层平均缠绕圈数，d为电缆直径。

在一些实施例中，基准值修正单元用于：当电缆卷绕半径的校准信号通断情况符合预设规则时，根据发出校准信号的校准装置的位置修正电缆卷绕半径的计算基准值。

在一些实施例中，基准值修正单元用于：收缆时，如果校准信号由时通时断变为持续未接收到信号，则将发出该校准信号的校准装置的位置作为电缆卷绕半径的计算基准值；或者，放缆时，如果校准信号由持续未接收到信号变为时通时断，则将发出该校准信号的校准装置的位置作为电缆卷绕半径的计算基准值。

在一些实施例中，平均缠绕圈数修正单元，用于修正电缆每层平均缠绕圈数的计算公式为：

其中，CK为修正后的电缆每层平均缠绕圈数，CK的初始值设定为理论值，ZTK为相邻两处校准信号的时间段内检测到的卷盘实际转动圈数，l为之前分别发出该相邻两处校准信号的两校准装置之间的径向距离，d为电缆直径。

本发明通过上述方案能够准确测量电缆卷绕半径，消除累积误差。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明电缆卷绕半径的测量系统的组成结构示意图。

图2示出本发明电缆卷绕半径的测量系统的校准装置的设置示意图。

图3示出本发明电缆卷绕半径的测量系统的工作流程示意图。

图4示出本发明电缆卷绕半径的测量系统的控制器的各部分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1描述本发明一个实施例的电缆卷绕半径的测量系统的组成结构。

图1示出本发明电缆卷绕半径的测量系统的组成结构示意图。如图1所示，该实施例的电缆卷绕半径的测量系统包括编码器11、若干校准装置12，例如示例性的示出的第一校准装置23、第二校准装置24、第三校准装置25、第四校准装置26，以及控制器13。其中，控制器13分别与各个校准装置12和编码器11连接，校准装置12沿卷盘径向设置，每个校准装置例如可以包括发送装置和接收装置并成对设置，其中的发送装置用于持续发出电缆卷绕半径的校准信号，接收装置用于接收发送装置发送的校准信号，并且接收装置接收信号的情况可以反映该校准装置所在位置处的电缆卷绕情况；校准装置12向控制器13输入电缆卷绕半径的校准信号以反映该校准装置12所在位置处的电缆卷绕情况，编码器11向控制器13输入卷盘实际转动圈数和电缆收放状态，控制器13接收校准装置12和编码器11输入的信息，并输出电缆卷绕半径。

下面结合图2描述本发明一个实施例的校准装置的设置方式。

图2示出本发明电缆卷绕半径的测量系统的校准装置12的设置示意图。校准装置12例如可以包括发送装置和接收装置并成对设置，发送装置和接收装置例如可以为光电形式的发送装置和接收装置，校准装置12的数量可以根据校准精度来进行设置。例如，校准精度需求越高，校准装置的数量越多；校准精度需求越低，校准装置的数量越少。如图2所示，校准装置包括第一校准装置23、第二校准装置24、第三校准装置25以及第四校准装置26，这些校准装置均匀分布在卷盘21的径向上。当然，本领域技术人员应当清楚，上述校准装置12的设置方式示例并非限制性地，根据不同需要，本领域技术人员可以采用其他设置方式，例如多个校准装置也可以不均匀的分布在卷盘21的径向上，这里不再赘述。

下面结合图3描述本发明一个实施例的电缆卷绕半径的测量系统的工作流程。

图3示出本发明电缆卷绕半径的测量系统的工作流程示意图。如图3所示，该实施例的电缆卷绕半径的测量系统的工作流程包括：

步骤S302，校准装置采集电缆卷绕半径的校准信号。通过校准装置的通断电信号，获取最外层电缆所位于卷盘的基准位置。

示例性的，校准装置的发送装置持续发出电缆卷绕半径的校准信号，校准装置的接收装置接收发送装置发送的校准信号，控制器根据接收装置接收信号的通断情况确定该校准装置所在位置处的电缆卷绕情况，如果接收装置接收信号的通断情况符合卷盘最外层电缆的通断规律，则将该处校准装置的位置确定为最外层电缆所位于卷盘的基准位置。

步骤S304，编码器检测并记录卷盘实际转动圈数。

步骤S306，编码器判断电缆收放状态。

编码器可以通过记录卷盘实际转动角度的变化情况判断电缆收放状态。例如，编码器可以根据卷盘实际转动角度的增加判断电缆处于收缆状态，或者编码器可以根据卷盘实际转动角度的减少判断电缆处于放缆状态。

步骤S308，控制器根据电缆卷绕半径的校准信号修正电缆卷绕半径的计算基准值。

当电缆卷绕半径的校准信号通断情况符合预设规则时，根据发出校准信号的校准装置的位置修正电缆卷绕半径的计算基准值。具体来说，收缆时，如果校准信号由时通时断变为持续未接收到信号，则将发出该校准信号的校准装置的位置作为电缆卷绕半径的计算基准值；或者，放缆时，如果校准信号由持续未接收到信号变为时通时断，则将发出该校准信号的校准装置的位置作为电缆卷绕半径的计算基准值。

例如，第二校准装置24向控制器输入符合预设规则的电缆卷绕半径的校准信号，则控制器将第二校准装置24与卷盘轴心的径向距离作为电缆卷绕半径的计算基准值。

步骤S310，控制器根据相邻两处校准信号的时间段内检测到的卷盘实际转动圈数，修正电缆每层平均缠绕圈数。

例如，可以通过以下公式计算修正后的电缆每层平均缠绕圈数：

其中，CK为修正后的电缆每层平均缠绕圈数，ZTK为相邻两处校准信号的时间段内检测到的卷盘实际转动圈数，l为之前分别发出该相邻两处校准信号的两校准装置之间的径向距离，d为电缆直径。

由于电缆每层平均缠绕圈数CK的初始值设置为理论值，在电缆收放过程中电缆每层平均缠绕圈数会发生变化，控制器需要利用修正后的电缆每层平均缠绕圈数CK代替电缆每层平均缠绕圈数的初始值。例如，l/d表示相邻上一次校准信号和本次校准信号的两校准装置之间的电缆缠绕层数，则通过计算CK得到相邻两处校准信号的两校准装置之间修正后的电缆每层平均缠绕圈数。在下一次校准装置采集到电缆卷绕半径的校准信号之前，利用CK来估算本次校准信号和下一次校准信号的两校准装置之间的电缆缠绕层数。

步骤S312，控制器根据修正后的电缆卷绕半径的计算基准值、电缆收放状态、修正后检测到的卷盘实际转动圈数、修正后的电缆每层平均缠绕圈数以及电缆直径计算得到电缆卷绕半径。

例如，可以通过以下公式计算电缆卷绕半径：

其中，R为计算出的电缆卷绕半径，Rk为修正后的电缆卷绕半径的计算基准值，ZK为修正后检测到的卷盘实际转动圈数，CK为修正后的电缆每层平均缠绕圈数，d为电缆直径。当电缆收放状态为收缆时，公式中采用+号；当电缆收放状态为放缆时，公式中采用－号。

计算得到电缆卷绕半径后，可以返回步骤S304，从而对电缆卷绕半径进行持续计算和校准。

通过本发明电缆卷绕半径的测量系统的上述工作流程，可以准确测量电缆卷绕半径，消除累积误差，进而指导电缆收放与车速同步控制，以确保电缆与工程车辆的同步性能即电缆的作业安全。并且易实施、成本也比较低。

下面结合图4描述本发明一个实施例的电缆卷绕半径的测量系统的控制器的各部分结构。

图4示出本发明电缆卷绕半径的测量系统的控制器的各部分结构示意图。如图4所示，该实施例的电缆卷绕半径的测量系统的控制器13包括：

基准值修正单元432，用于根据电缆卷绕半径的校准信号修正电缆卷绕半径的计算基准值。

当电缆卷绕半径的校准信号通断情况符合预设规则时，基准值修正单元432根据发出校准信号的校准装置的位置修正电缆卷绕半径的计算基准值。例如，收缆时，如果校准信号由时通时断变为持续未接收到信号，则基准值修正单元432将发出该校准信号的校准装置的位置作为电缆卷绕半径的计算基准值；或者，放缆时，如果校准信号由持续未接收到信号变为时通时断，则基准值修正单元432将发出该校准信号的校准装置的位置作为电缆卷绕半径的计算基准值。

平均缠绕圈数修正单元434，用于根据相邻两处校准信号的时间段内检测到的卷盘实际转动圈数，修正电缆每层平均缠绕圈数。

例如，平均缠绕圈数修正单元用于修正电缆每层平均缠绕圈数的计算公式为：

其中，CK为修正后的电缆每层平均缠绕圈数，CK的初始值设定为理论值，ZTK为相邻两处校准信号的时间段内检测到的卷盘实际转动圈数，l为之前分别发出该相邻两处校准信号的两校准装置之间的径向距离，d为电缆直径。

卷绕半径计算单元436，用于根据修正后的电缆卷绕半径的计算基准值、电缆收放状态、修正后检测到的卷盘实际转动圈数、修正后的电缆每层平均缠绕圈数以及电缆直径计算电缆卷绕半径。

例如，卷绕半径计算单元用于计算电缆卷绕半径的计算公式为：

其中，当电缆收放状态为收缆时，公式中采用+号；当电缆收放状态为放缆时，公式中采用－号；其中，R为计算出的电缆卷绕半径，Rk为修正后的电缆卷绕半径的计算基准值，ZK为修正后检测到的卷盘实际转动圈数，CK为修正后的电缆每层平均缠绕圈数，d为电缆直径。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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，均应包含在本发明的保护范围之内。