一种高炉溜槽倾动角度计算方法与流程

本申请涉及冶金行业领域，尤其涉及一种高炉溜槽倾动角度计算方法。

背景技术：

在高炉布料过程中，布料器中的布料通过溜槽到达炉内，布料器的轴线与溜槽的轴线之间具有一个夹角，该夹角称为溜槽的倾动角度。调节倾动角度，可使布料的堆尖位置发生变化，从而改变炉料在炉内的径向分布和料面形状，对降低布料的消耗和提高高炉的产能具有重要意义。

参见图1，为一种倾动角度调节系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括计算机、可编程逻辑控制器、编码器、电机、倾动结构和溜槽。其中，编码器与电机连接，用于跟随电机的实时转动得到一个输出值，可编程逻辑控制器分别与编码器和计算机连接，用于获取输出值并发送到计算机，计算机上设置有控制程序，控制程序用于根据输出值计算出当前倾动角度，再根据目标倾动角度和当前倾动角度的关系，输出控制信号到可编程逻辑控制器，利用可编程逻辑控制器对电机的实时转动进行调节，电机与倾动结构、溜槽依次连接，电机的实时转动带动倾动结构运动，实现对溜槽的倾动角度调节。其中，在一种溜槽通过连杆实现的无料钟炉顶设备中，编码器输出值与倾动角度为非线性关系，根据输出值计算出当前倾动角度的现有方法为：查询预先建立的输出值与倾动角度对应表，得到当前倾动角度。

然而，由于溜槽的倾动角度可调范围较大，调节分度值较小，因此，预先建立的输出值与倾动角度对应表较为冗长，控制程序存储对应表会占用大量内存空间，导致计算效率较低，控制程序运行速度较慢。同时，该对应表中相邻输出值对应的相邻倾动角度间隔一个调节分度值，当电机的实时转动角度在两个相邻倾动角度之间时，编码器的输出值在该对应表中不存在对应的倾动角度，导致计算出的倾动角度连续性和稳定性较差。

技术实现要素：

本申请提供了一种高炉溜槽倾动角度计算方法，以解决倾动角度计算效率低的问题。

本申请提供了一种高炉溜槽倾动角度计算方法，该方法包括：获取编码器输出的实时格雷码值；

将所述实时格雷码值转换成实时整型码值；

判断是否存在包含所述实时整型码值的线性码值区间；

如果存在，获取所述线性码值区间内整型码值与倾动角度之间的线性函数，根据所述线性函数和实时整型码值，得到所述实时整型码值对应的实时倾动角度。

优选地，所述获取编码器输出的格雷码值之前，还包括：

获取溜槽倾动角度对应的编码器角度和整型码值；

根据相邻所述编码器角度之间的差值，将所述整型码值划分为多个线性码值区间；

根据所述线性码值区间的起始码值和终点码值、起始码值对应的起始倾动角度、终点码值对应的终点倾动角度，计算得到所述整型码值与倾动角度之间的线性函数。

优选地，获取所述线性码值区间内整型码值与倾动角度之间的线性函数，包括：

将所述线性码值区间的区间编号输入可编程逻辑控制器的多路复用器模块，其中，所述多路复用器模块用于获取所述区间编号对应的起始码值和终点码值、起始码值对应的起始倾动角度、终点码值对应的终点倾动角度；

根据所述起始码值和终点码值、起始码值对应的起始倾动角度、终点码值对应的终点倾动角度，计算得到所述线性码值区间内整型码值与倾动角度之间的线性函数。

优选地，所述将所述实时格雷码值转换成实时整型码值，包括：

将所述实时格雷码值转换成实时二进制值；

将所述实时二进制值转换成实时整型码值。

优选地，所述将所述实时格雷码值转换成实时二进制值，包括：

将所述实时格雷码值的最高位转换为实时二进制值的最高位；

将所述实时格雷码值的次高位与所述实时二进制值的最高位相异或，得到所述实时二进制值的次高位。

优选地，所述将所述实时二进制值转换成实时整型码值的转换方法为：利用可编程逻辑控制器的bit_to_word指令模块进行转换。

优选地，所述判断是否存在包含所述实时整型码值的线性码值区间的判断方法为：利用可编程逻辑控制器的ge_int大于或等于功能块和lt_int小于功能块进行判断。

优选地，所述方法还包括：如果不存在，则舍弃所述实时整型码值。

本申请提供的高炉溜槽倾动角度计算方法的有益效果包括：

本申请提供的高炉溜槽倾动角度计算方法，通过将编码器输出的实时格雷码值转换成实时整型码值，根据实时整型码值所在的线性码值区间，获取线性码值区间的线性函数，计算得到实时整型码值对应的实时倾动角度。利用本申请提供的高炉溜槽倾动角度计算方法，只需要存储线性码值区间的起始码值和终点码值、起始码值对应的起始倾动角度、终点码值对应的终点倾动角度，再根据线性函数即可计算出实时倾动角度，不需存储整个对应表，能够有效提高倾动角度的计算效率；进一步的，根据实时整型码值所在的线性码值区间计算实时倾动角度，可计算在线性码值区间内所有整型码值对应的实时倾动角度，解决了对应表中只能存储间隔调节分度值的数据，提高了倾动角度计算的连续性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为一种倾动角度调节系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种高炉溜槽倾动角度计算方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种划分线性码值区间方法的流程示意图。

图4为本申请实施例提供的一种格雷码转换为二进制码的示意图。

具体实施方式

参见图2，为本申请实施例提供的一种高炉溜槽倾动角度计算方法的流程示意图，如图2所示，本申请实施例提供的一种高炉溜槽倾动角度计算方法，具体包括以下步骤：

步骤s110：获取编码器输出的实时格雷码值。

具体的，编码器为与电机连接的绝对值编码器。编码器根据其自身精度，如12位、14位、17位等，在一个扫描周期内(通常为10ms)自动输出一次相应位数的格雷码值。本实施例中，编码器每间隔10ms输出12位的格雷码值。相应的，plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)的数字量模块每隔一个扫描周期内(10ms)接收一次编码器输出的格雷码值。

步骤s120：将实时格雷码值转换成实时整型码值。

具体的，因为格雷码是一种非加权码，不能直接反应出当前角度值，所以必须将其转换成能反应当前溜槽实际位置的二进制码，再进一步转换成整型数据。

本实施例中，将步骤s110中得到的实时格雷码值转换成实时二进制码值，转换方法包括硬件转换和软件转换。其中，软件转换包括公式法和查表法，公式法为根据卡诺图建立的格雷码到二进制码的转换公式，计算得到实时二进制码值；查表法为根据预先建立的格雷码与二进制码的对应表，查找实时格雷码值对应的实时二进制码值。

采用查表法需用较大存储空间存储格雷码与二进制码的对应表，查找效率较低。硬件转换为采用硬件电路进行转换，将格雷码转换为二进制码后再输入到plc中进行下一步转换，采用硬件电路进行转换会导致系统成本增加，因此，本实施例优选利用公式法进行转换。

利用公式法进行转换，可利用plc的“位运算操作”功能中的“位异或”指令进行转换。针对部分plc中没有“位异或”指令，本实施例通过分析格雷码和二进制码之间的转换规律，提供了一种格雷码到二进制码的转换方法：把“异或”运算用“与”“或”“非”来实现，从而达到位异或，转换过程为：

将实时格雷码值的最高位转换为实时二进制值的最高位；将实时格雷码值的次高位与实时二进制值的最高位相异或，得到实时二进制值的次高位。以此类推，直到将12位格雷码全部转换完毕，得到实时二进制值，具体转换公式如下：

式中，rn为n位的格雷码，cn为rn转换后的二进制码。根据上述公式，将格雷码1001转换成二进制码的过程参见图4，为本申请实施例提供的一种格雷码转换为二进制码的示意图，图4的等效公式如下：

c4＝r4＝1

可得，格雷码1001转换成二进制码为1110。

然后通过bit_to_word指令模块，将bool数据类型的二进制值转换为word类型的整型码值int：int＝2³+2²+2¹+2^o＝14。

具体实施中，将上述实时格雷码值转换为整型码值的转换过程编写成一个子程序encorder12，当接收到实时格雷码值后进行调用。

利用上述转换方法将实时格雷码值转换成实时整型码值，与通常采用硬件电路将格雷码转换为二进制码再输入到plc相比，节约了系统成本；与查表法相比，使用的存储空间较小。并且，上述转换方法转换简单、准确、转换速度快，有利于倾动角度调节系统的稳定运行。

步骤s130：判断是否存在包含实时整型码值的线性码值区间。

具体的，线性码值区间为预先划分的多个整型码值区间，参见图3，为本申请实施例提供的一种划分线性码值区间方法的流程示意图，如图3所示，线性码值区间划分方法，具体包括以下步骤：

步骤s100：获取溜槽倾动角度对应的编码器角度和整型码值；

具体的，首先获取溜槽倾动角度的有效调节范围，本实施例中，溜槽倾动角度的有效调节范围为13-75度，超过该范围，电机无法带动倾动机构正常工作。

然后获取溜槽倾动角度的调节分度值，本实施中，调节分度值为0.1度，根据现有技术中的查表法，在有效调节范围内，编码器输出值与倾动角度对应表中有650个溜槽倾动角度调节值，有650个整型码值分别对应这650个倾动角度，利用查表法计算倾动角度，需要将这650个倾动角度与整型码值进行一一赋值，实施起来较为繁琐，且需要较大的存储空间存储对应表。

最后从编码器输出值与倾动角度对应表中，分别获取上述650个倾动角度对应的编码器角度。

步骤s101：根据相邻编码器角度之间的差值，将整型码值划分为多个线性码值区间；具体的，计算步骤s100中，相邻编码器角度的差值，将差值相同的划分为一个区间。本实施例中，将650个码值划分为29个区间，如表1：

表1

将表1中，每个区间编号k对应的溜槽倾动角度(包括起始角度和终点角度)、编码器码值(包括起始码值和终点码值)进行存储，与现有技术中查表法需要存储650个倾动角度以及对应码值相比，本申请实施例减小了存储空间的占用，有利于提高计算效率。

步骤s102：根据线性码值区间的起始码值和终点码值、起始码值对应的起始倾动角度、终点码值对应的终点倾动角度，计算得到整型码值与倾动角度之间的线性函数。

具体的，建立的线性码值区间内，整型码值与倾动角度之间的线性函数如下：

其中，angle为实时倾动角度，data为实时整型码值，startang为溜槽倾动角度中的起始角度，endang为溜槽倾动角度中的终点角度，startenc为编码器起始码值，endenc为编码器终点码值。

上述线性函数为分段函数，具体实施中，将上述分段函数编写成plc的一个子程序date_shute，用于后续步骤中实时倾动角度的计算。

根据步骤s100-s102预先划分好线性码值区间后，再对步骤s120中得到的实时整型码值判断其所在的线性码值区间。本实施例中，利用plc的ge_int大于或等于功能块和lt_int小于功能块判断实时整型码值所在的线性码值区间。具体可为：选择一个线性码值区间，利用ge_int大于或等于功能块判断实时整型码值是否大于该线性码值区间的编码器起始码值，如果是，则利用lt_int小于功能块判断实时整型码值是否小于该线性码值区间的编码器终点码值，如果是，则获取该线性码值区间的区间编号k。本实施例中，实时整型码值data＝2000，存在码值区间500-2218，区间编号k＝18。

步骤s140：如果存在，获取线性码值区间内整型码值与倾动角度之间的线性函数，根据线性函数和实时整型码值，得到实时整型码值对应的实时倾动角度。

具体的，将该区间编号k输入多路复用器模块，多路复用器模块用于获取区间编号k对应的起始码值和终点码值、起始码值对应的起始倾动角度、终点码值对应的终点倾动角度。将k＝18输入到多路复用器，得到起始码值startenc为500，终点码值endenc为2218，起始码值对应的起始倾动角度startang为22.9，终点码值对应的终点倾动角度endang为63.4，调用子程序date_shute，计算得到实时倾动角度为：

进一步的，如果不存在包含实时整型码值的线性码值区间，则可判断该实时整型码值为无效码值，舍弃该实时整型码值，不计算该实时整型码值对应的倾动角度。

由上述实施例可见，本申请提供的高炉溜槽倾动角度计算方法，通过将编码器输出的实时格雷码值转换成实时整型码值，根据实时整型码值所在的线性码值区间，获取线性码值区间的线性函数，计算得到实时整型码值对应的实时倾动角度。利用本申请提供的高炉溜槽倾动角度计算方法，只需要存储线性码值区间的起始码值和终点码值、起始码值对应的起始倾动角度、终点码值对应的终点倾动角度，再根据线性函数即可计算出实时倾动角度，解决了溜槽倾角与编码器输出码值为非线性关系时，需存储全部溜槽倾动角度与编码器输出码值对应表的问题，本申请只需存储线性码值区间的区间端点编码器数值和对应的倾动角度，优化了编码器数值，能够有效提高倾动角度的计算效率；进一步的，根据实时整型码值所在的线性码值区间计算实时倾动角度，可计算在线性码值区间内所有整型码值对应的倾动角度，解决了对应表中只能存储间隔调节分度值的数据，大幅提高了倾动角度计算的连续性，促进了高炉的稳定生产。

本申请提供的高炉溜槽倾动角度计算方法，实现了布料过程中倾动角度的准确定位，具有实时性、稳定性、效率高等优点，有利于实现溜槽均匀布料，使高炉炉内料面平坦，煤气分布合理。提高了系统响应速度，增强了抗干扰能力，提高了稳态精度。可推广到其他非线性生产工艺设备的控制中，具有很好的推广应用价值。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。