本发明涉及一种冶金棒材计数设备与方法，尤其是一种螺纹钢生产线速度自适应自动计数方法。
背景技术：
冶金棒材自动计数装置是螺纹钢生产等冶金行业常用的设备，通过计数装置在线对棒材进行准确的计数，便于冶金工序中对棒材支数进行实时在线的显示和控制。由于托送棒材链条打滑、棒材滚动、棒材颤动等原因，造成检测装置产生的计数脉冲信号边沿存在抖动脉冲，即窄脉冲干扰信号，从而产生计数误差。另外，棒材产品的传输速度不同，窄脉冲干扰信号的宽度也不一样。
技术实现要素：
为了解决现有冶金棒材自动计数、特别是螺纹钢生产线自动计数所存在的问题，本发明提供了一种螺纹钢生产线速度自适应自动计数方法，包括：计数脉冲由窄脉冲过滤单元对螺纹钢生产线上计数脉冲产生单元输出的脉冲信号进行窄脉冲过滤后得到，窄脉冲过滤单元过滤的窄脉冲宽度受棒材传输速度控制。
所述窄脉冲过滤单元包括正向充放电电路、反向充放电电路、数据选择器；所述正向充放电电路的输入为窄脉冲过滤单元的输入脉冲端；所述反向充放电电路的输入连接至窄脉冲过滤单元的输入脉冲端；所述数据选择器为二选一数据选择器；所述数据选择器的二个数据输入端分别连接至正向充放电电路、反向充放电电路的输出端；所述数据选择器的数据输出端为窄脉冲过滤单元的输出脉冲端；所述数据选择器由输出脉冲进行数据选择控制。
所述正向充放电电路包括正向电流驱动器、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路；所述正向电流驱动器输入为正向充放电电路的输入端，输出连接至正向抗干扰施密特电路输入端；所述正向抗干扰电容的一端连接至正向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是正向抗干扰施密特电路的供电电源。
所述反向充放电电路包括反向电流驱动器、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路；所述反向电流驱动器输入为反向充放电电路的输入端，输出连接至反向抗干扰施密特电路输入端；所述反向抗干扰电容的一端连接至反向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是反向抗干扰施密特电路的供电电源。
所述正向抗干扰施密特电路输出端为正向充放电电路输出端，反向抗干扰施密特电路输出端为反向充放电电路输出端。
所述正向电流驱动器输入为高电平时，输出端为电流驱动且流出驱动电流；所述正向电流驱动器输入为低电平时，输出端为电压驱动且输出低电平；所述反向电流驱动器输入为低电平时，输出端为电流驱动且流出驱动电流；所述反向电流驱动器输入为高电平时，输出端为电压驱动且输出低电平。
所述窄脉冲过滤单元过滤的窄脉冲宽度受棒材传输速度控制的方法是，正向充放电电路的充电速度和反向充放电电路的充电速度受棒材传输速度控制。
所述正向充放电电路的充电速度和反向充放电电路的充电速度受棒材传输速度控制的方法是，正向电流驱动器、反向电流驱动器的流出驱动电流大小受棒材传输速度控制；当棒材传输速度增大时，正向电流驱动器、反向电流驱动器输出的流出驱动电流增大；当棒材传输速度减小时，正向电流驱动器、反向电流驱动器输出的流出驱动电流减小。具体实现方法是：检测棒材传输速度并转换为控制电压；正向电流驱动器由开漏输出同相驱动器和第一电阻(r11)组成，第一电阻的一端连接至开漏输出同相驱动器的输出，另外一端连接至控制电压；反向电流驱动器由开漏输出反相驱动器和第二电阻(r21)组成，第二电阻的一端连接至开漏输出反相驱动器的输出，另外一端连接至控制电压。
所述数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系；所述数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系。
所述数据选择器由输出脉冲进行数据选择控制的具体方法是，当数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系时，输出脉冲的低电平控制数据选择器选择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端；当数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系时，输出脉冲的低电平控制数据选择器选择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端。
所述窄脉冲过滤单元能够过滤的正窄脉冲宽度还能够通过改变正向电流驱动器的流出驱动电流范围和正向抗干扰电容大小来进行控制，能够过滤的负窄脉冲宽度还能够通过改变反向电流驱动器的流出驱动电流范围和反向抗干扰电容大小来进行控制。
所述计数脉冲产生单元的计数检测装置为光电开关，或者是霍尔开关，或者是磁簧开关，或者是电感式接近开关，或者是电容式接近开关。
所述螺纹钢生产线速度自适应自动计数方法由包括计数脉冲产生单元、窄脉冲过滤单元、计数处理单元、传输速度变换单元的螺纹钢生产线速度自适应自动计数装置实现。
计数脉冲产生单元输出的脉冲信号为初始脉冲，窄脉冲过滤单元对初始脉冲进行窄脉冲过滤后得到并输出计数脉冲，计数处理单元对计数脉冲进行计数。传输速度变换单元的输入信号为计数脉冲产生单元安装处的棒材传输速度，输出的控制电压用于控制正向充放电电路的充电速度和反向充放电电路的充电速度。
本发明的有益效果是：所述螺纹钢生产线速度自适应自动计数方法自动过滤负宽脉冲期间的正窄干扰脉冲和正宽脉冲期间的负窄干扰脉冲，且能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲或者负窄脉冲干扰信号，消除计数脉冲信号中的上升沿连续抖动和下降沿连续抖动，避免或者减少计数误差；需要过滤的窄脉冲最大宽度能够跟随棒材传输速度进行自适应变化，且能通过改变电路参数进行调整。
附图说明
图1为螺纹钢生产线速度自适应自动计数装置实施例结构框图；
图2为窄脉冲过滤单元实施例；
图3为窄脉冲过滤单元实施例的波形；
图4为传输速度变换单元实施例；
图5为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例1电路；
图6为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例2电路；
图7为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例3电路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示为螺纹钢生产线速度自适应自动计数装置实施例结构框图。计数脉冲产生单元101输出初始脉冲m1，由窄脉冲过滤单元201对m1进行窄脉冲过滤，得到滤除干扰脉冲之后的计数脉冲n1。计数脉冲n1被送至计数处理单元301，计数处理单元301对n1进行计数。
计数脉冲产生单元为生产线上常用的光电开关、霍尔开关、磁簧开关，或者是电感式接近开关、电容式接近开关等计数检测装置。当螺纹钢生产线有棒材经过时输出一个初始脉冲信号。初始脉冲即为未滤除干扰信号的计数脉冲。
计数处理单元可以采用本领域技术人员所熟知的各种方法实现，优选采用mcu为核心的电路来实现。
窄脉冲过滤单元包括正向充放电电路、反向充放电电路、数据选择器。
如图2所示为窄脉冲过滤单元实施例。实施例中，正向电流驱动器、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路分别为电流驱动器u11、电容c11、施密特电路f11，组成了正向充放电电路；反向电流驱动器、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路分别为电流驱动器u21、电容c21、施密特电路f21，组成了反向充放电电路。电容c11的一端接施密特电路f11的输入端，另外一端连接至公共地；电容c21的一端接施密特电路f21的输入端，另外一端连接至公共地。p1为输入脉冲端，p2为输出脉冲端。
实施例中，数据选择器t11为二选一数据选择器，二个数据输入信号与输出信号之间都是同相关系，施密特电路f11、施密特电路f21则分别为同相施密特电路和反相施密特电路，因此，数据选择器t11输出与施密特电路f11输入信号之间为同相关系，数据选择器t11输出与施密特电路f21输入信号之间为反相关系。数据选择器t11的功能为：当选择控制端a＝0时，输出y＝d1；当选择控制端a＝1时，输出y＝d2。数据选择器t11的输出端y(即脉冲输出端p2)直接连接至数据选择器t11的选择控制端a，输出脉冲p2为低电平时，控制数据选择器t11选择施密特电路f11的输出信号a3送到数据选择器的输出端y；输出脉冲p2为高电平时，控制数据选择器t11选择施密特电路f21的输出信号a4送到数据选择器的输出端y。
图3为窄脉冲过滤单元实施例的波形，包括输入脉冲p1和施密特电路f11输出a3、施密特电路f21输出a4、输出脉冲p2的波形。图2中，当输入脉冲p1长时间维持为低电平时，a1点为低电平，施密特电路f11的输出a3为低电平；当输入脉冲p1长时间维持为高电平时，a1点为高电平，a3为高电平。当输入脉冲p1从高电平变成低电平时，电流驱动器u11的输出a1立即变成低电平电位，a3立即从高电平变成低电平。当输入脉冲p1从低电平变成高电平时，a1电位因电流驱动器u11输出的驱动电流向电容c11充电而上升，当充电时间达到t1，a1电位上升达到并超过施密特电路f11的上限门槛电压时，a3从低电平变成高电平；当p1的正脉冲宽度小于t1，充电时间小于t1，a1电位未达到施密特电路f11的上限门槛电压时p1即变成低电平，a1电位立即变成低电平电位，a3维持低电平状态。图3中，p1和a3的初始状态为低电平。正窄脉冲11、正窄脉冲12、正窄脉冲13的宽度均小于t1，a1电位无法经充电达到或超过施密特电路f11的上限门槛电压，对a3状态没有影响；p1的正脉冲14的宽度大于t1，因此，在p1的正脉冲14的上升沿过时间t1后，a3从低电平变为高电平。p1的正脉冲14的下降沿使a3从高电平变为低电平，p1的正脉冲15的宽度大于t1，在正脉冲15上升沿过时间t1后，a3从低电平变为高电平。p1正脉冲15的下降沿使a3从高电平变为低电平，p1的正脉冲16、正脉冲17、正脉冲18的宽度均小于t1，因此，正脉冲16、正脉冲17、正脉冲18对a3没有影响，a3维持低电平状态。p1的正脉冲19的宽度大于t1，在正脉冲19上升沿过时间t1后，a3从低电平变为高电平。
图2中，当输入脉冲p1长时间维持为低电平时，a2点为高电平，施密特电路f21的输出a4为低电平；当输入脉冲p1长时间维持为高电平时，a2点为低电平，a4为高电平。当输入脉冲p1从低电平变成高电平时，电流驱动器u21的输出a2立即变成低电平电位，a4立即从低电平变成高电平。当输入脉冲p1从高电平变成低电平时，a2电位因电流驱动器u21输出的驱动电流向电容c21充电而上升，当充电时间达到t2，a2电位上升达到施密特电路f21的上限门槛电压时，a4从高电平变成低电平；当p1的负脉冲宽度小于t2，充电时间小于t2，a2电位未上升达到施密特电路f21的上限门槛电压时，p1即变成高电平，a2立即变成低电平电位，a4维持高电平状态。图3中，p1和a4的初始状态为低电平。p1的正脉冲11的上升沿使a4从低电平变为高电平，p1的负脉冲20的宽度大于t2，在负脉冲20下降沿过时间t2后，a4从高电平变为低电平。p1的正脉冲12的上升沿使a4从低电平变为高电平，p1的负脉冲20、负脉冲21的宽度均小于t2，因此，负脉冲20、负脉冲21对a4没有影响，a4维持低电平状态。负脉冲23、负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26的宽度均小于t2，a2电位无法经充电达到或高于施密特电路f21的上限门槛电压，对a4状态没有影响；p1的负脉冲27的宽度大于t2，因此，在p1的负脉冲27的下降沿过时间t2后，a4从高电平变为低电平。在p1的负脉冲27的上升沿，a4从低电平变为高电平。
施密特电路f11的输出a3在输入脉冲p1为低电平时保持低电平，在输入脉冲p1由低电平变为高电平后过时间t1才变为高电平。施密特电路f21的输出a4在输入脉冲p1为高电平时保持高电平，在输入脉冲p1由高电平变为低电平后过时间t2才变为低电平。或者说，在a3为高电平时，a4必定为高电平；在a4为低电平时，a3必定为低电平。
图3中，a3、a4的初始状态均为低电平，数据选择器t11的输出y为低电平，数据选择器t11选择a3作为输出y且在a3为低电平的期间维持。当a3在边沿30从低电平变为高电平时，输出y变为高电平，数据选择器t11选择a4作为输出y，此时a4必定为高电平，维持输出y的高电平状态。当a4在边沿31从高电平变为低电平时，输出y变为低电平，数据选择器t11选择a3作为输出y，此时a3必定为低电平，维持输出y的低电平状态。当a3在边沿32从低电平变为高电平时，输出y变为高电平，数据选择器t11选择a4作为输出y，此时a4必定为高电平，维持输出y的高电平状态。
窄脉冲过滤单元将p1信号中的窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲13、窄脉冲23、窄脉冲24、窄脉冲25、窄脉冲26都过滤掉，而正宽脉冲14(包括正脉冲14、正脉冲15、正脉冲16、正脉冲17和正脉冲18，负脉冲23、负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26为干扰脉冲)、负宽脉冲27能够通过，使p2信号中出现相应的正宽脉冲28和负宽脉冲29。输出脉冲p2与输入脉冲p1同相，而输出的宽脉冲28上升沿比输入的正宽脉冲14上升沿滞后时间t1，下降沿滞后时间t2。
正脉冲11、正脉冲12、正脉冲13为正窄脉冲，时间t1为窄脉冲过滤单元能够过滤的最大正窄脉冲宽度。t1即为正向充电时间。t1受到电流驱动器u11的流出驱动电流大小、电流驱动器u11的低电平电位、电容c11大小、施密特电路f11的上限门槛电压共同影响。通常情况下，调整t1的值可以通过改变电流驱动器u11的流出驱动电流大小和电容c11大小来进行。
负脉冲23、负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26为负窄脉冲，时间t2为窄脉冲过滤单元能够过滤的最大负窄脉冲宽度。t2即为反向充电时间。t2受到电流驱动器u21的流出驱动电流大小、电流驱动器u21的低电平电位、电容c21大小、施密特电路f21的上限门槛电压共同影响。通常情况下，调整t2的值可以通过改变电流驱动器u21的流出驱动电流大小和电容c21大小来进行。
图2中，电容c11接公共地的一端还可以改接在施密特电路f11、施密特电路f21的供电电源端；同样地，电容c21接公共地的一端也可以单独或者与电容c11一起改接在施密特电路f11、施密特电路f21的供电电源端。
图2中，施密特电路f11、施密特电路f21还可以同时或者单独选择反相施密特电路，数据选择器t11的输入d1、d2与输出y之间还可以同时或者单独为反相关系。当施密特电路f11、施密特电路f21同时或者单独选择反相施密特电路，数据选择器t11的输入d1、d2与输出y之间同时或者单独为反相关系时，需要满足下面的条件，即：当数据选择器t11输出y与施密特电路f11正向充放电电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器t11输出y与施密特电路f21输入信号之间为反相关系；此时y的低电平控制选择施密特电路f11的输出送到数据选择器t11的输出端，y的高电平控制选择施密特电路f21的输出送到数据选择器t11的输出端。当数据选择器t11输出y与施密特电路f11输入信号之间为反相关系时，数据选择器t11输出y与施密特电路f21输入信号之间为同相关系；此时y的低电平控制选择施密特电路f21的输出送到数据选择器t11的输出端，y的高电平控制选择施密特电路f11的输出送到数据选择器t11的输出端。
所述正向抗干扰施密特电路、反向抗干扰施密特电路均为施密特电路，输入信号为电容上的电压，因此，要求施密特电路具有高输入阻抗特性。施密特电路可以选择具有高输入阻抗特性的cmos施密特反相器cd40106、74hc14，或者是选择具有高输入阻抗特性的cmos施密特与非门cd4093、74hc24等器件。cmos施密特反相器或者cmos施密特与非门的上限门槛电压为与器件相关的固定值。用施密特反相器或者施密特与非门构成同相施密特电路，需要在施密特反相器或者施密特与非门后面增加一级反相器。
施密特电路还可以选择采用运算放大器来构成，采用运算放大器来构成施密特电路可以灵活地改变上限门槛电压、下限门槛电压。同样地，采用运算放大器来构成施密特电路时，需要采用具有高输入阻抗特性的结构与电路。
数据选择器可以选择74hc151、74hc152、74hc153、cd4512、cd4539等器件构成二选一数据选择器，也可以用门电路构成二选一数据选择器。
如图1所示，螺纹钢生产线速度自适应自动计数装置实施例还包括传输速度变换单元401。图4为传输速度变换单元实施例，其输入为计数脉冲产生单元安装处的棒材传输速度n，输出为送至窄脉冲过滤单元的传输速度输入端的控制电压uk。
计数脉冲产生单元的输出脉冲边沿的连续抖动窄脉冲的宽度受棒材传输速度n的影响改变。当棒材传输速度n增大时，计数脉冲产生单元的输出脉冲边沿的连续抖动脉冲的宽度减小；当棒材传输速度n减小时，计数脉冲产生单元的输出脉冲边沿的连续抖动脉冲的宽度增大。
图4中，f71为棒材传输速度传感器，f71将棒材传输速度n转换为电压un输出。运放f72及电阻r76、电阻r77、电阻r78、电阻r79组成零值调整电路，控制电压uk从运放f72输出端输出。零值调整电路的作用之一是通过改变输入的零值调整电压vref，将棒材传输速度n的最小速度(通常为0)对应的控制电压uk调整为非0值；二是提高控制电压uk的驱动能力。输入速度范围对应的控制电压uk的范围通过调整棒材传输速度传感器f71参数、零值调整电路参数和零值调整电压vref来进行。图4实施例中，当棒材传输速度n增大时，输出控制电压uk增大；棒材传输速度n减小时，输出控制电压uk减小。
图5为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例1电路。开漏输出同相驱动器f12、电阻r11组成正向电流驱动器。p1为低电平时，同相驱动器f12输出a1为低电平；p1为高电平时，同相驱动器f12为开漏输出，由控制电压uk作为电源经电阻r11流出驱动电流。正向电流驱动器的流出驱动电流大小受到控制电压uk的控制，棒材传输速度n增大时，输出控制电压uk增大，流出驱动电流增大。
开漏输出反相驱动器f22、电阻r21组成反向电流驱动器。p1为高电平时，反相驱动器f22输出a2为低电平；p1为低电平时，反相驱动器f22为开漏输出，由控制电压uk作为电源经电阻r21流出驱动电流。反向电流驱动器的流出驱动电流大小受到控制电压uk的控制，棒材传输速度n增大时，输出控制电压uk增大，流出驱动电流增大。
同相驱动器f12、反相驱动器f22可以选择各种集电极开路、漏极开路的集成电路。
图6为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例2电路。三极管v21、电阻r22、电阻r23组成反向电流驱动器，p1为高电平时，三极管v21饱和导通，反向电流驱动器输出a2为低电平；p1为低电平时，三极管v21截止，由控制电压uk作为电源经电阻r22流出驱动电流。反向电流驱动器的流出驱动电流大小受到控制电压uk的控制，棒材传输速度n增大时，输出控制电压uk增大，流出驱动电流增大。
三极管v11、三极管v12、电阻r12、电阻r13、电阻r14组成正向电流驱动器，p1为低电平时，三极管v12截止，三极管v11饱和导通，正向电流驱动器输出a1为低电平；p1为高电平时，三极管v12饱和导通，三极管v11截止，由控制电压uk作为电源经电阻r12流出驱动电流。正向电流驱动器的流出驱动电流大小受到控制电压uk的控制，棒材传输速度n增大时，输出控制电压uk增大，流出驱动电流增大。图5中的三极管v12、电阻r14组成的反相电路也可以用其他反相器来替代。
图5和图6中，当控制电压uk为定值时，正向电流驱动器和反向电流驱动器提供的流出驱动电流不是恒定大小的驱动电流，会在一定范围之内变化；控制电压uk改变时，正向电流驱动器和反向电流驱动器提供的流出驱动电流大小范围在整体上会跟随控制电压uk的变化而变化。
图7为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例3电路。运放f61、运放f62、三极管v61、三极管v62、电阻r61、电阻r62、电阻r63、电阻r64、电阻r65、电阻r66组成反向电流驱动器，其中，运放f61、运放f62、三极管v61、电阻r61、电阻r62、电阻r63、电阻r64、电阻r65组成反向恒流电路，其输出电流i2大小受到输入控制电压uk的控制，控制电压uk恒定，则输出电流i2恒定；控制电压uk增大，则输出电流i2增大。p1为高电平时，三极管v62饱和导通，反向电流驱动器输出a2为低电平；p1为低电平时，三极管v62截止，反向电流驱动器流出大小受控制电压uk控制的恒流驱动电流i2。
运放f51、运放f52、三极管v51、三极管v52、三极管v53、电阻r51、电阻r52、电阻r53、电阻r54、电阻r55、电阻r56、电阻r57组成正向电流驱动器，其中，运放运放f51、运放f52、三极管v51、电阻r51、电阻r52、电阻r53、电阻r54、电阻r55组成正向恒流电路，其输出电流i1大小受到输入控制电压uk的控制，控制电压uk恒定，则输出电流i1恒定；控制电压uk增大，则输出电流i1增大。p1为低电平时，三极管v53截止，三极管v52饱和导通，正向电流驱动器输出a1为低电平；p1为高电平时，三极管v53饱和导通，三极管v52截止，正向电流驱动器流出大小受控制电压uk控制的恒流驱动电流i1。图7中的三极管v53、电阻r57组成的反相电路也可以用其他反相器来替代。
当电容c11和施密特电路f11的上限门槛电压保持不变时，棒材传输速度n增大，电流驱动器u11输出的流出驱动电流增大，电容c11的充电速度加快，t1减小；反之，棒材传输速度n减小，电流驱动器u11输出的流出驱动电流减小，电容c11的充电速度变慢，t1增加；实现了正向充放电电路的充电速度由棒材传输速度控制。或者说实现了干扰脉冲过滤时，能够过滤的最大正窄脉冲宽度t1的棒材传输速度自适应控制，即棒材传输速度n变化时，t1在一个给定的范围内跟随棒材传输速度n变化。如果改变电容c11的大小或者是施密特电路f11的上限门槛电压，则t1跟随棒材传输速度n变化的给定范围整体会改变，例如，增大电容c11，则在同样的棒材传输速度n变化范围内，t1跟随变化区间的上限值和下限值增大。
当电容c21和施密特电路f21的上限门槛电压保持不变时，棒材传输速度n增大，电流驱动器u21输出的流出驱动电流增大，电容c21的充电速度加快，t2减小；反之，棒材传输速度n减小，电流驱动器u21输出的流出驱动电流减小，电容c21的充电速度变慢，t2增加；实现了反向充放电电路的充电速度由棒材传输速度控制。或者说，实现了干扰脉冲过滤时，能够过滤的最大负窄脉冲宽度t2的棒材传输速度自适应控制，即棒材传输速度n变化时，t2在一个给定的范围内跟随棒材传输速度n变化。如果改变电容c21的大小或者是施密特电路f21的上限门槛电压，则t2跟随棒材传输速度n变化的给定范围整体会改变，例如，减小电容c21，则在同样的棒材传输速度n变化范围内，t2跟随变化区间的上限值和下限值减小。