钢丝绳的卷扬参数计算方法、及卷扬机设备与流程

本发明涉及卷扬机技术领域，尤其是涉及一种钢丝绳的卷扬参数计算方法、及卷扬机设备。

背景技术：

钢丝绳卷绕收放是一个复杂的过程，多层卷绕过程中钢丝绳和卷筒轴之间的相互作用关系比较复杂。为测量钢丝绳卷绕收放的相关运动参数，可以在卷筒轴上安装一只增量式旋转编码器，以及在导向轮上安装两只接近开关，以测量钢丝绳的收放长度和收放速度。但是，上述方法仅能用于测量单层钢丝绳的运动参数，而无法用于测量多层钢丝绳的运动参数。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢丝绳的卷扬参数计算方法、及卷扬机设备，可以较好地对多层钢丝绳的卷扬参数进行测量。

第一方面，本发明实施例提供了一种钢丝绳的卷扬参数计算方法，所述方法应用于卷扬机设备，所述卷扬机设备设置有卷筒轴和导向轮，所述卷筒轴上卷绕有多层钢丝绳，所述钢丝绳经所述导向轮对目标物体进行升降操作，所述卷筒轴上设置有绝对式角度测量器件，所述导向轮上设置有计时器件，所述方法包括：通过所述绝对式角度测量器件确定所述卷筒轴的旋转角度；通过所述计时器件基于所述目标物体与所述导向轮之间的相对位置确定所述钢丝绳的收放时长；基于所述旋转角度和所述收放时长，计算所述钢丝绳的卷扬参数；其中，所述卷扬参数包括卷扬深度和/或卷扬速度。

在一种实施方式中，所述绝对式角度测量器件包括绝对式旋转编码器；所述通过所述绝对式角度测量器件确定所述卷筒轴的旋转角度的步骤，包括：接收所述绝对式旋转编码器发送的位置编码，并将所述位置编码转换为所述卷筒轴的旋转角度。

在一种实施方式中，所述绝对式角度测量器包括多圈绝对式旋转编码器。

在一种实施方式中，所述计时器件包括接近开关和码盘，所述卷扬机设备还设置有导向轮支架，所述接近开关设置在所述导向轮支架上，所述码盘设置在所述导向轮上，所述接近开关的数量为一个；所述通过所述计时器件基于所述目标物体与所述导向轮之间的相对位置确定所述钢丝绳的收放时长的步骤，包括：通过所述接近开关基于所述目标物体与所述导向轮之间的相对位置输出高电平或低电平；通过所述码盘在所述接近开关输出高电平时开始输出脉冲，直至所述接近开关低电平时停止输出脉冲；统计所述码盘输出脉冲的脉冲数，并基于所述脉冲数计算所述多层钢丝绳的收放时长。

在一种实施方式中，所述通过所述接近开关基于所述目标物体与所述导向轮之间的相对位置输出高电平或低电平的步骤，包括：如果所述目标物体与所述导向轮之间的距离小于预设阈值，通过所述接近开关输出高电平；如果所述目标物体与所述导向轮之间的距离大于所述预设阈值，通过接近开关输出低电平。

在一种实施方式中，所述基于所述旋转角度和所述收放时长，计算所述钢丝绳的卷扬参数的步骤，包括：如果所述卷扬参数包括卷扬速度，基于预先设置的所述钢丝绳的收放长度和所述收放时长计算所述钢丝绳的卷扬速度。

在一种实施方式中，所述基于所述旋转角度和所述收放时长，计算所述钢丝绳的卷扬参数的步骤，包括：如果所述卷扬参数包括卷扬深度，基于预先设置的所述钢丝绳的收放长度和所述旋转角度计算所述钢丝绳的实际深度值；将所述实际深度值与预先设置的多个深度设定值进行比对，并基于比对结果确定所述实际深度值所在的目标深度区间；将所述目标深度区间中最小的深度设定值确定为所述钢丝绳的卷扬深度。

第二方面，本发明实施例还提供一种钢丝绳的卷扬参数计算装置，所述装置应用于卷扬机设备，卷扬机设备设置有卷筒轴和导向轮，所述卷筒轴上卷绕有多层钢丝绳，所述钢丝绳经所述导向轮对目标物体进行升降操作，所述卷筒轴上设置有绝对式角度测量器件，所述导向轮上设置有计时器件，所述装置包括：角度确定模块，用于通过所述绝对式角度测量器件确定所述卷筒轴的旋转角度；时长确定模块，用于通过所述计时器件基于所述目标物体与所述导向轮之间的相对位置确定所述钢丝绳的收放时长；参数计算模块，用于基于所述旋转角度和所述收放时长，计算所述钢丝绳的卷扬参数；其中，所述卷扬参数包括卷扬深度和/或卷扬速度。

第三方面，本发明实施例还提供一种卷扬机设备，包括存储器以及处理器；所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面提供的任一项所述的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行所述第一方面提供的任一项所述的方法。

本发明实施例提供的一种钢丝绳的卷扬参数计算方法、及卷扬机设备应用于卷扬机设备，卷扬机设备设置有卷筒轴和导向轮，卷筒轴上卷绕有多层钢丝绳，钢丝绳经导向轮对目标物体进行升降操作，卷筒轴上设置有绝对式角度测量器件，导向轮上设置有计时器件，首先通过绝对式角度测量器件确定卷筒轴的旋转角度，以及通过计时器件基于目标物体与导向轮之间的相对位置确定钢丝绳的收放时长，然后基于旋转角度和收放时长，计算钢丝绳的卷扬参数(包括卷扬深度和/或卷扬速度)。上述方法结合绝对式角度测量器件和计时器件，可以实现对多层钢丝绳的卷扬深度和卷扬速度等卷扬参数进行测量，且测量得到的卷扬参数具有较高准确度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种钢丝绳的卷扬参数计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种卷扬机设备的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种卷扬机设备的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种钢丝绳的卷扬参数的计算装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种卷扬机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

目前，为测量钢丝绳卷绕收放的相关运动参数，可以在卷筒轴上安装一只增量式旋转编码器，以及在导向轮上安装两只接近开关，用以对单层钢丝绳的圈养距离进行测量和限位控制，以及将接近开关输出的脉冲信号转换为导向轮转过的时间，用以判断钢丝绳升起/下降状态和测量钢丝绳的受访速度，其中，增量式旋转编码器的原理如下：将增量式旋转编码器输出的脉冲信号转换为卷筒轴转过的角度，用以测量单层钢丝绳的收放长度，诸如将卷筒轴的位移转换成周期性的电信号，再将电信号转变成计数脉冲，从而利用脉冲的个数表示位移的大小或者运动的位置。但是，在卷筒轴上安装一只增量式旋转编码器的方法，难以准确测量多层钢丝绳的收放长度，而且由于导向轮与钢丝绳之间的相对滑动，在导向轮支架上安装两只接近开关的方法，也不能准确测量多层钢丝绳的收放长度。在此基础上，本发明实施提供了一种钢丝绳的卷扬参数计算方法、及卷扬机设备，可以较好地对多层钢丝绳的卷扬参数进行测量。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种钢丝绳的卷扬参数计算方法进行详细介绍，该方法应用于卷扬机设备，卷扬机设备设置有卷筒轴和导向轮，卷筒轴上卷绕有多层钢丝绳，钢丝绳经导向轮对目标物体进行升降操作，卷筒轴上设置有绝对式角度测量器件，导向轮上设置有计时器件，参见图1所示的一种钢丝绳的卷扬参数计算方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤s102至步骤s106：

步骤s102，通过绝对式角度测量器件确定卷筒轴的旋转角度。其中，绝对式角度测量器件可以通过二进制编码形式表征卷筒轴的旋转角度，卷筒轴的旋转角度可以超过360°。在一种可选的实施方式中，通过绝对式角度测量器件对卷筒轴的机械位置进行测量，并将测量得到的机械位置转换为二进制编码，从而基于二进制编码确定卷筒轴的旋转角度。

步骤s104，通过计时器件基于目标物体与导向轮之间的相对位置确定钢丝绳的收放时长。其中，计时器件用于测量钢丝绳的收放时长，在一种实施方式中，计时器件可以包括接近开关和轮盘，接近开关用于在目标物体接近导向轮时输出高电平，在目标物体远离导向轮时输出低电平，轮盘可以在接近开关输出高电平时开始输出脉冲，并在接近开关输出低电平时停止输出脉冲，通过统计轮盘输出脉冲的脉冲数即可得知钢丝绳的收放时长。

步骤s106，基于旋转角度和收放时长，计算钢丝绳的卷扬参数。其中，卷扬参数包括卷扬深度和/或卷扬速度，卷扬深度可以理解为钢丝绳与卷筒轴中心之间的半径距离，卷扬速度可以理解为卷筒轴收放钢丝绳的速度。在一些实施方式中，可以预先配置钢丝绳的收放长度，从而可以基于收发长度和收放时间计算钢丝绳的卷扬速度，也可以基于收放长度和旋转角度计算钢丝绳的卷扬深度。

本发明实施例提供的上述钢丝绳的卷扬参数计算方法，结合绝对式角度测量器件和计时器件，可以实现对多层钢丝绳的卷扬深度和卷扬速度等卷扬参数进行测量，且测量得到的卷扬参数具有较高准确度。

为便于理解，本发明实施例提供了一种卷扬机设备，其中，绝对式角度测量器件包括绝对式旋转编码器，计时器件包括接近开关和码盘。绝对式编码器上有许多道刻线，每道刻线以此为2线、4线、8线、16线……编排，从而可以获得(n-1)²的2进制编码，其中，n为刻线的数量，且2进制编码由机械位置决定。另外，接近开关是一种用于工业自动化控制系统中以实现检测、控制并与输出环节全盘无触点化的新型开关元件，当接近开关接近目标物体时，将发出高电平或者上升沿，当接近开关远离物体时，将发出低电平或者下降沿。

考虑到本发明实施例提供的钢丝绳的卷扬参数计算方法需要对多层钢丝绳的卷扬参数进行计算，也即卷筒轴在收放钢丝绳时，旋转角度可能大于360°，又因为绝对式编码器有量程范围(一般为360°)，因此，上述绝对式角度测量器包括多圈绝对式旋转编码器，从而当旋转角度超过360°时，仍然能正常采集卷筒轴的旋转角度。

在一种实施方式中，参见图2所示的一种卷扬机设备的结构示意图，图2中示意出了多圈绝对式旋转编码器1、卷筒轴2、钢丝绳3、导向轮4、导向轮支架5、接近开关6和码盘7，其中，卷筒轴2上卷绕有多层钢丝绳3，钢丝绳3经导向轮4对目标物体进行升降操作，卷筒轴2上设置有多圈绝对式旋转编码器1，接近开关6设置在导向轮支架5上，码盘7设置在导向轮4上，接近开关的数量为一个。另外，图2中还标注有旋转角度δφ、收放长度δl、收放时长δt和卷扬速度v，可选的，旋转角度的单位为“°”，收放长度的单位为“mm”，收放时间的单位为“s”，卷扬速度的单位为“mm/s”。进一步的，参见图3所示的另一种卷扬机设备的结构示意图，图3中示意出了卷筒轴2上卷绕有多层钢丝绳3，卷筒轴2上设置有多圈绝对式旋转编码器1，还示例性标注了卷扬深度r1、r2、r3和r4。

在图2的基础上，本发明实施例提供了一种通过绝对式角度测量器件确定卷筒轴的旋转角度的实施方式，可以接收绝对式旋转编码器发送的位置编码，并将位置编码转换为卷筒轴的旋转角度。如图2所示，在卷筒轴2上安装一只多圈绝对式旋转编码器1，多圈绝对式旋转编码器1输出的机械位置编码转化为卷筒轴2的旋转角度δφ。

请继续参见图2，本发明实施例还提供了一种通过计时器件基于目标物体与导向轮之间的相对位置确定钢丝绳的收放时长的实施方式，参见如下步骤1至步骤3：

步骤1，通过接近开关基于目标物体与导向轮之间的相对位置输出高电平或低电平。在一种实施方式中，(1)如果目标物体与导向轮之间的距离小于预设阈值，通过接近开关输出高电平；(2)如果目标物体与导向轮之间的距离大于预设阈值，通过接近开关输出低电平。例如，假设预设阈值为10mm，则当目标物体与导向轮之间的距离小于10mm，则接近开关发出高电平或上升沿，当目标物体与导向轮之间的距离大于10mm，则接近开关发出低电平或下降沿。

步骤2，通过码盘在接近开关输出高电平时开始输出脉冲，直至接近开关低电平时停止输出脉冲。在一种实施方式中，当接近开关发出高电平或者上升沿时，码盘便开始输出脉冲(诸如单位脉冲)，当接近开关发出低电平或者下降沿时，码盘便停止输出脉冲。

步骤3，统计码盘输出脉冲的脉冲数，并基于脉冲数计算多层钢丝绳的收放时长。例如，在接近开关发出高电平至发出低电平的时间间隔内，码盘共输出5个单位脉冲，则可以直接确定钢丝绳的收放时长δt为5s。

在一种实施方式中，上述卷扬参数包括卷扬速度和卷扬深度，为便于理解，本发明实施例分别提供了计算卷扬速度和卷扬深度的实施方式，参见如下方式一和方式二，其中，方式一用于计算卷扬速度，方式二用于计算卷扬深度：

方式一：如果卷扬参数包括卷扬速度，可以基于预先设置的钢丝绳的收放长度和收放时长计算钢丝绳的卷扬速度。在实际应用中，由于接近开挂在导向轮支架上的位置是固定的，因此可以预先设定钢丝绳的收放长度δl，并基于收放长度δl和收放时长δt计算钢丝绳的卷扬速度，其中，钢丝绳3与导向轮4之间的相对滑移距离可以忽略不计，则钢丝绳3的卷扬速度v＝δl/δt。

方式一：如果卷扬参数包括卷扬深度，可以按照如下步骤a至步骤c所示的方法执行基于旋转角度和收放时长，计算钢丝绳的卷扬参数的步骤：

步骤a，基于预先设置的钢丝绳的收放长度和旋转角度计算钢丝绳的实际深度值r。在一种实施方式中，可以按照如下公式计算钢丝绳的实际深度值r：r＝180δl/(πδφ)。

步骤b，将实际深度值与预先设置的多个深度设定值进行比对，并基于比对结果确定实际深度值所在的目标深度区间。在一种实施方式中，可以预先设定多个深度设定值ri(i＝1,2,...)，然后将r与各个深度设定值进行比对，如果ri<r<ri+1，则确定实际深度值所在的目标深度区间为[ri,ri+1]。

步骤c，将目标深度区间中最小的深度设定值确定为钢丝绳的卷扬深度。例如，目标深度区间[ri,ri+1]中最小的深度设定值为ri，因此可以认为多层钢丝绳3在卷筒轴2上的卷扬深度为ri，即钢丝绳处于卷筒卷扬的第i层。

综上所述，在卷筒轴上安装一只多圈绝对式旋转编码器，多圈绝对式旋转编码器输出的每个机械位置编码对应一个旋转角度，另外，在导向轮支架上安装一只接近开关，在导向轮上安装一个码盘，在接近开关由高电平变成低电平的时间间隔内，对码盘输出的脉冲数进行计算，可以获得导向轮转过的时间。由于接近开关在导向轮支架上的位置是固定的，可以基于预先设置的收放长度获取钢丝绳的卷扬速度，还可以依据卷筒轴转过的旋转角度及导向轮上钢丝绳的收放长度，测量多层钢丝绳的卷扬深度。

对于前述实施例提供的钢丝绳的卷扬参数计算方法，本发明实施例提供了一种钢丝绳的卷扬参数的计算装置，该装置应用于卷扬机设备，卷扬机设备设置有卷筒轴和导向轮，卷筒轴上卷绕有多层钢丝绳，钢丝绳经导向轮对目标物体进行升降操作，卷筒轴上设置有绝对式角度测量器件，导向轮上设置有计时器件，参见图4所示的一种钢丝绳的卷扬参数的计算装置的结构示意图，该装置主要包括以下部分：

角度确定模块402，用于通过绝对式角度测量器件确定卷筒轴的旋转角度。

时长确定模块404，用于通过计时器件基于目标物体与导向轮之间的相对位置确定钢丝绳的收放时长。

参数计算模块406，用于基于旋转角度和收放时长，计算钢丝绳的卷扬参数；其中，卷扬参数包括卷扬深度和/或卷扬速度。

本发明实施例提供的上述钢丝绳的卷扬参数计算装置，结合绝对式角度测量器件和计时器件，可以实现对多层钢丝绳的卷扬深度和卷扬速度等卷扬参数进行测量，且测量得到的卷扬参数具有较高准确度。

在一种实施方式中，绝对式角度测量器件包括绝对式旋转编码器；角度确定模块402还用于：接收绝对式旋转编码器发送的位置编码，并将位置编码转换为卷筒轴的旋转角度。

在一种实施方式中，绝对式角度测量器包括多圈绝对式旋转编码器。

在一种实施方式中，计时器件包括接近开关和码盘，卷扬机设备还设置有导向轮支架，接近开关设置在导向轮支架上，码盘设置在导向轮上，接近开关的数量为一个；时长确定模块404还用于：通过接近开关基于目标物体与导向轮之间的相对位置输出高电平或低电平；通过码盘在接近开关输出高电平时开始输出脉冲，直至接近开关低电平时停止输出脉冲；统计码盘输出脉冲的脉冲数，并基于脉冲数计算多层钢丝绳的收放时长。

在一种实施方式中，时长确定模块404还用于：如果目标物体与导向轮之间的距离小于预设阈值，通过接近开关输出高电平；如果目标物体与导向轮之间的距离大于预设阈值，通过接近开关输出低电平。

在一种实施方式中，参数计算模块406还用于：如果卷扬参数包括卷扬速度，基于预先设置的钢丝绳的收放长度和收放时长计算钢丝绳的卷扬速度。

在一种实施方式中，参数计算模块406还用于：如果卷扬参数包括卷扬深度，基于预先设置的钢丝绳的收放长度和旋转角度计算钢丝绳的实际深度值；将实际深度值与预先设置的多个深度设定值进行比对，并基于比对结果确定实际深度值所在的目标深度区间；将目标深度区间中最小的深度设定值确定为钢丝绳的卷扬深度。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本发明实施例提供了一种卷扬机设备，具体的，该卷扬机设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被所述处理器运行时执行如上所述实施方式的任一项所述的方法。

图5为本发明实施例提供的一种卷扬机设备的结构示意图，该卷扬机设备100包括：处理器50，存储器51，总线52和通信接口53，所述处理器50、通信接口53和存储器51通过总线52连接；处理器50用于执行存储器51中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器51可能包含高速随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口53(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线52可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器51用于存储程序，所述处理器50在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器50中，或者由处理器50实现。

处理器50可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器50中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器50可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器51，处理器50读取存储器51中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。