一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法及系统的制作方法
一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法及系统。
【背景技术】
[0002] 干法熄焦是目前国内焦化行业大力倡导的一项先进技术，该技术直接回收红焦热 量循环利用，相对于湿法熄焦具有节约能源、环保、提升焦炭质量等优点，以年处理红焦300 万吨干熄焦项目为例：年发电3. 5亿千瓦时，回收焦粉8万吨，实现节能16. 4万吨标准煤， 减排二氧化碳32. 3万吨、二氧化硫0. 2万吨、粉尘3. 2万吨，年可实现节能收入1. 98亿元、 利润1.5亿元。提升机是干熄焦装置的关键工艺设备，是红焦输送渠道的咽喉部位，其稳 定运行是干熄焦系统能够产质量稳定的焦炭质量以及发电用蒸汽的首要条件。
[0003] 熄焦提升机控制系统是一个网络覆盖面广，数据交换量大，数据关联度高的大电 流负载控制系统。由于提升机电机大电流特性，使其对网络电缆、定位编码器等电气部件极 易产生较大的强电磁干扰，干熄焦提升机系统经常出现通讯故障，导致提升编码器数据瞬 间消失，使得提升系统在自动运行过程中意外停止运行，由于电磁干扰导致生产故障较为 频繁，有时持续时间较长，熄焦方式不得不改为水熄，水熄将导致焦炭质量下降、生产成本 上升、环境受到污染。
[0004] 为了消除电磁干扰的影响，传统的硬件整改方法通常是采用屏蔽技术、系统接地 设计技术、电源噪音抑制技术等方法来减少电磁干扰的产生和传播，但存在硬件投资大、工 程周期长，由于生产环境的局限性局部整改达不到提高系统工作稳定的目的，效果难以保 证等缺陷；传统的软件整改方法通常是采用平均值滤波法、中间值滤波法、惯性滤波法、限 幅值滤波法等程序算法来剔除掉不合理的数据，保留合理的数据，从而避免电磁干扰的影 响，但这些滤波方法只能适应于电磁干扰产生的数据错乱是瞬间的或者短时间内的，过了 这一小段时间后，数据能够恢复到正常值的这种特殊情况。但是，电磁干扰往往有很大的复 杂性，经常出现电磁干扰长久持续，产生的数据错乱长久的甚至不能够自动恢复的这种情 况，这时，这些滤波法就会彻底失效，系统因把长时间的错误数据当作合理数据来保留导致 无法正常工作，进而影响日常生产。
[0005] 干法熄焦是目前国内焦化行业大力倡导的一项先进技术，提升机作为干熄焦系统 的关键工艺设备，其稳定运行是干熄焦系统能够生产质量稳定的焦炭以及发电用蒸汽的首 要条件。目前提升机正常运行完全依赖于定位编码器的数据，由于提升机电机大电流特性 使其控制通讯网络极易受到电磁干扰的影响，导致数据采集误差大甚至数据丢失，引起程 序执行混乱，致使控制失常等严重后果。而传统的硬件和软件整改方法由于自身特点及生 产环境特殊性很难从根本上解决电磁干扰的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的主要技术问题是：提供一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法 及系统，当提升机正常运行时，对提升运行轨迹进行跟踪和预测，并及时修正预测误差，当 由于电磁干扰导致通讯中断故障时，根据预测模型得到数据控制提升机，有效避免各种类 型的电磁干扰，使提升机都能够正常地工作，既节约了投资成本，又突破了传统的软、硬件 滤波法的限制。
[0007] 解决上述技术问题的技术方案是：一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统，包 括： 多个编码器，用于检测提升机的位置数据构成编码器数据模型，在不存在电磁干扰的 正常情况下，用于作为提升机的定位数据源；同时编码器数据模型还用于作为提升运行轨 迹预测模型运算的数据源； 实时追踪定位系统，包括通过采用分段数据拟合预测的方法构建的提升运行轨迹预测 模型进行运算得到提升运行轨迹预测数据；实时追踪定位系统用于对提升机的位置进行同 步追踪和预测，即所述的提升运行轨迹预测模型在编码器存在电磁干扰的情况下，替换编 码器数据模型用于提升机的定位数据预测； 现有提升机控制系统，接收编码器数据模型的提升机定位数据或提升运行轨迹预测模 型的提升机预测定位数据，用于控制提升机运行。
[0008] 本发明的进一步技术方案是：所述的提升运行轨迹预测模型，使提升机在无电磁 干扰的正常情况下运行时，通过提升机定位编码器测量得到运动轨迹的坐标，拟合出曲线 方程.
其中y代表提升距离，X代表时间，利用最小二乘法求解参数 a、b、c、d、e，确定曲线方程，用此方程预测提升系统未来时刻的坐标值，提供提升机的预测 定位数据。
[0009] 所述的现有提升机控制系统包括速度计算模型，所述的速度计算模型根据编码器 数据模型的提升机定位数据或提升运行轨迹预测模型的提升机预测定位数据进行运算，提 供与提升机位置相匹配的运动速度。
[0010] 本发明的另一技术方案是：一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法，包括以下 步骤： 1) 选择是否投入实时追踪定位系统，若是，则进入步骤2);若否，则现有提升机控制系 统采用编码器数据模型作为提升机的定位数据源控制提升机； 2)判断提升机当前位置是否处于起始位置，若是，则进入步骤3);若否，继续步骤2); 3) 提升机开始进行提升运行轨迹预测模型运算得到提升机的预测定位数据； 4) 检测是否任何一个定位编码器存在电磁干扰，若是，则进入步骤5);若否，则现有提 升机控制系统继续采用编码器数据模型作为提升机定位数据源控制提升机； 5) 提升运行轨迹预测系统自动投入运行，替换编码器数据模型作为提升机的定位数据 源，现有提升机控制系统采用提升运行轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据 源控制提升机。
[0011] 该干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法还包括有步骤6)，当编码器电磁干扰消失 后，选择是否恢复编码器控制模式，若是，则恢复采用编码器数据模型作为提升机定位数据 源；若否，则继续采用提升运行轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据源。
[0012] 本发明针对电磁干扰的复杂情况，采用数据拟合预测的方法构建了提升系统轨迹 预测与控制模型，以时间为X轴，提升距离为y轴，跨度为Z轴变量的3维变量的数据集合， 随着提升运行轨迹的改变不断更新拟合函数，实现时间追踪定位小区间完全拟合原来的编 码器定位小区间，从而实现提升轨迹的精准预测与控制。依据模型设计实时定位追踪软件 监控系统，用于解决生产中因电磁干扰引起的系统失控故障等问题。提升运行轨迹多段拟 合预测与控制是解决电磁干扰的一种创新，打破了通过硬件改进和完善来解决电磁干扰的 传统方法、又有效避免软件滤波的局限性。
[0013] 本发明的意义在于探索一种用拟合函数的"软"方法为解决干熄焦提升系统电磁 干扰提供理论依据和实践基础。本发明主要的创新之处在于： 第一：首次采用分段拟合方法预测干熄焦提升系统轨迹。
[0014] 第二：为干熄焦提升系统增加一套"热冗余"实时追踪系统，解决由于电磁干扰导 致干熄焦提升系统停机故障。提升运行轨迹预测系统根据关键时间段划分原则，将提升机 的位置信号划分为一个个定位小区间的集合，随着提升运行轨迹的改变不断更新拟合曲线 参数，实现时间追踪定位小区间完全拟合原来的编码器定位小区间。系统正常运行时，提升 机的区间定位是由编码器的定位区间来决定，同时，提升运行轨迹预测系统于后台同步运 行，但不参与实际控制，只是同步追踪，一旦出现电磁干扰影响系统定位等故障，无论是哪 种情况，提升运行轨迹预测系统立刻投入控制运行，替换原来的编码器进行系统定位工作， 直到能够完全跟上直到焦罐回到钩开位置（即编码器零位）进行清零复位后，系统再次恢复 正常运行。
[0015] 本发明提出干熄焦提升运行轨迹分段拟合预测与控制，探索一种高效率、低成本 的实时追踪系统。即当提升机正常运行时，对提升运行轨迹进行跟踪和预测，并及时修正预 测误差，当由于电磁干扰导致通讯中断故障时，根据预测模型得到数据控制提升机，有效避 免各种类型的电磁干扰，使提升机都能够正常地工作，既节约了投资成本，又突破了传统的 软、硬件滤波法的限制，保障提升机正常运行。避免了由于电磁干扰导致生产故障较为频 繁，所带来的熄焦方式不得不改为水熄，水熄将导致焦炭质量下降、生产成本上升、环境受 到污染等问题。
[0016] 下面，结合附图和实施例对本发明之一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法及 系统的技术特征作进一步的说明。
【附图说明】
[0017] 图1 :本发明之一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统结构示意图。
[0018] 图2 :本发明之一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法流程图。
[0019] 图3 :干熄焦提升机的提升运行曲线图。
[0020] 图3中：VI-提升低速V2-提升中速V3-提升高速V4-走行高速V5-走 行低速。
【具体实施方式】
[0021] 实施例1 :一种干媳焦提升机的软件抗电磁干扰系统，包括： 多个编码器，用于检测提升机的位置数据构成编码器数据模型，在不存在电磁干扰的 正常情况下，用于作为提升机的定位数据源；同时编码器数据模型还用于作为提升运行轨 迹预测模型运算的数据源； 实时追踪定位系统，包括通过采用分段数据拟合预测的方法构建的提升运行轨迹预测 模型进行运算得到提升运行轨迹预测数据；实时追踪定位系统用于对提升机的位置进行同 步追踪和预测，即所述的提升运行轨迹预测模型在编码器存在电磁干扰的情况下，替换编 码器数据模型用于提升机的定位数据预测； 所述的提升运行轨迹预测模型，是提升机在无电磁干扰的正常情况下运行时，通过提 升机定位编码器测量得到运动的坐标，拟合出曲线方程.
，其中y代 表提升距离，x代表时间，利用最小二乘法求解参数a、b、c、d、e，确定曲线方程，用此方程预 测提升系统未来时刻的坐标值，提供提升机的预测定位数据。
[0022] 现有提升机控制系统，用于接收编码器数据模型的提升机定位数据或提升运行轨 迹预测模型的提升机预测定位数据，用于控制提升机运行。即所述的 现有提升机控制系统 包括速度计算模型，所述的速度计算模型根据编码器数据模型的提升机定位数据或提升运 行轨迹预测模型的提升机预测定位数据进行运算，提供与提升机位置相匹配的运动速度， 现有提升机控制系统按照速度计算模型提供的运动速度控制提升机逆变器。
[0023] 干熄焦提升机的位置及与位置相匹配的速度（即图3所示干熄焦提升机的提升运 行曲线图）是本领域技术人员的公知技术，此处不再赘述。
[0024] 实施例2 :-种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法，包括以下步骤： 1)选择是否投入实时追踪定位系统，若是，则进入步骤2);若否，则现有提升机控制系 统采用编码器数据模型作为提升机的定位数据源控制提升机。
[0025] 2)判断提升机当前位置是否处于起始位置，若是，则进入步骤3);若否，继续步骤 2)〇
[0026] 3)提升机开始进行提升运行轨迹预测模型运算得到提升机的预测定位数据；但是 此时提升机的定位数据源仍然来自多个定位编码器。
[0027] 4)CPU不断进行循环扫描检测是否任何一个定位编码器存在电磁干扰，若是，则进 入步骤5);若否，则现有提升机控制系统继续采用编码器数据模型作为提升机定位数据源 控制提升机。
[0028] 5)-旦存在电磁干扰，编码器数据丢失或错误，提升运行轨迹预测系统自动投入 运行，替换编码器数据模型作为提升机的定位数据源，现有提升机控制系统采用提升运行 轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据源控制提升机；确保干熄焦系统的正常 生产运行。
[0029] 6)当编码器电磁干扰消失后，选择是否恢复编码器控制模式，若是，则恢复采用编 码器数据模型作为提升机定位数据源；若否，则继续采用提升运行轨迹预测系统的预测定 位数据作为提升机定位数据源。
[0030] 步骤6)的选择可以通过人机界面操作，即当电磁干扰消失后，弹出对话框询问操 作人员"是否恢复编码器控制模式"，如果选择"否"，则继续采用提升运行轨迹预测系统，替 换编码器进行提升位置预测及控制；如果选择"是"，则恢复编码器进行提升位置预测及控 制，无论哪种模式，都能确保干熄焦系统的正常生产运行。
[0031] 本发明的研宄过程方案：采用提升运行轨迹多段拟合预测与控制根据关键时间段 划分原则，将提升机的位置信号划分为一个个定位小区间的集合，随着提升运行轨迹的改 变不断更新拟合直线参数，实现时间追踪定位小区间完全拟合原来的编码器定位小区间。
[0032] 提升运行轨迹多段拟合预测与控制相当于干熄焦提升控制系统的"热冗余"系统。 系统正常运行时，提升机运行轨迹预测系统不参与实际控制，仅在后台通过计算编码器的 数据获得拟合函数参数，实时同步跟踪。一旦电磁干扰导致通讯中断，编码器数据丢失，提 升运行轨迹预测系统自动投入控制运行，替换编码器进行提升位置预测及控制，提升系统 按照预测轨迹运行，确保干熄焦系统的正常生产运行。本发明宄结果也为抑制电磁干扰提 供一种新的分析方法。
[0033]本发明主要研宄内容：研宄将连续变量转化为符合运行轨迹的离散变量，研宄提 升运行轨迹预测模型、实施追踪定位系统的研宄、提升运行轨迹预测和控制实验性研宄，具 体内容如下： 1.将连续变量转化为符合运动轨迹的离散变量研宄。
[0034]提升机在整个过程中主要完成焦罐的提升、横移、装入动作，并且在焦炭装入结束 后将空焦罐送回焦罐台车上。提升机的提升、横移距离计算、运行速度的切换都由定位编码 器提供信号。编码器的信号是连续变量，而拟合函数需要的是离散变量，因此该研宄内容是 研宄如何将连续变量科学、合理的转变称为符合实际数据分布特征的离散量，使离散量无 限逼近运行轨迹。该内容的研宄为运行轨迹模型的建立提供建模数据和验证数据，同时也 为连续变量科学、合理的转变为离散量提供一种理论依据。
[0035] 2?提升轨迹预测模型研宄。
[0036] 干熄焦提升运行轨迹复杂，无法采用单一线性函数进行描述，为此采用最小二乘 原理进行分段线性拟合，在提升机正常运行时，通过提升机定位编码器测量得到运动的坐 标，拟合出曲线方程
，利用最小二乘法求解参数a、b、c、d、e，确定曲 线方程，用此方程预测提升系统未来时刻的坐标值。随着提升运行轨迹的改变，不断更新拟 合曲线参数。根据"将连续变量转化为符合运动轨迹的离散变量研宄"获得的运行轨迹历 史数据序列，通过MATLAB仿真和验证，构建提升运行轨迹模型，用提升机构关键检测点检 测信号来修正拟合误差，实现实时预测、追踪。
[0037] 3.实时追踪定位系统的研宄。
[0038]实时追踪定位系统根据关键时间段划分原则，将提升机的位置信号划分为一个个 定位小区间的集合，随着提升运行轨迹的改变不断更新拟合直线参数，实现时间追踪定位 小区间完全拟合原来的编码器定位小区间。系统正常运行时，提升机的区间定位是由编码 器的定位区间来决定，同时，实时追踪定位系统于后台同步运行，但不参与实际控制，只是 同步追踪，一旦出现电磁干扰影响系统定位等故障，无论是哪种情况，实时追踪定位系统立 刻投入控制运行，替换原来的编码器进行系统定位工作，直到能够完全跟上直到焦罐回到 钩开位置（即编码器零位）进行清零复位后，系统再次恢复正常运行。该研宄内容是使用软 件编程的方法实现提升运行轨迹模型的计算，确定提升系统的坐标值，为该研宄成果应用 于实际工程提供软件控制系统基础。
[0039] 4.提升运行轨迹预测和控制实验性研宄。
[0040]通过拟合曲线解决干熄焦提升系统的文献很少，可以借鉴的理论知识与实验数据 不多，基于焦炭生产的连续性、安全性，生产设备无法用于实验性研宄，正是如此，提升轨迹 运行轨迹预测和控制实验性研宄就显得极其重要。本发明实验装置通过改造现有桥式起重 机模拟实验台，使其行走过程与干熄焦提升系统行走过程基本相同，进行提升运行轨迹预 测模拟实验检验。
[0041] (1)提升运行轨迹基本规律分析。
[0042] (2)提升运行轨迹预测模型分析。
[0043] ( 3 )解决电磁干扰问题的实验。
【主权项】
1. 一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统，其特征在于包括： 多个编码器，用于检测提升机的位置数据构成编码器数据模型，在不存在电磁干扰的 正常情况下，用于作为提升机的定位数据源；同时编码器数据模型还用于作为提升运行轨 迹预测模型运算的数据源； 实时追踪定位系统，包括通过采用分段数据拟合预测的方法构建的提升运行轨迹预测 模型进行运算得到提升运行轨迹预测数据；实时追踪定位系统用于对提升机的位置进行同 步追踪和预测，即所述的提升运行轨迹预测模型在编码器存在电磁干扰的情况下，替换编 码器数据模型用于提升机的定位数据预测； 现有提升机控制系统，接收编码器数据模型的提升机定位数据或提升运行轨迹预测模 型的提升机预测定位数据，用于控制提升机运行。2. 根据权利要求1所述的一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统，其特征在于：所 述的提升运行轨迹预测模型，使提升机在无电磁干扰的正常情况下运行时，通过提升机定 位编码器测量得到运动轨迹的坐标，拟合出曲线方程其中y代表 提升距离，X代表时间，利用最小二乘法求解参数a、b、c、d、e，确定曲线方程，用此方程预测 提升系统未来时刻的坐标值，提供提升机的预测定位数据。3. 根据权利要求2所述的一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统，其特征在于：所 述的现有提升机控制系统包括速度计算模型，所述的速度计算模型根据编码器数据模型的 提升机定位数据或提升运行轨迹预测模型的提升机预测定位数据进行运算，提供与提升机 位置相匹配的运动速度。4. 一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 选择是否投入实时追踪定位系统，若是，则进入步骤2);若否，则现有提升机控制系 统采用编码器数据模型作为提升机的定位数据源控制提升机； 2) 判断提升机当前位置是否处于起始位置，若是，则进入步骤3);若否，继续步骤2); 3) 提升机开始进行提升运行轨迹预测模型运算得到提升机的预测定位数据； 4) 检测是否任何一个定位编码器存在电磁干扰，若是，则进入步骤5);若否，则现有提 升机控制系统继续采用编码器数据模型作为提升机定位数据源控制提升机； 5) 提升运行轨迹预测系统自动投入运行，替换编码器数据模型作为提升机的定位数据 源，现有提升机控制系统采用提升运行轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据 源控制提升机。5. 根据权利要求4所述的一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法，其特征在于：该 干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法还包括有步骤6)，当编码器电磁干扰消失后，选择是 否恢复编码器控制模式，若是，则恢复采用编码器数据模型作为提升机定位数据源；若否， 则继续采用提升运行轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据源。
【专利摘要】本发明涉及一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法及系统，增加了一套实时追踪定位系统，该系统能够有效避免各种类型的电磁干扰，使提升机都能够正常地工作，既节约了投资成本，又突破了传统的软、硬件滤波法的限制。该系统采用干熄焦提升运行轨迹分段拟合预测与控制策略，即当提升机正常运行时，对提升运行轨迹进行跟踪和预测，并及时修正预测误差，当由于电磁干扰导致通讯中断故障时，根据预测模型得到数据控制提升机，保障提升机正常运行。本发明避免因电磁干扰造成的系统运行不稳定，系统数据信息不会损坏或丢失，不必停机停炉仍然能够正确执行预定操作，保证正常生产。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN104898458
【申请号】CN201510167225
【发明人】陈冬玲, 黄斌, 韦林, 黎刚, 杨名红, 刘有冠, 林召萍
【申请人】柳州职业技术学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月10日
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法及系统。
【背景技术】
[0002] 干法熄焦是目前国内焦化行业大力倡导的一项先进技术，该技术直接回收红焦热 量循环利用，相对于湿法熄焦具有节约能源、环保、提升焦炭质量等优点，以年处理红焦300 万吨干熄焦项目为例：年发电3. 5亿千瓦时，回收焦粉8万吨，实现节能16. 4万吨标准煤， 减排二氧化碳32. 3万吨、二氧化硫0. 2万吨、粉尘3. 2万吨，年可实现节能收入1. 98亿元、 利润1.5亿元。提升机是干熄焦装置的关键工艺设备，是红焦输送渠道的咽喉部位，其稳 定运行是干熄焦系统能够产质量稳定的焦炭质量以及发电用蒸汽的首要条件。
[0003] 熄焦提升机控制系统是一个网络覆盖面广，数据交换量大，数据关联度高的大电 流负载控制系统。由于提升机电机大电流特性，使其对网络电缆、定位编码器等电气部件极 易产生较大的强电磁干扰，干熄焦提升机系统经常出现通讯故障，导致提升编码器数据瞬 间消失，使得提升系统在自动运行过程中意外停止运行，由于电磁干扰导致生产故障较为 频繁，有时持续时间较长，熄焦方式不得不改为水熄，水熄将导致焦炭质量下降、生产成本 上升、环境受到污染。
[0004] 为了消除电磁干扰的影响，传统的硬件整改方法通常是采用屏蔽技术、系统接地 设计技术、电源噪音抑制技术等方法来减少电磁干扰的产生和传播，但存在硬件投资大、工 程周期长，由于生产环境的局限性局部整改达不到提高系统工作稳定的目的，效果难以保 证等缺陷；传统的软件整改方法通常是采用平均值滤波法、中间值滤波法、惯性滤波法、限 幅值滤波法等程序算法来剔除掉不合理的数据，保留合理的数据，从而避免电磁干扰的影 响，但这些滤波方法只能适应于电磁干扰产生的数据错乱是瞬间的或者短时间内的，过了 这一小段时间后，数据能够恢复到正常值的这种特殊情况。但是，电磁干扰往往有很大的复 杂性，经常出现电磁干扰长久持续，产生的数据错乱长久的甚至不能够自动恢复的这种情 况，这时，这些滤波法就会彻底失效，系统因把长时间的错误数据当作合理数据来保留导致 无法正常工作，进而影响日常生产。
[0005] 干法熄焦是目前国内焦化行业大力倡导的一项先进技术，提升机作为干熄焦系统 的关键工艺设备，其稳定运行是干熄焦系统能够生产质量稳定的焦炭以及发电用蒸汽的首 要条件。目前提升机正常运行完全依赖于定位编码器的数据，由于提升机电机大电流特性 使其控制通讯网络极易受到电磁干扰的影响，导致数据采集误差大甚至数据丢失，引起程 序执行混乱，致使控制失常等严重后果。而传统的硬件和软件整改方法由于自身特点及生 产环境特殊性很难从根本上解决电磁干扰的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的主要技术问题是：提供一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法 及系统，当提升机正常运行时，对提升运行轨迹进行跟踪和预测，并及时修正预测误差，当 由于电磁干扰导致通讯中断故障时，根据预测模型得到数据控制提升机，有效避免各种类 型的电磁干扰，使提升机都能够正常地工作，既节约了投资成本，又突破了传统的软、硬件 滤波法的限制。
[0007] 解决上述技术问题的技术方案是：一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统，包 括： 多个编码器，用于检测提升机的位置数据构成编码器数据模型，在不存在电磁干扰的 正常情况下，用于作为提升机的定位数据源；同时编码器数据模型还用于作为提升运行轨 迹预测模型运算的数据源； 实时追踪定位系统，包括通过采用分段数据拟合预测的方法构建的提升运行轨迹预测 模型进行运算得到提升运行轨迹预测数据；实时追踪定位系统用于对提升机的位置进行同 步追踪和预测，即所述的提升运行轨迹预测模型在编码器存在电磁干扰的情况下，替换编 码器数据模型用于提升机的定位数据预测； 现有提升机控制系统，接收编码器数据模型的提升机定位数据或提升运行轨迹预测模 型的提升机预测定位数据，用于控制提升机运行。
[0008] 本发明的进一步技术方案是：所述的提升运行轨迹预测模型，使提升机在无电磁 干扰的正常情况下运行时，通过提升机定位编码器测量得到运动轨迹的坐标，拟合出曲线 方程.
其中y代表提升距离，X代表时间，利用最小二乘法求解参数 a、b、c、d、e，确定曲线方程，用此方程预测提升系统未来时刻的坐标值，提供提升机的预测 定位数据。
[0009] 所述的现有提升机控制系统包括速度计算模型，所述的速度计算模型根据编码器 数据模型的提升机定位数据或提升运行轨迹预测模型的提升机预测定位数据进行运算，提 供与提升机位置相匹配的运动速度。
[0010] 本发明的另一技术方案是：一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法，包括以下 步骤： 1) 选择是否投入实时追踪定位系统，若是，则进入步骤2);若否，则现有提升机控制系 统采用编码器数据模型作为提升机的定位数据源控制提升机； 2)判断提升机当前位置是否处于起始位置，若是，则进入步骤3);若否，继续步骤2); 3) 提升机开始进行提升运行轨迹预测模型运算得到提升机的预测定位数据； 4) 检测是否任何一个定位编码器存在电磁干扰，若是，则进入步骤5);若否，则现有提 升机控制系统继续采用编码器数据模型作为提升机定位数据源控制提升机； 5) 提升运行轨迹预测系统自动投入运行，替换编码器数据模型作为提升机的定位数据 源，现有提升机控制系统采用提升运行轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据 源控制提升机。
[0011] 该干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法还包括有步骤6)，当编码器电磁干扰消失 后，选择是否恢复编码器控制模式，若是，则恢复采用编码器数据模型作为提升机定位数据 源；若否，则继续采用提升运行轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据源。
[0012] 本发明针对电磁干扰的复杂情况，采用数据拟合预测的方法构建了提升系统轨迹 预测与控制模型，以时间为X轴，提升距离为y轴，跨度为Z轴变量的3维变量的数据集合， 随着提升运行轨迹的改变不断更新拟合函数，实现时间追踪定位小区间完全拟合原来的编 码器定位小区间，从而实现提升轨迹的精准预测与控制。依据模型设计实时定位追踪软件 监控系统，用于解决生产中因电磁干扰引起的系统失控故障等问题。提升运行轨迹多段拟 合预测与控制是解决电磁干扰的一种创新，打破了通过硬件改进和完善来解决电磁干扰的 传统方法、又有效避免软件滤波的局限性。
[0013] 本发明的意义在于探索一种用拟合函数的"软"方法为解决干熄焦提升系统电磁 干扰提供理论依据和实践基础。本发明主要的创新之处在于： 第一：首次采用分段拟合方法预测干熄焦提升系统轨迹。
[0014] 第二：为干熄焦提升系统增加一套"热冗余"实时追踪系统，解决由于电磁干扰导 致干熄焦提升系统停机故障。提升运行轨迹预测系统根据关键时间段划分原则，将提升机 的位置信号划分为一个个定位小区间的集合，随着提升运行轨迹的改变不断更新拟合曲线 参数，实现时间追踪定位小区间完全拟合原来的编码器定位小区间。系统正常运行时，提升 机的区间定位是由编码器的定位区间来决定，同时，提升运行轨迹预测系统于后台同步运 行，但不参与实际控制，只是同步追踪，一旦出现电磁干扰影响系统定位等故障，无论是哪 种情况，提升运行轨迹预测系统立刻投入控制运行，替换原来的编码器进行系统定位工作， 直到能够完全跟上直到焦罐回到钩开位置（即编码器零位）进行清零复位后，系统再次恢复 正常运行。
[0015] 本发明提出干熄焦提升运行轨迹分段拟合预测与控制，探索一种高效率、低成本 的实时追踪系统。即当提升机正常运行时，对提升运行轨迹进行跟踪和预测，并及时修正预 测误差，当由于电磁干扰导致通讯中断故障时，根据预测模型得到数据控制提升机，有效避 免各种类型的电磁干扰，使提升机都能够正常地工作，既节约了投资成本，又突破了传统的 软、硬件滤波法的限制，保障提升机正常运行。避免了由于电磁干扰导致生产故障较为频 繁，所带来的熄焦方式不得不改为水熄，水熄将导致焦炭质量下降、生产成本上升、环境受 到污染等问题。
[0016] 下面，结合附图和实施例对本发明之一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法及 系统的技术特征作进一步的说明。
【附图说明】
[0017] 图1 :本发明之一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统结构示意图。
[0018] 图2 :本发明之一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法流程图。
[0019] 图3 :干熄焦提升机的提升运行曲线图。
[0020] 图3中：VI-提升低速V2-提升中速V3-提升高速V4-走行高速V5-走 行低速。
【具体实施方式】
[0021] 实施例1 :一种干媳焦提升机的软件抗电磁干扰系统，包括： 多个编码器，用于检测提升机的位置数据构成编码器数据模型，在不存在电磁干扰的 正常情况下，用于作为提升机的定位数据源；同时编码器数据模型还用于作为提升运行轨 迹预测模型运算的数据源； 实时追踪定位系统，包括通过采用分段数据拟合预测的方法构建的提升运行轨迹预测 模型进行运算得到提升运行轨迹预测数据；实时追踪定位系统用于对提升机的位置进行同 步追踪和预测，即所述的提升运行轨迹预测模型在编码器存在电磁干扰的情况下，替换编 码器数据模型用于提升机的定位数据预测； 所述的提升运行轨迹预测模型，是提升机在无电磁干扰的正常情况下运行时，通过提 升机定位编码器测量得到运动的坐标，拟合出曲线方程.
，其中y代 表提升距离，x代表时间，利用最小二乘法求解参数a、b、c、d、e，确定曲线方程，用此方程预 测提升系统未来时刻的坐标值，提供提升机的预测定位数据。
[0022] 现有提升机控制系统，用于接收编码器数据模型的提升机定位数据或提升运行轨 迹预测模型的提升机预测定位数据，用于控制提升机运行。即所述的 现有提升机控制系统 包括速度计算模型，所述的速度计算模型根据编码器数据模型的提升机定位数据或提升运 行轨迹预测模型的提升机预测定位数据进行运算，提供与提升机位置相匹配的运动速度， 现有提升机控制系统按照速度计算模型提供的运动速度控制提升机逆变器。
[0023] 干熄焦提升机的位置及与位置相匹配的速度（即图3所示干熄焦提升机的提升运 行曲线图）是本领域技术人员的公知技术，此处不再赘述。
[0024] 实施例2 :-种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法，包括以下步骤： 1)选择是否投入实时追踪定位系统，若是，则进入步骤2);若否，则现有提升机控制系 统采用编码器数据模型作为提升机的定位数据源控制提升机。
[0025] 2)判断提升机当前位置是否处于起始位置，若是，则进入步骤3);若否，继续步骤 2)〇
[0026] 3)提升机开始进行提升运行轨迹预测模型运算得到提升机的预测定位数据；但是 此时提升机的定位数据源仍然来自多个定位编码器。
[0027] 4)CPU不断进行循环扫描检测是否任何一个定位编码器存在电磁干扰，若是，则进 入步骤5);若否，则现有提升机控制系统继续采用编码器数据模型作为提升机定位数据源 控制提升机。
[0028] 5)-旦存在电磁干扰，编码器数据丢失或错误，提升运行轨迹预测系统自动投入 运行，替换编码器数据模型作为提升机的定位数据源，现有提升机控制系统采用提升运行 轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据源控制提升机；确保干熄焦系统的正常 生产运行。
[0029] 6)当编码器电磁干扰消失后，选择是否恢复编码器控制模式，若是，则恢复采用编 码器数据模型作为提升机定位数据源；若否，则继续采用提升运行轨迹预测系统的预测定 位数据作为提升机定位数据源。
[0030] 步骤6)的选择可以通过人机界面操作，即当电磁干扰消失后，弹出对话框询问操 作人员"是否恢复编码器控制模式"，如果选择"否"，则继续采用提升运行轨迹预测系统，替 换编码器进行提升位置预测及控制；如果选择"是"，则恢复编码器进行提升位置预测及控 制，无论哪种模式，都能确保干熄焦系统的正常生产运行。
[0031] 本发明的研宄过程方案：采用提升运行轨迹多段拟合预测与控制根据关键时间段 划分原则，将提升机的位置信号划分为一个个定位小区间的集合，随着提升运行轨迹的改 变不断更新拟合直线参数，实现时间追踪定位小区间完全拟合原来的编码器定位小区间。
[0032] 提升运行轨迹多段拟合预测与控制相当于干熄焦提升控制系统的"热冗余"系统。 系统正常运行时，提升机运行轨迹预测系统不参与实际控制，仅在后台通过计算编码器的 数据获得拟合函数参数，实时同步跟踪。一旦电磁干扰导致通讯中断，编码器数据丢失，提 升运行轨迹预测系统自动投入控制运行，替换编码器进行提升位置预测及控制，提升系统 按照预测轨迹运行，确保干熄焦系统的正常生产运行。本发明宄结果也为抑制电磁干扰提 供一种新的分析方法。
[0033]本发明主要研宄内容：研宄将连续变量转化为符合运行轨迹的离散变量，研宄提 升运行轨迹预测模型、实施追踪定位系统的研宄、提升运行轨迹预测和控制实验性研宄，具 体内容如下： 1.将连续变量转化为符合运动轨迹的离散变量研宄。
[0034]提升机在整个过程中主要完成焦罐的提升、横移、装入动作，并且在焦炭装入结束 后将空焦罐送回焦罐台车上。提升机的提升、横移距离计算、运行速度的切换都由定位编码 器提供信号。编码器的信号是连续变量，而拟合函数需要的是离散变量，因此该研宄内容是 研宄如何将连续变量科学、合理的转变称为符合实际数据分布特征的离散量，使离散量无 限逼近运行轨迹。该内容的研宄为运行轨迹模型的建立提供建模数据和验证数据，同时也 为连续变量科学、合理的转变为离散量提供一种理论依据。
[0035] 2?提升轨迹预测模型研宄。
[0036] 干熄焦提升运行轨迹复杂，无法采用单一线性函数进行描述，为此采用最小二乘 原理进行分段线性拟合，在提升机正常运行时，通过提升机定位编码器测量得到运动的坐 标，拟合出曲线方程
，利用最小二乘法求解参数a、b、c、d、e，确定曲 线方程，用此方程预测提升系统未来时刻的坐标值。随着提升运行轨迹的改变，不断更新拟 合曲线参数。根据"将连续变量转化为符合运动轨迹的离散变量研宄"获得的运行轨迹历 史数据序列，通过MATLAB仿真和验证，构建提升运行轨迹模型，用提升机构关键检测点检 测信号来修正拟合误差，实现实时预测、追踪。
[0037] 3.实时追踪定位系统的研宄。
[0038]实时追踪定位系统根据关键时间段划分原则，将提升机的位置信号划分为一个个 定位小区间的集合，随着提升运行轨迹的改变不断更新拟合直线参数，实现时间追踪定位 小区间完全拟合原来的编码器定位小区间。系统正常运行时，提升机的区间定位是由编码 器的定位区间来决定，同时，实时追踪定位系统于后台同步运行，但不参与实际控制，只是 同步追踪，一旦出现电磁干扰影响系统定位等故障，无论是哪种情况，实时追踪定位系统立 刻投入控制运行，替换原来的编码器进行系统定位工作，直到能够完全跟上直到焦罐回到 钩开位置（即编码器零位）进行清零复位后，系统再次恢复正常运行。该研宄内容是使用软 件编程的方法实现提升运行轨迹模型的计算，确定提升系统的坐标值，为该研宄成果应用 于实际工程提供软件控制系统基础。
[0039] 4.提升运行轨迹预测和控制实验性研宄。
[0040]通过拟合曲线解决干熄焦提升系统的文献很少，可以借鉴的理论知识与实验数据 不多，基于焦炭生产的连续性、安全性，生产设备无法用于实验性研宄，正是如此，提升轨迹 运行轨迹预测和控制实验性研宄就显得极其重要。本发明实验装置通过改造现有桥式起重 机模拟实验台，使其行走过程与干熄焦提升系统行走过程基本相同，进行提升运行轨迹预 测模拟实验检验。
[0041] (1)提升运行轨迹基本规律分析。
[0042] (2)提升运行轨迹预测模型分析。
[0043] ( 3 )解决电磁干扰问题的实验。
【主权项】
1. 一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统，其特征在于包括： 多个编码器，用于检测提升机的位置数据构成编码器数据模型，在不存在电磁干扰的 正常情况下，用于作为提升机的定位数据源；同时编码器数据模型还用于作为提升运行轨 迹预测模型运算的数据源； 实时追踪定位系统，包括通过采用分段数据拟合预测的方法构建的提升运行轨迹预测 模型进行运算得到提升运行轨迹预测数据；实时追踪定位系统用于对提升机的位置进行同 步追踪和预测，即所述的提升运行轨迹预测模型在编码器存在电磁干扰的情况下，替换编 码器数据模型用于提升机的定位数据预测； 现有提升机控制系统，接收编码器数据模型的提升机定位数据或提升运行轨迹预测模 型的提升机预测定位数据，用于控制提升机运行。2. 根据权利要求1所述的一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统，其特征在于：所 述的提升运行轨迹预测模型，使提升机在无电磁干扰的正常情况下运行时，通过提升机定 位编码器测量得到运动轨迹的坐标，拟合出曲线方程其中y代表 提升距离，X代表时间，利用最小二乘法求解参数a、b、c、d、e，确定曲线方程，用此方程预测 提升系统未来时刻的坐标值，提供提升机的预测定位数据。3. 根据权利要求2所述的一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰系统，其特征在于：所 述的现有提升机控制系统包括速度计算模型，所述的速度计算模型根据编码器数据模型的 提升机定位数据或提升运行轨迹预测模型的提升机预测定位数据进行运算，提供与提升机 位置相匹配的运动速度。4. 一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 选择是否投入实时追踪定位系统，若是，则进入步骤2);若否，则现有提升机控制系 统采用编码器数据模型作为提升机的定位数据源控制提升机； 2) 判断提升机当前位置是否处于起始位置，若是，则进入步骤3);若否，继续步骤2); 3) 提升机开始进行提升运行轨迹预测模型运算得到提升机的预测定位数据； 4) 检测是否任何一个定位编码器存在电磁干扰，若是，则进入步骤5);若否，则现有提 升机控制系统继续采用编码器数据模型作为提升机定位数据源控制提升机； 5) 提升运行轨迹预测系统自动投入运行，替换编码器数据模型作为提升机的定位数据 源，现有提升机控制系统采用提升运行轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据 源控制提升机。5. 根据权利要求4所述的一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法，其特征在于：该 干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法还包括有步骤6)，当编码器电磁干扰消失后，选择是 否恢复编码器控制模式，若是，则恢复采用编码器数据模型作为提升机定位数据源；若否， 则继续采用提升运行轨迹预测系统的预测定位数据作为提升机定位数据源。
【专利摘要】本发明涉及一种干熄焦提升机的软件抗电磁干扰方法及系统，增加了一套实时追踪定位系统，该系统能够有效避免各种类型的电磁干扰，使提升机都能够正常地工作，既节约了投资成本，又突破了传统的软、硬件滤波法的限制。该系统采用干熄焦提升运行轨迹分段拟合预测与控制策略，即当提升机正常运行时，对提升运行轨迹进行跟踪和预测，并及时修正预测误差，当由于电磁干扰导致通讯中断故障时，根据预测模型得到数据控制提升机，保障提升机正常运行。本发明避免因电磁干扰造成的系统运行不稳定，系统数据信息不会损坏或丢失，不必停机停炉仍然能够正确执行预定操作，保证正常生产。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN104898458
【申请号】CN201510167225
【发明人】陈冬玲, 黄斌, 韦林, 黎刚, 杨名红, 刘有冠, 林召萍
【申请人】柳州职业技术学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月10日
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