基于PLC技术的增量式电子编码里程计装置的制作方法

本实用新型涉及一种增量式电子编码里程计，尤其是涉及一种基于PLC技术的增量式电子编码里程计装置。

背景技术：

有轨电车信号系统中列车的车载控制系统(OBS)是及其重要的，有轨电车列车车载功能包括了有轨电车的ATP列车自动防护和DAC列车辅助驾驶，而无论是ATP功能或者是DAC功能，都是依赖于列车的测速和定位信息，分别需要用到里程计测速和信标定位。其中，目前的列车里程计基本都被国外公司所垄断，存在技术不透明、价格昂贵、使用不够灵活、设备损耗高、可扩展性差等缺点。因而在实际使用中，一种里程计难以匹配到所有类型的车辆上，且在实际安装使用中需要不断的调整和修正。

在现实使用中，由于种种原因，国内外对编码里程计的研究与开发在技术上还存在以下一些问题：

1)可扩展性：随着轨道交通需求的不断增大，不同路况和线路的复杂度也越来越高，因此列车对编码里程计的需求也在不断提高，传统的霍尔型编码里程计和光电型编码里程计难以适应多种不同的场景。

2)通用性：目前的轨道交通分为国家铁路，城市轨道交通，有轨电车三个方面，列车的型号和款式多种多样，列车对编码里程计的接口需求也不断增长，提供通用的电子编码里程计十分必要。

3)损耗性：传统编码里程计都有机械件的转动和摩擦，在日积月累的列车运行中，机械件会发生磨损和腐蚀的情况，不光会影响到机械件的寿命，并且会进一步影响到编码里程计的精度和准度。

4)可追溯性：传统的编码里程计当发生故障时，很难检测到故障发生原因和时间，必须用专用的里程计测试单元，检测效果也不是十分理想。

5)增量性转换和记录：传统的编码里程计只能对速度做出采集，没有位移记录和速度转换功能。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于PLC技术的增量式电子编码里程计装置，在汲取了现有国外编码里程计技术不足的经验基础上，设计通用的PLC型增量型电子编码里程计，可以为有轨电车速度和定位信息的采集提供稳定可靠的数据来源，并对有轨电车车载信号系统提供可靠的技术支撑和方便的研究平台，因此具有十分重要的意义。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于PLC技术的增量式电子编码里程计装置，该装置安装在有轨电车上，所述的里程计装置分别与有轨电车的车轮转速传感器、速度反馈电压传感器和车载控制器连接，所述的里程计装置包括增量编码器模块、AD转换模块、PLC模块、增量式脉冲发生器模块，所述的PLC模块分别与增量编码器模块、AD转换模块、增量式脉冲发生器模块连接，所述的增量编码器模块与车轮转速传感器连接，所述的AD转换模块与速度反馈电压传感器连接，所述的增量式脉冲发生器模块与车载控制器连接。

所述的增量编码器模块为三通道增量式编码器。

所述的AD转换模块设有四个输入通道和32个缓存器。

所述的PLC模块包括CPU模块。

所述的CPU模块包括控制器、运算器和寄存器。

与现有技术相比，本实用新型通过采用PLC技术，该电子编码里程计可以完全满足轨道交通信号系统的速度、位置采集的需求，所具备的优点和特点如下：

1)可扩展性大大增强：PLC型增量型编码里程计，组成的基本单元为PLC模块，故可以扩展增加不同功能的其他模块，如串口模块、网络模块、各类IO模块等，可以方便适应未来列车对里程计方面更多的需求；

2)良好的通用性：由于基本单元采用的是工业控制领域通用的PLC，因此适用范围广，在轨道交通方面可以通用应用于不同的车型，如有轨单车、地铁、高铁、城际铁路等；

3)低损耗性：电子编码里程计基本上没有物理转动和摩擦，PLC本身的平均寿命也为20年，因此磨损损耗非常低，寿命长，降低了使用成本；

4)可追溯性：PLC可对所有处理的数据进行记录，因此当列车速度采集发生故障时，通过PLC日志记录可对发生的问题做追查；

5)增量性转换和记录：PLC增量型电子编码里程计可对发生的脉冲做累加计算和记录，可直接转换为位移增量信息对外发送，可减少轨道交通中定位信标的数量；

6)安装维护便捷：PLC在工控领域安装方便，PLC型电子里程计不需要改变列车的传动机械机构即可方便安装使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种基于PLC技术的增量式电子编码里程计装置，该装置安装在有轨电车上，所述的里程计装置分别与有轨电车的车轮转速传感器6、速度反馈电压传感器7和车载控制器5连接，所述的里程计装置包括增量编码器模块1、AD转换模块2、PLC模块3、增量式脉冲发生器模块4，所述的PLC模块3分别与增量编码器模块1、AD转换模块2、增量式脉冲发生器模块4连接，所述的增量编码器模块1与车轮转速传感器6连接，所述的AD转换模块2与速度反馈电压传感器7连接，所述的增量式脉冲发生器模块4与车载控制器5连接。

对各模块进行阐述：

1、增量式编码器：

增量式编码器是一种采用光电等方法将轴的机械转角转换为数字信号输出的精密传感器，工作原理如下：随转轴一起转动的脉冲码盘上有均匀刻制的光栅，在码盘上均匀地分布着若干个透光区段和遮光区段。增量式编码器没有固定的起始零点，输出的是与转角的增量成正比的脉冲，需要用计数器来计脉冲数。每转过一个透光区时，就发出一个脉冲信号，计数器当前值加1，计数结果对应于转角的增量。

所选用的三通道增量式编码器内部除了有双通道增量式编码器的两对光电耦合器外，在脉冲码盘的另外一个通道有1个透光段，每转1圈，输出1个脉冲，该脉冲称为Z相零位脉冲，用做系统清零信号，或坐标的原点，以减少测量的积累误差。如果编码器输出脉冲的周期大于PLC的扫描循环时间的两倍，通过在B相脉冲的上升沿判断A相脉冲信号的0、1状态，可以判断编码器旋转的方向。

2、AD转换模块：

FX2N-4AD模拟特殊模块有四个输入通道。输入通道接收模拟信号并将其转换成数字量，这称为A/D转换。FX2N-4AD最大分辨率是12位。基于电压或电流的输入/输出的选择通过用户配线来完成，可选用的模拟值范围是-10V到10VDC(分辨率5mV),并且/或者4到20mA,-20到20mA(分辨率：20μA).FX2N-4AD和FX2N主单元之间通过缓冲存储器交换数据，FX2N-4AD共有32个缓冲存储器(每个16位).FX2N-4AD占用FX2N扩展总路线的8个点.这8点可以分配成输入或输出.FX2N-4AD消耗FX2N主单元成有源扩展单元5V电源糟30mA的电流。

3、PLC的CPU模块：

CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

CPU模块用于存储和执行PLC梯形图，按照用户的梯形图指令进行运算和执行。当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能，把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。

4、脉冲发生器模块：

利用PLC的晶体管IO高频输出，外加一路电源以产生数字脉冲波形。在PLC的第一个扫描周期，M1常闭触点闭合，所以M1线圈能得电；第二个扫描周期，因在上一个扫描周期Ml线圈已得电，所以M1的常闭触点断开，因此使M1线圈失电。因此，Ml线圈得电时间为一个扫描周期。M1线圈不断连续地得电、失电，其常开触点也随之不断连续地闭合、断开，就产生了脉宽为一个扫描周期的连续脉冲信号输出，可适用于与有轨电车车载速度信号的采集。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。