一种焦炉车辆防碰撞系统的制作方法

本发明涉及安全行车技术领域，尤其涉及一种焦炉车辆防碰撞系统。

背景技术：

目前，国内焦炉车辆的防碰撞系统主要分接触式和非接触式两种工作方式。接触式一般采用限位开关，将限位开关设置在预先计算好的减速点或制动点处，当焦炉车辆经过限位开关时会触发开关，通知焦炉车辆及时采取减速或制动动作。该方式虽然造价低，操作简便，但只适用于在固定位置刹车的情况。非接触式是利用雷达、激光等测距技术，通过实时监测车辆相互间的间距达到防碰撞的目的。但目前测距传感器普遍存在抗干扰能力差的缺点，对焦化厂的工作环境诸如粉尘多、车辆晃动大、轨道面局部高地不平等不利因素适应能力低，因此常常出现失灵或误判的情况。此外，也有利用焦炉车辆对位系统的测距功能实现车辆防碰撞的先例，但该系统造价高，调整复杂，运行也不十分稳定。

技术实现要素：

本发明提供了一种焦炉车辆防碰撞系统，采用特殊结构的超声波测距传感器实时监测焦炉车辆的间距，该超声波测距传感器具有信号捕捉能力强、抗干扰能力强、测量精度高的优点，特别适合使用在处于恶劣工作环境中的焦炉车辆上，可有效保障焦炉车辆行车安全。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种焦炉车辆防碰撞系统，包括信号采集单元、信号变送器、焦炉生产控制系统PLC和焦炉车辆执行机构；所述信号采集单元由超声波传感器和反射板组成，超声波传感器和反射板分别安装在相对运行的2列焦炉车辆的车头前端；信号变送器的信号输入端连接超声波传感器的信号输出端，信号变送器的信号输出端连接焦炉生产控制系统PLC，焦炉生产控制系统PLC的控制信号输出端连接焦炉车辆执行机构和报警装置中的控制信号输入端；其中：

所述超声波传感器由喇叭形辐射仓、压电陶瓷圆环、锥形收波器和接线端子仓组成；锥形收波器通过喇叭形辐射仓顶部的卡槽固定在喇叭形辐射仓内，锥形收波器为空心结构，其内部填充吸声材料；锥形收波器的外侧设压电陶瓷圆环，压电陶瓷圆环的底部延伸到喇叭形辐射仓的中下部；喇叭形辐射仓的顶部设接线端子仓，两者的连接面之间设有起阻尼作用的软性垫片；接线端子仓内设接线端子板，压电陶瓷圆环的正、负极分别连接接线端子并通过电缆连接信号变送器。

所述信号变送器的信号输出端同时连接无纸记录仪的信号输入端。

所述喇叭形辐射仓顶部尺寸与接线端子仓的底板尺寸相配合，顶部中心位置设卡槽；喇叭形辐射仓的下部由依次连接的锥段筒体和直段筒体组成，压电陶瓷圆环的底部延伸到直段筒体的上部。

所述锥形收波器的上部为台阶结构，下部为锥形结构；台阶结构的外表面具有上、中、下三级台阶面，其中上级台阶面与喇叭形辐射仓的卡槽内表面相配合，中级台阶面与喇叭形辐射仓的内表面相贴合，下级台阶面与压电陶瓷圆环的内表面相贴合。

所述喇叭形辐射仓锥段筒体与压电陶瓷圆环外表面之间的夹角为45°±3°。

所述锥形收波器锥形结构外表面与压电陶瓷圆环内表面之间的夹角为45°±3°。

所述接线端子仓设有密封顶盖，密封顶盖上设有通孔供电缆通过。

所述喇叭形辐射仓顶部卡槽的外侧沿周向设有多个螺栓孔，多个连接螺栓依次穿过接线端子仓底板、接线端子板、软性垫片后固定在螺栓孔中。

所述锥形收波器与压电陶瓷圆环之间通过胶粘接固定。

所述压电陶瓷圆环外表面涂敷有防护膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)焦炉车辆防碰撞系统采用新型的超声波测距传感器作为信号采集元件，其整体结构简单，故障点少，反应灵敏，抗干扰能力强，运行可靠，可有效保障焦炉车辆的运行安全；

2)新型的超声波测距传感器采用锥形收波器及喇叭形辐射仓内、外2个方向相反的圆锥面与压电陶瓷圆环配合，使压电陶瓷圆环内、外侧声波都能够作为有效声波进行辐射，从而使声波的利用率提高了一倍以上；而且向外辐射的超声波方向性强，能量大，探测距离远；

3)超声波测距传感器的喇叭形辐射腔与接线端子仓之间采用软性垫片作为阻尼材料，可以减少压电陶瓷圆环的余震，提高测量精度；

4)超声波测距传感器的锥形收波器内部空间内设置了吸声材料，可降低杂波干扰。

附图说明

图1是本发明所述一种焦炉车辆防碰撞系统的结构框图。

图2是本发明所述超声波测距传感器的结构示意图。

图中：1.喇叭形辐射仓 2.压电陶瓷圆环 3.锥形收波器 4.接线端子仓 5.密封顶盖 6.连接螺栓 7.软性垫片 8.吸声材料

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种焦炉车辆防碰撞系统，包括信号采集单元、信号变送器、焦炉生产控制系统PLC和焦炉车辆执行机构；所述信号采集单元由超声波传感器和反射板组成，超声波传感器和反射板分别安装在相对运行的2列焦炉车辆的车头前端；信号变送器的信号输入端连接超声波传感器的信号输出端，信号变送器的信号输出端连接焦炉生产控制系统PLC，焦炉生产控制系统PLC的控制信号输出端连接焦炉车辆执行机构和报警装置中的控制信号输入端；其中：

如图2所示，所述超声波传感器由喇叭形辐射仓1、压电陶瓷圆环2、锥形收波器3和接线端子仓4组成；锥形收波器3通过喇叭形辐射仓1顶部的卡槽固定在喇叭形辐射仓1内，锥形收波器3为空心结构，其内部填充吸声材料；锥形收波器3的外侧设压电陶瓷圆环2，压电陶瓷圆环2的底部延伸到喇叭形辐射仓1的中下部；喇叭形辐射仓1的顶部设接线端子仓4，两者的连接面之间设有起阻尼作用的软性垫片7；接线端子仓4内设接线端子板，压电陶瓷圆环2的正、负极分别连接接线端子并通过电缆连接信号变送器。

所述信号变送器的信号输出端同时连接无纸记录仪的信号输入端。

所述喇叭形辐射仓1顶部尺寸与接线端子仓4的底板尺寸相配合，顶部中心位置设卡槽；喇叭形辐射仓1的下部由依次连接的锥段筒体和直段筒体组成，压电陶瓷圆环2的底部延伸到直段筒体的上部。

所述锥形收波器3的上部为台阶结构，下部为锥形结构；台阶结构的外表面具有上、中、下三级台阶面，其中上级台阶面与喇叭形辐射仓1的卡槽内表面相配合，中级台阶面与喇叭形辐射仓1的内表面相贴合，下级台阶面与压电陶瓷圆环2的内表面相贴合。

所述喇叭形辐射仓1锥段筒体与压电陶瓷圆环2外表面之间的夹角为45°±3°。

所述锥形收波器3锥形结构外表面与压电陶瓷圆环2内表面之间的夹角为45°±3°。

所述接线端子仓4设有密封顶盖5，密封顶盖5上设有通孔供电缆通过。

所述喇叭形辐射仓1顶部卡槽的外侧沿周向设有多个螺栓孔，多个连接螺栓6依次穿过接线端子仓4底板、接线端子板、软性垫片7后固定在螺栓孔中。

所述锥形收波器3与压电陶瓷圆环2之间通过胶粘接固定。

所述压电陶瓷圆环2外表面涂敷有防护膜。

本发明采用超声波技术进行焦炉车辆测距，由于超声波是依靠机械振动产生的，因而对粉尘、电磁场、蒸汽等恶劣工况抵抗力强；特殊的内、外两层双反射结构，使其具有良好的目标捕捉能力，对车辆晃动，轨道面局部高低不平等不利的环境因素影响适应力强。

本发明所述一种焦炉车辆防碰撞系统的工作原理是：超声波测距传感器和反射板构成信号采集单元，进行相向走行焦炉车辆间距的信号采集；采集到的信号经信号变送器进行进行转换处理后得到焦炉车辆实际间距，该结果输出到焦炉生产控制系统PLC中与设定的安全间距进行比对，如果走行的焦炉车辆间距大于设定的安全间距时无动作，小于设定的安全间距时焦炉生产控制系统PLC输出控制信号，控制报警装置启动进行声光报警，同时控制焦炉车辆执行机构采取减速、紧急制动等应急动作。

【实施例】

本实施例中，超声波测距传感器和反射板分别设置在相向运行的焦炉车辆前端，安装时要固定牢固，且安装位置对正常作业无影响。超声波测距传感器周围做适当防护，避免红焦等落下物对其造成损伤。

超声波测距传感器的喇叭形辐射仓1、锥形收波器3、接线端子仓4及密封顶盖5均采用304不锈钢材质制作。压电陶瓷圆环2与锥形收波器3通过环氧树脂胶粘接在一起，锥形收波器3的内部采用海绵填充，软性垫片7采用三元乙丙橡胶垫片。

信号变送器和无纸记录仪都安装在一个400mm×400mm×200mm(长×宽×厚)的控制箱内，控制箱设置在焦炉车辆驾驶室内。

信号变送器同时具有产生交流电、接收并转换所测距离信号的功能，信号变送器通过电缆向压电陶瓷圆环2通入交流电后，通过压电陶瓷圆环2的内侧面和外侧面发射超声波，其中压电陶瓷圆环2外侧面发射的超声波传播到喇叭形辐射腔1的内侧面后转变方向然后沿传感器轴线方向向外辐射；压电陶瓷圆环2内侧面发射的超声波传播到锥形收波器3的外侧面后转变方向，然后也沿传感器轴线方向向外辐射。辐射波能够覆盖喇叭形辐射仓1的最大截面，从而使超声波的利用率大大提高。且汇聚后向外辐射的超声波方向性强，能量大，探测距离远，最大探测距离可达到50米，远远高于国内同类产品的可探测距离。

报警装置及焦炉车辆执行机构分别与焦炉生产控制系统PLC连接进行集中管理，并实现联动。

本实施例所述焦炉车辆防碰撞系统的主要设计参数如下：

工作电源：AC100～240V；±10％；50/60Hz

功耗：≤26VA

输出：DC4～20mA(输出范围2.0～20mA)内藏绝缘端子；

车辆减速报警1c容量：max AC250V 2A；

车辆刹车报警1c容量：max AC250V 2A；

车辆故障报警1c容量：max AC250V 2A；

测量精度：1.0％以内(满量程)；

分辨率：0.1％(满量程)；

显示精度：10mm；

探测距离：1～40m；

数据更新频率：最小100ms；

接地：接地电阻小于100Ω；

使用环境温度：-40～60℃。

本实施例采用2级报警模式，即将焦炉车辆报警间距分为减速报警间距和制动报警间距两种。当焦炉车辆的间距大于减速报警间距时，车辆正常行驶，系统不动作。一级报警时，制动间距＜车辆间距≤减速报警间距，此时，系统只报警不制动，即焦炉生产控制系统PLC只向报警装置发送控制信号；此时，焦炉车辆驾驶员有时间采取停止加速或减速措施控制车距。二级报警时，车辆间距≤制动间距，此时，焦炉生产控制系统PLC向报警装置发送控制信号，报警持续；焦炉生产控制系统PLC另外向焦炉车辆执行机构发送控制信号，使焦炉车辆自动进行减速或制动。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。