专利名称：电力驱动车辆直线运行定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力驱动车辆运行定位系统，确切地说，是一种电力驱动车辆直线运行定位系统。
现有的车辆定位系统有两种。一种是车辆位置由设在其上的电缆卷盘的主轴带动凸轮开关来测试，各凸轮开关的接点信号通过碳刷和电缆卷盘上的滑环再通过绕在电缆卷盘上的电缆送回地面的控制盘；车辆的位置一般由车上的行程开关检测得到，通过信号电缆送至地面控制盘，实现车辆的位置控制。这种车辆定位系统的缺点是1.凸轮开关位置检测误差大；2.电缆的松紧也对位置检测产生很大误差；3.若电缆地面固定端在车辆运行区内，当车辆通过该点时，电缆卷盘将改变方向卷动，凸轮将往回转动，此时为避免位置检测的混乱，须再设置一个凸轮开关识别这一状态，而该凸轮开关最易发生异常，导致所有的凸轮开关位置信号错乱；4.由于台车使用绕线式电动机驱动，定子和转子各有3根动力线。各种控制线和信号线则多达几十根。为此使用的扁平电缆数量较多，而该电缆价格昂贵，消耗量大，成本较高。
另一种较先进的车辆定位系统是采用脉冲发生器和计数器技术。脉冲发生器装于车辆上，且由车辆驱动电动机或电缆卷盘驱动电动机带动，脉冲发生器输出的信号输送到地面控制盘内的计数器，通过计算计数器的计数值，算出车辆位置，从而对车辆进行位置控制。这种用脉冲发生器及计数器进行位置检测的定位系统，其本身精度较高，但也存在如下问题1.电缆的松紧对位置的检测产生较大的误差；2.电缆卷盘的卷动方向也会时常改变而发生异常情况；3.当脉冲发生器由车辆驱动电动机带动时，在车辆主动轮与轨道打滑时，会产生偏差，必须再另加基准行程开关；4.电缆也极易拉断。
为实现上述目的，在本发明提供的电力驱动车辆直线运行定位系统中，包括安装在车辆上的电缆卷盘以及安装在地面上的控制盘和至少一个操作台，电缆卷盘上绕有电缆，控制盘通过电缆对车辆驱动电动机供电，并接收车辆的运动位置信号和操作台提供的位置设定信号，特点是，还有一个激光位置检测器，其设置在车辆的运行轨道中心线一端的固定物上，其发出激光信号并射到车辆后反射回来又被其接收，然后输出车辆运动位置信号至控制盘；控制盘接收该信号并同操作台提供的位置设定信号进行对比，输出动力控制车辆驱动电动机。
所述的控制盘包含可编程逻辑控制器(即PLC)和车辆驱动电动机控制系统；所述的位置信号和控制信号为数字和/或模拟信号；可编程逻辑控制器接收激光位置检测器输出的数字和/或模拟位置信号，并输出控制信号给车辆驱动电动机控制系统，车辆驱动电动机控制系统输出动力控制车辆驱动电动机；所述的系统还包含一辅助控制系统，以防止在激光位置检测器发出的激光束被障碍物遮蔽而使系统失控；在激光位置检测器发出的激光束被障碍物遮蔽时，控制盘自动切换至辅助系统；该辅助控制系统包含一脉冲发生器，该脉冲发生器由电缆卷盘转轴或车辆驱动电动机带动，输出脉冲信号至控制盘，控制盘中的可编程逻辑控制器对脉冲进行计数，并用遮蔽起始时刻的距离值和遮蔽持续期间的脉冲计数值算出车辆的精确位置，从而保证当激光位置检测器失去作用时能使控制连续进行；所述的可编程逻辑控制器可连通计算机，实现计算机联网；所述的车辆驱动电动机控制系统可以为电动机调频调压调速控制系统(即VVVF电动机驱动装置)；所述的可编程逻辑控制器还将车辆的运动位置信号反送到操作台；所述的操作台上设数字位置显示器和特定位置指示灯，以显示车辆的运动位置信号和特定位置。
本发明与现有技术相比较，具有如下的优点1.本发明采用激光位置检测器对车辆位置进行精确检测，使定位系统具有高可靠的精确定位性能；车辆即使在恶劣环境下运行，如遇轨道结渣、高温异物等情况，也不影响其可靠精确定位。
2.由于采用辅助控制系统，即使有障碍物如货车横越轨道穿过，遮蔽激光位置检测器发出的激光检测信号时，也能使其控制连续进行。
如
图1所示，本电力驱动车辆运行定位系统包含有安装在车辆上的电缆卷盘5，地面上的控制盘8和各路段上的若干个操作台9，电缆4经地面固定卡后连接至电缆卷盘5而卷绕其上，从而为车辆的驱动电动机供电并传送信号。在本实施中，本系统应用于钢包台车的定位控制，台车7上有钢包6。激光位置检测器1设置在台车7的运行轨道3中心线一端固定物上，如固定在厂房墙壁上，其发出激光信号2并射到台车7后反射回来，经发射的激光信号又被其接收，接收到的激光信号和该激光位置检测器1内的激光信号对比，据此两者的差值可得出车辆的运动位置信号；然后，该激光位置检测器1输出车辆运动位置信号至控制盘8；如图2所示，控制盘8内设有可编程逻辑控制器81(即PLC)和车辆驱动电动机控制系统82，可编程逻辑控制器81接受激光位置检测器1输出的运动位置信号，同时接收各操作台9输出的位置设定信号，并将该两信号进行对比，并根据对比结果，输出控制信号给车辆驱动电动机控制系统82，车辆驱动电动机控制系统82经电缆4控制车辆驱动电动机。在此实施例中，当对比结果大于50mm时，车辆启动，当对比结果大约为180mm时，车辆减速，当对比结果在10mm之内时，车辆停止。
可编程逻辑控制器81由信号连接线路11连通计算机，以实现与计算机联网；位置信号送到控制盘8后，被转送到计算机CRT上，为中央操作室提供监控数据；车辆驱动电动机控制系统82采用电动机调频调压调速控制系统(即VVVF电动机驱动装置)；控制盘8还向操作台9反送台车7的运动位置信号，操作台9上添设数字位置显示器和特定位置指示灯，以进行位置显示及特定位置显示。
在本定位系统中，激光位置检测器1在台车7的运行轨道3上有障碍物时，可根据障碍物离激光位置检测器1的距离及其反射激光的能力，会使激光位置检测器1的输出中断或输出一个比原测定值明显小的数值，系统据此判定存在障碍物，控制盘8据此给出警告信号。
为了防止障碍物的短时遮蔽使系统失控，增设一个辅助系统。当有障碍物短时遮蔽激光信号时，由控制盘8自动切换，将辅助系统投入，控制台车7运行定位。辅助系统包含一脉冲发生器，可采用接近开关作为脉冲发生器，如图2所示，由车辆驱动电动机71(或电缆卷盘5转轴)带动该脉冲发生器72，脉冲发生器72输出的脉冲信号通过电缆4输入地面控制盘8中的可编程逻辑控制器81，可编程逻辑控制器81对脉冲进行计数，并用遮蔽起始时刻的距离值和遮蔽持续期间的脉冲计数值，算出车辆的精确位置，从而保证其控制连续进行。
辅助系统的具体位置检测和控制流程如图3所示，当台车7的运行速度不高时，运行时仍允许人或其他车辆短时通过轨道3，当有人或一般车辆进入轨道3时，由于激光位置检测器1的安装位置较高，人群并不能挡住射往台车8的激光信号。当有较高的障碍物如某些工程车辆进入轨道3时(步骤31)，激光位置检测器1发出的激光信号将被其遮蔽，其输出信号发生跳变(步骤32)。控制器(8)记下跳变前瞬间激光输出的位置值P1，激光位置检测器1继续给出输出位置值PR或O(PR表示遮蔽物的位置值)，可编程控制器(81)清零(N＝O)(步骤35)，车辆继续运行，可编程控制器(81)进行计数(步骤36)，并求出遮蔽后车辆运行的位置增量ΔP(ΔP＝ND，N为计数值，D为每个计数脉冲对应的距离值)(步骤37)，接着，算出车辆的当前位置PC(PC＝P1+ΔP)(步骤38)，在遮蔽期间以该值作为车辆的位置值，并在操作台上作为位置显示和控制(步骤39)，然后，判断遮蔽时间是否较长(超过半小时)(步骤40)，如是，则控制盘发出报警(步骤44)，如不是，则继续判断PR值是否发生跳变(步骤41)，如不是，则返回步骤36，车辆继续运行，如是，则继续判断跳变后的位置值PR是否与PC值接近(步骤42)，如不是，则说明遮蔽物已移开，停止使用可编程控制器(81)的计数，继续用激光位置检测器(1)(步骤43)，如不是，控制器(8)继续反出预报(步骤44)，提醒车辆和障碍物两方操作人员的注意，一方面自动切换到辅助系统。
激光位置检测器1采用市场已有的市场激光检测器，其能同时输出数字和模拟两种位置信号，这两种位置信号都被送到控制盘9中，为方便对距离值的理解，在本实施例中，操作台10上的位置显示器不直接以激光位置检测器1的输出距离值作为显示值，而以台车8运行轨道3上的最重要的转炉中心点作为距离显示值的坐标原点。数字和模拟两种位置信号数字位置信号被送到各现场操作台后，用四位数字显示精确到0.1m的位置数值(nnn.n米)，实现台车位置的高可靠精确定位。本定位系统可达到如下技术指标①位置检测有效距离为200m，②位置检测精度为10mm，③位置显示方式为各操作台四位数字显示加特定定位点指示灯显示，④位置显示范围为-999.9～999.9m，⑤台车定位控制精度为10mm，⑥走行驱动系统调速范围为20％～100％额定转速，⑦台车及电缆工作环境高温(车内温度可达60℃)，高粉尘，有红钢渣飞溅，⑧现场设备工作环境-5～45℃，10～90％RH，有粉尘。同时，操作台10上设有指示灯显示几个特定位置点。
经生产实践证明，由于采用本系统后，电缆4中原使用的十几根行程开关线芯除保留一对线芯改为计数脉冲信号线作为异物遮蔽时的备用外，其余均予以取消，控制、信号线芯的总使用量降到了11根。由于使用VVVF方式驱动马达，动力线芯的使用量由6根降到了3根。因而只要一根移动电缆就能工作。从而节约移动电缆的使用50％，从而降耗50％以上，年经济效益达人民币50万元以上。
由于配合使用VVVF驱动技术，台车运行平稳，驱动系统断万向轴的故障降低90％以上，年经济效益达人民币10万元以上；台车的刹车抱闸内衬的消耗降低90％以上；台车位置检测故障引起的主作业线停机时间降低90％以上，年经济效益达人民币600万元以上。
权利要求
1.一种电力驱动车辆直线运行定位系统，包括安装在车辆(7)上的电缆卷盘(5)、安装在地面上的控制盘(8)和各路段的若干个操作台(9)，控制盘(8)以卷绕在电缆卷盘(5)上的电缆(4)和车辆驱动电动机(71)连接，并接收车辆(7)的运动位置信号和操作台(9)提供的位置设定信号，其特征在于，在车辆(7)的运行轨道(3)中心线一端的固定物上设一个激光位置检测器(1)，其和车辆(7)通过发射和反射的激光信号(2)相连，并输出车辆运动位置信号至控制盘(8)。
2.如权利要求1所述的电力驱动车辆直线运行定位系统，其特征在于，所述的控制盘(8)包含以电路连接的可编程逻辑控制器(81)和车辆驱动电动机控制系统(82)，可编程逻辑控制器(81)和控制盘(8)的输入端相连，将所述的车辆运动位置信号和位置设定信号进行对比，车辆驱动电动机控制系统(82)连接于所述控制盘(8)的输出端。
3.如权利要求1所述的电力驱动车辆直线运行定位系统，其特征在于，还有一在激光位置检测器(1)发出的激光束被障碍物遮蔽时可替代激光位置检测器(1)的辅助控制系统，所述的控制盘(8)可自动从激光检测器(1)切换输入该辅助系统的输出信号。
4.如权利要求1或2所述的电力驱动车辆直线运行定位系统，其特征在于，所述的位置信号和控制信号为数字和/或模拟信号。
5.如权利要求3所述的电力驱动车辆直线运行定位系统，其特征在于，所述的辅助控制系统包含一脉冲发生器(72)，该脉冲发生器(72)设置在电缆卷盘(4)的转轴或车辆驱动电动机(71)的一侧，并和控制盘(8)相接。
6.如权利要求5所述的电力驱动车辆直线运行定位系统，其特征在于，所述的控制盘(8)中的可编程逻辑控制器(81)和脉冲发生器(72)相接，并对脉冲进行计数，可从遮蔽起始时刻的距离值和遮蔽持续期间的脉冲计数值算出车辆的精确位置。
7.如权利要求1所述的的电力驱动车辆直线运行定位系统，其特征在于，所述的控制盘(8)可和计算机相接，实现计算机联网。
8.如权利要求2所述的电力驱动车辆直线运行定位系统，其特征在于，所述的车辆驱动电动机控制系统(82)可以为电动机调频调压调速控制系统。
9.如权利要求2所述的电力驱动车辆直线运行定位系统，其特征在于，所述的操作台(9)上设数字位置显示器和特定位置指示灯，并接收可编程逻辑控制器(81)反送的车辆运动位置信号，以显示车辆的运动位置。
全文摘要
一种电力驱动车辆直线运行定位系统中，包括安装在车辆上的电缆卷盘以及安装在地面上的控制盘和至少一个操作台，电缆卷盘上绕有电缆，控制盘通过电缆对车辆驱动电动机供电，并接收车辆的运动位置信号和操作台提供的静态位置信号，特点是，还有一个激光位置检测器，其设置在车辆的运行轨道中心线一端的固定物上，其发出激光信号并射到车辆后反射回来又被其接收，然后输出车辆运动位置信号至控制盘；控制盘接收该信号并同操作台提供的静态位置信号进行对比，输出控制信号至控制车辆驱动电动机。本发明不仅能有效的降低电缆的消耗，且具有高可靠度的精确定位性能。
文档编号G01S17/08GK1453672SQ02111510
公开日2003年11月5日 申请日期2002年4月26日 优先权日2002年4月26日
发明者戴至前, 项明福, 梅华阳, 刘国强 申请人:宝山钢铁股份有限公司