一种桥梁检查车性能评估及预警系统及方法与流程

1.本发明涉及桥梁设备监测控制领域，尤其涉及一种桥梁检查车性能评估及预警系统及方法。


背景技术：

2.桥梁检查车是一种安装在交通桥梁上用于检查作业的可移动检查平台；通过检查车整体移动或内部机构移动，检查车上的检查作业人员可以到达桥梁各个需要检查的部位。检查车主要是解决桥梁检查作业的可达性和安全性，可为桥梁的日常检查、检测、维护和保养提供安全可靠的作业平台。
3.在传统直线同步行走的控制中，主要采用变频调速控制结合模拟量控制，以开环或是半闭环方式来实现小车的同步行走。检测采用行程开关、接近开关，由于受机械配件尺寸误差，装配误差，以及左、右小车行走轨道平行度、摩擦系数、接缝处阻力等诸多方面因素的影响，检查车在行走的过程中会形成较大的累计误差，左、右驱动小车相对位移变大，容易造成小车卡轨、脱轨等现象，存在很大的安全隐患。随着桥梁检测车服役时间越来越久，左右两侧行走结构相关零部件磨损逐步严重，影响检测车的同步性能，因此如何能够准确、有效地对检测车进行性能评估及预警，以降低检测车使用过程中存在的隐藏安全风险，是目前面临的一个重要问题。


技术实现要素：

4.本发明提供的一种桥梁检查车性能评估及预警系统及方法，主要解决的技术问题是：如何准确、有效地对检测车进行性能评估及预警，以降低检测车使用过程中存在的隐藏安全风险。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种桥梁检查车性能评估及预警系统，包括分别与处理模块电连接的存储模块、电源模块、主令开关、人机界面、指示灯、角度传感器、电机驱动器及无线通信模块；所述角度传感器用于采集桥梁检测车的左右两侧同步行走机构的角度偏差，所述处理模块用于根据所述角度偏差进行预警或故障告警；所述存储模块用于存储所述角度传感器采集的角度偏差数据以及所述处理模块的预警或故障告警结果数据；所述指示灯用于对所述预警或故障告警分别进行指示；所述电源模块用于为所述桥梁检测车性能评估及预警系统各模块供电；所述电源模块还与断路器电连接，所述断路器与开关电源电连接；所述电机驱动器还与驱动电机电连接，以控制所述驱动电机的转速，从而实现速度控制。
6.可选的，还包括偏移限位开关，与所述处理模块电连接，用于当桥梁检测车的左右两侧同步行走机构的偏转角度超过限位角度时，触发偏移限位开关，以关停所述左右两侧同步行走机构继续运行；此时所述处理模块还用于生成故障告警结果数据；所述存储模块还用于存储所述故障告警结果数据。
7.可选的，所述处理模块包括cpu中央处理器、单片机、微处理器、plc控制模块中的
一种。
8.可选的，所述电机驱动器包括左电机驱动器和右电机驱动器，所述驱动电机包括左驱动电机和右驱动电机，所述左电机驱动器与所述左驱动电机电连接，用于控制左驱动电机的转速，实现所述桥梁检测车左侧同步行走机构的速度控制；所述右电机驱动器与所述右驱动电机电连接，用于控制右驱动电机的转速，实现所述桥梁检测车右侧同步行走机构的速度控制。
9.可选的，所述无线通信模块包括wifi/4g/5g移动通信模块，用于将所述预警或故障告警结果数据发送到远程监控平台，实现远程监控。
10.本发明还提供一种如上任一项所述桥梁检查车性能评估及预警系统的方法，包括：
11.利用角度传感器实时监测采集桥梁检测车的左右两侧同步行走机构的角度偏差，计算角度波动率，将所述角度波动率与预警阈值和故障阈值进行比较，当所述角度波动率低于所述预警阈值时，表明桥梁检测车处于正常运行状态；当所述角度波动率大于等于所述预警阈值，且小于所述故障阈值时，生成预警结果，并控制指示灯以第一状态进行预警指示；当所述角度波动率大于等于所述故障阈值时，生成故障结果，并指示指示灯以第二状态进行故障指示；所述故障阈值高于所述预警阈值；并将预警或故障告警结果数据存储于存储器中；
12.根据设定时间周期，定期从存储器中获取设定时段内产生的预警结果数据和故障结果数据；
13.统计所述设定时段内的预警结果次数和故障结果次数；
14.根据所述设定时段内的预警结果次数和故障结果次数，计算所述桥梁检测车的性能评分；
15.将所述性能评分实时发送到人机界面进行显示，以及远程发送给远程监控平台，实现远程监控。
16.可选的，所述第一状态为黄色指示灯，所述第二状态为红色指示灯。
17.可选的，所述设定时段包括最近一天、最近三天、最近一周、最近1个月中的一种。
18.可选的，所述根据所述设定时段内的预警结果次数和故障结果次数，计算所述桥梁检测车的性能评分包括：
19.获取预设性能评分表，所述预设性能评分表中包括预警结果次数/故障结果次数划分情况各自对应的性能分值；
20.根据所述预设性能评分表，确定所述预警结果次数对应的第一性能分值，以及所述故障结果次数对应的第二性能分值；
21.基于所述第一性能分值和所述第二性能分值，求和计算得到所述桥梁检测车的性能评分。
22.可选的，还包括：当所述性能评分低于设定评分阈值时，生成预警指令，控制所述指示灯以第三状态进行性能预警指示。
23.本发明的有益效果是：
24.根据本发明提供的一种桥梁检查车性能评估及预警系统及方法，包括分别与处理模块电连接的存储模块、电源模块、主令开关、人机界面、指示灯、角度传感器、电机驱动器
及无线通信模块；角度传感器用于采集桥梁检测车的左右两侧同步行走机构的角度偏差，处理模块用于根据角度偏差进行预警或故障告警；存储模块用于存储角度传感器采集的角度偏差数据以及处理模块的预警或故障告警结果数据；指示灯用于对预警或故障告警分别进行指示；电源模块用于为桥梁检测车性能评估及预警系统各模块供电；电源模块还与断路器电连接，断路器与开关电源电连接；电机驱动器还与驱动电机电连接，以控制驱动电机的转速，从而实现速度控制。实现了对检测车进行性能评估及预警，降低了检测车使用过程中存在的隐藏安全风险。
附图说明
25.图1为本发明的桥梁检测车的结构示意图；
26.图2为本发明的桥梁检查车性能评估及预警系统结构示意图；
27.图3为本发明的电机驱动器连接结构示意图；
28.图4为本发明的自动纠偏控制流程示意图；
29.图5为本发明的桥梁检查车性能评估及预警方法示意图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.请参见图1，桥梁检测车的具体结构由轨道、桁架结构、左侧行走机构、右侧行走机构、升降平台、伸缩平台等组成。在检测车正常运行时，同步控制功能都应该正常工作，一旦处理模块、驱动机构、桁架、轨道、角度传感器、偏移开关等出现问题，将导致同步控制功能失效。
32.目前的控制系存在的问题是不能实时监测同步控制功能运行状态及性能，不能对同步功能故障进行预警，增加了检测车安全风险，降低了可靠性。
33.对此，本实施例提供一种桥梁检查车性能评估及预警系统，实现对同步控制功能性能及状态的监测，同时对可能出现的同步控制功能故障进行预警。
34.请参见图2，该系统包括分别与处理模块电连接的存储模块、电源模块、主令开关、人机界面、指示灯、角度传感器、电机驱动器及无线通信模块；主令开关用于控制指令的下发控制；角度传感器用于采集桥梁检测车的左右两侧同步行走机构的角度偏差，处理模块用于根据角度偏差进行预警或故障告警；存储模块用于存储角度传感器采集的角度偏差数据以及处理模块的预警或故障告警结果数据；指示灯用于对预警或故障告警分别进行指示；电源模块用于为桥梁检测车性能评估及预警系统各模块供电；电源模块还与断路器电连接，断路器与开关电源电连接；电机驱动器还与驱动电机电连接，以控制驱动电机的转速，从而实现速度控制。
35.可选的，本系统还包括偏移限位开关，与处理模块电连接，用于当桥梁检测车的左右两侧同步行走机构的偏转角度超过限位角度时，触发偏移限位开关，以关停所述左右两侧同步行走机构继续运行；具体的，当偏差角度超过3度时，会触发偏移限位开关，此时处理模块停止相应电机驱动器的运行，达到自动纠偏的目的。处理模块还用于当偏移限位开关
触发时，生成故障告警结果数据；存储模块还用于存储该故障告警结果数据。
36.处理模块具体包括cpu中央处理器、单片机、微处理器、plc控制模块中的一种。
37.无线通信模块可以选用wifi/4g/5g移动通信模块，用于将预警或故障告警结果数据发送到远程监控平台，实现远程监控。
38.请参见图3，电机驱动器包括左电机驱动器和右电机驱动器，驱动电机包括左驱动电机和右驱动电机，左电机驱动器与左驱动电机电连接，用于控制左驱动电机的转速，实现桥梁检测车左侧同步行走机构的速度控制；右电机驱动器与右驱动电机电连接，用于控制右驱动电机的转速，实现桥梁检测车右侧同步行走机构的速度控制。同步方法也不限于用角度传感器，也可以通过位移传感器，测量左右行走机构的位移差，通过调整两侧位移差在设定范围内，实现同步的目的。
39.请参见图4，为本系统的自动纠偏控制流程，处理模块可以通过角度传感器检测左右同步行走机构的偏转角度，根据设定的角度目标计算角度波动率，如果角度波动率大于设定值，处理模块通过rs485通信，调整左右电机驱动器的运行频率，控制左右驱动电机的转速，达到自动纠偏的目的。但是经自动纠偏后，角度波动率仍然预警阈值或故障阈值，处理模块将产生预警结果或故障结果。具体的，请参见如图5所示的基于本系统的性能评估及预警方法，包括：
40.s501、利用角度传感器实时监测采集桥梁检测车的左右两侧同步行走机构的角度偏差；
41.可选的，检测角度偏差不限于用角度传感器，比如还可通过测量左右机构位移量的差值，实现角度偏差检测。
42.s502、计算角度波动率，将角度波动率与预警阈值和故障阈值进行比较；
43.s503、当角度波动率低于预警阈值时，表明桥梁检测车处于正常运行状态；
44.s504、当角度波动率大于等于预警阈值，且小于故障阈值时，生成预警结果，并控制指示灯以第一状态进行预警指示；
45.可选的，第一状态为黄色指示灯闪烁或常亮。其中，预警状态，检测车可以低速运行，而不用停止。
46.s505、当角度波动率大于等于故障阈值时，生成故障结果，并指示指示灯以第二状态进行故障指示
47.其中，故障阈值高于预警阈值；第二状态为红色指示灯闪烁或常亮。其中，故障状态检测车将自动停止运行，避免重要事故的发生。
48.s506、将预警或故障告警结果数据存储于存储器中；
49.可选的，存储器可集成于黑匣子中，用于实现对检测车运行过程中所有运行数据的获取和存储，当产生运行故障或发生安全事故时，供进行事故原因分析和责任追溯。
50.s507、根据设定时间周期，定期从存储器中获取设定时段内产生的预警结果数据和故障结果数据；
51.设定时间周期可根据实际情况灵活设置，例如设置为5分钟、30分钟、1小时、1天等。设定时段可根据实际情况灵活设置，包括最近一天、最近三天、最近一周、最近1个月中的一种。
52.s508、统计设定时段内的预警结果次数和故障结果次数；
53.s509、根据设定时段内的预警结果次数和故障结果次数，计算桥梁检测车的性能评分；
54.具体的，获取预设性能评分表，请参见如下表1所示：
55.表1
[0056][0057][0058]
预设性能评分表中包括预警结果次数/故障结果次数划分情况各自对应的性能分值；根据预设性能评分表，确定预警结果次数对应的第一性能分值，以及故障结果次数对应的第二性能分值；基于第一性能分值和第二性能分值，求和计算得到桥梁检测车的性能评分。
[0059]
在本发明可选的实施例中，还可根据设定时段内的预警结果次数和故障结果次数，计算异常频率，然后根据异常频率计算得到桥梁检测车的性能评分。
[0060]
例如，获取桥梁检测车近三天的实际运行时长t，根据预警结果与故障结果的权重参数，假设分别为a1，a2，计算异常次数k＝p1*a1+p2*a2，其中p1位预警结果次数，p2为故障结果次数；将异常次数与实际运行时长的比值k/t，作为异常频率，然后根据异常频率计算桥梁检测车的性能评分。其中异常频率越高，性能评分越低，当高于最大阈值时，评分可能为0，当异常频率为0时，对应的评分最高；最高评分可根据实际情况灵活设置，例如为100分。
[0061]
在本发明可选的实施例中，根据闭环控制原理，通过角度的波动率β(％)来计算性能评分。
[0062]
波动率β的计算公式如下：
[0063][0064]
式中，为同步运行时，桥梁检测车的左右两侧同步行走机构的角度偏差；r
s
为目标角度，通常设置为90度。
[0065]
在本发明的其他实施例中，性能评价还可通过角度恢复时间t(s)来确定，角度恢复时间t的计算公式如下：
[0066]
t＝t2‑
t1[0067]
式中，t1为角度超出设定的角度波动包络线宽度瞬时开始，单位：s；t2为角度恢复到并保持在设定的角度波动包络线宽度内瞬时止，单位：s。
[0068]
可选的，判断角度的波动率是否超过预警阈值，如果超出预警阈值，输出预警结果信息；如果超出故障阈值，输出故障结果信息。同时，判断角度恢复时间是否超过时间预警阈值，如果超出时间预警阈值，输出预警结果信息；如果超出时间故障阈值，输出故障结果信息。
[0069]
s510、将性能评分实时发送到人机界面进行显示，以及远程发送给远程监控平台，实现远程监控。
[0070]
可选的，当性能评分低于设定评分阈值时，生成预警指令，控制指示灯以第三状态进行性能预警指示，以提示检修人员对检测车电气系统或机械系统进行检修维护，并发送给远程监控平台。
[0071]
本方案一方面，可以通过本系统的人机界面显示同步控制功能的运行性能及状态，也可以通过无线通信模块把相应数据发送到远程监控云平台，实现远程监测。这样即可以给检测车操作员提供相关的信息，也赋予相关管理单位监测能力。同时通过故障预警实现对检测车的及时维护、维修，降低故障概率、提高可靠性。
[0072]
显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(rom/ram、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0073]
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。