一种大桥斜拉索除冰控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种除冰控制系统，具体涉及一种大桥斜拉索除冰控制系统。

背景技术：

随着桥梁建造技术的成熟，中国及世界范围内相继建成了许多跨江、跨海大桥。比如俄罗斯岛大桥，其中心跨度达1100米，斜拉索长度达580米，斜拉索最高点距地面近100米；中国晋江大桥塔全场2470米，其大桥主塔高134米。而在这样的一个高空环境下，当遇到严寒、雨雪及湿度较大的天气条件，空气中的水蒸气及小水珠极易在大桥斜拉索表面凝结堆积成冰块。更别说一些极寒天气地区，其结冰速度更快。并且，为了减小高空环境下风雨对斜拉索的冲刷和侵蚀，一些建筑公司会在斜拉索表面添加一层抗风阻材料，而这层材料会使得斜拉索表面更易于结成冰块。针对大桥斜拉索外部的冰块与积雪问题，斜拉索除冰装置应运而生。目前由于这类斜拉索除冰装置的研究处于起步阶段，还没有开发出一套合适的控制系统用于控制装置进行相对应的运动。

由于斜拉索除冰装置的工况极其复杂，每根斜拉索的倾角不同，其上的冰层厚度不一，经过除冰后可能会很湿滑。整个装置不仅需要沿着斜拉索做上升下降运动同时又要进行除冰运动。对于这些不同的信息需要除冰装置在运行时自己去收集并且分类整理，在极短时间内做出相对应的指令动作，实现整个除冰装置的自动化除冰。因此，如何提供一种针对大桥斜拉索除冰装置的控制系统是本领域技术人员亟需解决的重要问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种大桥斜拉索除冰控制系统，它针对大桥斜拉索除冰装置的运行，做出了详细的控制方案，能够实现除冰装置在斜拉索上运行时全自动控制同时又能够实现远程人工操作。对于运行过程中出现故障时，其能够自动调整或者返回地面进行检修。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：一种大桥斜拉索除冰控制系统，包括上位机、远程信号传输模块、传感器模块、运动执行模块、图像采集模块、供电模块和除冰装置，所述上位机包括显示器、控制面板和主控制器，所述主控制器在接收通过传感器模块所收集的各种信号之后进行判断比较，并反馈给运动执行模块做相应的运动；所述传感器模块用于定位除冰装置在斜拉索上的位置、判断运动方向以及前方是否有冰块障碍物，并对整个除冰装置的运行状况进行实时监控；所述运动执行模块与除冰装置直接相连，用于控制除冰装置的上升、下降和除冰动作；所述图像采集模块包含高清摄像头一和高清摄像头二，高清摄像头一位于除冰装置上半部分用于监测上升方向路况，高清摄像头二位于除冰装置下半部分用于监测除冰之后的斜拉索表面情况以及返程时下降方向路况；所述远程信号传输模块用于将除冰装置的位置、高度、倾角、前方冰层情况、除冰之后斜拉索表面情况以及摄像头一和摄像头二拍摄的高清画面信息传输给上位机；所述供电模块直接与除冰装置连接，用于向除冰装置提供电力支持。

作为上述技术方案的进一步改进：所述除冰装置包括架体和从上至下依次安装在架体上的除冰头部、行走机构一和行走机构二，所述行走机构一和行走机构二在架体上的爬升运动驱动除冰头部沿斜拉索上升运动除冰，所述除冰头部进行除冰动作时，所述行走机构一、行走机构二分别与架体之间处于相对静止状态。

进一步，所述运动执行模块包括驱动器、电机、编码器以及电动推杆，所述电机包括伺服电机一、伺服电机二、步进电机一、步进电机二，所述伺服电机一和伺服电机二安装在除冰装置的头部，用于执行除冰头部的除冰动作；所述步进电机一和步进电机二分别安装在除冰装置的行走机构一和行走机构二上，用于执行行走机构一和行走机构二对斜拉索的夹紧与松开动作，所述电动推杆安装在除冰装置上用于推动整个除冰装置的上升和下降运动。

进一步，所述远程信号传输模块包括信号转换器、信号接收器和信号发射器，所述信号接收器将接收的来自地面的信号并经过信号转换器处理之后传递给主控制器，所述信号发射器将经过信号转换器处理之后的除冰装置运行状况以及其位置等信息发送到地面。

进一步，所述供电模块包括电缆、变频器、变压器和开关，地面电网系统通过电缆输电给除冰装置经变压器转换为除冰装置的工作电压。

进一步，所述供电模块还包括一个备用电源，当地面供电系统与除冰装置之间输电出现问题时，可由所述备用电源供电带动整个除冰装置回到地面进行检修。

进一步，所述主控制器包括自动控制和远程人工控制两个模式，所述远程人工控制的优先级别高于自动控制；所述控制面板能手动输入程序指令并存储在主控制器中的相应存储位置中进行自动控制，还能通过远程人工控制输入指令对已有程序进行修改；所述主控制器为PLC控制器。

进一步，所述高清摄像头一和高清摄像头二固定在除冰装置上并且与斜拉索之间形成一个固定的角度和距离，能够由远程人工控制在以微小的范围内进行角度调整。

进一步，上述的大桥斜拉索除冰控制系统还包括一个照明灯，所述照明灯位于除冰装置的上部，用于除冰装置夜间工作时照明前方工况。

进一步，所述传感器模块包括倾角传感器、激光测距传感器、压力传感器、方向传感器、限位传感器，所述激光测距传感器与压力传感器分别安装在除冰装置的两端。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的针对大桥斜拉索除冰装置的运行，做出了详细的控制方案，能够实现除冰装置在斜拉索上运行时全自动控制同时又能够实现远程人工操作，在正常运行时一般都是除冰装置控制系统自己控制相应的动作，当运行时遇到一些非预期的情况如前方有障碍物，此时可由人工远程修改运行指令；

2、本实用新型的供电模块除了能从地面电网系统通过电缆输电之外，还拥有一个备用电源，当地面供电系统与除冰装置之间输电出现问题时，可由所述备用电源供电带动整个除冰装置回到地面进行检修；

3、本实用新型采用的传感器模块具有外部传感功能，实现了对整个装置在斜拉索上的运行方向、位置、角度等进行实时监测，减小了运行过程中整个除冰装置的控制误差；

4、本实用新型的图像采集模块的两个高清摄像头能够对的顶部和下部视角进行高清摄像，并将图片和视频信息传回地面方便人工判断斜拉索上的情况。

附图说明

图1是本实用新型的结构组成示意；

图2是本实用新型中运动执行模块的控制原理图；

图3是本实用新型中除冰装置的除冰动作流程图；

图4是本实用新型中的除冰装置的结构示意图。

图例说明：

1、上位机；11、显示器；12、控制面板；13、主控制器；2、远程信号传输模块；21、信号转换器；22、信号接收器；23、信号发射器；3、传感器模块；31、倾角传感器；32、激光测距传感器；33、压力传感器；34、方向传感器；35、限位传感器；4、运动执行模块；41、伺服电机一；42、驱动器；43、伺服电机二；44、编码器；45、步进电机一；46、步进电机二；47、电动推杆；5、图像采集模块；51、摄像头一；52、摄像头二；6、供电模块；61、变压器；62、变频器；63、电缆；7、除冰装置；71、架体；72、除冰头部；73、行走机构一；74、行走机构二。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。

如图1至图4，一种桥斜拉索除冰控制系统，包括上位机1、远程信号传输模块2、传感器模块3、运动执行模块4、图像采集模块5、供电模块6和除冰装置7，上位机1包括显示器11、控制面板12和主控制器13，主控制器13在接收通过传感器模块3所收集的各种信号之后进行判断比较，并反馈给运动执行模块4做相应的运动；传感器模块3用于定位除冰装置7在斜拉索上的位置、判断运动方向以及前方是否有冰块障碍物，并对整个除冰装置7的运行状况进行实时监控；运动执行模块4与除冰装置7直接相连，用于控制除冰装置7的上升、下降和除冰动作；图像采集模块5包含高清摄像头一51和高清摄像头二52，高清摄像头一51位于除冰装置7上半部分用于监测上升方向路况，高清摄像头二52位于除冰装置7下半部分用于监测除冰之后的斜拉索表面情况以及返程时下降方向路况；远程信号传输模块2用于将除冰装置7的位置、高度、倾角、前方冰层情况、除冰之后斜拉索表面情况以及摄像头一51和摄像头二52拍摄的高清画面信息传输给上位机1；供电模块6直接与除冰装置7连接，用于向除冰装置7提供电力支持。

本实施例中，除冰装置7包括架体71和从上至下依次安装在架体71上的除冰头部72、行走机构一73和行走机构二74，行走机构一73和行走机构二74在架体71上的爬升运动驱动除冰头部72沿斜拉索上升运动除冰，除冰头部72进行除冰动作时，行走机构一73、行走机构二74分别与架体71之间处于相对静止状态。

本实施例中，运动执行模块4包括驱动器42、电机、编码器44以及电动推杆47，电机包括伺服电机一41、伺服电机二43、步进电机一45、步进电机二46，伺服电机一41和伺服电机二43安装在除冰装置7的头部，用于执行除冰头部72的除冰动作；步进电机一45和步进电机二46分别安装在除冰装置7的行走机构一73和行走机构二74上，用于执行行走机构一73和行走机构二74对斜拉索的夹紧与松开动作，电动推杆47安装在除冰装置7上用于推动整个除冰装置7的上升和下降运动。

本实施例中，远程信号传输模块2包括信号转换器21、信号接收器22和信号发射器23，信号接收器22将接收的来自地面的信号并经过信号转换器处理之后传递给主控制器13，信号发射器23将经过信号转换器处理之后的除冰装置7运行状况以及其位置等信息发送到地面。

本实施例中，供电模块6包括电缆63、变频器62、变压器61和开关，地面电网系统通过电缆63输电给除冰装置7经变压器61转换为除冰装置7的工作电压(24V)。

本实施例中，供电模块6还包括一个备用电源，当地面供电系统与除冰装置7之间输电出现问题时，可由备用电源供电带动整个除冰装置7回到地面进行检修。

本实施例中，主控制器13包括自动控制和远程人工控制两个模式，远程人工控制的优先级别高于自动控制；控制面板12能手动输入程序指令并存储在主控制器13中的相应存储位置中进行自动控制，还能通过远程人工控制输入指令对已有程序进行修改；主控制器13为PLC控制器。

本实施例中，高清摄像头一51和高清摄像头二52固定在除冰装置7上并且与斜拉索之间形成一个固定的角度和距离，能够由远程人工控制在以微小的范围内进行角度调整。

本实施例中，上述的大桥斜拉索除冰控制系统还包括一个照明灯，照明灯位于除冰装置7的上部，用于除冰装置7夜间工作时照明前方工况。

本实施例中，传感器模块3包括倾角传感器31、激光测距传感器32、压力传感器33、方向传感器34、限位传感器35，激光测距传感器32与压力传感器33分别安装在除冰装置7的两端。

本实施例的大桥斜拉索除冰控制系统工作原理为(参照附图3所示)：

当需要除冰装置7向上运动进时，由方向传感器34判断出运行方向，由倾角传感器31判断出倾斜角度，由激光测距传感器32判断出距离上方冰块障碍物的距离和距离下方地面的距离，并将这些信息传送给主控制器13，由主控制器13分析之后将运行指令发送给运动执行模块4控制相应的驱动器42和电机进行工作。

当除冰装置7上升到冰块障碍物位置时，压力传感器33收集到除冰装置7的除冰头部72与冰块障碍物之间的接触压力增加信息，此时，主控制器13分析这些信息之后将运行指令发送到运动执行模块4中驱动除冰头部72运动的驱动器42和电机进行工作。

当根据高清摄像头一51和高清摄像头二52传回的画面判断出由其它障碍物或紧急情况，或者由远程信号传输模块2传回的除冰装置运行状况出现问题等情况时，此时可由地面该工作人员进行远程操控：重新编辑除冰装置7的运行指令或者直接手动操控整个除冰装置7返回地面进行相关的检修。