用於調車設備的速度控制系統和調車系統的製作方法

2023-04-30 18:12:06 3

專利名稱：用於調車設備的速度控制系統和調車系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及針對翻車機系統的控制領域，更特別地是涉及一種用於調車設備的速 度控制系統與調車系統。
背景技術：
翻車機系統是用於鐵路大宗散裝物料運輸列車卸車的成套設備，應用場所主要集 中於港口煤炭卸車作業。翻車機系統按機械功能可以分為調車設備、卸車設備、給料裝置及 輔助設備。其中，調車設備又包括推車機和定位車，推車機和定位車交接連續工作完成車廂 的向前移動，並按照工作要求將車輛調整到指定位置。在作業過程中，推車機在將交接位置 的兩節重車遷入平臺後，定位車接重車列牽入交接位置。定位車與推車機的連續交接作業 是保證整個翻車機系統正常工作的關鍵技術。現有的調車設備中的定位車與推車機的運行速度大都由人來控制，運行安全很大 程度上依賴於操作員的經驗與熟練程度，對操作員的作業要求較高，因而當前的速度控制 方式耗費人力且存在安全隱患。

發明內容
本發明針對現有技術的翻車機系統中的調車設備所存在的上述安全隱患，提出了 一種用於調車設備的速度控制系統和調車系統，其能夠自動實現調車設備的速度控制，節 省人力且較為安全。本發明提供了一種用於調車設備的速度控制系統，該速度控制系統包括相互連接 的位置檢測裝置、控制裝置以及變頻裝置；所述位置檢測裝置用於檢測調車設備所在的當 前位置，並將檢測到的當前位置傳送到控制裝置；所述控制裝置用於從所述位置檢測裝置 接收調車設備的當前位置，並且用於根據針對所述調車設備的位置-速度對應曲線向所述 變頻裝置輸出與所述當前位置相對應的速度控制信號，其中所述位置-速度對應曲線是根 據調車設備的初始速度、初始位置以及預設步進參數來擬合得到的，所述預設步進參數包 括目的位置、目的速度、最大速度、加速度和減速度；以及所述變頻裝置用於從控制裝置接 收速度控制信號，並根據接收到的速度控制信號來輸出不同頻率的信號以控制調車設備的 電機的轉速，從而控制調車設備的速度。本發明還提供了一種調車系統，該調車系統包括推車機和定位車，其中，所述推車 機和所述定位車分別具有上述的用於調車設備的速度控制系統。本發明提供的用於調車設備的速度控制系統和調車系統，由於包括位置檢測裝 置、控制裝置和變頻裝置，所述控制裝置能夠根據由初始位置和初始速度以及預設步進參 數擬合得到的位置-速度對應曲線來向變頻裝置傳送信號以控制電機以相應的速度運轉， 相比於現有的單純人工操作方式，能夠自動控制調車設備的速度，節省人力，且相比於單純 的人工操作更為安全。


圖1是根據本發明的一種實施方式的用於調車設備的速度控制系統的示意圖；圖2是根據本發明的另一種實施方式的用於調車設備的速度控制系統的示意圖； 以及圖3是針對調車設備的位置-速度對應曲線的擬合方法示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明提供了一種用於調車設備的速度控制系統，所述速度控制系 統包括相互連接的位置檢測裝置、控制裝置以及變頻裝置；所述位置檢測裝置用於檢測調 車設備所在的當前位置，並將檢測到的當前位置傳送到控制裝置；所述控制裝置用於從所 述位置檢測裝置接收調車設備的當前位置，並且用於根據針對所述調車設備的位置_速度 對應曲線向所述變頻裝置輸出與所述當前位置相對應的速度控制信號，其中所述位置-速 度對應曲線是根據調車設備的初始速度、初始位置以及預設步進參數來擬合得到的，所述 預設步進參數包括目的位置、目的速度、最大速度、加速度和減速度；以及所述變頻裝置用 於從控制裝置接收速度控制信號，並根據接收到的速度控制信號來輸出不同頻率的信號以 控制調車設備的電機的轉速，從而控制調車設備的速度。優選地，如圖2所示，所述速度控制系統還可以包括連接到變頻裝置的測速裝置， 該測速裝置用於檢測電機的實際轉速，並將檢測到的電機的實際轉速實時傳送到變頻裝 置，所述變頻裝置還用於根據檢測到的電機的實際轉速來調整輸出到電機的信號的頻率從 而使得電機達到所述速度控制信號所要求達到的轉速。在變頻裝置根據從控制裝置接收到 的速度控制信號來控制調車設備的電機的轉速之後，電機的實際轉速可能並未達到所述速 度控制信號要求的轉速，而通過採用測速裝置將電機的實際轉速反饋到控制裝置，使得控 制裝置能夠得知電機的實際轉速，如果沒有達到要求，則控制裝置輸出控制信號對電機的 轉速進行微調。這樣，採用這種優選實施方式的速度反饋機制能夠更準確地調整電機的轉 速，從而更準確地控制調車設備的行車速度。所述測速裝置可以為任何能夠檢測調車設備 的速度的裝置，例如可以採用測速編碼器。為了保證數據的準確性和可靠性，所述測速裝置 向所述控制裝置的數據傳輸可以採用電-光-電的傳輸形式。所述位置檢測裝置可以是任何能夠檢測調車設備的位置的裝置，並且可以採用任 意直接測量或者間接測量方式來檢測位置。優選地，本發明採用絕對式編碼器作為位置檢 測裝置來讀取位置值，如採用瑞典萊納林德(LEINE&LINDE)絕對式編碼器，絕對式編碼器 對於被測量的任意一點位置均由固定的零點標起，每一個被測點都有一個相應的測量值， 也就是說由機械位置決定的每個位置是唯一的，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直 計數，提高了編碼器的抗幹擾特性和數據的可靠性，同時測量範圍大，並且實際使用往往富 裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡 化了安裝調試難度。為了保證數據傳輸的實時性，所述位置檢測裝置可以採用並行輸出與 控制裝置連接。此外，所述位置檢測裝置向所述控制裝置傳輸的位置數據可以採用格雷碼 形式，進一步保證了數據傳輸的可靠性，從而保證位置讀取的準確性。所述控制裝置能夠從所述位置檢測裝置獲取調車設備的初始位置XI，由於控制裝 置能夠發信號來控制電機的轉速以控制調車設備的速度，因而控制裝置自身可以知悉調車設備的初始速度Yl (在系統剛初始化時初始速度Yl的取值為0)，而目的位置X2、目的速度 Y2、最大速度YM、加速度M和減速度N這些預設步進參數可以由上位機根據設備的各個運 行步驟預先設定，並傳送給控制裝置，其中所述上位機可以是計算機、單片機等類似具有存 儲、處理功能的裝置；或者可以在控制裝置中根據設備的各個運行步驟直接設定；或者可 以由人工進行輸入。如圖3所示，所述控制裝置可以按照以下方式來擬合位置-速度對應 曲線首先以位置和速度分別作為平面坐標系的兩個坐標軸的變量；根據初始位置和初始速 度(XI，Yl)在所述平面坐標系中確定A點，再根據預設步進參數中的目的位置和目的速度 (X2，Y2)在所述平面坐標系中確定D點，同時以最大速度YM為基礎確定平行於位置坐標軸 的第一直線，再從通過A點，以加速度M為斜率確定第二直線，該第二直線與第一直線相交 於B點，再通過D點以減速度N為斜率確定第三直線，該第三直線與第一直線相交於C點， A點至B點至C點再至D點的折線即為針對調車設備的位置-速度對應曲線，這樣，從位置 Xl到X2位置的相應位置-速度對應曲線就擬合完畢了。在所述控制裝置擬合出位置-速 度曲線之後，所述控制裝置便可以根據從位置檢測裝置接收到的當前位置來確定當前應當 達到的對應速度，並輸出相應的速度控制信號到變頻裝置，以便控制電機的轉速達到相應 的值。所述控制裝置可以是任何能夠實現上述功能的控制器，優選地採用可編程邏輯控制 器(PLC)來實現。如前所述，所述調車設備可以包括定位車和推車機。所述定位車和所述推車機上 可以均具有上述速度控制系統，並且兩者的控制裝置可以分別各採用一個控制器(如各自 使用一個PLC)來實現，優選地，定位車和推車機中的速度控制系統的控制裝置可以集成在 同一個PLC中實現。所述變頻裝置可以採用任何通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制 交流電動機的電力傳動元件。優選地，所述變頻裝置可以包括相互連接的主動前端(AFE) 整流/回饋單元和逆變器。所述AFE整流/回饋單元連接到控制裝置，AFE整流/回饋單元 採用了 IGBT功率元件，與傳統的二級管或可控制矽整流技術相比，主動前端不再是被動地 將交流轉變成直流，而是具備了很多主動的控制功能，它不僅能消除高次諧波，提高功率因 數，即使在電網極不穩定的情況下，仍能維持恆定的直流環節電壓，無諧波汙染，具有卓越 的動態特性，由此保證了對電機速度控制的實時性和準確性。所述逆變器用於將從AFE整 流/回饋單元接收到的直流信號轉變為交流信號作為控制電機的轉速的控制信號。所述變 頻裝置可以採用轉差頻率控制方式、直接轉矩控制方式等多種變頻方式，優選地採用基於 轉差頻率的矢量控制方式(CUVC)，與傳統的轉差頻率控制方式，基於轉差頻率的矢量控制 還要經過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉矩 電流過渡過程中的波動，因此，基於轉差頻率的矢量控制方式比轉差頻率控制方式在輸出 特性方面能得到很大的改善。在各個調車設備上一般都具有多個電機，這樣變頻裝置中就 需要有多個逆變器，多個逆變器可以共用一個AFE整流/回饋單元，逆變器之間可以採用西 門子公司提供的西門子動態鏈路Simolink光纖連接，以保證數據傳輸同步可靠性。本發明還提供了一種調車系統，該調車系統包括定位車和推車機，其中，所述推車 機和所述定位車分別具有如上所述的用於調車設備的速度控制系統。通過上述速度控制系 統實現了對調車系統中的定位車和推車機行走速度及距離(位置)的較為準確的自動控 制，從而為定位車/推車機的安全工作提供了基礎。其中，用於所述定位車的速度控制系統中的控制裝置和用於所述定位車的速度控制系統中的控制裝置優選地集成在同一個PLC中。如本領域技術人員所公知，在翻車機系統工作過程中，存在多個工作步驟，每個工 作步驟對應定位車和推車機的不同的預設步進參數。在本發明提供的調車系統中所使用 的預設步進參數可以內置於上位機中，在不同的工作步驟時，向定位車和推車機的速度控 制系統的控制裝置發送不同的預設步進參數，當然，這些預設步進參數也可以直接設置於 本發明提供的速度控制系統的控制裝置中，由控制裝置來判斷不同的工作步驟，並根據不 同的工作步驟選用不同的預設步進參數，以完成翻車機系統的調車工作過程，並且儘可能 保證定位車和推車機正常工作不產生碰撞。比如，在所述預設步進參數中，至少需保證在 所述推車機的速度控制系統中用於擬合針對推車機的速度-位置對應曲線的預設步進參 數中的最大速度被配置為大於在所述定位車的速度控制系統中用於擬合針對定位車的速 度-位置對應曲線的預設步進參數中的最大速度。如前所述，調車設備的推車機和定位車是連續交接作業的，在這種連續交接作業 中可能存在以下的安全隱患1、若推車機在沒有按下加速鍵的情況下慢速前進，而此時若定位車前進保持快速 行進，就會可能出現定位車追上牽入平臺重車尾部造成相碰的安全事故；2、在推車機出現故障停車或者減速的情況下，定位車仍然可能繼續前進，也有可 能出現定位車追上牽入平臺重車尾部造成相碰的安全事故。針對上述問題，本發明提供的調車系統的優選實施方式提供了以下針對推車機與 定位車的速度控制系統的聯鎖控制方式。在本發明的調車系統的一種優選實施方式中，所述調車系統還包括上位機，該上 位機用於分別向所述推車機和所述定位車的速度控制系統傳送所述預設步進參數，在翻車 機系統工作的某一工作步驟中，所述上位機可以改變預設步進參數，從而改變針對定位車 或推車機的位置-速度曲線，所述上位機被配置成在改變針對推車機的預設步進參數中的 最大速度的同時改變針對定位車的預設步進參數中的最大速度。通過這種方式，就將定位 車的最大速度與推車機的最大速度聯鎖，在推車機沒有按下加速鍵的情況下，即在推車機 沒有增大預設步進參數中的最大速度的情況下，定位車自身的最大速度也不能增大，即定 位車此時不能快速前進，由此，避免了上述第1點安全隱患發生的可能。在本發明的另一優選實施方式中，該調車系統還包括上位機，該上位機用於分別 向所述推車機和所述定位車的速度控制系統傳送所述預設步進參數，所述上位機還用於從 推車機和定位車的速度控制系統中的位置檢測裝置分別獲取推車機和定位車的當前位置， 計算定位車的當前位置與推車機的當前位置的差值，並且當所述差值小於預定閾值時，將 針對定位車的預設步進參數中的目的位置更新為定位車的當前位置，將針對定位車的預設 步進參數中的目的速度更新為Om/s，並將更新後的預設步進參數傳送給定位車的速度控 制系統中的控制裝置，所述控制裝置採用更新後的預設步進參數來擬合針對定位車的位 置-速度曲線，以使得定位車停止前進。其中所述預定閾值的範圍為0. Im至2m之間，優選 為0. 5m。這樣，當定位車和推車機的距離比較近時，能夠自動使得定位車停止，避免發生相 撞事故。當然，上述兩種優選實施方式可以單獨實施，也可以相互結合。所述上位機可以是 計算機、單片機等類似具有存儲、處理功能的裝置。
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通過本發明提供的速度控制系統以及調車系統，能夠自動控制調車設備的行進， 並且優選的實施方式，避免了定位車與推車機前面重車幹涉的可能性。首先排除了在正常 操作過程中，因為翻控人員疏忽造成的安全事故，同時也避免了如果推車機出現故障減速 後，在設備出現問題時可能出現的事故。因此，當人員或者設備出現了不穩定的安全因素 後，通過系統對定位車/推車機的速度進行聯鎖控制，避免了事故的發生，把事故安全隱患 降低到零，保障了設備運行的可靠性。
權利要求
一種用於調車設備的速度控制系統，該速度控制系統包括相互連接的位置檢測裝置、控制裝置以及變頻裝置；所述位置檢測裝置用於檢測調車設備所在的當前位置，並將檢測到的當前位置傳送到控制裝置；所述控制裝置用於從所述位置檢測裝置接收調車設備的當前位置，並且用於根據針對所述調車設備的位置 速度對應曲線向所述變頻裝置輸出與所述當前位置相對應的速度控制信號，其中所述位置 速度對應曲線是根據調車設備的初始速度、初始位置以及預設步進參數來擬合得到的，所述預設步進參數包括目的位置、目的速度、最大速度、加速度和減速度；以及所述變頻裝置用於從控制裝置接收速度控制信號，並根據接收到的速度控制信號來輸出不同頻率和幅度的信號以控制調車設備的電機的轉速，從而控制調車設備的速度。
2.根據權利要求1所述的用於調車設備的速度控制系統，其中，該速度控制系統還包 括連接到變頻裝置的測速裝置，該測速裝置用於檢測電機的實際轉速，並將檢測到的電機 的實際轉速實時傳送到變頻裝置，所述變頻裝置還用於根據檢測到的電機的實際轉速來調 整輸出到電機的信號的頻率和幅度從而使得電機達到所述速度控制信號所要求達到的轉 速。
3.根據權利要求1或2所述的用於調車設備的速度控制系統，其中，所述控制裝置按照 以下方式來擬合所述位置_速度對應曲線以位置和速度分別作為平面坐標系的兩個坐標軸的變量；根據初始位置和初始速度在所述平面坐標系中確定A點，根據目的位置和目的速度在 所述平面坐標系中確定D點；以最大速度為基礎確定平行於位置坐標軸的第一直線；通過A點，以加速度為斜率確定第二直線，該第二直線與第一直線相交於B點；通過D點，以減速度為斜率確定第三直線，該第三直線與第一直線相交於C點；由此，A點至B點至C點再至D點的折線即為所述位置_速度對應曲線。
4.根據權利要求1所述的用於調車設備的速度控制系統，其中，所述變頻裝置包括相 互連接的主動前端整流/回饋單元和逆變器，所述主動前端整流回饋單元連接到所述控制 裝置，所述逆變器連接到電機。
5.根據權利要求1所述的用於調車設備的速度控制系統，其中，所述控制裝置是可編 程控制器。
6.根據權利要求1所述的用於調車設備的速度控制系統，其中，所述位置檢測裝置是 絕對式編碼器。
7.根據權利要求1所述的用於調車設備的速度控制系統，其中，所述變頻裝置採用基 於轉差頻率的矢量控制方式。
8.一種調車系統，該調車系統包括推車機和定位車，其特徵在於，所述推車機和所述定 位車分別具有如權利要求1-6中任一權利要求所述的用於調車設備的速度控制系統。
9.根據權利要求8所述的調車系統，其中，用於所述定位車的速度控制系統中的控制 裝置和用於所述定位車的速度控制系統中的控制裝置集成在同一個可編程邏輯控制器中。
10.根據權利要求8所述的調車系統，其中，在所述推車機的速度控制系統中用於擬 合針對推車機的速度-位置對應曲線的預設步進參數中的最大速度被配置為大於在所述 定位車的速度控制系統中用於擬合針對定位車的速度-位置對應曲線的預設步進參數中的最大速度。
11.根據權利要求8所述的調車系統，該調車系統還包括上位機，該上位機用於分別向 所述推車機和所述定位車的速度控制系統傳送所述預設步進參數，並且所述上位機被配置 為在改變針對推車機的預設步進參數中的最大速度的同時改變針對定位車的預設步進參 數中的最大速度。
12.根據權利要求8所述的調車系統，其中，該調車系統還包括上位機，該上位機用於 分別向所述推車機和所述定位車的速度控制系統傳送所述預設步進參數，所述上位機還用 於從推車機和定位車的速度控制系統中的位置檢測裝置分別獲取推車機和定位車的當前 位置，計算定位車的當前位置與推車機的當前位置的差值，並且當所述差值小於預定閾值 時，將針對定位車的預設步進參數中的目的位置更新為定位車的當前位置，將針對定位車 的預設步進參數中的目的速度更新為Om/s，並將更新後的預設步進參數傳送給定位車的速 度控制系統中的控制裝置，所述控制裝置採用更新後的預設步進參數來擬合針對定位車的 位置-速度曲線，以使得定位車停止前進。
13.根據權利要求12所述的調車系統，其中，所述預定閾值的範圍為0.2m至2m之間。
全文摘要
本發明提供了一種用於調車設備的速度控制系統和調車系統。所述速度控制系統包括相互連接的位置檢測裝置、控制裝置以及變頻裝置；所述位置檢測裝置用於檢測調車設備所在的當前位置，並傳送到控制裝置；所述控制裝置用於接收調車設備的當前位置，並且根據針對所述調車設備的位置-速度對應曲線向所述變頻裝置輸出與所述當前位置相對應的速度控制信號，其中所述位置-速度對應曲線是根據調車設備的初始速度、初始位置以及預設步進參數來擬合得到的；所述變頻裝置用於接收速度控制信號，並根據接收到的速度控制信號來控制調車設備的電機的轉速，從而控制調車設備的速度。本發明提供的速度控制系統和調車系統，能夠自動控制調車設備的行進，且更安全。
文檔編號B65G67/48GK101934942SQ201010242499
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者楊亞峰, 魏強 申請人:中國神華能源股份有限公司;神華天津煤炭碼頭有限責任公司