CN102784734B - 自动化水炮控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了自动化水炮控制系统，解决水炮控制人员暴露在恶劣环境中的工作效率低，安全条件差的问题。炮筒(34)下端面与底座(36)水平面传动配合，上端与水平轴(37)竖向面传动配合，水平轴(37)与炮咀轴线成夹角连接，控制器(3)分别与开关面板(2)，操作杆(1)，显示器(9)或/和视频分割器(10)，摄像机，第一、二驱动器(4、5)连接，第一、二驱动器分别与第一、二电机(6、7)连接，摄像机与显示器或/和视频分割器连接，摄像机位于清洗现场，控制器、开关面板、操作杆、显示器位于控制中心。

Description

自动化水炮控制系统

技术领域：

本发明涉及一种自动化水炮控制系统，该系统能够实现水炮远距离或远程自动化控制。

背景技术：

目前，很多场合都要用到较大型的水炮，如建筑设施、机械、电力设备设施的冲洗、消防作业等，而大型的水炮在对准作业面时，通常都需要两个自由度的运动，水炮的在水平面旋转运动和水炮俯仰运动，但目前的大型水炮，一般都是被车载到作业、事故现场，由操作人员手动操作水炮上的手柄控制，进行水平面旋转运动和俯仰运动，不但工作强度大，而且操作人员通常暴露在恶劣环境中（如水幕中、高温场合、辐射设施附近、有毒气体环境等），工作条件差，工作效率低，甚至根本无法安全地靠近工作。

发明内容：

本发明的目的是提供一种可以进行水炮的远距离或远程自动化作业，使工作人员在室内或远离现场环境工作，操作方便，作业安全、作业条件好的自动化水炮控制系统。

本发明是这样实现的：

本发明自动化水炮控制系统，炮筒34下端面与底座36水平面传动配合，上端与水平轴37竖向面传动配合，水平轴37与炮嘴轴线成夹角连接，控制器3分别与开关面板2，操纵杆1，显示器9或/和视频分割器10，摄像机，第一、二驱动器4、5连接，第一、二驱动器分别与第一、二电机6、7连接，摄像机与显示器或/和视频分割器连接，摄像机位于清洗现场，控制器、开关面板、操纵杆、显示器位于控制中心。

第一、二电机为伺服电机，分别通过第一、二电磁离合器14、13与水平面、竖向面传动配合的传动齿轮连接。

炮筒34通过轴承35与底座36连接，与底座连接的第一电机6通过第一电磁离合器14与第一齿轮27连接，第一齿轮27与位于炮筒上的内齿轮28啮合，与炮筒连接的第二电机7通过第二电磁离合器13与第二齿轮29连接，第二齿轮29与水平轴37上的第三齿轮30啮合，水平轴中部固连有炮嘴31，两端通过轴承32与炮筒连接，水平轴上连接有手柄33。

控制器3为PLC可编程控制器，控制器3的输入模块、输出模块与第一、二驱动器4、5连接，驱动器为伺服驱动器，第一驱动器4与第一伺服电机6和第一、二行位开关23，24连接，第二驱动器5与第二伺服电机7和第三、四行位开关25，26连接。

开关机板2上的第一开关17与第一、二驱动器4、5和电源输入连接，第二开关18与开关电源16、控制器3和电源输入连接，第三开关19与摄像机、视频分割器、显示器和电源输入连接，第一、二电磁离合器13、14通过第四开关20与电源输入连接，控制器3通过急停开关21，回零开关22与电源输入和操纵杆1连接，操纵杆1与电源输入连接。

操纵杆1为SEY60-TS2型，控制器3为PLC控制器DVP型。

本发明包括控制器3（如PLC可编程序控制器等）、伺服驱动器4、5、伺服电机6、7、电磁离合器13、14、摄像监视系统等，其中操作界面8包含了操纵杆1、开关面板2，开关面板2安装了开关17、18、19，控制器3的急停开关21、控制器3的回零按钮22、电磁离合器的13、14的开关20；控制器3为整个系统的控制中心，用于整个控制系统的自动化控制；伺服驱动器4、5用于驱动伺服电机6、7，摄像监视系统包含了显示器9、视频分割器10、摄象机11、12。摄像监视系统用于对现场环境作业情况的监测。两个伺服电机6、7分别驱动水炮旋转和俯仰两个自由度动作。电磁离合器13、14用于将伺服电机的输出轴与水炮的传动链切断；系统由220V单相交流电源供电，系统配置有开关电源23，提供系统控制所需的24V直流电。

本发明提供一种自动化水炮控制系统，允许工作人员在室内环境或控制中心，远距离或远程自动化控制水炮作业，用于电力设施的带电和不带电冲洗、建筑设施、设备的冲洗、消防、以及特殊环境中的消防和冲洗。

本发明自动化程度高，可自动也可手动，操作方便，可使工作人员在安全良好的环境中控制水炮的作业。

附图说明：

图1为本发明系统结构图。

图2为显示器与摄像机连接图。

图3为控制原理图之一。

图4为控制原理图之二。

图5为控制原理图之三。

图6为水炮结构图。

具体实施方式：

图2、图3显示了本系统控制元件伺服驱动器4、5、开关电源16、控制器3、显示器9、视频分割器10、摄象机11、12是由220V单相交流电源供电的。图中的开关17、18、19分别用于伺服驱动器4、5、开关电源16、摄像监视系统的电源通断。

图4显示了电磁离合器13、14和控制器3的输入模块、控制器3急停开关21、控制器3的回零按钮22、操纵杆1之间的接线图。开关电源16为电磁离合器13、14、系统控制器3的输入模块、操纵杆1提供24V直流电源。开关20用于控制电磁离合器13、14的通断，系统控制器3的急停开关21和回零按钮22分别用于控制系统控制器3急停和复位。

图5显示了系统控制器3的输入模块，伺服驱动器4、5、伺服电机6、7、水炮的俯、仰、顺时针、逆时针运动的限位开关23、24、25、26及系统控制器3的输入、输出模块、开关电源16之间的接线图；限位开关用于控制水炮俯仰和旋转的极限位置。向前推操纵杆1水炮将下俯运动，向后拉操纵杆1水炮将向上仰运动，向左摇操纵杆水炮将逆时针旋转，向右摇操纵杆1水炮将顺时针旋转。上述操纵杆型号可采用SEY60-TS2型、PLC系统控制器型号为DVP型、伺服驱动器型号为ASDA型、电磁离合器型号为DLD-40型、开关电源为S-145-24型。

水炮可以使用如图6的结构实现俯仰和旋转运动。水炮包含了齿轮27、28、29、30、炮嘴31、轴承32、手柄33、炮筒34、轴承35。其中炮筒34与轴承35、内齿轮28连接；炮嘴31通过轴承32安装在炮筒34上；炮嘴31与手柄33固定相连；伺服电机7固定在炮筒上，其电磁离合器13的输出轴上固定安装齿轮29，齿轮30固定安装在炮嘴31上并与齿轮29啮合；伺服电机6固定安装，其电磁离合器14的输出轴固定安装齿轮27，齿轮27与内齿轮28啮合。伺服电机7驱动炮嘴31俯仰运动，伺服电机6驱动水炮旋转运动，即实现了整个水炮实现俯仰或旋转。水炮结构不局限于基于驱动原理的由传动链变化产生的衍生结构。

1台水炮由2个伺服驱动电机驱动，实现水炮的旋转和俯仰两个自由度的动作，两个动作集中在一个操纵杆1控制，操纵杆1安装在控制中心或远程控制中心内，手柄旋转控制水炮旋转；手柄前后摇动控制水炮俯仰。操纵杆1动作发出电信号，可编程控制器3内置硬件高速计数器，可以精确检测到手柄转动的速度和角度，可编程控制器将此信号转换成速度和位置命令控制伺服驱动器5、4，伺服驱动器5、4分别控制电机7、6带动水炮实现俯仰或旋转，从而实现精确定位，手柄操作频率越快，电机转动越快，手柄操作范围越大，电机转角越大。向前推操纵杆1水炮将下俯运动，向后拉操纵杆1水炮将上仰运动，向左摇操纵杆水炮将逆时针旋转，向右摇操纵杆1水炮将顺时针旋转。水炮上下俯仰或左右旋转到极限位置时就会分别压下行位开关23、24、25、26，水炮就停止运动。

根据需要，若干个摄像机11、12安装在工作现场的不同的监测点，通过视频分割器10将不同射像监测点的图象显示在控制中心内或远程控制中心显示器9上，显示器9安装在控制中心或远程控制中心内，工作人员在控制中心内或远程控制中心内，通过显示器9就可观察到现场作业情况。

由此可见，该控制系统通过布置在控制中心内或远程控制中心内的操纵杆1，实现水炮远距离或远程自动化控制。

在本发明中，可使用控制电磁离合器13、14切断电机与水炮的连接，通过手柄33控制水炮的旋转和俯仰两个自由度的动作，实现自动和手动的控制切换。

本系统也可采用由步进电机及步进电机驱动器替代伺服电机6、7和伺服控制器实现同等功能的方案。

本发明不排除基于本发明基本原理衍生出的无线遥控方案。

系统允许不带视频分割器，摄像机与显示器直接连接方式。也允许控制多个水炮的方案。

Claims (1)

1.自动化水炮控制系统，其特征在于炮筒（34）通过轴承（35）与底座（36）连接，与底座连接的第一电机（6）通过第一电磁离合器（14）与水平第一齿轮（27）连接，第一齿轮（27）与位于炮筒上的水平内齿轮（28）啮合，与炮筒连接的第二电机（7）通过第二电磁离合器（13）与竖向第二齿轮（29）连接，第二齿轮（29）与水平轴（37）上的竖向第三齿轮（30）啮合，水平轴中部固连有炮嘴（31），水平轴（37）与炮嘴轴线成夹角连接，水平轴两端通过轴承（32）与炮筒连接，水平轴上连接有手柄（33），第一、二电机为伺服电机，分别通过第一、二电磁离合器（14、13）与水平面、竖向面传动配合的第一齿轮（27）、第二齿轮（29）连接，控制器（3）分别与开关面板（2），操纵杆（1），显示器（9）和视频分割器（10），摄像机，第一、二驱动器（4、5）连接，第一、二驱动器分别与第一、二电机（6、7）连接，摄像机与显示器和视频分割器连接，摄像机位于清洗现场，控制器、开关面板、操纵杆、显示器位于控制中心，控制器（3）为PLC可编程控制器，控制器（3）的输入模块、输出模块与第一、二驱动器（4、5）连接，驱动器为伺服驱动器，第一驱动器（4）与第一伺服电机（6）和第一、二行位开关（23，24）连接，第二驱动器（5）与第二伺服电机（7）和第三、四行位开关（25，26）连接，开关面板（2）上的第一开关（17）与第一、二驱动器（4、5）和电源输入连接，第二开关（18）与开关电源（16）、控制器（3）和电源输入连接，第三开关（19）与摄像机、视频分割器、显示器和电源输入连接，第一、二电磁离合器（13、14）通过第四开关（20）与电源输入连接，控制器（3）通过急停开关（21），回零开关（22）与电源输入和操纵杆（1）连接，操纵杆（1）与电源输入连接，操纵杆（1）为SEY60-TS2型，控制器（3）为PLC控制器DVP。