CN104460677A - 一种平移道岔直线运动精确定位的控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平移道岔直线运动精确定位的控制方法及系统，该方法为：先确定道岔各个岔位之间脉冲计数的目标值并通过道岔运转实测；在道岔解锁到位的情况下，使变频器控制电机处于零速大转矩输出状态；由PLC打开制动器；由PLC确定电机驱动方向和脉冲计数目标值；由PLC读入转辙过程中的脉冲计数值；通过PLC将脉冲计数值和其目标数值比较，确定参数并传送给变频器；由变频器控制电动机转动并通过传动机构使道岔梁沿轨道作直线运动。该系统包括PLC、变频器、电动机、脉冲分配器和传动机构。该控制方法可满足平移道岔直线运动的定位检测要求；该控制系统可提高道岔转辙过程中的定位精度，降低道岔大惯量起动停止时对传动机构的冲击。

Description

一种平移道岔直线运动精确定位的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及轨道交通设备技术领域，尤其涉及一种平移道岔直线运动精确定位的控制方法及系统。
背景技术
平移道岔是一种轨道交通设备，用于车辆进出库和换线一种重要设备。一般由主动走行梁和从动走行梁将和线路相配的道岔梁(通常设置两到三个)连成一体，采用一台固定在地面上的电机减速机驱动，经齿轮齿条传动带动道岔直线位移，道岔的4个车轮在两条方钢轨道上滚动，使道岔梁互换和线路对接，完成车辆进出库和换线。主动走行梁下设有导向轮，夹在轨道两侧防止道岔走偏；在与道岔对接的固定梁底板上安装有电动推杆，带动锁舌将道岔锁定。
在平移道岔的转辙过程中，道岔直线运动具有转动惯量大、运动平稳性和定位精度高的特点，平稳走行和准确定位是道岔转辙中的关键，是保证锁定机构的动作的前提条件。
目前平移道岔直线运动的控制采用继电器逻辑控制，限位开关判断道岔平移动作是否到位的方法，具有起停时冲击大，定位精度低(不大于10mm)，无中间过程监控等缺点。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种构思巧妙、合理，可提高道岔转辙过程中的定位精度，降低道岔大惯量起动停止时对传动机构的冲击，延长设备使用寿命，实现对备的实时故障保护的平移道岔直线运动精确定位的控制方法及系统。
本发明的技术方案如下：
上述的平移道岔直线运动精确定位的控制方法，包括以下步骤：(1)先确定道岔各个岔位之间脉冲计数的目标值(即与满足道岔平移运动距离的脉冲计数值)，通过道岔运转实测，将道岔各个岔位之间的直线运动距离转换为转辙控制时的脉冲计数目标数值以及脉冲计数值和目标数值的允许差值，以消除传动机构的积累误差影响；(2)在道岔解锁到位的情况下，使变频器控制电机处于零速大转矩输出状态，以防止制动器打开后道岔滑移；(3)由可编程逻辑控制器通过中间继电器打开制动器；(4)再由可编程逻辑控制器根据道岔当前位置和目标位置确定电机驱动方向和脉冲计数目标值；(5)接着由可编程逻辑控制器通过计数模块读入转辙过程中的脉冲计数值；(6)紧接着，通过可编程逻辑控制器将脉冲计数值和其目标数值比较，根据差值的大小确定相应参数并传送给变频器；(7)最后由变频器根据可编程逻辑控制器的指令，控制电动机转动并通过传动机构使道岔梁沿轨道作直线运动，最终实现道岔的定位控制。
所述平移道岔直线运动精确定位的方法，其中：所述步骤(6)中的相应参数包括起动、停止指令以及运行过程中速度给定值。
一种平移道岔直线运动精确定位的控制系统，包括可编程逻辑控制器、变频器、电动机、脉冲分配器和传动机构；所述可编程逻辑控制器接收上位信号控制系统给出的目标位置给定信号，其一端双向电连接所述变频器，另一端控制连接有制动器并通过所述制动器连接所述电动机；所述变频器与所述电动机双向电连接，以控制所述电动机的速度，使所述电动机以零速大转矩输出；所述电动机的动力输出端连接所述传动机构连接，后输出轴上装设有编码器；所述编码器与所述脉冲分配器连接并将反馈信号传给所述脉冲分配器；所述脉冲分配器分别电连接所述可编程逻辑控制器和变频器；所述传动机构分别连接固定所述电动机和沿轨道直线运动的道岔走形部分，以实现道岔直线运动。
所述平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其中：所述变频器、电动机和编码器构成速度控制闭环，以完成平移道岔直线运动过程中精确的速度控制。
所述平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其中：所述可编程逻辑控制器、变频器、电动机和编码器构成位置控制闭环，以完成平移道岔直线运动过程中的定位控制和检测，并作为所述速度控制闭环的指令源，使平移道岔直线运动的起动和停止阶段运行平稳。
所述平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其中：所述可编程逻辑控制器与变频器之间采用总线通讯连接。
所述平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其中：所述可编程逻辑控制器通过中间继电器连接所述制动器，以实现对所述制动器的控制。
所述平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其中：所述电动机采用的是三相异步电动机。
所述平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其中；所述传动机构采用的是齿轮-齿条传动机构。
有益效果：
本发明平移道岔直线运动精确定位的控制方法构思巧妙、合理，平移道岔直线运动采用齿轮-齿条传动方式，机构的运动精度高，因此采用一个编码器安装于驱动电机后出轴处，即可满足平移道岔直线运动的定位检测要求，降低机构设计的复杂性。
本发明平移道岔直线运动精确定位的控制系统结构设计简单、合理，运行稳定、可靠，平移道岔直线运动定位精度高，定位精度可达到2mm以内，满足道岔和锁定动作的要求，高定位精度可降低锁定机构的驱动力设计选型，降低道岔动作能耗，可实现设备实时监控和故障诊断保护，有利于道岔防漂移功能的实现；同时，由变频器、电动机和编码器构成的速度闭环，可完成平移道岔直线运动过程中精确的速度控制；由可编程逻辑控制器、变频器、电动机和编码器构成的位置闭环，可完成平移道岔直线运动过程中的定位控制和检测，并作为速度闭环控制的指令源，使平移道岔直线运动的起动和停止阶段运行平稳，降低直线运动起动、停止时大惯量对传动机构的冲击，延长设备使用寿命。
附图说明
图1为本发明平移道岔直线运动精确定位的控制方法的流程图；
图2为本发明平移道岔直线运动精确定位的控制系统的结构原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明平移道岔直线运动精确定位的控制方法，其包括以下步骤：
S010、首先，确定道岔各个岔位之间脉冲计数的目标值(即与满足道岔平移运动距离的脉冲计数值)，通过道岔运转实测，将道岔各个岔位之间的直线运动距离转换为转辙控制时的脉冲计数目标数值以及脉冲计数值和目标数值的允许差值，以消除传动机构的积累误差影响；
S020、然后，在道岔解锁到位的情况下，使变频器控制电机处于零速大转矩输出状态，以防止制动器打开后道岔滑移；
S030、由可编程逻辑控制器(PLC)通过中间继电器打开制动器；
S040、再由可编程逻辑控制器(PLC)根据道岔当前位置和目标位置确定电机驱动方向和脉冲计数目标值；
S050、接着由可编程逻辑控制器(PLC)通过计数模块读入转辙过程中的脉冲计数值；
S060、紧接着，通过可编程逻辑控制器(PLC)将脉冲计数值和其目标数值比较，根据差值的大小确定起动、停止指令以及运行过程中速度给定值等参数并传送给变频器；
S070、最后由变频器根据可编程逻辑控制器(PLC)的指令，控制电动机转动并通过传动机构使道岔梁沿轨道作直线运动，最终实现道岔的定位控制。
如图2所示，本发明平移道岔直线运动精确定位的控制系统，包括可编程逻辑控制器(PLC)1、变频器2、电动机3、脉冲分配器4和传动机构5。
该可编程逻辑控制器(PLC)1用于计数、定位控制，其接收上位信号控制系统给出的目标位置给定信号，一端与变频器2双向电连接，另一端控制连接制动器7并通过制动器6连接电动机3；其中，该可编程逻辑控制器(PLC)1与变频器2之间采用总线通讯连接，该可编程逻辑控制器(PLC)1通过中间继电器连接制动器6，以实现对制动器6的控制。
该变频器2与电动机3双向电连接，其用于电动机3的速度控制，使电动机3以零速大转矩输出。
该电动机3采用的是三相异步电动机，其动力输出端连接传动机构5，后输出轴上装设有编码器7；其中，该编码器7与脉冲分配器4连接并将反馈信号传给脉冲分配器4；该脉冲分配器4分别电连接可编程逻辑控制器(PLC)1和变频器2；编码器7发出的脉冲信号经脉冲分配器4后，脉冲分配器4通过计数模块接入可编程逻辑控制器(PLC)1，脉冲分配器4通过变频器速度卡接入变频器2。
该传动机构5采用的是齿轮-齿条传动机构，其分别连接固定电动机3和沿轨道直线运动的道岔走形部分，从而实现道岔直线运动。
其中，变频器2、电动机3和编码器7构成了速度控制闭环，可编程逻辑控制器(PLC)1、变频器2、电动机3和编码器7构成位置控制闭环，从而形成一个单传感器双闭环控制系统；速度闭环完成平移道岔直线运动过程中精确的速度控制，位置闭环完成平移道岔直线运动过程中的定位控制和检测，并作为速度闭环控制的指令源，使平移道岔直线运动的起动和停止阶段运行平稳，降低冲击。
同时，本发明的控制系统还可利用可编程逻辑控制器(PLC)1和变频器2的故障自诊断功能和逻辑判断，实现设备实时监控和故障诊断保护。
本发明平移道岔直线运动精确定位的控制系统的工作原理或控制原理：
可编程逻辑控制器(PLC)1在接收到信号系统发送的目标位置指令，根据道岔当前位置和目标位置确定电机驱动方向和脉冲计数目标值；在满足道岔解锁到位的前提条件下，使变频器2驱动电动机3处于零速大转矩输出状态，打开制动器6，通过可编程逻辑控制器(PLC)1将脉冲计数值和其目标数值比较，根据差值的大小确定包括起动、停止指令以及运行过程中速度给定值等参数，并传送给变频器2，变频器2根据可编程逻辑控制器(PLC)1的指令，控制电动机3转动，通过齿轮齿条传动机构5使道岔沿轨道作直线运动，实现道岔的定位控制。
本发明平移道岔直线运动精确定位的控制方法构思巧妙、合理，平移道岔直线运动采用齿轮-齿条传动方式，机构的运动精度高，能有效满足道岔和锁定动作的要求，延长了设备使用寿命，可实现设备实时监控和故障诊断保护。
本发明平移道岔直线运动精确定位的控制系统结构设计简单，速度闭环完成平移道岔直线运动过程中精确的速度控制，位置闭环完成平移道岔直线运动过程中的定位控制和检测，并作为速度闭环控制的指令源，使平移道岔直线运动的起动和停止阶段运行平稳，降低直线运动起动、停止时大惯量对传动机构的冲击，延长设备使用寿命。

Claims (9)

1.一种平移道岔直线运动精确定位的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
(1)先确定道岔各个岔位之间脉冲计数的目标值(即与满足道岔平移运动距离的脉冲计数值)，通过道岔运转实测，将道岔各个岔位之间的直线运动距离转换为转辙控制时的脉冲计数目标数值以及脉冲计数值和目标数值的允许差值，以消除传动机构的积累误差影响；
(2)在道岔解锁到位的情况下，使变频器控制电机处于零速大转矩输出状态，以防止制动器打开后道岔滑移；
(3)由可编程逻辑控制器通过中间继电器打开制动器；
(4)再由可编程逻辑控制器根据道岔当前位置和目标位置确定电机驱动方向和脉冲计数目标值；
(5)接着由可编程逻辑控制器通过计数模块读入转辙过程中的脉冲计数值；
(6)紧接着，通过可编程逻辑控制器将脉冲计数值和其目标数值比较，根据差值的大小确定相应参数并传送给变频器；
(7)最后由变频器根据可编程逻辑控制器的指令，控制电动机转动并通过传动机构使道岔梁沿轨道作直线运动，最终实现道岔的定位控制。
2.如权利要求1所述的平移道岔直线运动精确定位的方法，其特征在于：所述步骤(6)中的相应参数包括起动、停止指令以及运行过程中速度给定值。
3.一种基于权利要求1或2所述的平移道岔直线运动精确定位的控制方法的控制系统，其特征在于：所述控制系统包括可编程逻辑控制器、变频器、电动机、脉冲分配器和传动机构；
所述可编程逻辑控制器接收上位信号控制系统给出的目标位置给定信号，其一端双向电连接所述变频器，另一端控制连接有制动器并通过所述制动器连接所述电动机；
所述变频器与所述电动机双向电连接，以控制所述电动机的速度，使所述电动机以零速大转矩输出或按照给定速度运行。
所述电动机的动力输出端连接所述传动机构连接，后输出轴上装设有编码器；所述编码器与所述脉冲分配器连接并将反馈信号传给所述脉冲分配器；
所述脉冲分配器分别电连接所述可编程逻辑控制器和变频器；
所述传动机构分别连接固定所述电动机和沿轨道直线运动的道岔走形部分，以实现道岔直线运动。
4.如权利要求3所述的平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其特征在于：所述变频器、电动机和编码器构成速度控制闭环，以完成平移道岔直线运动过程中精确的速度控制。
5.如权利要求4所述的平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器、变频器、电动机和编码器构成位置控制闭环，以完成平移道岔直线运动过程中的定位控制和检测，并作为所述速度控制闭环的指令源，使平移道岔直线运动的起动和停止阶段运行平稳。
6.如权利要求3所述的平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器与变频器之间采用总线通讯连接。
7.如权利要求3所述的平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器通过中间继电器连接所述制动器，以实现对所述制动器的控制。
8.如权利要求3所述的平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其特征在于：所述电动机采用的是三相异步电动机。
9.如权利要求3所述的平移道岔直线运动精确定位的控制系统，其特征在于；所述传动机构采用的是齿轮-齿条传动机构。
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