CN107765632A - 一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及城市轨道交通工程设备及方法技术领域，具体是一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置及控制方法，当轨距发生变化时，即时检测轨道相对走行轮位置变化数据传送到上位机控制系统，根据变化测量控制走行轮相对轨道移动，实现行进过程自动变跨。本发明同现道床施工方法相比，其优点在于：通用性强，可与轨道施工中的各种自动变跨设备建立连接；信号稳定，显示直观，方便调整；结构紧凑，拆装方便；使用范围广，即可应用在钢轨的偏移量检测，如：变跨铺轨机；同时亦可应用于直线运动的物体相对与基础部分发生偏移时的状态检测，如：大跨度桥式或门式起重机、皮带轮传送等；价格低廉，经济可靠。

Description

一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置及控制方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通工程设备及方法技术领域，具体是一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置及控制方法。

背景技术

目前我国轨道工程施工中，设备对行进中自动检测变化轨距的纠偏并无成功先例，常用的的起重机纠偏多采用PID变频纠偏技术，但对于轨距时刻变化的地铁施工不能够采用此类技术，并且变频纠偏是以控制系统的一个组成部分，无模块化、通用性不强，其发展前景受到一定的制约。目前常用的传感装置有：压力、位移、光电等传感器，其信号类型多以模拟量形式存在。但用作设备行进中感应变跨，其效果并不理想。从结构特点上可分为两个类型：一种是接触式传感，另一种为非接触式传感；而从信号类型上可分为节点量传感和模拟量传感。其性能分析如下：接触式（如接近开关）节点量长期接触磨损严重，另外接触式存在行程问题当触点弹片发生弹性形变时，易导致传感信号失真，不适合应用于复杂工作条件下的轨道施工设备上；接触式模拟量传感（如压力、位移传感器），长期工作磨损严重，机械故障率高，信号易丢失；非接触式模拟量传感（如光电、位移传感器），其灵敏度高，信号源不间断传输，因信号检测轨道表面光洁度不够，易导致信号失真；另外模拟量传感可根据轨距的偏移量变化情况调节变跨速度，在使用过程中会在变跨距离和变跨速度上存在一个平衡临界点，当变跨速度与行进速度平衡时，因轨道表面的不平整性参数微量的变化都会导致变跨电机反复的加减速，电机在反复的冲击载荷的状态下易出现电机或驱动器过热现象。

综上所述，为确保感应信号的稳定性，开发一种以非接触式节点量信号为传感手段，借助光栅工作原理的行进过程自动感应轨距变化检测装置及控制方法，实现行进过程轨距变化自动感应检测纠偏。

发明内容

本发明的目的就是为实现轨道施工设备在行进过程中自动变跨或纠偏技术问题，提供一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置及控制方法。

为了达到上述目的，设计一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置及控制方法，当轨距发生变化时，即时检测轨道相对走行轮位置变化数据传送到上位机控制系统，根据变化测量控制走行轮相对轨道移动，实现行进过程自动变跨。

所述的设备行进过程轨距变化自动感应检测装置，包括电源模块、信号采集模块、信号处理及显示通信模块和上位机，所述的信号采集模块与信号处理及显示通信模块信号相连，用于将采集得到的信号传输至所述的信号处理及显示通信模块并由信号处理及显示通信模块进行分析处理，所述的信号处理及显示通信模块与上位机信号相连，用于将经信号处理及显示通信模块分析处理后得到的控制信号输出至上位机，并由上位机完成对设备的驱动控制，所述的电源模块用于为信号处理模块、信号采集模块及显示通信模块供电。

所述的信号采集模块包括四组光电信号采集装置，所述的四组光电信号采集装置分别设于所述设备的行进方向前端的左右两侧和行进方向后端的左右两侧，每组光电信号采集装置上设有若干个光电接近开关。

所述的信号处理及显示通信模块包括信号处理模块和通信显示模块，所述的信号处理模块用于接收光电信号采集装置的开关量信号，在进行处理计算后将处理数据传输至通信显示模块，由所述的通信显示模块显示两股钢轨的偏移量数值，并向上位机输出变跨信号。

所述的电源模块用于将220V的交流输入电压转换为24V和5V的直流输出电压，所述的24V地直流输出电压用于为信号采集模块和通信显示模块供电，所述的5V的直流输出电压用于为信号处理模块供电。

所述的若干个光电接近开关位于同一直线上，所述的直线与轨道相垂直并与轨距变化的方向相平行。

所述的若干个光电接近开关之间的间距为1cm。

所述的光电接近开关为漫反射型激光接近开关，采用继电器输出，检测距离为0-15cm可调，响应时间2ms。

所述的通信显示模块通过五个继电器干接点输出变跨信号，所述的变跨信号包括内变跨1档、内变跨2档、外边跨1档、外边跨2档和故障。

本发明还设计一种所述的设备行进过程轨距变化自动感应检测装置的控制方法，所述的方法如下：信号的分析处理由信号处理及显示通信模块的单片机完成，单片机分别对若干个光电接近开关的输入信号编号排序，排序方式从左往右依次为：123…n，所述的单片机取设备前进后退两个开关量节点，作为前端光电信号采集装置和后端光电信号采集装置的选择开关。

当设备前进时，所述设备的行进方向前端左右两侧的光电信号采集装置功工作，单片机分别对前端左右两侧的光电信号采集装置送入的开关量信号所对应的第一位数值对比分析处理如下：当前端左侧的第一位数值-前端右侧的第一位数值=0时，无输出，设备不变跨；当前端左侧的第一位数值-前端右侧的第一位数值= ︱x︱﹥0时，单片机将偏移量数值送入信号处理及显示通信模块由显示屏显示然后由数字量转换为0-10V的模拟量上传至上位机，上位机根据接收到的数值量，调整设备的变跨启动装置的速度及变跨距离。

当设备后退时，所述设备的行进方向后端左右两侧的光电信号采集装置功工作，单片机分别对后端左右两侧的光电信号采集装置送入的开关量信号所对应的第一位数值对比分析处理如下：当后左侧的第一位数值-后端右侧的第一位数值=0时，无输出，设备不变跨；当后端左侧的第一位数值-后端右侧的第一位数值= ︱x︱﹥0时，单片机将偏移量数值送入信号处理及显示通信模块由显示屏显示然后由数字量转换为0-10V的模拟量上传至上位机，上位机根据接收到的数值量，调整设备的变跨启动装置的速度及变跨距离。

所述的单片机读取开关量信号的方法如下：

读取两组设备发出的选择信号，以判断设备处于前进状态或是后退状态，若检出单片机内部电路故障，则报警输出。

若设备处于前进状态，则单片机分别读取两组前端左右两侧的光电信号采集装置的开关量信号，并将所采集到的若干节点量传入信号处理模块，信号处理模块接受到开关量信号后分两路送入单片机，若两路开关量信号不相同，则报警输出，若两路开关量信号相同，则进行分析处理。

若设备处于后退状态，则分别读取两组后端左右两侧的光电信号采集装置的开关量信号，并将所采集到的若干节点量传入信号处理模块，信号处理模块接受到开关量信号后分两路送入单片机，若两路开关量信号不相同，则报警输出，若两路开关量信号相同，则进行分析处理。

当单片机对比分析处理得到的数值为正值时则输出外变跨信号，当单片机对比分析处理得到的数值为负值时则输出内变跨信号，单片机根据得到的偏移量数值的大小相应选择变跨信号的档位并相应输出至上位机。并能通过通信接口将单片机对比分析处理得到的偏移量数值传输至设备操作界面以实时显示偏移量。

本发明同现道床施工方法相比，其优点在于：

1、通用性强，可与轨道施工中的各种自动变跨设备建立连接；

2、信号稳定，显示直观，方便调整；

3、结构紧凑，拆装方便；

4、使用范围广，即可应用在钢轨的偏移量检测，如：变跨铺轨机；同时亦可应用于直线运动的物体相对与基础部分发生偏移时的状态检测，如：大跨度桥式或门式起重机、皮带轮传送等；

5、价格低廉，经济可靠。

[附图说明]

图1为电源模块结构图；

图2a为信号采集模块的结构示意图；

图2b为信号采集模块仰视图；

图2c为信号采集模块的侧视图；

图3为信号处理及显示通信模块结构图；

图4为信号处理模块单片机读取开关量信号的流程示意图；

图5为检测装置构架图；

图6为偏移量信号采集状态示意图；

图7为实施例一本发明应用于铺轨机时的结构示意图；

图8为实施例一本发明应用于铺轨机时的侧视图；

图9为实施例一本发明应用于铺轨机时的俯视图；

图10为实施例二本发明应用于大跨度龙门起重机的应用示意图；

图11为图10中A部分的局部放大图；

图中：1-1.AC220V电源输入 1-2.DC24V电源输出 1-3.DC5V输出 2-1.光电接近开关2-2.信号输出孔 2-3.接收装置外壳 2-4.接收装置底座 3-1.采集信号输入孔 3-2.信号输出孔 3-3.电源输入孔 4-1.处理及通信显示模块 4-2.信号采集装置 4-3.电源模块 4-4.上位机 5-1.A组信号采集装置 5-2.B组信号采集装置 5-3.光束 5-4.钢轨 5-5.道床 6-1.控制箱 6-2.大车行走轮 6-3.运行驱动装置 6-4.偏移量检测装置 6-5.钢轨 6-6.卷线盘 6-7.变跨驱动装置 7-1.刚性支腿 7-2.柔性支腿 7-3.控制系统 7-4.偏移量检测装置 7-5.轨道轮。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构及方法的施工对本专业的人来说是非常清楚的。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。

参见图1，电源模块是由市场上通用性强的AC220V/DC24V/DC5V的电源模块，输入电压为交流220V，分别输出24V和5V直流电压，24V为光电开关和显示屏供电，5V为单片机供电。

参见图2，信号采集模块由四组光电信号采集装置构成，分别为称为A组、B组、C组、D组。每组采集装置内置10个反射型光电接近开关，排列成 “一”字形均匀布置，间隔1cm，可根据检测精度调整光电开关数量及间距，光电开关采用继电器输出，检测距离0-15cm可调，响应时间2ms。将检测信号开关量全部送入单片机。

参见图4，信号处理模块是由单片机控制完成，单片机接收开关量信号，进行处理计算，并将处理数据传输至显示通信模块。所述的单片机读取开关量信号的方法如下：

读取两组设备发出的选择信号，以判断设备处于前进状态或是后退状态，若检出单片机内部电路故障，例如读取到的两组选择信号不相同，则报警输出。

若设备处于前进状态，则分别读取两组前端左右两侧的光电信号采集装置的开关量信号，所采集到的若干节点量，传入信号处理模块，信号处理模块接受到开关量信号后分两路送入单片机，若两路开关量信号不相同，则报警输出，若两路开关量信号相同，则进行分析处理。

若设备处于后退状态，则分别读取两组后端左右两侧的光电信号采集装置的开关量信号，所采集到的若干节点量，传入信号处理模块，信号处理模块接受到开关量信号后分两路送入单片机，若两路开关量信号不相同，则报警输出，若两路开关量信号相同，则进行分析处理。

通信显示模块主要由触摸屏构成和通信接口组成，显示屏显示两股钢轨偏移量数值，当数值为正值时输出外变跨信号，当数值为负值时输出内变跨信号，输出共由五个继电器干接点组成，分别为：内变跨1档、内变跨2档、外变跨1档、外变跨2档、故障；还可通过通信接口将信号变化量传输至设备操作界面实时显示偏移量。

参见图5，其信号采集装置为漫反射型激光接近开关，通过其采集的信号传输至单片机，经分析处理后将控制信号输出至上位机，由上位机完成对设备各部位的驱动控制，检测系统构架。

参见图6，偏移量检测装置的信号处理是由单片机完成的，单片机分别对输入信号编号排序，例如每组信号采集装置设有10个光电开关，则排序方式从左往右，即从钢轨外侧向钢轨内侧依次排序，依次为：1234…10，当设备前进时，前面两组工作，即：A、B组工作；当设备后退时后面两组工作，即，C、D组工作。当设备前进时，单片机分别对前面两组送入的开关量信号所对应的第一位数值对比计算。计算如下：当A组第一位数值-B组第一位数值=0时无输出，设备不变跨；当A组第一位数值-B组第一位数值=︱x︱﹥0时，单片机将偏移量数值送入显示屏然后由数字量转换为0-10V的模拟量上传至控制箱，控制箱通过显示屏，可显示实时状态下的偏移量数值。其中，第一位数值是指经单片机编号的输入信号（1、2、3…10），如A组的第2个、第3个光电开关同时输入则认为第2个光电开关为第一位输入数值，即输入的最小值，其他信号不做处理，当第一位信号故障时，而单片机没有检出故障，则认为第2个光电开关为第一位输入值。通过内变或外变信号，调整变跨驱动装置的速度及变跨距离。后退时计算及控制方式相同。单片机取设备前进后退两个开关量节点，作为前后工作组的选择开关。

单片机根据分析处理得到的偏移量数值来相应改变输出的电压信号并能将信号送入控制箱以显示偏移量的大小，即电压信号的大小对应了偏移量大小，如经单片机编码的数字量第一位经计算数值为1或-1时，经单片机数值转换可输出1V的电压信号。

单片机输出开关量以告诉控制箱要怎么动作，如：输出内变1档，控制箱可通过该信号驱动变跨电机正转或反转一档动作。在输出开关量的同时，单片机会根据偏移量的数值输出模拟量告诉控制箱偏移量的大小，从而使控制箱能够直观的看到偏移量情况。

实施一：本发明在铺轨机上应用方法。

参见图7-9，所述的感应检测装置用于铺轨机时，所述的铺轨机包括四个行走轮，在四个行走轮位置处分别设有信号采集模块，即前侧行走轮的前端，以及后侧行走轮的后端均设有信号采集模块，所述的铺轨机还包括信号相连的运行驱动装置、变跨驱动装置和控制箱，所述的控制箱与偏移量检测装置信号相连。

本实施例的应用方法如下：

1.在铺轨机上安装偏移量检测装置，铺轨机的四个行走轮前端各安装一组。

2.铺轨机就位，放置钢轨上，其轨距为1508mm。

3.架设过渡轨，并检查过渡轨与钢轨固定情况，钢轨标准轨距3800mm。

4.偏移量检测装置与铺轨机控制箱连接，并接通电源，通信显示正常，信号正常。

5.铺轨机控制箱切换至变跨状态，启动铺轨机行走开关，行走驱动装置运行。

6.铺轨机运行，当轨距由1508-3800mm变化时，偏移量检测装置接收到错位信号，同时将计算后的输出信号送至设备控制箱的PLC内。

7.PLC识别计算后的数值，当输入为负值时变跨驱动装置调节缩小跨度，当输入为正值时变跨驱动装置调节增大跨度。根据数值大小调节变跨速度。

8.设备通过变跨区间，由操作箱变跨状态切换至正常工作状态。铺轨机正常运行，偏移量检测装置信号屏蔽。

实施例二：本发明在大跨度龙门起重机上的应用方法。

参见图10-11，所述的大跨度龙门起重机包括刚性支腿和柔性支腿，所述的刚性支腿和柔性支腿底部两侧均设有轨道轮，所述的轨道轮前端设有所述的信号采集模块，也能够仅设置两组所述的信号采集模块，所述的两组信号采集模块分别设于所述的刚性支腿和柔性支腿底部对角线方向的轨道轮前端，所述的感应检测装置与龙门起重机上设有的控制系统信号相连。

本实施例的应用方法如下：

1、在刚性支腿与柔性支腿对角线方向的轨道轮前端各安装一组偏移量检测装置。

2、将大车运行信号传输至偏移量检测装置的信号处理单片机。

3、将信号处理单片机输出信号传输至控制系统。

4、控制系统通过PLC将信号偏差值累加至柔性支腿驱动变频器，从而达到纠偏的目的。

Claims (10)

1.一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置，包括电源模块、信号采集模块、信号处理及显示通信模块和上位机，其特征在于所述的信号采集模块与信号处理及显示通信模块信号相连，用于将采集得到的信号传输至所述的信号处理及显示通信模块并由信号处理及显示通信模块进行分析处理，所述的信号处理及显示通信模块与上位机信号相连，用于将经信号处理及显示通信模块分析处理后得到的控制信号输出至上位机，并由上位机完成对设备的驱动控制，所述的电源模块用于为信号处理模块、信号采集模块及显示通信模块供电；

所述的信号采集模块包括四组光电信号采集装置，所述的四组光电信号采集装置分别设于所述设备的行进方向前端的左右两侧和行进方向后端的左右两侧，每组光电信号采集装置上设有若干个光电接近开关；

所述的信号处理及显示通信模块包括信号处理模块和通信显示模块，所述的信号处理模块用于接收光电信号采集装置的开关量信号，在进行处理计算后将处理数据传输至通信显示模块，由所述的通信显示模块显示两股钢轨的偏移量数值，并向上位机输出变跨信号。

2.如权利要求1所述的一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置，其特征在于所述的电源模块用于将220V的交流输入电压转换为24V和5V的直流输出电压，所述的24V地直流输出电压用于为信号采集模块和通信显示模块供电，所述的5V的直流输出电压用于为信号处理模块供电。

3.如权利要求1所述的一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置，其特征在于所述的若干个光电接近开关位于同一直线上，所述的直线与轨道相垂直并与轨距变化的方向相平行。

4.如权利要求3所述的一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置，其特征在于所述的若干个光电接近开关之间的间距为1cm。

5.如权利要求1所述的一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置，其特征在于所述的光电接近开关为漫反射型激光接近开关，采用继电器输出，检测距离为0-15cm可调，响应时间2ms。

6.如权利要求1所述的一种设备行进过程轨距变化自动感应检测装置，其特征在于所述的通信显示模块通过五个继电器接点输出变跨信号，所述的变跨信号包括内变跨1档、内变跨2档、外边跨1档、外边跨2档和故障。

7.一种如权利要求1所述的设备行进过程轨距变化自动感应检测装置的控制方法，其特征在于所述的方法如下：信号的分析处理由信号处理及显示通信模块的单片机完成，单片机分别对每组光电信号采集装置的若干个光电接近开关的输入信号编号排序，所述的若干个光电接近开关位于同一直线上，所述的直线与轨道相垂直并与轨距变化的方向相平行，由轨道外至轨道内依次排序为：123…n，所述的单片机取设备前进后退两个开关量节点，作为前端光电信号采集装置和后端光电信号采集装置的选择开关，

当设备前进时，所述设备的行进方向前端左右两侧的光电信号采集装置功工作，单片机分别对前端左右两侧的光电信号采集装置送入的开关量信号所对应的第一位数值对比分析处理如下：当前端左侧的第一位数值-前端右侧的第一位数值=0时，无输出，设备不变跨；当前端左侧的第一位数值-前端右侧的第一位数值= ︱x︱﹥0时，单片机将偏移量数值送入信号处理及显示通信模块由显示屏显示然后由数字量转换为0-10V的模拟量上传至上位机，上位机根据接收到的数值量，调整设备的变跨启动装置的速度及变跨距离；

当设备后退时，所述设备的行进方向后端左右两侧的光电信号采集装置功工作，单片机分别对后端左右两侧的光电信号采集装置送入的开关量信号所对应的第一位数值对比分析处理如下：当后左侧的第一位数值-后端右侧的第一位数值=0时，无输出，设备不变跨；当后端左侧的第一位数值-后端右侧的第一位数值= ︱x︱﹥0时，单片机将偏移量数值送入信号处理及显示通信模块由显示屏显示然后由数字量转换为0-10V的模拟量上传至上位机，上位机根据接收到的数值量，调整设备的变跨启动装置的速度及变跨距离。

8.如权利要求7所述的设备行进过程轨距变化自动感应检测装置的控制方法，其特征在于所述的单片机读取开关量信号的方法如下：

读取两组设备发出的选择信号，以判断设备处于前进状态或是后退状态，若检出单片机内部电路故障，则报警输出；

若设备处于前进状态，则分别读取两组前端左右两侧的光电信号采集装置的开关量信号，并将所采集到的若干节点量传入信号处理模块，信号处理模块接受到开关量信号后分两路送入单片机，若两路开关量信号不相同，则报警输出，若两路开关量信号相同，则进行分析处理；

若设备处于后退状态，则分别读取两组后端左右两侧的光电信号采集装置的开关量信号，并将所采集到的若干节点量传入信号处理模块，信号处理模块接受到开关量信号后分两路送入单片机，若两路开关量信号不相同，则报警输出，若两路开关量信号相同，则进行分析处理。

9.如权利要求7所述的设备行进过程轨距变化自动感应检测装置的控制方法，其特征在于当单片机对比分析处理得到的数值为正值时则输出外变跨信号，当单片机对比分析处理得到的数值为负值时则输出内变跨信号，单片机根据得到的偏移量数值的大小相应选择变跨信号的档位并相应输出至上位机。

10.如权利要求7所述的设备行进过程轨距变化自动感应检测装置的控制方法，其特征在于能通过通信接口将单片机对比分析处理得到的偏移量数值传输至设备操作界面以实时显示偏移量。