CN108263430A - 道岔的控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道岔及其的控制系统和方法，所述系统包括：伺服电机，伺服电机用于驱动道岔进行转辙；编码器，编码器设置在伺服电机的输出轴上，编码器用于获取伺服电机运转过程中的脉冲数；伺服控制器，伺服控制器分别与伺服电机和编码器相连，伺服控制器用于根据目标脉冲数和伺服电机运转过程中的脉冲数对伺服电机进行控制，以对道岔进行速度和位置的闭环控制。从而实现对道岔的精准控制，并且结构简单，可靠性高，同时有效减少了限位开关的使用数量，大大降低了安装布线难、后期维护难的问题。

Description

道岔的控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种道岔的控制系统和一种道岔的控制方法。

背景技术

道岔是一种使机车车辆从一个轨道转入另一个轨道的线路连接设备，通过道岔，可以充分发挥线路的通过能力，例如，对于单线铁路来说，通过铺设道岔，就可以对开列车。

道岔可以包括单开道岔和双开道岔。如图1所示，常见的普通单开道岔可由转辙器、连接部分、辙叉及护轨三部分组成，转辙器包括基本轨、尖轨和转辙机械。当机车车辆从A轨道转入B轨道时，通过控制转辙机械，使得尖轨发生移动，尖轨1密贴基本轨1，同时尖轨2脱离基本轨2，从而使得机车车辆切换至B轨道，然后，机车车辆进入连接部分，沿着导曲线轨过渡到辙叉及护轨部分，该部分主要包括辙叉心、翼轨和护轨，以保证机车车辆能够安全通过两轨道的交叉点。

相关技术中，主要是通过接触器、电机和限位开关，或者变频器、电机和限位开关等对转辙机械进行控制，以实现道岔的转辙和定位。通常为了能够保证道岔的精准定位，会在道岔的相应位置设置许多限位开关，由于道岔使用环境比较恶劣，限位开关很容易发生损坏，可靠性低，同时由于限位开关数量多，限位开关与控制柜之间的连接线多，因而不仅导致安装时布线繁琐，而且增加了后期维护的难度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种道岔的控制系统，不仅能够实现对道岔的精准控制，而且结构简单、可靠性高，同时有效减少了限位开关的使用数量，大大降低了安装布线难、后期维护难的问题。

本发明的另一个目的在于提出一种道岔的控制方法。

为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种道岔的控制系统，包括：伺服电机，所述伺服电机用于驱动所述道岔进行转辙；编码器，所述编码器设置在所述伺服电机的输出轴上，所述编码器用于获取所述伺服电机运转过程中的脉冲数；伺服控制器，所述伺服控制器分别与所述伺服电机和所述编码器相连，所述伺服控制器用于根据目标脉冲数和所述伺服电机运转过程中的脉冲数对所述伺服电机进行控制，以对所述道岔进行速度和位置的闭环控制。

根据本发明实施例的道岔的控制系统，当需要对道岔进行转辙控制时，伺服控制器根据目标脉冲数和伺服电机运转过程中反馈的脉冲数对伺服电机进行控制，以对道岔进行速度和位置进行闭环控制，从而不仅能够实现对道岔的精准控制，而且结构简单、可靠性高，同时有效减少了限位开关的使用数量，大大降低了安装布线难、后期维护难的问题。

根据本发明的一个实施例，上述的道岔的控制系统还包括：定位模块，所述定位模块用于根据所述道岔的当前位置和目标位置输出所述道岔从所述当前位置转辙至所述目标位置时的目标脉冲数。

根据本发明的一个实施例，当所述伺服电机运转过程中的脉冲数与所述目标脉冲数相同时，所述伺服控制器控制所述伺服电机停止运转。

根据本发明的一个实施例，上述的道岔的控制系统还包括：PLC控制器，所述PLC控制器与所述伺服控制器相连，其中，所述伺服控制器还用于实时地将所述道岔的速度和位置发送至所述PLC控制器。

根据本发明的一个实施例，上述的道岔的控制系统还包括：终端，所述终端与所述PLC控制器相连，其中，所述PLC控制器还用于将所述道岔的速度和位置发送至所述终端并进行显示。

为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种道岔的控制方法，包括以下步骤：通过伺服电机驱动所述道岔进行转辙，并获取所述伺服电机运转过程中的脉冲数；根据目标脉冲数和所述伺服电机运转过程中的脉冲数通过所述伺服控制器对所述伺服电机进行控制，以对所述道岔进行速度和位置的闭环控制。

根据本发明实施例的道岔的控制方法，当需要对道岔进行转辙控制时，伺服控制器根据目标脉冲数和伺服电机运转过程中反馈的脉冲数对伺服电机进行控制，以对道岔进行速度和位置进行闭环控制，从而不仅能够实现对道岔的精准控制，而且方法简单、可靠性高，同时有效减少了限位开关的使用数量，大大降低了安装布线难、后期维护难的问题。

根据本发明的一个实施例，上述的道岔的控制方法还包括：根据所述道岔的当前位置和目标位置输出所述道岔从所述当前位置转辙至所述目标位置时的目标脉冲数。

根据本发明的一个实施例，当所述伺服电机运转过程中的脉冲数与所述目标脉冲数相同时，控制所述伺服电机停止运转。

根据本发明的一个实施例，上述的道岔的控制方法还包括：对所述道岔的速度和位置进行显示。

附图说明

图1是常见的普通单开道岔的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的道岔的控制系统的结构示意图；

图3是根据一个本发明实施例的道岔的控制系统的结构示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的道岔的控制系统的结构示意图；以及

图5是根据本发明实施例的道岔的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的道岔的控制系统、具有该控制系统的道岔以及道岔的控制方法。

图2是根据本发明实施例的道岔的控制系统的结构示意图。如图2所示，该道岔的控制系统可包括伺服电机20、编码器30和伺服控制器40。

其中，伺服电机20用于驱动道岔进行转辙，编码器30设置在伺服电机20的输出轴上，编码器30用于获取伺服电机20运转过程中的脉冲数。伺服控制器40分别与伺服电机20和编码器30相连，伺服控制器40用于根据目标脉冲数和伺服电机20运转过程中的脉冲数对伺服电机20进行控制，以对道岔进行速度和位置的闭环控制。

具体而言，在机车车辆根据预设路线运行的过程中，可能会从一个轨道切换至另一个轨道，当机车车辆需要进行轨道切换时，可以发送轨道切换信号至伺服控制器40。伺服控制器40在接收到轨道切换信号后，可根据预设的道岔完成转辙所对应的伺服电机的目标脉冲数控制伺服电机20启动运转，以驱动道岔的行走机构实现道岔的转辙。在伺服电机20启动运转以驱动道岔转辙的过程中，安装在伺服电机20的输出轴上的编码器30会输出与伺服电机20运转状态相匹配的脉冲数，并反馈至伺服控制器40，伺服控制器40根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对伺服电机20进行速度闭环控制，以实现道岔的平稳转辙，同时，根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对伺服电机20进行位置闭环控制，以实现道岔位置的精准控制。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，上述的道岔的控制系统还可包括：定位模块10，定位模块10用于根据道岔的当前位置和目标位置输出道岔从当前位置转辙至目标位置时的目标脉冲数。

具体而言，在机车车辆根据预设路线运行的过程中，可能会从一个轨道切换至另一个轨道，当机车车辆需要进行轨道切换时，可以先发送轨道切换信号至定位模块10。由定位模块10根据轨道切换信号获取相应的道岔的目标位置，并根据道岔的当前位置和目标位置获取道岔从当前位置转辙至目标位置时伺服电机所对应的目标脉冲数，以保证道岔能够准确转辙至目标位置，然后将该目标脉冲数发送至伺服控制器40。

伺服控制器40在接收到目标脉冲数后，根据目标脉冲数开始控制伺服电机20启动运转，以驱动道岔的行走机构实现道岔的转辙。在伺服电机20启动运转以驱动道岔转辙的过程中，安装在伺服电机20的输出轴上的编码器30会输出与伺服电机20运转状态相匹配的脉冲数，并反馈至伺服控制器40，伺服控制器40根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对伺服电机20进行速度闭环控制，以实现道岔的平稳转辙，同时，根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对伺服电机20进行位置闭环控制，以实现道岔位置的精准控制。

根据本发明实施例的道岔的控制系统，通过伺服控制器根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对道岔的行进速度和行进位置进行闭环控制，因而不仅能够实现道岔行进速度和行进位置的精准控制，同时可有效减少限位开关的使用数量，进而有效减少限位开关布线难、后期维护难以及可靠性低的问题，而且伺服控制器能够同时实现速度和位置的精准控制，使得系统结构简单，可靠性高。

根据本发明的一个实施例，当伺服电机20运转过程中的脉冲数与目标脉冲数相同时，伺服控制器40控制伺服电机20停止运转。

也就是说，当定位模块10输出的目标脉冲数与伺服电机20通过编码器30反馈的脉冲数相同时，表示道岔已经到达所需目标位置，此时控制伺服电机20停止运转，从而实现道岔的精准定位。由于伺服控制器40能够同时实现速度和位置的闭环控制，与通过多个控制器分别对速度和位置进行闭环控制的方式相比，可以有效减少通讯线路之间的数据传输，有效减少控制的延时性，从而可以使得位置的定位更加精准，同时可减少目标位置处限位开关的设置。

进一步地，根据本发明的一个实施例，如图3所示，上述的道岔的控制系统还包括：PLC控制器50，PLC控制器50与伺服控制器40相连，其中，伺服控制器40还用于实时地将道岔的速度和位置发送至PLC控制器。

具体而言，在伺服控制器40根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对道岔进行转辙控制的过程中，伺服控制器40还通过一定的算法对反馈的脉冲数进行处理，以获取道岔转辙运行过程中的行进速度和行进位置，并将该行进速度和行进位置实时反馈给PLC控制器50，由PLC控制器50根据反馈的信息对其他继电器等进行控制。例如，PLC控制器50可以根据反馈的行进位置和行进速度来判断道岔是否发生故障，例如，一段时间内，如果PLC控制器50检测到道岔的行进位置一直未发生变化，可能是道岔的行走机构出现故障，或者因障碍物导致道岔无法继续进行转辙，此时PLC控制器50可控制相应保护继电器动作，以防止系统进一步发生故障。

进一步地，如图4所示，根据本发明的一个实施例，上述的道岔的控制系统还包括终端60，终端60与PLC控制器50相连，其中，PLC控制器50还用于将道岔的速度和位置发送至终端60并进行显示。

具体地，定位模块10可以集成在PLC控制器50中，PLC控制器50、伺服控制器40、伺服电机20、编码器30和道岔行走机构可以设置在同一个控制柜中。终端60可以包括位于现场的工控机，该工控机与PLC控制器50通过现场总线相连。在道岔进行转辙的过程中，PLC控制器50将接收到的伺服控制器40发送过来的道岔的行进位置和行进速度转发至工控机，由工控机进行显示和存储，以便现场人员能够实时观察到道岔的行进速度和行进位置。同时，PLC控制器50还可将继电器的开关信号、供电电源工作状态等信息转发至工控机，由工控机对相关数据信息进行存储并显示，以便现场人员可以实时观察到，并进行维护。

另外，终端50还可包括远程人机界面，PLC控制器50还将道岔的行进位置和行进速度、继电器的开关信号、供电电源工作状态等信息，通过互联网上传至远程人机界面，从而使得远程监控人员可以实时了解到现场道岔的行进状态以及其他相关信息，以便远程监控人员根据现场信息做出相应调整，尤其是在出现故障时，可以及时发现并调整机车车辆的行进轨道，同时第一时间对故障点进行维修处理。

综上所述，根据本发明实施例的道岔的控制系统，当需要对道岔进行转辙控制时，伺服控制器根据目标脉冲数和伺服电机运转过程中反馈的脉冲数对伺服电机进行速度和位置进行闭环控制，从而不仅能够实现对道岔的精准控制，而且结构简单、可靠性高，同时有效减少了限位开关的使用数量，大大降低了安装布线难、后期维护难的问题。另外，伺服控制器还将道岔的行进速度和行进位置发送至终端，包括现场的工控机和远程人机界面，这样不管是现场维护还是远程监控人员都可以实时了解到道岔转辙过程中的速度和位置的变化。

图5是根据本发明实施例的道岔的控制方法的流程图。如图5所示，该道岔的控制方法可包括以下步骤：

S1，通过伺服电机驱动道岔进行转辙，并获取伺服电机运转过程中的脉冲数。其中，可通过编码器获取伺服电机运转过程中的脉冲数。

S2，根据目标脉冲数和伺服电机运转过程中的脉冲数通过伺服控制器对伺服电机进行控制，以对道岔进行速度和位置的闭环控制。

具体而言，在机车车辆根据预设路线运行的过程中，可能会从一个轨道切换至另一个轨道，当机车车辆需要进行轨道切换时，可以发送轨道切换信号至伺服控制器。伺服控制器在接收到轨道切换信号后，可根据预设的道岔完成转辙所对应的伺服电机的目标脉冲数控制伺服电机启动运转，以驱动道岔的行走机构实现道岔的转辙。在伺服电机启动运转以驱动道岔转辙的过程中，安装在伺服电机的输出轴上的编码器会输出与伺服电机运转状态相匹配的脉冲数，并反馈至伺服控制器，伺服控制器根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对伺服电机进行速度闭环控制，以实现道岔的平稳转辙，同时，根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对伺服电机进行位置闭环控制，以实现道岔位置的精准控制。

根据本发明的一个实施例，上述的道岔的控制方法还可包括：根据道岔的当前位置和目标位置输出道岔从当前位置转辙至目标位置时的目标脉冲数。

具体而言，在机车车辆根据预设路线运行的过程中，可能会从一个轨道切换至另一个轨道，当机车车辆需要进行轨道切换时，可以先发送轨道切换信号至定位模块。由定位模块根据轨道切换信号获取相应的道岔的目标位置，并根据道岔的当前位置和目标位置获取道岔从当前位置转辙至目标位置时伺服电机所对应的目标脉冲数，以保证道岔能够准确转辙至目标位置，然后将该目标脉冲数发送至伺服控制器。

伺服控制器在接收到目标脉冲数后，根据目标脉冲数开始控制伺服电机启动运转，以驱动道岔的行走机构实现道岔的转辙。在伺服电机启动运转以驱动道岔转辙的过程中，安装在伺服电机的输出轴上的编码器会输出与伺服电机运转状态相匹配的脉冲数，并反馈至伺服控制器，伺服控制器根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对伺服电机进行速度闭环控制，以实现道岔的平稳转辙，同时，根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对伺服电机进行位置闭环控制，以实现道岔位置的精准控制。

根据本发明实施例的道岔的控制方法，通过伺服控制器根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对道岔的行进速度和行进位置进行闭环控制，因而不仅能够实现道岔行进速度和行进位置的精准控制，同时可有效减少限位开关的使用数量，进而有效减少限位开关布线难、后期维护难以及可靠性低的问题，而且伺服控制器能够同时实现速度和位置的精准控制，使得系统结构简单，可靠性高。

根据本发明的一个实施例，当伺服电机运转过程中的脉冲数与目标脉冲数相同时，控制伺服电机停止运转。

也就是说，当定位模块输出的目标脉冲数与伺服电机通过编码器反馈的脉冲数相同时，表示道岔已经到达所需目标位置，此时控制伺服电机停止运转，从而实现道岔的精准定位。由于伺服控制器能够同时实现速度和位置的闭环控制，与通过多个控制器分别对速度和位置进行闭环控制的方式相比，可以有效减少通讯线路之间的数据传输，有效减少控制的延时性，从而可以使得位置的定位更加精准，同时可减少目标位置处限位开关的设置。

根据本发明的一个实施例，上述的道岔的控制方法还包括：对道岔的速度和位置进行显示。

具体而言，在伺服控制器根据反馈的脉冲数和目标脉冲数对道岔进行转辙控制的过程中，伺服控制器还可通过一定的算法对反馈的脉冲数进行处理，以获取道岔转辙运行过程中的行进速度和行进位置，并将该行进速度和行进位置通过PLC控制器实时反馈给现场的工控机，由工控机进行显示和存储，以便现场人员能够实时观察到道岔的行进速度和行进位置。同时，还可通过PLC控制器将道岔的行进位置和行进速度等信息，通过互联网上传至远程人机界面，从而使得远程监控人员可以实时了解到现场道岔的行进状态以及其他相关信息，以便远程监控人员根据现场信息做出相应调整，尤其是在出现故障时，可以及时发现并调整机车车辆的行进轨道，同时第一时间对故障点进行维修处理。

根据本发明实施例的道岔的控制方法，当需要对道岔进行转辙控制时，伺服控制器根据目标脉冲数和伺服电机运转过程中反馈的脉冲数对伺服电机进行控制，以对道岔进行速度和位置进行闭环控制，从而不仅能够实现对道岔的精准控制，而且方法简单、可靠性高，同时有效减少了限位开关的使用数量，大大降低了安装布线难、后期维护难的问题。另外，伺服控制器还将道岔的行进速度和行进位置发送至终端，包括现场的工控机和远程人机界面，这样不管是现场维护还是远程监控人员都可以实时了解到道岔转辙过程中的速度和位置的变化。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种道岔的控制系统，其特征在于，包括：

伺服电机，所述伺服电机用于驱动所述道岔进行转辙；

编码器，所述编码器设置在所述伺服电机的输出轴上，所述编码器用于获取所述伺服电机运转过程中的脉冲数；

伺服控制器，所述伺服控制器分别与所述伺服电机和所述编码器相连，所述伺服控制器用于根据目标脉冲数和所述伺服电机运转过程中的脉冲数对所述伺服电机进行控制，以对所述道岔进行速度和位置的闭环控制。

2.如权利要求1所述的道岔的控制系统，其特征在于，还包括：

定位模块，所述定位模块用于根据所述道岔的当前位置和目标位置输出所述道岔从所述当前位置转辙至所述目标位置时的目标脉冲数。

3.如权利要求1所述的道岔的控制系统，其特征在于，当所述伺服电机运转过程中的脉冲数与所述目标脉冲数相同时，所述伺服控制器控制所述伺服电机停止运转。

4.如权利要求1-3中任一项所述的道岔的控制系统，其特征在于，还包括：PLC控制器，所述PLC控制器与所述伺服控制器相连，其中，

所述伺服控制器还用于实时地将所述道岔的速度和位置发送至所述PLC控制器。

5.如权利要求4所述的道岔的控制系统，其特征在于，还包括：终端，所述终端与所述PLC控制器相连，其中，

所述PLC控制器还用于将所述道岔的速度和位置发送至所述终端并进行显示。

6.一种道岔的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过伺服电机驱动所述道岔进行转辙，并获取所述伺服电机运转过程中的脉冲数；

根据目标脉冲数和所述伺服电机运转过程中的脉冲数通过所述伺服控制器对所述伺服电机进行控制，以对所述道岔进行速度和位置的闭环控制。

7.如权利要求6所述的道岔的控制方法，其特征在于，还包括：

根据所述道岔的当前位置和目标位置输出所述道岔从所述当前位置转辙至所述目标位置时的目标脉冲数。

8.如权利要求6所述的道岔的控制方法，其特征在于，当所述伺服电机运转过程中的脉冲数与所述目标脉冲数相同时，控制所述伺服电机停止运转。

9.如权利要求6-8中任一项所述的道岔的控制方法，其特征在于，还包括：

对所述道岔的速度和位置进行显示。