CN109532893A - 地下隧道施工用轨道车控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了地下隧道施工用轨道车控制系统及控制方法，所述的地下隧道施工用轨道车控制系统，包括PLC，与所述的PLC通讯连接的数据采集模块，由所述的PLC控制的电磁阀驱动模块，与所述的PLC通讯连接的操控屏，以及由所述的PLC控制的油门电机，所述的油门电机受驱动加大或者减小油门，本发明是一套针对正在施工的地铁，铁路，引水隧道，公路大长隧道的无人驾驶系统，有效降低人员劳动强度，提高轨道车运行的自动化程度。其以行驶安全和效率为目的，调节轨道车自主运行、智能避障的自动控制设备。列车自动避障系统具有瞬时应对障碍停车、远距离路况检查等功能。

Description

地下隧道施工用轨道车控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于控制系统技术领域，具体涉及一种地下隧道施工用轨道车控制系统及控制方法。

背景技术

在地铁，铁路，引水隧道，矿山隧道施工中有轨运输是最经济的物料运输方式。由于施工环境复杂，线路条件差，完全依靠司机驾驶有轨内燃轨道车或电瓶轨道车牵引编组车辆进行物料输送。

现在的轨道车控制系统还是原来的机械控制系统，系统复杂，可靠性差，对司机的驾驶技术要求比较高，这就导致人工成本增加，而且因为隧道内灯光环境灯复杂，操作人员需要保持高度紧张，劳动强度大，而且容易发生安全事故。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种地下隧道施工用轨道车控制系统，其能自动检测并实施记录，提高驾控安全性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种地下隧道施工用轨道车控制系统，包括PLC，与所述的PLC通讯连接的数据采集模块，由所述的PLC控制的电磁阀驱动模块，与所述的PLC通讯连接的操控屏，以及由所述的PLC控制的油门电机，所述的油门电机受驱动加大或者减小油门，

其中，所述的数据采集模块包括测距传感器、立体摄像头和运行参数传感器；

所述的电磁阀驱动模块的电磁阀对应串接入示警回路和刹车控制回路。

在上述技术方案中，还包括多个间隔设置在轨道一侧的信息桩，以及设置在轨道车上且与所述的PLC通信的读写器。

在上述技术方案中，所述的数据采集模块还包括至少一对对应设置在两个同轴的滚轮上的转速传感器。

在上述技术方案中，还包括遥控器，以及与所述的遥控器对应且与PLC通讯连接的无线传输模块。

在上述技术方案中，还包括后台控制终端，以及沿隧道间隔布置以构成无线wifi网络的无线AP。

在上述技术方案中，所述的轨道车内安装的警戒水位传感器。

一种所述的地下隧道施工用轨道车控制系统的控制方法，包括以下步骤，

1)驱动和运行步骤，

读取轨道车上的传感器参数并计算出当前轨道车的状态，当某个或者多个参数超过程序中设定好的上下限时，通过操控屏显示报警信息，若无误则正常启动；

2)防撞控制步骤，

21)利用测距传感器探测前方远距离处道路情况，若探测到人或者设备在运行轨道上，立即鸣笛闪灯并减速停车，若在轨道车停止前，障碍物消失，则轨道车恢复原来的运行状态，

22)利用立体摄像头精准判断，如近距离处有障碍物或者行人，立即鸣笛闪灯并减速停车，若在轨道车停止前，障碍物或者行人消失则轨道车恢复原来的运行状态；

3)受控动作步骤，

接收操控屏输入、遥控器或者后台输入指令进行对应动作的步骤。

在上述技术方案中，还包括读取信息桩的信息来改变轨道车的运行参数。

在上述技术方案中，需要进行铁轨作业的工作组施工时会配备一个随身停的信号发射盒，当轨道车收到发射盒的信号后轨道车采取制动停车操作，到达预定距离内轨道车缓慢停止，在轨道车接收到信号或者停止后作业者手动关闭了随身停的信号，轨道车恢复原来的运行状态。

在上述技术方案中，还包括检测所述的轮子上的转速差大于一个数值时判定此轮子掉轨并采取急停处理并鸣笛示警的步骤。

本发明的优点和有益效果为：

本发明是一套针对正在施工的地铁，铁路，引水隧道，公路大长隧道的无人驾驶系统，有效降低人员劳动强度，提高轨道车运行的自动化程度。其以行驶安全和效率为目的，调节轨道车自主运行、智能避障的自动控制设备。列车自动避障系统具有瞬时应对障碍停车、远距离路况检查等功能。使列车在光线环境较差，工况环境复杂的情况下及时避免危险。

附图说明

图1是本发明地下隧道施工用轨道车控制系统的结构示意图。

图2是本发明地下隧道施工用轨道车控制系统的控制逻辑图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明的一种地下隧道施工用轨道车控制系统，其特征在于：包括PLC，与所述的PLC通讯连接的数据采集模块，由所述的PLC控制的电磁阀驱动模块，与所述的PLC通讯连接的操控屏，以及由所述的PLC控制的油门电机，所述的油门电机受驱动加大或者减小油门，

其中，所述的数据采集模块包括测距传感器、立体摄像头和运行参数传感器；

所述的电磁阀驱动模块的电磁阀对应串接入油门控制回路、刹车控制回路。

其中，所述的运行参数传感器采集发动机参数如监控表1所示

表1

序号	监控参数	上限值	下限值	处理办法
					1	气罐压力	800kPa	400kPa	声音图像
2	发动机水温	100℃	-20℃	图像
					3	机油压力	0.4MPa	0.1MPa	图像
4	变矩器压力	2MPa	0.5MPa	图像
					5	变矩器温度	120℃	0℃	图像
6	变速箱压力	2MPa	0.5MPa	图像
					7	变速箱温度	120℃	0℃	图像
8	充放电电流	+50A	-50A	图像
					9	电池电压	29V	20V	图像
10	燃油剩余量	100％	10％	图像
					11	发动机转速	5000转/分	3000转/分	图像

轨道车的刹车为断气刹车系统，即当刹车气压恢复到一定的压力后轨道车的刹车蹄片才会抬起，刹车才会松开，轨道车控制系统通过控制缓刹和急刹两个电磁阀分别控制刹车气压，从而控制实际有效的刹车。刹车时分段控制的，正常情况下缓刹先起作用，到快停车时用急刹车控制停车位置。

轨道车控制系统的轨道车油门是通过控制一个电机带动的推杆来替代油门拉线控制油门的。轨道车上有油门加和油门减两个按键，来控制油门的加减。

轨道车在每次启动的时候，都会进行自诊断。自动检测各个传感器是否工作正常。并将故障传感器的信息显示在操控屏上，而且兼具黑匣子功能，可实时记录轨道车的各项参数并保存10天，以供检修人员判断和分析轨道车的故障点。

本发明是一套针对正在施工的地铁，铁路，引水隧道，公路大长隧道的无人驾驶系统，有效降低人员劳动强度，提高轨道车运行的自动化程度。其以行驶安全和效率为目的，调节轨道车自主运行、智能避障的自动控制设备。列车自动避障系统具有瞬时应对障碍停车、远距离路况检查等功能。使列车在光线环境较差，工况环境复杂的情况下及时避免危险。

进一步地，为提高控制灵活性，还包括多个间隔设置在轨道一侧的信息桩，以及设置在轨道车上且与所述的PLC通信的读写器。在轨道，如铁轨边上树立一个信息桩，信息桩里边是一个信息卡，如编好代码的RFID射频卡，所述的读写器为与所述的RFID射频卡对应以实现短距离的数据读写。当轨道车通过信息桩时，读写器读取射频卡内的信息，然后在驾驶室里操控屏，如触摸屏上显示出来。比如说，当该处为坡道缓行，前方施工，距离终点还有2公里等类似信息。轨道车在行驶过程中，通过读取各个信息桩的位置信息就可以知道自己在隧道的位置，然后同过与附近的无线通讯基站进行数据交换。将自己的实时位置，速度，方向等信息传送到洞外的数据平台，并从大屏幕上显示出来。而且，还可以直接在信息桩里植入指令，如降速或停车等，这样就直接按该指令进行相应动作，提高了隧道内控制的灵活性，有效适配隧道内复杂多变的环境和施工要求。所述的信息桩内设置有多个但唯一使能的RFID射频卡，这样可根据实际情况进行信息的切换，提高对环境的适应性。

优选地，所述的数据采集模块还包括至少一对对应设置在两个同轴的滚轮上的转速传感器。即，本发明的控制系统具有具有掉轨监测功能，随着盾构施工的进行，轨道车的轨道是不断向前铺设的。隧道洞内情况复杂，轨道形式多样。轨道轨道车在运行过程中，有时会出现轨道车轮子从轨道上掉下的情况。通过在同轴的两个轮子上分别安装转速传感器，同时监控两个轮子上的转速。当同轴上两个轮子的转速差大于一个数值时，确认此轮子掉轨。轨道车采取急停处理并鸣笛示警。

进一步地，还包括遥控器，以及与所述的遥控器对应且与PLC通讯连接的无线传输模块。任何一台轨道车都可以远程无线操作，最远操作距离为2km。操作手可以在轨道车下边，通过手操器实现轨道车慢速前后移动功能。以便精确对准上下货区域。轨道车司机在上下货物的时候，在轨道车驾驶室外通过遥控手柄操作轨道车前进后退。手柄上有：前进，后退，挂一挡，挂空挡，油门，刹车六个按钮和一块显示屏。显示屏显示前进方向的视频，供操作人员判读前方是否有障碍物用。

其中，还包括后台控制终端，以及沿隧道间隔布置以构成无线wifi网络的无线AP。无线传输，就是将数据通过无线的方式从个一终端传递到另一个终端。在此方案中，是将隧道中运行状态下的轨道车数据无线传输到后台控制终端，如主控电脑上。通过无线AP桥接覆盖整个隧道，在轨道车经过的沿途配置无线WIFI网络。解决了隧道中情况复杂干扰源比较多，信号衰减很快的问题。

在后台控制终端终端的基础上即可实现智能调度，即根据现场需要合理的调配轨道车，充分利用轨道车和轨道达到生产效率的最大化。轨道车调度人员通过输入调度需求给主控电脑。主控电脑运算出最佳方案，然后无线传输到轨道车的PLC，完成调度工作。

同时，所述的轨道车内安装的警戒水位传感器。由于施工的隧道里环境复杂，其中一项就是隧道内透水，轨道车控制系统通过在轨道车内安装的警戒水位传感器来感测轨道车通过覆水路面的水深。当超过轨道车的警戒水位是，在显示屏上显示报警信息，提示驾驶员。

列车自动监控系统实现监督列车实时车况，包括传感器、信号传输、列车周围环境的情况，通过电动扳道岔机构，用上位机控制电动道岔，根据需求调度轨道车，在隧道中转换道岔实现引导列车进路。列车自动运行系统能自动调整车速，并能进行到站定点停车，使列车能平稳精准的停在正确位置。列车精准遥控系统能够实现在停车区间内人为精准遥控操作，人为控制停车以及实时反馈列车参数。

同时，本发明还公开了一种所述的地下隧道施工用轨道车控制系统的控制方法，包括以下步骤，

1)驱动和运行步骤，

轨道车通过读取轨道车上的传感器参数可计算出当前轨道车的状态，当某个或者多个参数超过程序中设定好的上下限时，数控系统通过操控屏显示报警信息，如无问题则正常启动；

具体地，操作人员确认轨道车无机械问题后，方可打开总电源。系统上电进行自检，确认各传感器均在规定的范围内，各执行器均在初始位置。自检后，操控屏上启动按钮亮起(表示有效)。操作人员点击启动按钮，系统闭合启动电机5秒钟后切断，监控转速是否有信号。有转速信号，确认启动成功，操控屏，如操控屏显示机器启动成功；若无转速信号，则重复启动过程，重复3次依然启动失败则确认启动失败，操控屏提示：启动失败，请查找原因。

轨道车启动成功后，发车按键亮起(表示有效)。操作人员点击发车按键，轨道车进入发车状态，系统判断轨道车前进方向无障碍物，各传感器数值正常，鸣笛2声，挂1档，松刹车，此时监控速度传感器是否有信号，有信号加油门至换挡速度同时换2档；若无信号，加油门至规定数值，仍无信号，则松油门踩刹车，故障灯亮起，提示开车故障。

轨道车发车后，系统根据转速和时速要求合理调配油门和档位，并监控行车前方的障碍物和各传感器的数值。有障碍物情况下，先减速，再停车；无障碍物时轨道车正常运行。若行车过程中传感器数值偏离正常值，则根据预先制定方案处理。

2)防撞控制步骤，

21)利用测距传感器，用于探测前方远距离道路情况，探测到人或者设备在运行轨道上，立即鸣笛闪灯并减速停车，若在轨道车停止前，障碍物消失，则轨道车恢复原来的运行状态，

具体地，轨道车通过前进方向上传感器的信号，自动判断是否有障碍物。并在接近障碍物时进行三级预警。即120米外发现障碍物，警笛3秒一次鸣叫。120米至60米，警笛2秒鸣叫一次，60米内警笛1秒鸣叫一次。

22)利用立体摄像头精准判断近距离，如50米内的障碍物或者行人，立即鸣笛闪灯并减速停车，若在轨道车停止前，障碍物消失，则轨道车恢复原来的运行状态；

在防撞判断上，首先通过距离传感器进行判断并示警，然后利用高精度判断的立体摄像头进行实际判断，有效提高判断精准度，减少误触发，提高轨道车以及操控人员的安全保障；

3)接收操控屏输入、遥控器或者后台输入指令进行对应动作的步骤。

即根据输入进行相应控制，如加油或减速操作。如，当轨道车运行过程中，接收到停车信号，系统会先松油门，随即踩机械刹车，然后摘挡，当轨道车降低到一定速度后踩气动刹车，最后停车。在此过程中，若发现有障碍物，则立即踩气动刹车。停车后若位置有误差可通过操控屏进行位置微调。

优选地，还包括读取信息桩的信息来改变轨道车的运行参数。在弯道前设立一个信息桩，信息桩内写好过弯道的安全车速和档位，轨道车通过时就会在弯道自动调整减到安全速度和档位，通过灵活设置信息桩，可以有效提高整体安全部署速度，同时，在一个信息桩上可设置更改或者更换机构，以实现不同的功能。

进一步地，铁轨作业的工作组施工时配备一个随身停的信号发射盒，当轨道车会收到发射盒的信号，如在距离信号发射盒100m时会收到发射盒的信号，轨道车采取制动停车操作，达到预定距离，如30米内时轨道车缓慢停止。在轨道车接收到信号或者停止后，作业者手动关闭了随身停的信号，轨道车恢复原来的运行状态。采用信号发射盒，能进一步提高操控的便利性，有效提高施工安全性，提高关键区域的保护效果。所述的信号发射模块可采用不同的无线信号模块，如所述的信号发射盒的信号模块为wifi模块，利用wifi模块的区域覆盖性，进行距离判断，实现电子安全防护。

进一步地，为提高节能和智能性，还包括驾驶环境的明暗程度自动开启或者关闭主灯光的步骤，同时结合立体摄像头，可拓展红绿灯识别功能，轨道车在运行过程中，通过摄像头自动扫描铁轨旁边的信号灯。当红色信号灯亮起，轨道车立即停车。当绿色信号灯亮起，轨道车立即启动。而且，为进一步实现智能化，还可设置语音识别功能，当操作者对准轨道车头部的麦克风发出“慢”的口令后，轨道车进入减速状态。当操作者发出“停车”的口令后，轨道车立即停车。

利用先进的PLC控制技术，结合工业数据采集技术研发出一套新型的轨道车自动控制系统。不但提高了轨道车的可靠性，降低了对轨道车司机驾驶技术的要求。新系统还能在轨道车出现故障或者危险时自动提示驾驶员，让调度人员在电脑上就可以监控轨道车的运行状态。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种地下隧道施工用轨道车控制系统，其特征在于：包括PLC，与所述的PLC通讯连接的数据采集模块，由所述的PLC控制的电磁阀驱动模块，与所述的PLC通讯连接的操控屏，以及由所述的PLC控制的油门电机，所述的油门电机受驱动加大或者减小油门，

其中，所述的数据采集模块包括测距传感器、立体摄像头和运行参数传感器；

所述的电磁阀驱动模块的电磁阀对应串接入示警回路和刹车控制回路。

2.根据权利要求1所述的一种地下隧道施工用轨道车控制系统，其特征在于：还包括多个间隔设置在轨道一侧的信息桩，以及设置在轨道车上且与所述的PLC通信的读写器。

3.根据权利要求1所述的一种地下隧道施工用轨道车控制系统，其特征在于：所述的数据采集模块还包括至少一对对应设置在两个同轴的滚轮上的转速传感器。

4.根据权利要求1所述的一种地下隧道施工用轨道车控制系统，其特征在于：还包括遥控器，以及与所述的遥控器对应且与PLC通讯连接的无线传输模块。

5.根据权利要求1所述的一种地下隧道施工用轨道车控制系统，其特征在于：还包括后台控制终端，以及沿隧道间隔布置以构成无线wifi网络的无线AP。

6.根据权利要求1所述的一种地下隧道施工用轨道车控制系统，其特征在于：所述的轨道车内安装的警戒水位传感器。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的地下隧道施工用轨道车控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)驱动和运行步骤，

读取轨道车上的传感器参数并计算出当前轨道车的状态，当某个或者多个参数超过程序中设定好的上下限时，通过操控屏显示报警信息，若无误则正常启动；

2)防撞控制步骤，

21)利用测距传感器探测前方远距离处道路情况，若探测到人或者设备在运行轨道上，立即鸣笛闪灯并减速停车，若在轨道车停止前，障碍物消失，则轨道车恢复原来的运行状态，

22)利用立体摄像头精准判断，如近距离处有障碍物或者行人，立即鸣笛闪灯并减速停车，若在轨道车停止前，障碍物或者行人消失则轨道车恢复原来的运行状态；

3)受控动作步骤，

接收操控屏输入、遥控器或者后台输入指令进行对应动作的步骤。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括读取信息桩的信息来改变轨道车的运行参数。

9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，需要进行铁轨作业的工作组施工时会配备一个随身停的信号发射盒，当轨道车收到发射盒的信号后轨道车采取制动停车操作，到达预定距离内轨道车缓慢停止，在轨道车接收到信号或者停止后作业者手动关闭了随身停的信号，轨道车恢复原来的运行状态。

10.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括检测所述的轮子上的转速差大于一个数值时判定此轮子掉轨并采取急停处理并鸣笛示警的步骤。