CN111139093A - 一种焦炉机车的防碰撞系统及其防碰撞控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种焦炉机车防碰撞系统及其控制方法，在每辆焦炉机车上都装有一个码牌扫描器和位移编码器，码牌扫描器和位移编码器与焦炉机车的防撞控制器相连，防撞控制器由数据处理单元、人机交互单元、I/O输出单元和无线通信单元组成，无线通信单元与后台服务器可以进行双向数据通讯。在焦炉机车的轨道沿线布置有若干个代表地址的码牌。防碰撞系统的控制方法分为四个步骤，1.位置信息采集；2.各焦炉机车之间的实时距离计算；3.安全距离判断；4根据安全距离判断后进行机车的控制。与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于采用了电子系统的焦炉机车防碰撞系统及其控制方法，比起人工观察与手动操作防止碰撞的状况，无疑有了相当大的进步。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆的防碰撞系统及其控制方法，尤其是涉及一种炼焦厂区焦炉机车的防碰撞系统及其防碰撞控制方法。
背景技术
焦炉机车是对焦炉生产中使用的推焦车、拦焦车、装煤车、熄焦车的统称。这些车辆均为大型有轨机械设备，存在吨位大、动能大、运行区域固定的特点。
目前的焦炉机车走行完全由操作人员手动操控，而由于各种原因，共用一条轨道线的焦炉机车互相碰撞和焦炉机车撞击止挡器的事故经常发生，轻则造成机车的零部件损坏，重则酿成生产事故，造成重大经济损失。虽然从制度层面已建立起安全操作规程，但从技术层面仍然缺乏一种有效的保护系统来防止碰撞的发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于炼焦厂区的焦炉机车防碰撞系统及其防碰撞控制方法，避免焦炉机车互相碰撞和撞击止挡器，确保焦炉机车的运行安全。
本发明是采用如下的技术方案来实现的：
一种焦炉机车的防碰撞系统，在每辆焦炉机车上都装有一个码牌扫描器和位移编码器，码牌扫描器和位移编码器与焦炉机车的防撞控制器相连，防撞控制器由壳体及安装在壳体中的数据处理单元、人机交互单元、I/O输出单元和无线通信单元组成，码牌扫描器和位移编码器的输出信号连接到防撞控制器的数据处理单元上，数据处理单元与人机交互单元、I/O输出单元和无线通信单元相连，无线通信单元与后台服务器可以进行双向数据通讯，在焦炉机车的轨道沿线布置有若干个代表地址的码牌。
所述的码牌扫描器为激光扫描器，安装在焦炉机车的端部近轨道处；位移编码器为圆盘式光电编码器，安装在焦炉机车的走行减速机的输出轴端，而代表地址的码牌为条形码码牌，安装在轨道沿线的支架上，条形码码牌的安装高度与码牌扫描器距地面的高度相一致。
所述的防撞控制器安装在焦炉机车的驾驶室内的控制台上，各台防撞控制器的无线通信单元之间也可进行双向数据通信。
所述的I/O输出单元与焦炉机车的走行控制系统相连，根据I/O输出单元的不同信号类型，走行控制系统可以进行走行与制动的控制。
所述的微处理器可以为单片机电路，也可以为可编程控制器(PLC)；后台服务器可以为PC机，也可以为可编程控制器(PLC)。
一种焦炉机车防碰撞系统的控制方法，其特征在于，
S1:信息数据采集，每台焦炉机车的码牌扫描器和位移编码器将检测到的数据信息，传送给本台焦炉机车的防撞控制器，防撞控制器首先进行本台机车的实时位置计算，再将计算得到的实时位置信息通过无线通信单元传送给后台服务器；
S2：实时距离计算，后台服务器根据各台焦炉机车的实时位置信息，计算各车辆间的实时距离以及轨道两端的车辆相对轨道止档器的实时距离；
S3：安全距离判断，对S2步骤计算所得的实时距离与预先设定的安全距离进行比较，判断其是否小于安全距离；
S4：输出控制，对S3步骤得出的结果，如果判断出焦炉机车的实时距离小于安全距离时，输出强制走行变频器停止信号和制动器抱闸信号，并在服务器的操作画面上给出报警显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于本发明的焦炉机车防碰撞系统及其控制方法，采用了在机车轨道沿线设置若干个代表轨道长度的地址信息码牌，在每台焦炉机车上又设置了码牌扫描器和位移编码器及防撞控制器，焦炉机车在走行的过程中，防撞控制器通过码牌扫描器和位移编码器获得了机车的实时位置数据信息。各焦炉机车再通过防撞控制器的无线通信网络，将实时位置数据信息发送给后台服务器，通过后台服务器的计算与判断，如果各机车间的实时距离小于安全距离的话，则控制机车的走行系统进行减速停车，以避免碰撞事故的发生。相比于现有技术，采用了电子系统的焦炉机车防碰撞系统及其控制方法，比起人工的观察与手动操作控制，无疑有着相当大的进步。
附图说明
图1是本发明的焦炉机车防碰撞系统结构示意图。
图2是本发明的防撞控制器组成结构示意图。
图3是本发明的防碰撞系统计算示例过程示意图。
图4是后台服务器的距离计算及比较程序。
图5是防撞控制器的走行限制程序。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的焦炉机车防碰撞系统及其防碰撞控制方法作进一步的详细说明。
如图1、图2所示，是本发明的焦炉机车防碰撞系统的一个实施例示意图，该实施例为一条轨道上有两台焦炉机车的情形。该防碰撞系统在1#焦炉机车5上和2#焦炉机车9上各装有一个码牌扫描器3和位移编码器4，码牌扫描器3和位移编码器4与各焦炉机车的防撞控制器6相连，防撞控制器6由壳体14及安装在壳体14中的数据处理单元17、人机交互单元18、I/O输出单元15和无线通信单元16组成，码牌扫描器3和位移编码器4的输出信号连接到防撞控制器6的数据处理单元17上，数据处理单元17与人机交互单元18、I/O输出单元15和无线通信单元16相连，无线通信单元16与后台服务器7可以进行双向数据通讯，后台服务器7有一台监控PC机8。在焦炉机车的轨道13的沿线布置有若干个代表地址信息的码牌12，轨道13的两端设置有两个止挡器，左止挡器1和右止挡器10，在左右止挡器的内侧设置有左极限码牌2和右极限码牌11。
所述的码牌扫描器3为激光扫描器，安装在每台焦炉机车的端部近轨道处；位移编码器4为圆盘式光电编码器，安装在每台焦炉机车的走行减速机的输出轴端，而代表地址信息的码牌12为条形码码牌，安装在轨道13沿线的支架上，码牌12的安装高度与码牌扫描器3距地面的高度相一致。
所述的防撞控制器6安装在每台焦炉机车的驾驶室内的控制台上，各台防撞控制器6的无线通信单元之间也可进行双向数据通信。
所述的I/O输出单元15与焦炉机车的走行控制系统相连，根据I/O输出单元15的不同信号类型，走行控制系统可以进行走行与制动的控制动作。
所述的数据处理单元17可以为单片机电路，也可以为可编程控制器(PLC)；后台服务器可以为工控机机，也可以为可编程控制器(PLC)。
一种焦炉机车防碰撞系统的控制方法，其特征在于，
S1:数据信息采集，每台焦炉机车的码牌扫描器和位移编码器将检测到的数据信息，传送给本台焦炉机车的防撞控制器，防撞控制器首先进行本台机车的实时位置计算，再将计算得到的实时位置信息通过无线通信单元传送给后台服务器；
S2：实时距离计算，后台服务器根据各机车的实时位置信息，计算各机车间的实时距离以及靠近轨道两端的机车相对轨道止档器的实时距离；
S3：安全距离判断，对S2步骤计算所得的实时距离与预先设定的安全距离进行比较，判断其是否小于安全距离；
S4：输出控制，对S3步骤得出的结果，如果判断出机车的实时距离小于安全距离时，输出强制走行变频器停止信号和制动器抱闸信号，并在服务器的操作画面上给出报警显示。
下面以图1所示的防碰撞系统为例，说明一下本发明的防碰撞控制方法的工作过程。如图3所示，焦炉机车运行区域的全程设置了若干个代表地址信息的码牌12，轨道13的始端和终端分别设置有左极限码牌2和右极限码牌11。焦炉机车的码牌扫描器3得出的绝对地址和位移编码器4得出的相对位移经过防撞控制器6的整合计算后，形成焦炉机车的实时位置信息S1和S2。该位置信息经过防撞控制器6的无线通信单元16传送给后台服务器7。后台服务器7对得到的信息进行实时距离计算和比较，并根据比较结果对焦炉机车进行安全联锁控制。以2#焦炉机车9的防碰撞工作过程为例，具体的工作流程如下：
(一)数据信息采集，防撞控制器6开始采集1#焦炉机车5和2#焦炉机车9的码牌扫描器3和位移编码器4的数据信息。
(二)实时距离计算 2#焦炉机车9的左端距离S左，S左＝S2-S1；
2#焦炉机车9的右端距离S右，S右＝S终-S2。
(三)安全距离判断 2#焦炉机车9左端的安全距离S左应大于10米；
2#焦炉机车9右端的安全距离S右应大于1米。
(四)输出控制 2#焦炉机车9左端的实时距离S左≤10米时禁止左行；
2#焦炉机车9右端的实时距离S右≤1米时禁止右行
上述算式中，S终为轨道右端极限码牌11的固定长度地址；S1为1#焦炉机车5的实时长度地址；S2为2#焦炉机车9的实时长度地址；S左为2#焦炉机车9距离1#焦炉机车5的实时距离；S右为2#焦炉机车距离右端极限码牌11的实时距离；各长度距离的零点为从轨道13左端的止挡器1的端部开始算起。
本控制系统的程序解析
(一)距离计算及比较程序
如图4所示，DB140.DB166为1#焦炉机车实时位置，DB140.DB182为2#焦炉机车实时位置。二者经差值计算后所得MD440即为2#焦炉机车与1#焦炉机车之间的实时距离。将实时距离MD440与人为设定的安全距离10000mm进行比较，当实时距离小于10000mm时输出“M458.1禁止向左”的禁止指令。2#焦炉机车距离右端极限的距离“S右”的计算和比较程序与“S左”完全一致，此处不再赘述。
(二)走行限制程序
如图5所示，除非“解除联锁”，否则当“M458.1禁止向左”的禁止指令生效时，走行主令向左的控制信号将被强制切断，随即变频器会停止工作、制动器会开始制动，以防止碰撞事故发生。2#焦炉机车向右防碰撞的程序原理与向左完全一致，此处不再赘述。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于本发明的焦炉机车防碰撞系统及其控制方法，采用了在机车轨道沿线设置若干个代表轨道长度的地址信息码牌，在每台焦炉机车上又设置了码牌扫描器和位移编码器及防撞控制器，焦炉机车在走行的过程中，防撞控制器通过码牌扫描器和位移编码器获得了机车的实时位置数据信息。各焦炉机车再通过防撞控制器的无线通信网络，将实时位置数据信息发送给后台服务器，通过后台服务器的计算与判断，如果各机车间的实时距离小于安全距离的话，则控制机车的走行系统进行减速停车，以避免碰撞事故的发生。相比于现有技术，采用了电子系统的焦炉机车防碰撞系统及其控制方法，比起人工的观察与手动操作控制，无疑有着相当大的进步。
Claims (9)
1.一种焦炉机车的防碰撞系统，其特征在于，在每辆焦炉机车上都装有一个码牌扫描器和位移编码器，码牌扫描器和位移编码器与焦炉机车的防撞控制器相连，防撞控制器由壳体及安装在壳体中的数据处理单元、人机交互单元、I/O输出单元和无线通信单元组成，码牌扫描器和位移编码器的输出信号连接到防撞控制器的数据处理单元上，数据处理单元与人机交互单元、I/O输出单元和无线通信单元相连，无线通信单元与后台服务器可以进行双向数据通讯，在焦炉机车的轨道沿线布置有若干个代表地址的码牌。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉机车的防碰撞系统，其特征在于，所述的码牌扫描器为激光扫描器，安装在焦炉机车的端部近轨道处；位移编码器为圆盘式光电编码器，安装在焦炉机车的走行减速机的输出轴端，而代表地址的码牌为条形码码牌，安装在轨道沿线的支架上，条形码码牌的安装高度与码牌扫描器距地面的高度相一致。
3.根据权利要求1所述的一种焦炉机车的防碰撞系统，其特征在于，所述的防撞控制器安装在焦炉机车的驾驶室内的控制台上，各台防撞控制器的无线通信单元之间也可进行双向数据通信。
4.根据权利要求1所述的一种焦炉机车的防碰撞系统，其特征在于，所述的I/O输出单元与焦炉机车的走行控制系统相连，根据I/O输出单元的不同信号类型，走行控制系统可以进行走行与制动的控制。
5.根据权利要求1所述的一种焦炉机车的防碰撞系统，其特征在于，所述的微处理器可以为单片机电路，也可以为可编程控制器(PLC)；后台服务器可以为PC机，也可以为可编程控制器(PLC)。
6.一种焦炉机车防碰撞系统的控制方法，其特征在于，
S1:信息数据采集，每台焦炉机车的码牌扫描器和位移编码器将检测到的数据信息，传送给本台焦炉机车的防撞控制器，防撞控制器首先进行本台机车的实时位置计算，再将计算得到的实时位置信息通过无线通信单元传送给后台服务器；
S2：实时距离计算，后台服务器根据各台焦炉机车的实时位置信息，计算各车辆间的实时距离以及轨道两端的车辆相对轨道止档器的实时距离；
S3：安全距离判断，对S2步骤计算所得的实时距离与预先设定的安全距离进行比较，判断其是否小于安全距离；
S4：输出控制，对S3步骤得出的结果，如果判断出焦炉机车的实时距离小于安全距离时，输出强制走行变频器停止信号和制动器抱闸信号，并在服务器的操作画面上给出报警显示。
7.根据权利要求6所述的一种焦炉机车防碰撞系统的控制方法，其特征在于，所述的实时距离计算，为计算各焦炉机车的左侧距临近机车的距离S左，和右侧距临近机车的距离S右，
S左＝S2-S1,
S右＝S终-S2；
上述算式中，S终为轨道右端极限码牌11的固定长度地址；S1为1#焦炉机车5的实时长度地址；S2为2#焦炉机车9的实时长度地址；S左为2#焦炉机车9距离1#焦炉机车5的实时距离；S右为2#焦炉机车距离右端极限码牌11的实时距离；各长度距离的零点为从轨道13左端的止挡器1的端部开始算起。
8.根据权利要求6所述的一种焦炉机车防碰撞系统的控制方法，其特征在于，所述的安全距离判断为各焦炉机车之间左右两边的安全距离S左、S右均应大于10米；焦炉机车距左、右止挡器端的安全距离S左、S右应大于1米。
9.根据权利要求6所述的一种焦炉机车防碰撞系统的控制方法，其特征在于，所述的输出控制为各焦炉机车之间左端的安全距离S左≤10米时禁止左行；各焦炉机车之间右端的安全距离S右≤10米时禁止右行，焦炉机车距左止挡器之间的安全距离S≤1米时禁止左行；焦炉机车距右止挡器之间的安全距离S右≤1米时禁止右行。
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