CN111962927A - 一种移动工棚的智能化控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种移动工棚的智能化控制系统及方法，属于集成控制技术领域，包括工棚和控制器，所述工棚能够通过底部的行走轮沿预设轨道移动，每个行走轮均通过单独的电机驱动，每个电机根据控制器的指令带动行走轮运动；所述电机上设有负荷检测传感器，当电机负荷小于预设值时，以部分行走轮作为驱动轮，当电机负荷大于或等于预设值时，以全部行走轮作为驱动轮；本公开实现了工棚沿预设轨道的自主移动、自动纠偏、自主障碍物识别和自主风险告警，将移动工棚分散的各控制系统实现了集成，方便了操作者的施工控制，提高了各系统的控制响应效果，规避了因操作失误带来的系列风险事故。
Description
技术领域
本公开涉及集成控制技术领域，特别涉及一种移动工棚的智能化控制系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
为了防治建筑工程施工产生的扬尘、噪声、机械振动、夜间强光同样会对大气与生活环境造成的污染，不同结构的施工工棚相继出现，工棚结构不断优化升级而成的全封闭多功能移动式组合工棚，工棚内部设有扬尘监测喷雾除尘系统、温度监测喷淋降温系统、移动设备防撞声光报警系统等多个功能单元系统，同时工棚整体移动要求平稳可靠且保证各系统的安全稳定。
本公开发明人发现，现有的工棚存在如下问题：(1)移动不方便，虽然现有技术中存在可移动或者可拆卸的工棚，但是其大多需要人工推动移动，需要多人的配合且存在一定的危险性；(2)移动误差较大，通过推动的方式进行工棚移动，每个人的用力并不均匀，从而容易导致工棚的移动偏差，进而导致工棚与轨道碰撞或摩擦，从而使得工棚移动困难；(3)需要人工纠偏，当工棚移动出现较大的偏差时，需要人工协调纠正，自动化水平较差，无法实现工棚按预设轨道的高精度快速移动；(4)工地的环境较为复杂，人员较多，现有的工棚移动过程中无法有效的对障碍物进行识别并规避，容易发生安全事故。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种移动工棚的智能化控制系统及方法，实现了工棚沿预设轨道的自主移动、自动纠偏、自主障碍物识别和自主风险告警，将移动工棚分散的各控制系统实现了集成，方便了操作者的施工控制，提高了各系统的控制响应效果，规避了因操作失误带来的系列风险事故。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种移动工棚的智能化控制系统。
一种移动工棚的智能化控制系统，包括工棚和控制器，所述工棚能够通过底部的行走轮沿预设轨道移动，每个行走轮均通过单独的电机驱动，每个电机根据控制器的指令带动行走轮运动；
所述电机上设有负荷检测传感器，当电机负荷小于预设值时，以部分行走轮作为驱动轮，当电机负荷大于或等于预设值时，以全部行走轮作为驱动轮。
作为可能的一些实现方式，在工棚两侧各安装两个测距编码器，其中一个测距编码器设置在工棚的侧面上，用于测量两侧实际行走位移；另一个测距编码器设置在靠近行走轮的位置，用于实时监测车轮轮缘与轨道间隙，当间隙或者位移差大于预设阈值时，进行一侧电机加速控制，减小位移差。
作为可能的一些实现方式，所述工棚的前方和后方均安装有距离传感器，用于探测前方或后方是否有障碍物，当障碍物与工棚前侧或后侧的距离在第一设定距离范围内时减速报警，当障碍物与工棚前侧的距离在第二设定距离范围内时停车报警。
本公开第二方面提供了一种移动工棚的智能化控制方法。
一种移动工棚的智能化控制方法，包括以下步骤：
采用四个电机通过减速器驱动工棚底部的四个行走轮沿轨道前进或后退行走，四个行走轮的速度由与电机匹配的变频器控制，且变频器根据预设的相同的启动加减速曲线、行走速度和同步启停信号；
电机上的负荷检测传感器实时检测电机负荷，当负荷小于设定值，启用两轮驱动，当负荷大于设定值，启用四轮驱动；
每个驱动轮上的旋转编码器实时检测驱动轮的转速，保证前后驱动轮同步运转，以行进方向上在前的驱动轮为参考，在后的驱动轮做速度跟随控制。
作为可能的一些实现方式，工棚两侧的测距编码器实时检测车轮轮缘与轨道的间隙以及工棚两侧实际移动的位移，当间隙或者位移差大于预设阈值时，进行一侧电机加速控制，减小位移差；
当间隙或者工棚两侧位移差大于预设阈值时，进行工棚一侧的电机加速控制，减小间隙或者位移差，形成位移差检测、速度差控制以及位移差减小的闭环实时控制，使得车轮轮缘与轨道径向偏差控制在允许范围内。
本公开第三方面提供了一种移动工棚，包括本公开第一方面所述的移动工棚的智能化控制系统。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的移动工棚的智能化控制系统及方法，实现了工棚沿预设轨道的自主移动、自动纠偏、自主障碍物识别和自主风险告警，通过主控制器将移动工棚分散的各控制系统实现了集成，方便了操作者的施工控制，提高了各系统的控制响应效果，规避了因操作失误带来的系列风险事故。
2、本公开所述的移动工棚的智能化控制系统及方法，通过负荷检测传感器，当电机负荷小于预设值时，以部分行走轮作为驱动轮，当电机负荷大于或等于预设值时，以全部行走轮作为驱动轮，实现了对工棚移动的自适应控制，在负荷较小时降低了电力浪费，同时在负荷较大时保证了移动的动力。
3、本公开所述的移动工棚的智能化控制系统及方法，工棚的每一册至少设置两个测距编码器，用于测量两侧实际行走位移和车轮轮缘与轨道间隙，当间隙大于预设阈值和/或者位移差大于预设阈值时，进行一侧电机加速控制，减小位移差，通过对间隙和位移差的同时监控，保证了工棚的移动的偏差在预设范围内，从而实现了工棚的准确和快速移动。
4、本公开所述的移动工棚的智能化控制系统及方法，所述工棚的前方和后方均安装有距离传感器，用于探测前方或后方是否有障碍物，当障碍物与工棚前侧或后侧的距离在第一设定距离范围内时减速报警，当障碍物与工棚前侧的距离在第二设定距离范围内时停车报警，实现了对障碍物的检测和报警，并能够根据距离进行工棚控制，提高了工棚移动时的安全。
附图说明
图1为本公开实施例1提供的移动工棚的智能化控制系统的结构示意图。
图2为本公开实施例1提供的行走控制原理图。
图3为本公开实施例1提供的工棚行走纠偏原理图。
图4为本公开实施例1提供的工棚移动近接报警电气原理图。
图5为本公开实施例1提供的施工环境信息采集与控制原理图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
本公开实施例1提供了一种移动工棚的智能化控制系统，采用四个电机驱动四个行走轮方式实现，三相异步电机通过减速器驱动四个轮子，沿导轨前进、后退行走运动。
四个轮子的速度由与电机匹配的变频器控制，由控制器给变频器设定相同的启动加/减速曲线、行走速度和同步启/停动信号，实现基本的行走控制，如图1为行走控制原理图，通过变频器给各个行走路设定相同的工作状态，保证了工棚移动时的平稳，同时也减少了两侧速度不一致带来的方向偏移。
两驱和四驱智能切换，在驱动电机安装负荷检测传感器，实时检测电机负荷，当负荷小于设定值，则启用四轮驱动，当负荷大于设定值，则启用四轮驱动，每个驱动轮皆加装编码器实时检测驱动轮的转速以保证前后驱动轮同步运转，实施检测驱动轮的转速，以前面的驱动轮为参考，后面的驱动轮做速度跟随控制。
工棚行走时的自动纠偏，采取在工棚左右两侧各安装两个测距编码器，测量两侧实际行走位移，当位移差或者两侧轮缘与轨道间隙达到预设阈值范围时，则进行一侧电机加速控制，减小位移差，位移差检测/两侧轮缘与轨道间隙检测--速度差控制-位移差减小，形成闭环实时控制，确保偏斜在允许的范围内，如图2所示为工棚行走纠偏原理图。
工棚每侧均设有一个从控制器，工棚每一侧的各个编码器与从控制器连接后再与主控制器连接，通过从控制器的设置，减小了主控制器的控制负担，通过从控制器对收集到的数据进行预处理，能够更及时的对两侧轮缘与轨道间隙进行监控，使得偏移响应更加及时。
在工棚前后方安装激光雷达和防撞传感器，探测前方是否有障碍物，当遇障碍物且障碍物距离工棚前侧在设定距离范围内时，减速、停车并声光报警，如图3所示为工棚移动近接报警电气原理图。
工棚内施工期间，采集棚内扬尘、温度信息，扬尘监测传感器监测工棚内扬尘浓度，当扬尘浓度达到控制限值时喷淋系统自动开启，实现喷淋抑尘，当棚内温度达到设定时，喷淋系统喷雾，水帘及风扇启动，实现工棚内温度控制功能。通过扬尘、温度的控制创造良好的工棚内施工环境，提高施工效率，如图4所示为控制原理图。
为方便操作，设置随工棚行走的按钮控制台和无线遥控器。配备触摸屏人机界面，进行参数设置、运行状态检测，系统构成示意图如图5所示。
本实施例所述的移动工棚的智能化控制系统，将移动工棚分散的各控制系统实现了高度集成，方便了操作者的施工控制，提高了各系统的控制响应效果，规避了因操作失误带来的系列风险事故，便于营造良好的施工环境。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种移动工棚的智能化控制方法，利用实施例1所述的移动工棚的智能化控制系统，具体包括如下几个方面：
(1)工棚自动移动
采用四个电机驱动四个行走轮方式实现，三相异步电机通过减速器驱动四个轮子，沿导轨前进、后退行走运动。四个轮子的速度由与电机匹配的变频器控制。由控制器给变频器设定相同的启动加/减速曲线、行走速度和同步启/停动信号，实现基本的行走控制；
两驱和四驱智能切换，在驱动电机安装负荷检测传感器，实时检测电机负荷，当负荷小于设定值，则启用两轮驱动，当负荷大于设定值，则启用四轮驱动，以提高工棚移动的稳定性，每个驱动轮皆加装编码器实时检测驱动轮的转速，以保证前后驱动轮同步运转，以前面的驱动轮为参考，后面的驱动轮做速度跟随控制，实现工棚移动精准控制，规避因车轮速度差支撑的车轮与轨道卡碰等移动不安全因素。
(2)工棚纠偏
工棚行走过程中具有自动纠偏功能，工棚跨度超过30m，在移动过程中会出现两侧轮缘与轨道间隙偏差变动，随着偏差的增大，易出现轮缘与轨道卡碰，造成工棚移动偏斜等问题，本实施例中采用传感器采集轮缘与轨道间隙变化，根据监测结果及时调整驱动电机转速，增加/减对应车轮速度，实现工棚平稳匀速移动，具体为：
工棚行走时的自动纠偏，采取在工棚左右两侧各安装2个测距编码器，在工棚移动过程中实时监测车轮轮缘与轨道间隙、测量两侧实际行走位移；
当位移差达到设定允许值，则进行一侧电机加速控制，减小位移差，位移差检测-速度差控制-位移差减小，形成闭环实时控制，确保车轮轮缘与轨道径向偏差控制在允许范围，保证工棚移动的安全平稳。
(3)障碍物识别告警
在工棚前后方安装激光雷达和防撞传感器，探测前方是否有障碍物，当遇障碍物设定距离时减速、停车，声光报警，根据施工现场需要可以设置在第一设定距离减速报警，第二设定距离停车报警，以规避移动的工棚与障碍物相碰撞，实现工棚的安全移动；当工棚行走时通过声光警示，结合接触和非接触蔽障功能，进一步的确保了工棚行走安全。
(4)施工环境信息采集与控制
工棚内施工期间，采集棚内扬尘、温度信息，扬尘监测传感器监测工棚内扬尘浓度，当扬尘浓度达到控制限值时喷淋系统自动开启，实现喷淋抑尘，当棚内温度达到设定时，喷淋系统喷雾，水帘及风扇启动，实现工棚内温度控制功能。通过扬尘、温度的控制创造良好的工棚内施工环境，提高了施工效率。
(5)智能化控制
为方便操作，设置随工棚行走的按钮控制台和无线遥控器。配备触摸屏人机界面，进行参数设置、运行状态检测，提高了工棚的自动化控制程度。
实施例3：
本公开实施例3提供了一种移动工棚，包括本公开实施例1所述的移动工棚的智能化控制系统。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种移动工棚的智能化控制系统，其特征在于，包括工棚和控制器，所述工棚能够通过底部的行走轮沿预设轨道移动，每个行走轮均通过单独的电机驱动，每个电机根据控制器的指令带动行走轮运动；
所述电机上设有负荷检测传感器，当电机负荷小于预设值时，以部分行走轮作为驱动轮，当电机负荷大于或等于预设值时，以全部行走轮作为驱动轮。
2.如权利要求1所述的移动工棚的智能化控制系统，其特征在于，所述控制器通过变频器与电机连接，通过控制器给变频器设定相同的启动加减速曲线、行走速度和同步启停信号，进而控制驱动轮的行走。
3.如权利要求1所述的移动工棚的智能化控制系统，其特征在于，每个行走轮上均设有旋转编码器，用于实时检测驱动轮的转速，并以行进方向上在前的驱动轮为参考，在后的驱动轮做速度跟随控制。
4.如权利要求1所述的移动工棚的智能化控制系统，其特征在于，在工棚两侧各安装两个测距编码器，其中一个测距编码器设置在工棚的侧面上，用于测量两侧实际行走位移；另一个测距编码器设置在靠近行走轮的位置，用于实时监测车轮轮缘与轨道间隙，当间隙或者位移差大于预设阈值时，进行一侧电机加速控制，减小位移差。
5.如权利要求4所述的移动工棚的智能化控制系统，其特征在于，工棚每侧均设有一个从控制器，工棚每一侧的各个编码器与从控制器连接后再与主控制器连接。
6.如权利要求1所述的移动工棚的智能化控制系统，其特征在于，所述工棚的前方和后方均安装有距离传感器，用于探测前方或后方是否有障碍物，当障碍物与工棚前侧或后侧的距离在第一设定距离范围内时减速报警，当障碍物与工棚前侧的距离在第二设定距离范围内时停车报警。
7.如权利要求1所述的移动工棚的智能化控制系统，其特征在于，所述工棚内设有至少一个扬尘传感器和至少一个温度传感器，所述扬尘监测传感器监测工棚内扬尘浓度，当扬尘浓度达到预设阈值时喷淋系统开启，当工棚内温度达到预设阈值时，喷淋系统和/或制冷设备启动。
8.一种移动工棚的智能化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用四个电机通过减速器驱动工棚底部的四个行走轮沿轨道前进或后退行走，四个行走轮的速度由与电机匹配的变频器控制，且变频器根据预设的相同的启动加减速曲线、行走速度和同步启停信号；
电机上的负荷检测传感器实时检测电机负荷，当负荷小于设定值，启用两轮驱动，当负荷大于设定值，启用四轮驱动；
每个驱动轮上的旋转编码器实时检测驱动轮的转速，保证前后驱动轮同步运转，以行进方向上在前的驱动轮为参考，在后的驱动轮做速度跟随控制。
9.如权利要求8所述的移动工棚的智能化控制方法，其特征在于，工棚两侧的测距编码器实时检测车轮轮缘与轨道的间隙以及工棚两侧实际移动的位移，当间隙或者位移差大于预设阈值时，进行一侧电机加速控制，减小位移差；
当间隙或者工棚两侧位移差大于预设阈值时，进行工棚一侧的电机加速控制，减小间隙或者位移差，形成位移差检测、速度差控制以及位移差减小的闭环实时控制，使得车轮轮缘与轨道径向偏差控制在允许范围内；
或者，所述工棚内设置有随工棚行走的控制台和无线遥控器，所述控制台配备有触摸屏人机界面，用于进行工棚的参数配置和运行状态监测，所述无线遥控器用于实现工棚各个设备的遥控。
10.一种移动工棚，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的移动工棚的智能化控制系统。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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