CN112538554A - 一种高炉出铁用电力牵引机车的控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高炉出铁用电力牵引机车的控制系统和控制方法，控制系统包括控制器、驱动变频器、报警器、信号指示器、车钩传感器、参考点传感器、极限点传感器、显示器、位置编码器、拖缆装置以及操作台、遥控器、温控器，驱动电机带动所述机车调速运行，控制器通过位置编码器进行实时位置数据监控、运算，将运行速度指令信息发送给变频器，当机车运行至与终点的距离等于预设值时，变频器控制机车上的驱动电机，使其对机车进行减速运行，当机车到达设定点时停止电机运行并抱闸制动；当机车从终点返回起点时，到达起点时运行数据清零。本发明能完成车辆的自动定位，使其停驻在设定的起点与极限终点间任何预设位置，控制精准性更高。

Description

一种高炉出铁用电力牵引机车的控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及钢铁领域，具体为一种高炉出铁用电力牵引机车的控制系统和控制方法。

背景技术

钢铁冶炼行业中，很多钢铁厂首先进行炼铁，然后将获得的高温铁水作为原料进行炼钢，一般炼铁系统和炼钢系统相隔一定距离，需要将铁水进行转运。高炉出铁是一个连续时间较长的过程，每完成一罐铁水罐的出铁后，需机车移动一次铁水罐，再等待十五至二十五分钟牵引下一罐铁水，此过程需要机车热机等待，以便紧急事件时快速响应。因此，若使用内燃机机车，则开机等待过程中浪费较多能源。部分钢铁厂采用调车绞车牵引系统。这种牵引系统由固定收绞装置、钢缆、调车绞车、托辊、导向轮等组成，但大部分绞车系统的自动性能或说智能型不佳。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种高炉出铁用电力牵引机车的控制系统和控制方法，所述控制方法能完成车辆的自动定位，使其停驻在设定的起点与极限终点间任何预设位置，当机车运行至接近设定的停驻点时，控制器提前调整机车运行速以便机车以及所联挂的铁水罐车精准停驻在设定的停驻点，报警器的设置提高了机车运行的安全性；测量轮装置检测的位移信息是其高速实时测量得到的数值，即实测值，而机车的运行距离反应其位置，是其它参数控制和调节的基础，因此与其它间接测量机车距离的方式相比，其精准性更高，更利于对机车的整体控制。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高炉出铁用电力牵引机车的控制系统，所述机车包括下部车体、上部车体、驱动机构、车钩、测量轮装置和控制系统，测量轮装置安装在下部车体的底端，测量轮装置包括用于检测机车运行距离的位置编码器，驱动机构包括驱动电机，驱动电机带动下部车体和上部车体运行，所述控制系统包括控制器、驱动变频器、报警器、信号指示器、车钩传感器、参考点传感器、极限点传感器、显示器、位置编码器、拖缆装置以及操作台、遥控器、温控器，报警器、信号指示器、车钩传感器、参考点传感器、极限点传感器、位置编码器、操作台、遥控器分别和控制器电连接，机车运行时报警器报警，安装在机车上的信号指示器用于显示机车运行状态与车钩位置状态，车钩传感器用于感应车钩的钩舌位置，极限点传感器设有两个，机车预定运行范围的起点和终点设在两个极限点传感器之间，所述起点设有参考点传感器。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述极限点传感器为接触式传感器，极限点传感器与所述起点或终点间隔布置。

车钩传感器还用于感应带动钩舌动作的液压推杆的位置。

车钩有两个，分别位于下部车体的运行方向的两端，车钩由液压装置带动其动作，车钩传感器设有四个，两个车钩传感器分别设在两个车钩的下方，另外两个车钩传感器分别设在两个液压装置的下方。

报警器设有多个，分设在机车上、运行轨道路径以及操作台旁。

指示器为三色信号灯箱。

一种高炉出铁用电力牵引机车的控制方法，所述控制方法基于上述的控制系统，当所述机车在起点，启动驱动电机时，驱动电机带动所述机车调速运行，控制器通过位置编码器进行实时位置数据监控、运算，将运行速度指令信息发送给变频器，当机车运行至与终点的距离等于预设值时，变频器控制机车上的驱动电机，使其对机车进行减速运行，当机车到达设定点时停止电机运行并抱闸制动；当机车从终点返回起点时，到达起点时运行数据清零。

所述运行数据包括机车的位置信息、速度信息。

当机车达到起点或终点没有制停而是继续运行时，机车继续运行至接触极限点传感器，控制器接收到极限点传感器的信息并对机车进行制停。

当参考点传感器发生故障，控制器不能收到参考点传感器的信息，或者位置编码器数据反馈有误，使机车达到参考起点或设定点没有制停而是继续运行时，机车达到起点或终点不会制停而是继续运行。

本发明的有益效果是：所述控制方法能完成车辆的自动定位，使其停驻在设定的起点与极限终点间任何预设位置，当机车运行至接近设定的停驻点时，控制器提前调整机车运行速以便机车以及所联挂的铁水罐车精准停驻在设定的停驻点，报警器的设置提高了机车运行的安全性；测量轮装置检测的位移信息是其高速实时测量得到的数值，即实测值，而机车的运行距离反应其位置，是其它参数控制和调节的基础，因此与其它间接测量机车距离的方式相比，其精准性更高，更利于对机车的整体控制。拖缆装置的设置一方面保护机车免受高温铁水的损害，另一方面可通过所述控制方法控制拖缆的长度以保证机车的电力供给和控制信号的传递。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

一种高炉出铁用电力牵引机车的控制系统，所述机车包括下部车体、上部车体、驱动机构、车钩、测量轮装置和控制系统。

上部车体连接在下部车体的上方，驱动机构带动下部车体和上部车体运行。

下部车体包括两个承载运行架，承载运行架包括两组轮对和安装在两组轮对上的转向架，转向架在轮对上的安装方式和现有技术中车身安装在底盘上的安装方式相同，在此不再赘述。轮对包括两个车轮和连接两个车轮的轮轴，即每个承载运行架有四个车轮。较佳的，主动驱动轮为其中一个承载运行架的轮对，另一个承载运行架的轮对为从动驱动轮。

转向架包括架本体、多组承重梁和多个轮对缓冲弹簧组。承重梁的组数和车轮个数相同，即每个承载运行架有四个承重梁，四个承重梁分别位于四个车轮上。承重梁通过多个轮对缓冲弹簧组连接架本体，具体的，每个承重梁通过四个轮对缓冲弹簧组连接架本体，四个轮对缓冲弹簧组位于同一个平面内，当所述机车直线行驶时，四个轮对缓冲弹簧组所在的平面和车轮所在的平面平行或重合，轮轴的一侧各设有两个缓冲弹簧组。

上部车体包括依次连接的前配重室、电控室和后配重室。电控室包括控制柜、驱动柜、卷线机构柜和液压站柜等不同功能室区。电控室设有进出其室内的门。

支撑组件设有两组，用于连接上部车体和两个承载运行架，每个承载运行架通过一组支撑组件连接上部车体。

基于上述结构，所述机车为四轴驱动机车。

驱动机构包括驱动电机、变速箱、制动器和离合器，驱动机构各部件可采用现有技术中的结构。变速箱位于转向架的底部。驱动机构或变速箱可根据需要布置多套，分别连接不同的轮对。

车钩设有两组，分别位于下部车体的运行方向的两端，车钩由液压装置带动其动作。机车通过车钩牵引铁罐车运行。

测量轮装置安装在一个承载运行架的底端，具体的，安装在架本体的底端。较佳的，测量轮装置安装在主动驱动轮所在的承载运行架的底端。主动驱动轮所在的承载运行架与另一个承载运行架相比，其运行更稳定，另一个承载运行架的轮对可能会发生打滑现象，即从动轮有发生打滑的可能性。因此将测量轮装置设置在主动驱动轮所在的承载运行架的底端能使测量轮装置更稳定，因而更有效和准确地进行测速。

为了便于机车前进和后退，有时需要更换主动驱动轮和从动驱动轮，即切换直接连接驱动电机的轮对，为了适应这种情况，保持测量轮装置设置在主动驱动轮所在的承载运行架的底端，可设置多个测量轮装置，分别安装在各承载运行架的底端，启用设置在主动驱动轮所在的承载运行架底端的测量轮装置。

测量轮装置包括连接板、铰接板、安装轴、支撑轴、限位板、下压弹簧、轮体和位置编码器。连接板的上端连接架本体，连接板的下端和铰接板铰接，具体的，连接板和铰接板通过铰接轴实现铰接。

铰接板中部设有限位板，限位板一端固定连接铰接板的中部、另一端悬伸，限位板和铰接板不垂直，即限位板的一侧和铰接板的夹角为锐角、另一侧和铰接板的夹角为钝角，所述锐角和钝角之和为180°。限位板上设有一通孔。

支撑轴的一端与连接板的底部固定连接、另一端穿过限位板上的通孔后连接一限位块，限位块的外径大于支撑轴外径，防止支撑轴从所述通孔中滑脱。具体的，支撑轴与连接板连接的一端位于所述钝角一侧，支撑轴的另一端位于所述锐角一侧。

下压弹簧套接在支撑轴的外部，且下压弹簧位于连接板和限位板之间，下压弹簧的一端与连接板的底部固定连接、另一端固定连接限位板。

铰接板的一端和连接板铰接、另一端连接安装轴，安装轴的两端分别安装有轮体和位置编码器，轮体可转动地安装在安装轴上，位置编码器和轮体连接并可对轮体的转速进行检测。

基于上述结构，使用时，轮体接触所述机车的运行导轨，由于下压弹簧的弹力作用，轮体会被压紧地接触运行导轨，使轮体跟随所说机车沿着导轨转动。可以实现对机车运行距离的检测。

所述控制系统包括控制器、驱动变频器、报警器、信号指示器、车钩传感器、参考点传感器、极限点传感器、显示器、位置编码器、拖缆装置以及操作台、遥控器、温控器。

报警器、信号指示器、车钩传感器、参考点传感器、极限点传感器、位置编码器、操作台、遥控器分别和控制器电连接。控制器还控制机车上的变频器、制动器、卷线机构等，使其对机车的启停、加减速、制动以及收放电缆进行同步控制。

报警器设有多个，分设在机车上、运行轨道路径以及操作站点旁，报警器为声光报警器。当机车处于运行状态时，报警器发出声光报警，以提醒现场人员注意避开。

信号指示器设在机车上，指示器为三色信号灯箱，指示机车运行状态与车钩位置状态，以便于转运内燃机车司机接送铁罐车时与电力机车的碰挂与松钩。所述车钩位置状态是指车钩的钩舌是否打开，打开时可进行钩挂动作，不打开时不可进行钩挂动作。所述机车运行状态是指机车是否处于运行状态。

车钩传感器用于感应车钩的钩舌和带动钩舌动作的液压推杆的位置。车钩传感器设有四个，两个车钩传感器分别设在两个车钩的下方，用于感应钩舌的位置从而判断钩舌是否打开，两个车钩传感器分别设在两个液压推杆的下方，用于感应液压推杆的位置从而判断其是否动作。

机车运行范围的起点和终点也分别称为参考起点和设定点，参考点传感器设有一个，设在所述起点处，用于感应机车是否到达所述起点。所述参考点传感器为非接触式传感器，可为光电传感器、距离传感器等能感应机车位置的传感器。当参考点传感器感应到机车时，参考点传感器将感应信息发送给控制器，控制器控制机车停止。需要说明的是，所述设定点也可设有参考点传感器，用于感应机车是否到达所述设定点。

极限点传感器设有两个，分别设在机车运行范围的两侧，换句话说，所述起点和终点位于两个极限点传感器之间。极限点传感器为接触式传感器。当机车接触到极限点传感器时，极限点传感器动作，或说极限点传感器感应到机车，极限点传感器接收到感应信息并发送给控制器，控制器发送指令给制动器，控制机车停止。

显示器用于显示车钩状态、位置编码器测得的机车的运行速度、驱动电机状态等状态。显示器可设于操作台、控制柜等供操作人员参看的地方。

测量轮装置检测的距离信息是其直接实际测量得到的数值，即实测值，而机车的运行距离反应其位置，是其它参数控制和调节的基础，因此与其它间接测量机车距离的方式相比，其精准性更高，更利于对机车的整体控制。如机车与铁罐车进行钩挂时，可精准地控制机车的运行距离以使机车的车钩接触到铁罐车，实现精准钩挂。

用于给机车提供电源的拖缆装置包括卷线盘、拖缆电机、拖缆减速机和滑线器，拖缆装置各部件可采用现有技术中的结构。机车通过控制拖缆装置收放保证机车电力供给与信号联接。所述拖缆电机带动卷线卷绕在卷线器上，卷缆长度大于机车运行总长度，当运行距离少于电缆长度时，多余的电缆收卷在卷筒上。

驱动电机和拖缆电机的启动或停止通过设置在远离机车的操作台上，启动驱动电机后，带动机车运行。

温控器用于设定控制室或控制柜内温度的。遥控器用于无线遥控机车。

基于上述结构的牵引机车的控制方法如下：设定一参考起点，参考起点设有一参考点传感器。当罐车装好铁水时，通过操作台启动驱动电机，驱动电机带动所述机车调速运行，机车通过控制拖缆装置收放保证机车电力供给与信号联接。机车从参考起点出发，控制器通过位置编码器进行实时位置数据监控、运算，将运行速度指令信息发送给变频器，当机车运行接近至设定点时，或者说当机车运行与设定点的距离等于预设值时，变频器控制机车上的驱动电机，使其对机车进行减速运行并接近设定点，到达设定点时停止电机运行并抱闸制动，所述拖缆电机带动卷线卷绕在卷线器上，实时保证拖缆收放长度与运行距离一致。需要说明的是，机车运行至与设定点的预设值可以根据具体应用场合灵活设置。

当机车从设定点返回至参考起点时，其控制与参考起点至设定点一致，到达参考起点时位置、速度等运行数据清零，起到位置数据校准功能。

当参考点传感器发生故障，控制器不能及时收到参考点传感器的信息，或者位置编码器数据反馈有误，使机车达到参考起点或设定点没有制停而是继续运行时，机车继续运行至接触极限点传感器，控制器接收到极限点传感器的信息并对机车进行制停。

机车运行过程中，报警器发出报警提示现场人员注意避让，同时信号指示器根据设定进行三色信号指示，指示机车运行状态与车钩位置状态，以便于转运内燃机车司机接送铁罐车时与电力机车的碰挂与松钩。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高炉出铁用电力牵引机车的控制系统，其特征在于：所述机车包括下部车体、上部车体、驱动机构、车钩、测量轮装置和控制系统，测量轮装置安装在下部车体的底端，测量轮装置包括用于检测机车运行距离的位置编码器，驱动机构包括驱动电机，驱动电机带动下部车体和上部车体运行，所述控制系统包括控制器、驱动变频器、报警器、信号指示器、车钩传感器、参考点传感器、极限点传感器、显示器、位置编码器、拖缆装置以及操作台、遥控器、温控器，报警器、信号指示器、车钩传感器、参考点传感器、极限点传感器、位置编码器、操作台、遥控器分别和控制器电连接，机车运行时报警器报警，安装在机车上的信号指示器用于显示机车运行状态与车钩位置状态，车钩传感器用于感应车钩的钩舌位置，极限点传感器设有两个，机车预定运行范围的起点和终点设在两个极限点传感器之间，所述起点设有参考点传感器。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述极限点传感器为接触式传感器，极限点传感器与所述起点或终点间隔布置。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：车钩传感器还用于感应带动钩舌动作的液压推杆的位置。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：车钩有两个，分别位于下部车体的运行方向的两端，车钩由液压装置带动其动作，车钩传感器设有四个，两个车钩传感器分别设在两个车钩的下方，另外两个车钩传感器分别设在两个液压装置的下方。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：报警器设有多个，分设在机车上、运行轨道路径以及操作台旁。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：指示器为三色信号灯箱。

7.一种高炉出铁用电力牵引机车的控制方法，所述控制方法基于权利要求1～6任一所述的控制系统，其特征在于：当所述机车在起点，启动驱动电机时，驱动电机带动所述机车调速运行，控制器通过位置编码器进行实时位置数据监控、运算，将运行速度指令信息发送给变频器，当机车运行至与终点的距离等于预设值时，变频器控制机车上的驱动电机，使其对机车进行减速运行，当机车到达设定点时停止电机运行并抱闸制动；当机车从终点返回起点时，到达起点时运行数据清零。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述运行数据包括机车的位置信息、速度信息。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当机车达到起点或终点没有制停而是继续运行时，机车继续运行至接触极限点传感器，控制器接收到极限点传感器的信息并对机车进行制停。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：当参考点传感器发生故障，控制器不能收到参考点传感器的信息，或者位置编码器数据反馈有误，使机车达到参考起点或设定点没有制停而是继续运行时，机车达到起点或终点不会制停而是继续运行。