CN114035488B - 一种基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统，至少包括物联网模块，还包括隧道内自动驾驶控制单元、安全监控预警系统单元和遥控控制单元，三者共同连接的有后司机室操作及控制单元、后车动力系统控制单元、中司机室操作及控制单元、前车动力系统控制单元、前司机室操作及控制单元；本发明通过设立多个控制单元，对运架一体机的各个机构实施全方位实时监控的同时，能够准确、快速、安全的控制运架一体机的各个机构完成作业，同时具有自动化程度高、可靠性强和提高工时工效的优点。

Description

一种基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统

技术领域

本发明属于工程机械电气液压控制技术，尤其涉及一种基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统。

背景技术

随着我国的经济快速发展，国内高速铁路建设也进入迅猛发展阶段。高速铁路已经不局限于我国沿海以及平原地区了，即使山区丘陵地段也进入高速铁路的建设高潮。高架桥和隧道占了铁路的很大比例，至2008年底已经允许开工的高速铁路总长达到了9543公里，其中桥梁和隧道占比例高达60％。起初设计的分离式架桥机和运梁车的宽度和高度在通过隧道的时候，由于整体庞大，所以在通过隧道时，显得工序异常复杂，不但要拆解超大零件，还增加了施工的难度，极大地降低了施工的效率，延缓了山区高速铁路的建设施工进度。在山地丘陵地区建设高速铁路时，经常出现隧道和桥梁直接连接的特殊工程施工状况，分离式架桥机和运梁车难以发挥作用，运架一体机应运而生。

运架一体机是一种新型的铁路预制梁架设工程机械，又称流动式架桥机。它集运梁、架梁于一身，对比原有的架桥机、运梁车有明显的优势。特别是在隧道比较多的路段，可以省去拆卸架桥机的工作，只需简单地改装主支腿，即可完成，省去大量的时间。运架一体机实施施工还需要控制系统的辅助，然而现有的电气控制系统难以满足其需求，存在着自动化水平低、容易发生故障、能耗大、运行费用高等缺点，无法适配于结构复杂、功能多的运架一体机，因此研制出一种自动化程度高、安全性好的电气控制系统是有必要的。

发明内容

为了解决上述不足，本发明提供了一种基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统，设立了多个控制单元，对运架一体机的各个机构实施全方位实时监控的同时，能够准确、快速、安全的控制运架一体机的各个机构完成作业，同时具有自动化程度高、可靠性强和提高工时工效的优点。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统，至少包括物联网模块，所述电气控制系统包括隧道内自动驾驶控制单元、安全监控预警系统单元和遥控控制单元，三者共同连接的有后司机室操作及控制单元、后车动力系统控制单元、中司机室操作及控制单元、前车动力系统控制单元、前司机室操作及控制单元；所述遥控控制单元用于远程无线人机交互控制；所述安全监控预警系统单元还与物联网模块连接并包括视频监控单元和数据采集单元，视频监控单元和数据采集单元所采集的数据均传输至远程监控中心；所述后司机室操作及控制单元连接的有后车驱动行走控制单元、后车行走及驻车制动控制单元、后车转向控制单元、后车悬挂控制单元；所述中司机室操作及控制单元连接的有前起重小车起升控制单元、后起重小车起升控制单元、前起重小车纵横移控制单元、后起重小车纵横移控制单元、后车支撑及主梁伸缩套柱控制单元、主支腿控制单元、精准落梁系统单元；所述前司机室操作及控制单元连接的有前车驱动行走控制单元、前车行走及驻车制动控制单元、前车转向控制单元、前车悬挂控制单元。

所述物联网模块与公有云或稀有云平台连接，公有云或稀有云平台通过无线网络与移动终端通讯。

所述电气控制系统采用CAN总线、RS-485通信、以太网标准总线进行连接。

所述运架一体机的司机室内设有硬盘刻录机、网络交换机、显示器、数据处理工作站，所述视频监控单元和数据采集单元将采集到的数据显示于显示器上，且视频监控单元采集的数据依次经过硬盘刻录机和网络交换机转换信号后传输至远程监控中心，数据采集单元将采集的数据经过数据处理工作站处理后存储并传输至远程监控中心。

所述远程监控中心安装有限位告警设置、数据预警设置、数据报警设置，且远程监控中心与移动终端连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：1、本发明的运架一体机电气控制系统集成了工业通讯、物联网云监控技术、传感器融合技术、数据采集及监控技术，将后司机室操作及控制单元、后车动力系统控制单元、中司机室操作及控制单元、前车动力系统控制单元、前司机室操作及控制单元这五个子控制单元连成一体组成运架一体机的控制系统，且前司机室操作及控制单元、中司机室操作及控制单元、后司机室操作及控制单元均包括有多个子控制单元，各子控制系统均可独立成一个标准子控制单元，各子控制单元通过多通道分布式CAN总线控制架构、RS-485通信和以太网标准总线连成一体，共同实现设备的各项控制功能，设备远程物联网云监控由物联网模块连通设备与远程云平台，实现设备与云平台的数据连通；

2、本发明通过多个控制单元实现运架一体机的操作和控制功能，进而实现运架一体机的各项功能，使得运架一体机可适应隧道及其它所有工况运架梁，自动化程度高，安全性好，改进了传统工艺中多名工人协同作业的施工工艺，提高工效，降低时间和经济成本，本发明的电气控制系统按标准模块化设置控制箱及快速连接系统，采用可适应高低温及机械振动、盐雾等工作环境的防护等级的材质，提高了运架一体机的工作可靠性；

3、本发明通过隧道内自动驾驶控制单元代替人工测距、安拆零部件等操作，实现自动驾驶，降低隧道内操控设备难度，提高效率，通过遥控控制单元实现设备的无线人机交互控制，通过安全监控预警系统单元实时全面掌控作业全程各位置状态，保障设备安全运行，并对操作数据及关键过程数据的记录进行存储，数据可拷贝导出进行工作过程分析、故障历史查询；

4、本发明设置了后司机室操作及控制单元、中司机室操作及控制单元、前司机室操作及控制单元三个控制中心，对运架一体机整机的驱动、悬挂、支撑、落梁作一体化控制，还将前车和后车设为独立的两个控制系统，方便两者分开操作，提高灵活性和适用性，同时通过精准落梁系统单元实现自动精准落梁，并实时测量箱梁当前位置与设计位置的偏差，并将数据发送给监控系统，从而实现高效精确落梁。

附图说明

图1为本发明提供的电气控制系统的原理框图；

图2为本发明提供的安全监控预警系统单元的原理框图；

图3为本发明提供的运架一体机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例应用于专利CN110273371A中所公开的运架一体机，整体结构参照图3。

结合图1和图2，本发明提供了一种基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统，至少包括物联网模块，物联网模块与公有云或稀有云平台连接，公有云或稀有云平台连接通过无线网络与用户电脑监控工作终端或用户移动监控工作终端通讯；所述电气控制系统包括隧道内自动驾驶控制单元、安全监控预警系统单元和遥控控制单元，三者共同连接的有后司机室操作及控制单元、后车动力系统控制单元、中司机室操作及控制单元、前车动力系统控制单元、前司机室操作及控制单元；

所述隧道内自动驾驶控制单元用于实现设备在隧道内的自动驾驶功能，操作人员通过监视车辆运行数据并可在紧急情况下进行人工干预；工作原理为：在车头和车尾两侧分别安装激光面阵测距传感器，实时检测车头和车尾距离隧道两侧的实时距离，并通过数据处理工作站对这些数据进行分析比较；当检测到行走方向出现偏差时，在自动驾驶操作模式下，电气控制系统可进行自动纠偏控制，控制方向盘进行左转或右转调整，使设备行走在隧道中心线上，工作人员在运架一体机行驶过程中仅需要踩下油门、设定速度，无需人工测距、安拆零部件等操作就可实现自动驾驶，降低隧道内操控设备难度，提高效率；

所述遥控控制单元用于实现运架一体机远程100米内的无线人机交互控制；

所述安全监控预警系统单元与物联网模块连接，通过物联网模块连通设备与远程云平台，实现设备与云平台的数据连通；所述安全监控预警系统单元用于实现设备的安全监控管理，管理标准基于GB/T28264-2017起重机械安全监控管理系统，然而本实施例的运架一体机较于一般架桥机的结构、工况繁冗程度、控制程序、安全监控内容而言要复杂的多，所以安全监控预警系统单元的管理标准是高于国标标准设计的；具体的，所述安全监控预警系统单元主要包括视频监控单元和数据采集单元，所述视频监控单元通过设置于运架一体机上的多个摄像头对设备过孔、起升及吊具、轮组转向及行走等工况进行实时监控，摄像头采集的视频通过硬盘刻录机转换信号后显示在位于司机室的显示器上并进行存储，存储后传输至网络交换机，网络交换机通过以太网传输至远程监控中心；司机室还设置有全程微电监控显示器，司机室通过显示器和全程微电监控显示器实时全面掌控作业全程各位置状态，保障设备安全运行；

所述数据采集单元主要通过设置在设备上的各类传感器采集设备各机构的工作实时数据，工作实时数据具体为主梁及支腿倾角、风速、工作环境湿度、起重量、吊钩升降高度及极限位置、起重小车运行行程及极限位置、大车运行行程及极限位置、轮组转向角度、液压系统压力湿度、前起重小车及后起重小车运行间距监控、整机水平姿态、支腿垂直度；数据采集单元将采集到的上述数据传输至数据处理工作站，数据处理工作站通过控制器对数据进行处理并显示在位于司机室的显示器上，实现对设备的全方位监控，同时数据处理工作站将数据传输至数据存储器中进行存储并同步传输至物联网模块，物联网模块将数据传输至远程接收单元，远程接收单元传输至远程监控中心；

所述远程监控中心安装有限位告警设置、数据预警设置、数据报警设置，多台电脑或手机终端等通过信息接收账户权限设置可对上述三种设置进行查看、修改等操作；

所述安全监控预警系统单元还包括数据记录仪，数据记录仪设于司机室内，用于实现对运架一体机使用中的操作数据及关键过程数据的记录，数据可拷贝导出进行工作过程分析、故障历史查询。

所述前车动力系统控制单元和后车动力系统控制单元分别控制前、后车发动机的启动、停止、转速调整及发动机的保护控制，保护控制主要包括发动机机油压力监控、发动机冷却液温度及其液位监控、发动机启停保护、发动机转速监控、蓄电池电压监控，工作原理为：由车载控制器通过J1939通讯协议控制发动机控制器来实现的；

所述后司机室操作及控制单元包括后车驱动行走控制单元、后车行走及驻车制动控制单元、后车转向控制单元、后车悬挂控制单元；所述前司机室操作及控制单元包括前车驱动行走控制单元、前车行走及驻车制动控制单元、前车转向控制单元、前车悬挂控制单元；

所述前车驱动行走控制单元和后车驱动行走控制单元分别控制前、后车行走驱动泵和马达，实现前、后车的驱动行走控制及两者的同步控制，工作原理为：由车载控制器控制闭式液压系统的泵和马达的比例电磁阀来调整泵和马达的排量，从而实现车速控制；

所述前车转向控制单元和后车转向控制单元分别通过控制前车、后车转向油缸的伸缩实现转向轮组的左转和右转动作，工作原理为：由车载控制器控制转向比例阀组来实现转向油缸的伸缩动作，本实施例中前、后车由球铰连接且为两套独立的动力及液压系统，在操作过程中同时实现了纠偏控制及同步协调控制；

所述前车悬挂控制单元和后车悬挂控制单元分别控制前车、后车悬挂油缸的升降，进而调整整机的悬挂系统以适应不同路面，工作原理为：由车载控制器控制悬挂比例阀组来实现转向油缸的升降动作；

所述中司机室操作及控制单元包括前起重小车起升控制单元、后起重小车起升控制单元、前起重小车纵横移控制单元、后起重小车纵横移控制单元、后车支撑及主梁伸缩套柱控制单元、主支腿控制单元、精准落梁系统单元；

所述前起重小车起升控制单元和后起重小车起升控制单元分别控制前、后车卷扬机刹车机构的开合和马达减速机构的正向及逆向旋转，实现吊钩组的上升和下降，工作原理为：由车载控制器控制制动阀组及驱动马达比例阀组实现上升、下降动作，设备上每台起重小车起升部分是由卷扬机的旋转带动钢丝绳的收放，通过定、动滑轮组进行驱动力的传达；

所述前起重小车纵横移控制单元和后起重小车纵横移控制单元分别控制前、后起重小车纵行及横向位置调整，工作原理为：由车载控制器控制纵横移阀组实现纵、横移油缸的伸缩动作；

所述后车支撑及主梁伸缩套柱控制单元用于架桥机后车与主梁尾端连接升降控制，该机构用于纵坡架梁主梁前端及主支腿与桥墩或桥台接触高度调整。

所述主支腿控制单元用于控制支腿横移、折转、同步马达驱动、纵移变跨机构前进及后退，工作原理为：支腿横移、折转、同步马达驱动控制由车载控制器控制横移折转、马达阀组，实现支腿横移、折转油缸伸缩以及同步马达正反转动作，纵移变跨机构的驱动机构为电机，工作原理为：由车载控制器控制变频器进而驱动电机正反转及速度调控；

所述精准落梁系统单元用于自动测量梁体偏位状态情况，自动调整梁片水平姿态及纵横向位置，实现自动、精确、高效、安全落梁，工作原理为：通过在运架一体机起重小车上安装纵、横、及垂直三个维度方向的测量传感器实现梁片姿态位置测量，在主支腿及中支腿附近上安装工业摄影测量相机，并在摄影测量相机可测量范围内的支座垫石中心、已架箱梁及待架箱梁顶面、架桥机支腿的特征点位置布置工业摄影测量相机配合反射光信号的测量标志，基于工业摄影测量反馈梁片中心位置及纵、横、及垂直三个维度方向的测量传感器综合数据进入精确落梁系统单元中对采集到的数据进行计算，实时动态调整梁片3个维度位移动作，在落梁过程中，可以实现自动精准落梁，并实时测量箱梁当前位置与设计位置的偏差，并将数据发送给监控系统，从而实现高效精确落梁。

Claims (4)

1.一种基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统，至少包括物联网模块，其特征在于：所述电气控制系统包括隧道内自动驾驶控制单元、安全监控预警系统单元和遥控控制单元，三者共同连接的有后司机室操作及控制单元、后车动力系统控制单元、中司机室操作及控制单元、前车动力系统控制单元、前司机室操作及控制单元；

所述隧道内自动驾驶控制单元用于实现设备在隧道内的自动驾驶功能，操作人员通过监视车辆运行数据并可在紧急情况下进行人工干预；工作原理为：在车头和车尾两侧分别安装激光面阵测距传感器，实时检测车头和车尾距离隧道两侧的实时距离，并通过数据处理工作站对这些数据进行分析比较；当检测到行走方向出现偏差时，在自动驾驶操作模式下，电气控制系统可进行自动纠偏控制，控制方向盘进行左转或右转调整，使设备行走在隧道中心线上；

所述遥控控制单元用于远程无线人机交互控制；

所述安全监控预警系统单元还与物联网模块连接并包括视频监控单元和数据采集单元，视频监控单元和数据采集单元所采集的数据均传输至远程监控中心，远程监控中心安装有限位告警设置、数据预警设置、数据报警设置，且远程监控中心与移动终端连接；

所述数据采集单元通过设置在设备上的各类传感器采集设备各机构的工作实时数据，工作实时数据具体为主梁及支腿倾角、风速、工作环境湿度、起重量、吊钩升降高度及极限位置、起重小车运行行程及极限位置、大车运行行程及极限位置、轮组转向角度、液压系统压力湿度、前起重小车及后起重小车运行间距监控、整机水平姿态、支腿垂直度；数据采集单元将采集到的上述数据传输至数据处理工作站，数据处理工作站通过控制器对数据进行处理并显示在位于司机室的显示器上，实现对设备的全方位监控，同时数据处理工作站将数据传输至数据存储器中进行存储并同步传输至物联网模块，物联网模块将数据传输至远程接收单元，远程接收单元传输至远程监控中心；

所述前车动力系统控制单元和后车动力系统控制单元分别控制前、后车发动机的启动、停止、转速调整及发动机的保护控制，保护控制包括发动机机油压力监控、发动机冷却液温度及其液位监控、发动机启停保护、发动机转速监控、蓄电池电压监控，工作原理为：由车载控制器通过J1939通讯协议控制发动机控制器来实现；

所述后司机室操作及控制单元连接的有后车驱动行走控制单元、后车行走及驻车制动控制单元、后车转向控制单元、后车悬挂控制单元；

所述中司机室操作及控制单元连接的有前起重小车起升控制单元、后起重小车起升控制单元、前起重小车纵横移控制单元、后起重小车纵横移控制单元、后车支撑及主梁伸缩套柱控制单元、主支腿控制单元、精准落梁系统单元；

所述精准落梁系统单元用于自动测量梁体偏位状态情况，自动调整梁片水平姿态及纵横向位置，工作原理为：通过在运架一体机起重小车上安装纵、横、及垂直三个维度方向的测量传感器实现梁片姿态位置测量，在主支腿及中支腿附近上安装工业摄影测量相机，并在摄影测量相机可测量范围内的支座垫石中心、已架箱梁及待架箱梁顶面、架桥机支腿的特征点位置布置工业摄影测量相机配合反射光信号的测量标志，基于工业摄影测量反馈梁片中心位置及纵、横、及垂直三个维度方向的测量传感器综合数据进入精确落梁系统单元中对采集到的数据进行计算，实时动态调整梁片三个维度位移动作，在落梁过程中，实现自动精准落梁，并实时测量箱梁当前位置与设计位置的偏差，并将数据发送给监控系统，从而实现精确落梁；

所述前司机室操作及控制单元连接的有前车驱动行走控制单元、前车行走及驻车制动控制单元、前车转向控制单元、前车悬挂控制单元。

2.根据权利要求1所述的基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统，其特征在于：所述物联网模块与公有云或稀有云平台连接，公有云或稀有云平台通过无线网络与移动终端通讯。

3.根据权利要求1所述的基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统，其特征在于：所述电气控制系统采用CAN总线、RS-485通信、以太网标准总线进行连接。

4.根据权利要求1所述的基于物联网云监控技术的运架一体机电气控制系统，其特征在于：所述运架一体机的司机室内设有硬盘刻录机、网络交换机、显示器、数据处理工作站，所述视频监控单元和数据采集单元将采集到的数据显示于显示器上，且视频监控单元采集的数据依次经过硬盘刻录机和网络交换机转换信号后传输至远程监控中心，数据采集单元将采集的数据经过数据处理工作站处理后存储并传输至远程监控中心。

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