CN116553391A - 用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置及方法 - Google Patents

用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置及方法 Download PDF

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CN116553391A CN202310552109.5A CN202310552109A CN116553391A CN 116553391 A CN116553391 A CN 116553391A CN 202310552109 A CN202310552109 A CN 202310552109A CN 116553391 A CN116553391 A CN 116553391A
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袁宸胤
王文
陈钰星
刘欣怡
潘馨哲
季青
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Abstract

本发明公开了用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置及方法，涉及机械吊臂防触线控制技术领域，包括防机械碰线预警模块和机械吊臂紧急制动闭环控制模块，所述防机械碰线预警模块包括激光网预警单元、第一GPS定位模块和预警信号广播单元。本发明将激光网设置在输电线所处平面最低处的下方的设定位置，再通过预警信号广播单元发送这个预警信号和输电线的平面轮廓位置数据，每个机械吊臂匹配接收预警信号和平面轮廓位置数据，并采用比较机械吊臂端部的平面位置位于输电线的平面轮廓位置的方式，实现自动定位到具体由触碰风险的机械吊臂，并自动对其进行紧急制动和针对报警，避免了机械吊臂触碰到了输电线，保障了电网运行以及人民生命财产安全。

Description

用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置及方法
技术领域
本发明涉及机械吊臂防触线控制技术领域，尤其是涉及用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置及方法。
背景技术
输电线路是确保电力正常输送的通道，也是电网公司最重要的资产之一。随着经济发展，城市输电线路的密度越来越高，在输电线路下方的施工作业也变得不可避免，施工过程中吊车等大型机械或特种作业车引起的输电线路短路事故时有发生。对输电线路、电网运行以及人民生命财产安全构成严重威胁。
现有技术存在以下问题，一是缺乏吊臂机械结构与输电线路电气安全距离的实时监测手段，施工过程中靠看护人员肉眼难以准确识别安全距离。
二是吊车作业靠人工操作，吊臂与输电线路之间存在碰线风险时，不能自动紧急制动。
发明内容
为了解决上述施工过程中吊车等大型机械或特种作业车引起的输电线路短路事故的紧急避险制动问题，本发明提供用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置及方法。采用如下的技术方案：
用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，包括防机械碰线预警模块和机械吊臂紧急制动闭环控制模块，所述防机械碰线预警模块包括激光网预警单元、第一GPS定位模块和预警信号广播单元，所述激光网预警单元设置在输电线的两根电线杆之间，并位于输电线所处平面最低处的下方0.5-2米的平面位置，用于监测是否有物体接近输电线，第一GPS定位模块分别设置在两根电线杆上，用于定位两根电线杆之间的区域位置，所述预警信号广播单元分别与激光网预警单元和第一GPS定位模块通信连接，所述机械吊臂紧急制动闭环控制模块包括预警信号接收单元、第二GPS定位模块和闭环自动控制器，所述预警信号接收单元与预警信号广播单元通信连接，所述第二GPS定位模块设置在机械吊臂的端部，所述闭环自动控制器分别与预警信号接收单元和第二GPS定位模块通信连接，并根据激光网预警单元1、第一GPS定位模块和第二GPS定位模块的位置比较结果控制机械吊臂的执行动作。
通过采用上述技术方案，机械触碰输电线的情况一般发生在由下至上的机械设备触碰到输电线，因此在输电线的下方构建防止触碰的激光网就可以监测到机械触碰，如果把激光网设置在输电线所处平面最低处的下方0.5-2米的平面位置，就可以实现机械触碰的预警，通过预警信号广播单元发送这个预警信号，并同时广播第一GPS定位模块定位的两根电线杆之间的区域位置，这个区域位置就是输电线所占用的区域，如果闭环自动控制器将机械吊臂的位置信息与电线杆之间的区域位置进行比计较，若机械吊臂位于这个区域之内，则可以认定该机械吊臂极有可能就是接近输电线的物体，则闭环自动控制器就可以控制机械吊臂进行紧急制动，避免触碰输电线，从而避免对输电线、电网运行以及人民生命财产安全威胁。
可选的，所述防机械碰线预警模块还包括用于触碰预警判断的AI芯片，所述激光网预警单元、第一GPS定位模块和预警信号广播单元分别与AI芯片通信连接。
通过采用上述技术方案，采用AI芯片可以实现自动化高效的数据比对，整个比较和响应时间可以控制在1秒以内，能有效地实现自动判断，自动紧急制动。
可选的，激光网预警单元包括多个激光发射器和多个激光接收器，多个激光接收器分别与AI芯片通信连接，多个激光发射器和多个激光接收器分别设置在两根电线杆上，多个激光发射器发出的激光束分别被多个激光接收器接收，形成激光网，当任意激光束被阻断时，AI芯片判断有触线风险，AI芯片通过预警信号广播单元广播触线风险信号和第一GPS定位模块的定位信息。
通过采用上述技术方案，激光网预警单元的布置可以采用多个激光发射器和多个激光接收器来实现，具体的布置方式可以是平行式的也可以是交叉式的，具体的还可以在输电线所处平面最高处的上方0.5-2米的平面位置同样布置激光网，对来自上方的触碰物进行预警，当有物体触碰到激光网时，会阻断其中的一束或者几束激光，这时对应的激光接收器就接收不到激光发射器发射的激光，就产生一个阻断信号，此时AI芯片判断有触线风险，AI芯片通过预警信号广播单元广播触线风险信号和第一GPS定位模块的定位信息。
可选的，第一GPS定位模块包括四个GPS定位器和GPS定位芯片，四个GPS定位器分别设置在两根电线杆的四个边角处，所述GPS定位芯片分别与四个GPS定位器通信连接，用于接收四个GPS定位器的位置信息，生成定位输电线的平面轮廓位置。
通过采用上述技术方案，两根电线杆的四个边角处分别设置四个GPS定位器，通过定位的位置数据，GPS定位芯片就可以生成定位输电线的平面轮廓位置，这个平面轮廓位置相对较大，如果机械吊臂位于这个区域之内，且刚好有物体触碰了激光网，那么判定机械吊臂有极大的风险触碰输电线，此时必须进行紧急制动。
可选的，预警信号广播单元包括无线LORA发送模块和第一报警器，所述AI芯片分别与无线LORA发送模块和第一报警器通信连接，第一报警器设置在电线杆上，AI芯片控制无线LORA发送模块的无线发送内容，并控制第一报警器的开关。
可选的，预警信号接收单元是无线LORA接收模块。
通过采用上述技术方案，无线LORA发送模块可以实现远距离的数据传输，能够实现工程区域内的一段输电线的范围通信需求，第一报警器的设置可以对区域内的所有工程机械进行警示。
可选的，闭环自动控制器包括基于芯片的控制电路板和电控开关，所述控制电路板分别预警信号接收单元和第二GPS定位模块通信连接，并通过电控开关控制机械吊臂液压制动器的启停。
通过采用上述技术方案，控制电路板的控制核心是芯片，可以按照设定规则高效地对定位数据进行比较，并在比较出结果后，完成对液压制动器的电控，液压制动器启动可以对机械吊臂进行紧急制动，整个响应时间一般在1秒以内，制动指令下达后，机械吊臂的位移不会超过0.2米，能有效地避免机械吊臂触碰输电线。
可选的，闭环自动控制器还包括第二报警器，控制电路板控制第二报警器的开关。
通过采用上述技术方案，第二报警器可以设置在机械吊臂处，能直接警示机械吊臂的操作人员。
可选的，第一报警器和第二报警器均是声光报警器。
通过采用上述技术方案，声光报警器发出的声光报警无论是夜晚还是白天都能有效地警示工作人员。
用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制方法，具体方法是：
步骤1，当激光接收器接收的激光束被阻断时，激光接收器将阻断信号发射给AI芯片，AI芯片控制无线LORA发送模块向外广播触碰风险警告数据和第一GPS定位模块所定位的输电线的平面轮廓位置数据，同时控制第一报警器开启报警；
步骤2，预警信号接收单元接收触碰风险警告数据和输电线的平面轮廓位置数据，控制电路板比较第二GPS定位模块测得的机械吊臂端部的平面位置数据和输电线的平面轮廓位置数据，若判断机械吊臂端部的平面位置位于输电线的平面轮廓位置范围内，则控制电路板通过电控开关控制机械吊臂的液压制动器开启紧急制动，同时控制第二报警器开启报警。
通过采用上述技术方案，施工区域一般较为嘈杂，如果不进行自动紧急制动，机械吊臂的操作人员对于警报声的反应没有那么灵敏，制动反应时间较长，很有可能第一报警器的预警声音发出了，但是机械吊臂的制动偏慢，制动了但是依然触碰到了输电线，依然会有很大的安全风险。
采用比较机械吊臂端部的平面位置位于输电线的平面轮廓位置的方式，实现自动定位到具体由触碰风险的机械吊臂，并自动对其进行紧急制动和针对报警，避免了机械吊臂触碰到了输电线，保障了电网运行以及人民生命财产安全。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
本发明能提供用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置及方法，将激光网设置在输电线所处平面最低处的下方的设定位置，就可以实现机械触碰的预警，再通过预警信号广播单元发送这个预警信号和输电线的平面轮廓位置数据，每个机械吊臂匹配接收预警信号和平面轮廓位置数据，并采用比较机械吊臂端部的平面位置位于输电线的平面轮廓位置的方式，实现自动定位到具体由触碰风险的机械吊臂，并自动对其进行紧急制动和针对报警，避免了机械吊臂触碰到了输电线，保障了电网运行以及人民生命财产安全。
附图说明
图1是本发明用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置电器件连接原理示意图；
图2是本发明用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置机械吊臂紧急制动闭环控制模块的电器件连接原理示意图；
图3是本发明用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置的结构示意图；
图4是本发明用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制方法的流程示意图。
附图标记说明：11、激光网预警单元；111、激光发射器；112、激光接收器；12、第一GPS定位模块；121、GPS定位器；122、GPS定位芯片；13、预警信号广播单元；131、LORA发送模块；132、第一报警器；14、AI芯片；2、机械吊臂紧急制动闭环控制模块；21、预警信号接收单元；22、第二GPS定位模块；23、闭环自动控制器；231、控制电路板；232、电控开关；233、第二报警器；100、输电线；101、电线杆；102、机械吊臂；1021、液压制动器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例公开用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置及方法。
参照图1-图4，用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，包括防机械碰线预警模块和机械吊臂紧急制动闭环控制模块2，防机械碰线预警模块包括激光网预警单元11、第一GPS定位模块12和预警信号广播单元13，激光网预警单元11设置在输电线100的两根电线杆101之间，并位于输电线100所处平面最低处的下方0.5-2米的平面位置，用于监测是否有物体接近输电线100，第一GPS定位模块12分别设置在两根电线杆101上，用于定位两根电线杆101之间的区域位置，预警信号广播单元13分别与激光网预警单元11和第一GPS定位模块12通信连接，机械吊臂紧急制动闭环控制模块2包括预警信号接收单元21、第二GPS定位模块22和闭环自动控制器23，预警信号接收单元21与预警信号广播单元13通信连接，第二GPS定位模块22设置在机械吊臂102的端部，闭环自动控制器23分别与预警信号接收单元21和第二GPS定位模块22通信连接，并根据激光网预警单元1、第一GPS定位模块12和第二GPS定位模块22的位置比较结果控制机械吊臂102的执行动作。
机械触碰输电线100的情况一般发生在由下至上的机械设备触碰到输电线100，因此在输电线100的下方构建防止触碰的激光网就可以监测到机械触碰，如果把激光网设置在输电线100所处平面最低处的下方0.5-2米的平面位置，就可以实现机械触碰的预警，通过预警信号广播单元13发送这个预警信号，并同时广播第一GPS定位模块12定位的两根电线杆101之间的区域位置，这个区域位置就是输电线100所占用的区域，如果闭环自动控制器23将机械吊臂102的位置信息与电线杆101之间的区域位置进行比计较，若机械吊臂102位于这个区域之内，则可以认定该机械吊臂102极有可能就是接近输电线100的物体，则闭环自动控制器23就可以控制机械吊臂102进行紧急制动，避免触碰输电线100，从而避免对输电线100、电网运行以及人民生命财产安全威胁。
防机械碰线预警模块还包括用于触碰预警判断的AI芯片14，激光网预警单元11、第一GPS定位模块12和预警信号广播单元13分别与AI芯片14通信连接。
采用AI芯片14可以实现自动化高效的数据比对，整个比较和响应时间可以控制在1秒以内，能有效地实现自动判断，自动紧急制动。
激光网预警单元11包括多个激光发射器111和多个激光接收器112，多个激光接收器112分别与AI芯片14通信连接，多个激光发射器111和多个激光接收器112分别设置在两根电线杆101上，多个激光发射器111发出的激光束分别被多个激光接收器112接收，形成激光网，当任意激光束被阻断时，AI芯片14判断有触线风险，AI芯片14通过预警信号广播单元13广播触线风险信号和第一GPS定位模块12的定位信息。
激光网预警单元11的布置可以采用多个激光发射器111和多个激光接收器112来实现，具体的布置方式可以是平行式的也可以是交叉式的，具体的还可以在输电线100所处平面最高处的上方0.5-2米的平面位置同样布置激光网，对来自上方的触碰物进行预警，当有物体触碰到激光网时，会阻断其中的一束或者几束激光，这时对应的激光接收器112就接收不到激光发射器111发射的激光，就产生一个阻断信号，此时AI芯片14判断有触线风险，AI芯片14通过预警信号广播单元13广播触线风险信号和第一GPS定位模块12的定位信息。
第一GPS定位模块12包括四个GPS定位器121和GPS定位芯片122，四个GPS定位器121分别设置在两根电线杆101的四个边角处，GPS定位芯片122分别与四个GPS定位器121通信连接，用于接收四个GPS定位器121的位置信息，生成定位输电线100的平面轮廓位置。
两根电线杆101的四个边角处分别设置四个GPS定位器121，通过定位的位置数据，GPS定位芯片122就可以生成定位输电线100的平面轮廓位置，这个平面轮廓位置相对较大，如果机械吊臂102位于这个区域之内，且刚好有物体触碰了激光网，那么判定机械吊臂102有极大的风险触碰输电线100，此时必须进行紧急制动。
预警信号广播单元13包括无线LORA发送模块131和第一报警器132，AI芯片14分别与无线LORA发送模块131和第一报警器132通信连接，第一报警器132设置在电线杆101上，AI芯片14控制无线LORA发送模块131的无线发送内容，并控制第一报警器132的开关。
预警信号接收单元21是无线LORA接收模块。
无线LORA发送模块131可以实现远距离的数据传输，能够实现工程区域内的一段输电线的范围通信需求，第一报警器132的设置可以对区域内的所有工程机械进行警示。
闭环自动控制器23包括基于芯片的控制电路板231和电控开关232，控制电路板231分别预警信号接收单元21和第二GPS定位模块22通信连接，并通过电控开关232控制机械吊臂102液压制动器1021的启停。
控制电路板231的控制核心是芯片，可以按照设定规则高效地对定位数据进行比较，并在比较出结果后，完成对液压制动器1021的电控，液压制动器1021启动可以对机械吊臂102进行紧急制动，整个响应时间一般在1秒以内，制动指令下达后，机械吊臂102的位移不会超过0.2米，能有效地避免机械吊臂102触碰输电线100。
闭环自动控制器23还包括第二报警器233，控制电路板231控制第二报警器233的开关。
第二报警器233可以设置在机械吊臂102处，能直接警示机械吊臂102的操作人员。
第一报警器132和第二报警器233均是声光报警器。
声光报警器发出的声光报警无论是夜晚还是白天都能有效地警示工作人员。
用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制方法，具体方法是：
步骤1，当激光接收器112接收的激光束被阻断时，激光接收器112将阻断信号发射给AI芯片14，AI芯片14控制无线LORA发送模块131向外广播触碰风险警告数据和第一GPS定位模块12所定位的输电线100的平面轮廓位置数据，同时控制第一报警器132开启报警；
步骤2，预警信号接收单元21接收触碰风险警告数据和输电线100的平面轮廓位置数据，控制电路板231比较第二GPS定位模块22测得的机械吊臂102端部的平面位置数据和输电线100的平面轮廓位置数据，若判断机械吊臂102端部的平面位置位于输电线100的平面轮廓位置范围内，则控制电路板231通过电控开关232控制机械吊臂102的液压制动器1021开启紧急制动，同时控制第二报警器233开启报警。
施工区域一般较为嘈杂，如果不进行自动紧急制动，机械吊臂102的操作人员对于警报声的反应没有那么灵敏，制动反应时间较长，很有可能第一报警器132的预警声音发出了，但是机械吊臂102的制动偏慢，制动了但是依然触碰到了输电线100，依然会有很大的安全风险。
采用比较机械吊臂102端部的平面位置位于输电线100的平面轮廓位置的方式，实现自动定位到具体由触碰风险的机械吊臂102，并自动对其进行紧急制动和针对报警，避免了机械吊臂102触碰到了输电线100，保障了电网运行以及人民生命财产安全。
本发明实施例用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置及方法的实施原理为：
在具体的高速路施工场景下，施工地点穿过输电线100的下方，施工中用到一些吊车，在吊车的端部设置第二GPS定位模块22和第二报警器233。
施工过程中，吊车的端部向上靠近到输电线100下方1米处设置的激光网，激光接收器112接收的激光束被阻断，激光接收器112将阻断信号发射给AI芯片14，AI芯片14控制无线LORA发送模块131向外广播触碰风险警告数据和四个GPS定位器121所定位的输电线100的平面轮廓位置数据，同时控制第一报警器132开启报警；
此时由于工地较为嘈杂，吊车司机并没有注意到报警音，预警信号接收单元21接收触碰风险警告数据和输电线100的平面轮廓位置数据，控制电路板231比较第二GPS定位模块22测得的机械吊臂102端部的平面位置数据和输电线100的平面轮廓位置数据，判断机械吊臂102端部的平面位置位于输电线100的平面轮廓位置范围内，控制电路板231通过电控开关232控制吊车的液压制动器1021开启紧急制动，同时控制第二报警器233开启报警，司机发现后手动再次进行了机械制动，然后下车观察，发现吊车端部距离顶部的输电线100较近，但是并未触碰，后进行操作离开输电线100附近，避免了触电安全事故的发生。
以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，其特征在于：包括防机械碰线预警模块和机械吊臂紧急制动闭环控制模块(2)，所述防机械碰线预警模块包括激光网预警单元(11)、第一GPS定位模块(12)和预警信号广播单元(13)，所述激光网预警单元(11)设置在输电线(100)的两根电线杆(101)之间，并位于输电线(100)所处平面最低处的下方0.5-2米的平面位置，用于监测是否有物体接近输电线(100)，第一GPS定位模块(12)分别设置在两根电线杆(101)上，用于定位两根电线杆(101)之间的区域位置，所述预警信号广播单元(13)分别与激光网预警单元(11)和第一GPS定位模块(12)通信连接，所述机械吊臂紧急制动闭环控制模块(2)包括预警信号接收单元(21)、第二GPS定位模块(22)和闭环自动控制器(23)，所述预警信号接收单元(21)与预警信号广播单元(13)通信连接，所述第二GPS定位模块(22)设置在机械吊臂(102)的端部，所述闭环自动控制器(23)分别与预警信号接收单元(21)和第二GPS定位模块(22)通信连接，并根据激光网预警单元(1)、第一GPS定位模块(12)和第二GPS定位模块(22)的位置比较结果控制机械吊臂(102)的执行动作。
2.根据权利要求1所述的用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，其特征在于：所述防机械碰线预警模块还包括用于触碰预警判断的AI芯片(14)，所述激光网预警单元(11)、第一GPS定位模块(12)和预警信号广播单元(13)分别与AI芯片(14)通信连接。
3.根据权利要求2所述的用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，其特征在于：激光网预警单元(11)包括多个激光发射器(111)和多个激光接收器(112)，多个激光接收器(112)分别与AI芯片(14)通信连接，多个激光发射器(111)和多个激光接收器(112)分别设置在两根电线杆(101)上，多个激光发射器(111)发出的激光束分别被多个激光接收器(112)接收，形成激光网，当任意激光束被阻断时，AI芯片(14)判断有触线风险，AI芯片(14)通过预警信号广播单元(13)广播触线风险信号和第一GPS定位模块(12)的定位信息。
4.根据权利要求3所述的用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，其特征在于：第一GPS定位模块(12)包括四个GPS定位器(121)和GPS定位芯片(122)，四个GPS定位器(121)分别设置在两根电线杆(101)的四个边角处，所述GPS定位芯片(122)分别与四个GPS定位器(121)通信连接，用于接收四个GPS定位器(121)的位置信息，生成定位输电线(100)的平面轮廓位置。
5.根据权利要求4所述的用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，其特征在于：预警信号广播单元(13)包括无线LORA发送模块(131)和第一报警器(132)，所述AI芯片(14)分别与无线LORA发送模块(131)和第一报警器(132)通信连接，第一报警器(132)设置在电线杆(101)上，AI芯片(14)控制无线LORA发送模块(131)的无线发送内容，并控制第一报警器(132)的开关。
6.根据权利要求5所述的用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，其特征在于：预警信号接收单元(21)是无线LORA接收模块。
7.根据权利要求5所述的用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，其特征在于：闭环自动控制器(23)包括基于芯片的控制电路板(231)和电控开关(232)，所述控制电路板(231)分别预警信号接收单元(21)和第二GPS定位模块(22)通信连接，并通过电控开关(232)控制机械吊臂(102)液压制动器(1021)的启停。
8.根据权利要求7所述的用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，其特征在于：闭环自动控制器(23)还包括第二报警器(233)，控制电路板(231)控制第二报警器(233)的开关。
9.根据权利要求8所述的用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置，其特征在于：第一报警器(132)和第二报警器(233)均是声光报警器。
10.用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制方法，其特征在于：采用权利要求8所述的用于机械吊臂触线紧急制动的闭环控制装置对机械吊臂(102)进行紧急制动控制，具体方法是：
步骤1，当激光接收器(112)接收的激光束被阻断时，激光接收器(112)将阻断信号发射给AI芯片(14)，AI芯片(14)控制无线LORA发送模块(131)向外广播触碰风险警告数据和第一GPS定位模块(12)所定位的输电线(100)的平面轮廓位置数据，同时控制第一报警器(132)开启报警；
步骤2，预警信号接收单元(21)接收触碰风险警告数据和输电线(100)的平面轮廓位置数据，控制电路板(231)比较第二GPS定位模块(22)测得的机械吊臂(102)端部的平面位置数据和输电线(100)的平面轮廓位置数据，若判断机械吊臂(102)端部的平面位置位于输电线(100)的平面轮廓位置范围内，则控制电路板(231)通过电控开关(232)控制机械吊臂(102)的液压制动器(1021)开启紧急制动，同时控制第二报警器(233)开启报警。
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