CN116768063B - 一种单轨吊自动增减驱动控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单轨吊自动增减驱动控制系统及控制方法，包括：控制器、检测单元、增减驱控制系统；检测单元，用于采集发动机输出参数，并传输给所述控制器；控制器，用于接收检测单元检测到的发动机输出参数经运算产生机车运行参数的最佳目标值，根据所述机车运行参数的最佳目标值向所述增减驱控制系统发出控制指令；增减驱控制系统，用于根据所述控制指令完成增加驱动或减少驱动操作。优点：单轨吊机车在行驶过程中根据运输实际工况需求，自动增减相应数量的驱动的控制方法及系统，能够实现单轨吊机车更高效、更经济、智能化的运输作业；相应地减少人工劳动力的投入，对机车运行故障的诊断更加准确，可以有效减少故障维修时间及人力成本。

Description

一种单轨吊自动增减驱动控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种单轨吊自动增减驱动控制系统及控制方法，属于单轨吊技术领域。

背景技术

单轨吊机车作为井下高效运输的设备在煤矿行业中已经有了广泛的应用，随着煤炭行业的发展，对单轨吊的运输效率、智能化控制以及对不同的工况适应性要求越来越高。面对不同的巷道条件、工况要求，单轨吊机车需要频繁进行增加或减少驱动的操作，而现有单轨吊机车只能停车后，通过人工操作进行增减驱动且增减驱动的数量也只能人为决定。因此需要研究一种可实现单轨吊机车在行驶过程中根据运输实际工况需求，自动增减相应数量的驱动的控制方法及系统，来实现单轨吊高效、经济、智能化运输。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种单轨吊自动增减驱动控制系统及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单轨吊自动增减驱动控制系统，包括：控制器、检测单元、增减驱控制系统；

所述检测单元，用于采集发动机输出参数，并传输给所述控制器；

所述控制器，用于接收检测单元检测到的发动机输出参数经运算产生机车运行参数的最佳目标值，根据所述机车运行参数的最佳目标值向所述增减驱控制系统发出控制指令；

所述增减驱控制系统，用于根据所述控制指令完成增加驱动或减少驱动操作。

进一步的，所述控制器包括机车控制模块、运算模块、储存模块；

所述运算模块，用于接收检测单元检测到的发动机输出参数经运算产生出机车运行参数的最佳目标值；

所述机车控制模块，用于根据运算模块的运算结果向增减驱控制系统发出控制指令；

所述储存模块，用于记录机车驱动数量、驱动状态。

进一步的，所述检测单元包括转速传感器、压力传感器、倾角传感器、发动机ECU；

所述发动机ECU，用于监测发动机状态，并将发动机当前转速、扭矩、功率传递给所述控制器；

所述控制器，用于根据设定的运算程序计算出当前工况下液压系统最佳工作压力、最大输出流量，并将当前工况下液压系统最佳工作压力、最大输出流量作为机车当前状态下运行参数的目标值；

所述压力传感器和转速传感器，分别用于检测液压系统压力、驱动轮转速，并将液压系统压力、驱动轮转速反馈给控制器，经控制器运算后与所述目标值进行比较并根据比较结果向增减驱控制系统发出控制指令，完成增加驱动或减少驱动操作。

进一步的，所述增减驱控制系统包括第一二位四通电磁换向阀、第二二位四通电磁换向阀、单向节流阀、第一压力开关、制动油缸、夹紧油缸、驱动马达、第二压力开关、两位三通液控换向阀、三位三通液控换向阀、第一单向阀、二位二通液控换向阀、第二单向阀、比例减压阀；

第一二位四通电磁换向阀通过液压管路与夹紧油缸连接；第二二位四通电磁换向阀通过液压管路与单向节流阀、两位三通液控换向阀、二位二通液控换向阀连接；第一压力开关检测夹紧油缸的小腔压力，将检测的小腔压力信号通过控制器转换成电信号传递给第二二位四通电磁换向阀，控制第二二位四通电磁换向阀换向；夹紧油缸通过机械结构与驱动马达相连接；第二压力开关检测两位三通液控换向阀、二位二通液控换向阀的控制油压力，将检测的控制油压力信号通过控制器转换成电信号传递给第一二位四通电磁换向阀；两位三通液控换向阀通过液压管路与二位二通液控换向阀、驱动马达连接；三位三通液控换向阀通过液压管路与第一单向阀、第二单向阀连接，第一单向阀、第二单向阀通过液压管路与驱动马达连接；二位二通液控换向阀通过液压管路与驱动马达连接；比例减压阀通过液压管路与第一二位四通电磁换向阀连接；制动油缸小腔通过液压管路与制动油路连接，制动油缸大腔与泄油油路连接。

进一步的，在第一压力开关、第二压力开关检测到压力达到设定压力值后，将压力信号传送给控制器，控制器根据是否执行自动甩驱指令，再决定是否将控制电信号传递给第一二位四通电磁换向阀、第二二位四通电磁换向阀。

进一步的，当增减驱动时，三位三通液控换向阀将主系统低压油路与驱动马达进回油口连接，使得驱动马达柱塞与定子内表面时刻保持接触。

一种基于单轨吊自动增减驱动控制系统的控制方法，包括：

根据预设逻辑进行增减驱动操作；

所述预设逻辑包括：

逻辑一，用于在平巷及上坡工况下允许自动增减驱动，下坡工况不允许自动增减驱动；

逻辑二，用于控制下坡工况根据系统负载、驱动数量参数，机车通过控制器运算执行不同的限速运行；

逻辑三，用于控制所有驱动按最优布局方案和甩驱顺序进行编号，自动增减驱动前先判断驱动是否为故障驱动，故障驱动须进行甩驱操作，甩驱前先增加正常驱动且甩开后不可参与自动增减驱控制；

逻辑四，用于在自动增减驱动前先降低车速至设定值再进行增减驱操作。

进一步的，所述逻辑一，具体包括：

将机车高效运行液压系统压力区间上下限值预先储存至控制器中；

当倾角传感器检测到机车处于平巷运输工况时，压力传感器检测系统压力未达到机车高效运行液压系统压力区间时，机车执行减驱操作，直至系统压力达到机车高效运行液压系统压力区间或减驱至最少驱动数量；

当倾角传感器检测到机车处于上坡工况时，压力传感器检测系统压力大于机车高效运行液压系统压力区间时，机车执行增驱操作，直至系统压力达到机车高效运行液压系统压力区间或增驱至最多驱动数量；

若增驱至满驱运行，系统压力仍大于机车高效运行液压系统压力区间且达到系统最高限定值，机车停止运行；

单次增减驱操作时，增减驱动数量为一个。

进一步的，所述逻辑三，具体包括：

控制器通过转速传感器、压力传感器检测和记忆所有编号的驱动部运行状态，由转速传感器、压力传感器反馈信息，控制器根据是否同时满足初步判断条件初步判断驱动部是否异常，然后通过控制器调节比例减压阀控制电流，使比例减压阀输出压力逐渐增大至设定的上限值，最终判断异常驱动部；所述初步判断条件为某一马达转速大于其余马达转速平均值，且当前系统压力小于设定值以及当前车速小于设定值；

当异常驱动部数量大于正常驱动总数量减去当前工作驱动部数量时，进行异常报警提示；

当异常驱动部数量小于正常驱动总数量减去当前工作驱动部数量时，进行增加驱动部并甩掉异常驱动部的指令请求。

进一步的，所述逻辑四，具体包括：

自动增减驱动前先通过转速传感器检测马达转速，当驱动马达转速平均值大于设定值，逐渐减小闭式泵控制电流值，直到工作中的马达平均转速低于设定值，进入甩驱操作程序，若驱动马达转速平均值小于设定值，直接进入甩驱操作程序。

本发明所达到的有益效果：

本发明通过研究一种单轨吊机车在行驶过程中根据运输实际工况需求，自动增减相应数量的驱动的控制方法及系统，能够实现单轨吊机车更高效、更经济、智能化的运输作业。相应地减少人工劳动力的投入，同时增加的诸多监测装置对机车运行故障的诊断更加准确，可以有效减少故障维修时间及人力成本。

附图说明

图1为本发明中自动增减驱动控制方法及系统逻辑简图；

图2为本发明中控制器示意图；

图3为本发明中检测单元示意图；

图4为本发明中增减驱控制系统液压原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明一种单轨吊自动增减驱动控制系统包括控制器1、检测单元2、增减驱控制系统3；

控制器1包括机车控制模块101、运算模块102、储存模块103；其中运算模块102接收检测单元2检测到的发动机输出参数经运算产生出机车运行参数的最佳目标值；机车控制模块101根据运算模块102的运算结果向增减驱控制系统3发出控制指令；储存模块103记录机车驱动数量、驱动状态；

检测单元2包括转速传感器201、压力传感器202、倾角传感器203、发动机ECU204；其中发动机ECU204实时监测发动机状态，并将发动机当前转速、扭矩、功率等参数值传递给控制器1，控制器1根据设定的运算程序计算出当前工况下液压系统最佳工作压力，最大输出流量等参数值，并将这些值作为机车当前状态下运行参数的目标值；转速传感器201、压力传感器202实时检测驱动轮转速、液压系统压力等参数值，并将测量值反馈给控制器1，经控制器1运算后与目标值进行比较并根据比较结果向增减驱控制系统3发出指令，完成增加驱动或减少驱动操作；倾角传感器203安装于机车两端驾驶室中，判断机车上坡、下坡等姿态。

进一步地方案，增减驱控制系统3包括第一二位四通电磁换向阀301、第二二位四通电磁换向阀302、单向节流阀303、第一压力开关304、制动油缸305、夹紧油缸306、驱动马达307、第二压力开关308、两位三通液控换向阀309、三位三通液控换向阀310、第一单向阀311、二位二通液控换向阀312、第二单向阀313、比例减压阀314；

进一步地方案，增减驱控制系统3中，第一二位四通电磁换向阀301通过液压管路与夹紧油缸306连接；第二二位四通电磁换向阀302通过液压管路与单向节流阀303、两位三通液控换向阀309、二位二通液控换向阀312连接；第一压力开关304通过检测夹紧油缸306小腔压力，将压力信号通过控制器1转换成电信号传递给第二二位四通电磁换向阀302，控制第二二位四通电磁换向阀302换向；夹紧油缸306通过机械结构与驱动马达307相连接；第二压力开关308通过检测两位三通液控换向阀309、二位二通液控换向阀312的控制油压力，将压力信号通过控制器1转换成电信号传递给第一二位四通电磁换向阀301；两位三通液控换向阀309通过液压管路与二位二通液控换向阀312、驱动马达307连接；三位三通液控换向阀310通过液压管路与第一单向阀311、第二单向阀313连接，第一单向阀311、第二单向阀313通过液压管路与驱动马达307连接；二位二通液控换向阀312通过液压管路与驱动马达307连接；制动油缸305小腔与制动油路连接，实现制动解除与制动，以完成机车增减驱操作。

进一步地方案，增减驱控制系统3中第一二位四通电磁换向阀301、第二二位四通电磁换向阀302的控制电信号是由第一压力开关304、第二压力开关308检测到压力达到设定压力值后，将压力信号传送给控制器1,控制器1同时根据是否执行自动甩驱指令最终决定是否传递的；当需要减少驱动时，先使第二二位四通电磁换向阀302得电工作在右位，控制压力油进入两位三通液控换向阀309、二位二通液控换向阀312的控制腔，此时两位三通液控换向阀309、二位二通液控换向阀312均工作在右位，使得驱动马达307进出油口连通；当第二压力开关308检测到控制压力达到设定压力值后，第一二位四通电磁换向阀301得电换向工作在左位，此时压力油进入夹紧油缸306大腔，活塞杆伸出，使得驱动马达307与轨道脱离，完成减驱操作；当需要增加驱动时，先使第一二位四通电磁换向阀301失电工作在左位，此时压力油进入夹紧油缸306小腔，驱动马达307与逐渐贴紧轨道，待第一压力开关304检测到夹紧油缸306小腔压力达到设定压力值后第二二位四通电磁换向阀302失电换向工作在左位，切断控制压力油，使得两位三通液控换向阀309、二位二通液控换向阀312均工作在左位，此时驱动马达307进出油口与主油路连接，完成增驱操作；

进一步地方案，增减驱控制系统3中的三位三通液控换向阀310与主系统连接，当增减驱动时，三位三通液控换向阀310会将主系统低压油路与驱动马达307进回油口连接，此时驱动马达307内部柱塞在低压作用下与定子内表面时刻接触，有效避免增减驱时由压力突变引起的柱塞冲击定子内表面导致马达损毁的情况；

本发明还提供一种基于单轨吊自动增减驱动控制系统的控制方法，使得单轨吊自动增减驱动控制满足如下基本逻辑：

逻辑一：平巷及上坡工况下允许自动甩驱，下坡工况不允许自动增减驱动；

逻辑二：下坡工况根据系统负载、驱动数量等参数，机车通过控制器1运算执行不同的限速运行；

逻辑三：所有驱动按最优布局方案和甩驱顺序进行编号，自动增减驱动前先判断驱动是否为故障驱动，故障驱动须进行甩驱操作，甩驱前先增加正常驱动且甩开后不可参与自动增减驱控制；

逻辑四：自动增减驱动前先降低车速至设定值再进行增减驱操作。

进一步地方案，本发明单轨吊自动增减驱动控制方法及系统的逻辑一是首先将机车高效运行液压系统压力区间上下限值储存至控制器1中，当倾角传感器203检测到机车处于平巷运输工况时，压力传感器202检测系统压力未达到机车高效运行液压系统压力区间时，机车执行减驱操作，直至系统压力达到机车高效运行液压系统压力区间或减驱至最少驱动数量，实现机车低载减驱增速效果；当倾角传感器203检测到机车处于上坡工况时，压力传感器202检测系统压力大于机车高效运行液压系统压力区间时，机车执行增驱操作，直至系统压力达到机车高效运行液压系统压力区间或增驱至最多驱动数量，实现机车重载增驱降压效果；若增驱至满驱运行，系统压力仍大于机车高效运行液压系统压力区间且达到系统最高限定值，机车停止运行，单次增减驱操作时，增减驱动数量为一个。

进一步地方案，本发明单轨吊自动增减驱动控制方法及系统的逻辑三是由控制器1通过转速传感器201、压力传感器202检测和记忆所有编号的驱动部运行状态，由转速传感器201、压力传感器202反馈信息，控制器1根据是否同时满足“某一马达转速大于其余马达转速平均值；当前系统压力小于设定值；当前车速小于设定值”初步判断驱动部是否异常，然后通过控制器1调节比例减压阀314控制电流，使比例减压阀314输出压力逐渐增大至设定的上限值，最终判定异常驱动部；当异常驱动部数量大于正常驱动总数量减去当前工作驱动部数量时，提示“驱动部X、X异常，请停车检查！”，当异常驱动部数量小于正常驱动总数量减去当前工作驱动部数量时，提示“准备增加驱动部X，甩掉异常驱动部X请确认，是或否”来实现的。

进一步地方案，本发明单轨吊自动增减驱动控制方法及系统的逻辑四是由转速传感器201检测马达转速，当驱动马达转速平均值大于设定值，通过控制器逐渐减小闭式泵控制电流值，直到工作中的马达平均转速小于设定值，进入甩驱操作程序，当驱动马达转速平均值小于设定值，直接进入甩驱操作程序。

综上，本发明研究的一种单轨吊自动增减驱动控制方法及系统能够根据运输实际工况需求，自动增减相应数量的驱动部，能够实现单轨吊机车更高效、更经济、智能化的运输作业。相应地减少人工劳动力的投入，同时增加的诸多监测装置对机车运行故障的诊断更加准确，可以有效降低故障维修时间、人力成本。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种单轨吊自动增减驱动控制系统，其特征在于，包括：控制器(1)、检测单元(2)、增减驱控制系统(3)；

所述检测单元(2)，用于采集发动机输出参数，并传输给所述控制器(1)；

所述控制器(1)，用于接收检测单元(2)检测到的发动机输出参数经运算产生机车运行参数的最佳目标值，根据所述机车运行参数的最佳目标值向所述增减驱控制系统(3)发出控制指令；

所述增减驱控制系统(3)，用于根据所述控制指令完成增加驱动或减少驱动操作；

所述增减驱控制系统(3)包括第一二位四通电磁换向阀(301)、第二二位四通电磁换向阀(302)、单向节流阀(303)、第一压力开关(304)、制动油缸(305)、夹紧油缸(306)、驱动马达(307)、第二压力开关(308)、两位三通液控换向阀(309)、三位三通液控换向阀(310)、第一单向阀(311)、二位二通液控换向阀(312)、第二单向阀(313)、比例减压阀(314)；

第一二位四通电磁换向阀（301）通过液压管路与夹紧油缸(306)连接；第二二位四通电磁换向阀(302)通过液压管路与单向节流阀(303)、两位三通液控换向阀(309)、二位二通液控换向阀(312)连接；第一压力开关(304)检测夹紧油缸(306)的小腔压力，将检测的小腔压力信号通过控制器（1）转换成电信号传递给第二二位四通电磁换向阀(302)，控制第二二位四通电磁换向阀(302)换向；夹紧油缸(306)通过机械结构与驱动马达(307)相连接；第二压力开关(308)检测两位三通液控换向阀(309)、二位二通液控换向阀(312)的控制油压力，将检测的控制油压力信号通过控制器（1）转换成电信号传递给第一二位四通电磁换向阀(301)；两位三通液控换向阀(309)通过液压管路与二位二通液控换向阀(312)、驱动马达(307)连接；三位三通液控换向阀(310)通过液压管路与第一单向阀(311)、第二单向阀(313)连接，第一单向阀(311)、第二单向阀(313)通过液压管路与驱动马达(307)连接；二位二通液控换向阀(312)通过液压管路与驱动马达(307)连接；比例减压阀(314)通过液压管路与第一二位四通电磁换向阀(301)连接；制动油缸(305)小腔通过液压管路与制动油路连接，制动油缸(305)大腔与泄油油路连接；

当增减驱动时，三位三通液控换向阀(310)将主系统低压油路与驱动马达(307)进回油口连接，使得驱动马达(307)柱塞与定子内表面时刻保持接触；

所述控制器(1)，用于根据预设逻辑进行增减驱动操作；

所述预设逻辑包括：

逻辑一，用于在平巷及上坡工况下允许自动增减驱动，下坡工况不允许自动增减驱动；

逻辑二，用于控制下坡工况根据系统负载、驱动数量参数，机车通过控制器(1)运算执行不同的限速运行；

逻辑三，用于控制所有驱动按最优布局方案和甩驱顺序进行编号，自动增减驱动前先判断驱动是否为故障驱动，故障驱动须进行甩驱操作，甩驱前先增加正常驱动且甩开后不可参与自动增减驱控制；

逻辑四，用于在自动增减驱动前先降低车速至设定值再进行增减驱操作；

所述检测单元(2)包括转速传感器(201)、压力传感器(202)、倾角传感器(203)、发动机ECU(204)；所述发动机ECU(204)，用于监测发动机状态，并将发动机当前转速、扭矩、功率传递给所述控制器(1)；所述控制器(1)，用于根据设定的运算程序计算出当前工况下液压系统最佳工作压力、最大输出流量，并将当前工况下液压系统最佳工作压力、最大输出流量作为机车当前状态下运行参数的目标值；所述压力传感器(202)和转速传感器(201)，分别用于检测液压系统压力、驱动轮转速，并将液压系统压力、驱动轮转速反馈给控制器(1)，经控制器(1)运算后与所述目标值进行比较并根据比较结果向增减驱控制系统(3)发出控制指令，完成增加驱动或减少驱动操作；

所述逻辑一，具体包括：

将机车高效运行液压系统压力区间上下限值预先储存至控制器(1)中；

当倾角传感器(203)检测到机车处于平巷运输工况时，压力传感器(202)检测系统压力未达到机车高效运行液压系统压力区间时，机车执行减驱操作，直至系统压力达到机车高效运行液压系统压力区间或减驱至最少驱动数量；

当倾角传感器(203)检测到机车处于上坡工况时，压力传感器(202)检测系统压力大于机车高效运行液压系统压力区间时，机车执行增驱操作，直至系统压力达到机车高效运行液压系统压力区间或增驱至最多驱动数量；

若增驱至满驱运行，系统压力仍大于机车高效运行液压系统压力区间且达到系统最高限定值，机车停止运行；

单次增减驱操作时，增减驱动数量为一个。

2.根据权利要求1所述的单轨吊自动增减驱动控制系统，其特征在于，所述控制器(1)包括机车控制模块(101)、运算模块(102)、储存模块(103)；

所述运算模块(102)，用于接收检测单元(2)检测到的发动机输出参数经运算产生出机车运行参数的最佳目标值；

所述机车控制模块(101)，用于根据运算模块(102)的运算结果向增减驱控制系统(3)发出控制指令；

所述储存模块(103)，用于记录机车驱动数量、驱动状态。

3.根据权利要求1所述的单轨吊自动增减驱动控制系统，其特征在于，在第一压力开关(304)、第二压力开关(308)检测到压力达到设定压力值后，将压力信号传送给控制器(1)，控制器(1)根据是否执行自动甩驱指令，再决定是否将控制电信号传递给第一二位四通电磁换向阀(301)、第二二位四通电磁换向阀(302)。

4.根据权利要求1所述的单轨吊自动增减驱动控制系统，其特征在于，所述逻辑三，具体包括：

控制器(1)通过转速传感器(201)、压力传感器(202)检测和记忆所有编号的驱动部运行状态，由转速传感器(201)、压力传感器(202)反馈信息，控制器(1)根据是否同时满足初步判断条件初步判断驱动部是否异常，然后通过控制器(1)调节比例减压阀(314)控制电流，使比例减压阀(314)输出压力逐渐增大至设定的上限值，最终判断异常驱动部；所述初步判断条件为某一马达转速大于其余马达转速平均值，且当前系统压力小于设定值以及当前车速小于设定值；

当异常驱动部数量大于正常驱动总数量减去当前工作驱动部数量时，进行异常报警提示；

当异常驱动部数量小于正常驱动总数量减去当前工作驱动部数量时，进行增加驱动部并甩掉异常驱动部的指令请求。

5.根据权利要求1所述的单轨吊自动增减驱动控制系统，其特征在于，所述逻辑四，具体包括：

自动增减驱动前先通过转速传感器检测马达转速，当驱动马达转速平均值大于设定值，逐渐减小闭式泵控制电流值，直到工作中的马达平均转速低于设定值，进入甩驱操作程序，若驱动马达转速平均值小于设定值，直接进入甩驱操作程序。