CN206258719U - 基于plc伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PLC伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统，包括控制器，控制器输出端与伺服驱动器连接，伺服驱动器输出端与伺服电机连接，伺服电机输出轴与传动机构传动连接，传动机构与负载传动连接；伺服电机通过反馈电路接回控制器，控制器和伺服电机分别与电源连接；在爪轮的外圆周表面凹槽中均匀设置有突刺，在爪轮中心轴上下两端分别连接有锁扣。本实用新型的系统，采用模拟量控制伺服电机的转速，达到负载变速与定位目的，利用带传动与蜗轮蜗杆传动进行减速，通过爪轮实现负载的可靠运动。

Description

基于PLC伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统

技术领域

本实用新型属于检测辅助设备技术领域，为高铁动力线路导线裂纹检测装置提供具有一定速度的运动系统，并且实现位置控制，具体涉及一种基于PLC伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统。

背景技术

铁路作为大众化的交通工具，随着国家经济的快速发展，趋向于高速与重载，这一趋势也对铁路设备的质量提出了一系列高要求，而高铁线路存在裂纹就是对铁路质量的一大挑战。近年来，由于裂纹导致事故频发，为保证铁路运营的安全性，裂纹检测备受重视。

目前，我国针对高铁动力导线主要的检测手段有人工检测与综合检测车两种。人工检测多是利用便携式裂纹测量装置进行检测，测量精度较高，但需每一个测量点逐一进行检测，故效率较低。综合检测车采用的是动车组车载检测装置，通过安装在车顶上的图像采集摄像头进行拍照，运用图像处理技术对拍摄的高清图像进行分析，进而查找缺陷。但由于检测的图片质量较差，且该检测方法只能对摄像头易捕捉区域导线表面进行分析，可靠性不高，导线内部及侧面等不易拍照区域是否存在裂纹尚不能从中得出准确结论。目前国内尚无专门针对高铁动力导线裂纹检测用运动系统的研发。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于PLC伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统，解决了现有技术中采用人工检测方式，工作效率较低以及通过车载检测的可靠性不高等问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种基于PLC伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统，包括控制器，控制器输出端与伺服驱动器连接，伺服驱动器输出端与伺服电机连接，伺服电机输出轴与传动机构传动连接，传动机构与负载传动连接；伺服电机通过反馈电路接回控制器，控制器和伺服电机分别与电源连接；在爪轮的外圆周表面凹槽中均匀设置有突刺，在爪轮中心轴上下两端分别连接有锁扣。

本实用新型的基于PLC伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统，其特征还在于：

传动机构的结构是，包括联轴器一，联轴器一的一端与伺服电机输出轴传动连接，联轴器一的另一端依次通过传动带、蜗轮蜗杆减速器、联轴器二与爪轮传动连接。

反馈电路包括脉冲编码器和高速计数器。

本实用新型的有益效果是，为检测裂纹装置提供运动系统，采用PLC精确控制伺服电机，实现变速与定位目的，效率较高。以带传动与蜗轮蜗杆传动作为机械传动部分，带传动较平稳且蜗轮蜗杆传动有比较大的减速比，通过爪轮实现整机运动的目的，爪轮凹槽表面上的突刺与锁扣既增强了爪轮与导线之间的摩擦力，提高整机运动的稳定性，也能在运动过程中防止导线发生横向移动，使得整机滑落，保证了检测工作的正常进行，简便、可靠、易操作。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是本实用新型中的传动机构结构简图；

图3是本实用新型中的爪轮与锁扣未闭合结构示意图；

图4是本实用新型中的爪轮与锁扣闭合结构示意图；

图5是本实用新型中的爪轮与锁扣结构俯视图；

图6是本实用新型中的位置控制结构原理简图。

图中，1.伺服电机，2.联轴器一，3.传动带，4.蜗轮蜗杆减速器，5.联轴器二，6.爪轮，7.锁扣，8.突刺，9.控制器，10.电源，11.反馈电路，12.伺服驱动器，13.传动机构，14.负载，15.高速计数器，16.脉冲编码器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参照图1、图2，本实用新型的结构是，包括控制器9，控制器9输出端与伺服驱动器12连接，伺服驱动器12输出端与伺服电机1连接，伺服电机1输出轴与传动机构13传动连接，传动机构13与负载14传动连接；伺服电机1通过反馈电路11接回控制器9，控制器9和伺服电机1分别与电源10连接；控制器9的输入端连接有触摸屏，具有启停、制动、调速功能键；

传动机构13的结构是，包括联轴器一2，联轴器一2的一端与伺服电机1输出轴传动连接，联轴器一2的另一端依次通过传动带3、蜗轮蜗杆减速器4、联轴器二5与爪轮6传动连接，爪轮6最终与负载14传动连接(挂载)。

上述的传动机构13采用带传动与蜗轮蜗杆传动的复合方式。带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，能很好地满足高空工作条件下结构简单、不易维护等要求。蜗轮蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、尺寸小、重量轻等优点，能满足工作条件与高传动比的要求，简化装置，减轻重量，节约成本。

上述的伺服电机1选用的计算功率Pr＝0.076kw，选用的设计转速为nd＝1146.4-11464r/min；实际工作过程中，伺服电机1选用的额定功率Pm＝0.1-1kw，伺服电机1选用的额定转速n_m＝1200-2000r/min。

根据伺服电机1的满载转速n_m与负载14(或者爪轮6)的工作转速n_w，计算出传动机构13的总传动比为i_总＝n_m/n_w；再分别根据带传动与蜗轮蜗杆传动的传动比范围，确定各自最佳传动比。

参照图3、图4、图5，在爪轮6的外圆周表面凹槽中均匀设置有突刺8，在工作过程中该突刺8能增强爪轮6与测试对象导线之间的摩擦力，提高整机上坡或者下坡的稳定性，在爪轮6中心轴上下两端分别连接有锁扣7，锁扣7内端与爪轮6中心轴固定，锁扣7外端为张合式的扣接结构；在锁扣7未闭合状态下(如图3)，将导线嵌入锁扣7与爪轮6外圆周表面凹槽之间的空隙中，然后闭合锁扣7(如图4)，使得锁扣7对嵌入的导线牢靠扣住与可靠固定，防止在工作过程中嵌入的导线发生错动，带来安全隐患，影响检测的准确性。

参照图6，位置控制结构原理是，以控制器9(或称为PLC)、伺服机构(伺服驱动器12+伺服电机1)、脉冲编码器16(作为速度、位置监测器件)、高速计数器15为基本组成，其中的脉冲编码器16和高速计数器15组成了上述的反馈电路11。

位置控制的主要目标是促使执行部件对位置指令进行准确的定位与跟踪，而被控量始终是负载14的空间位移，当给定量发生变化的情况下，系统能够促使被控制量及时准确地反馈相关信息，然后进行实时的控制调整。

由于伺服电机1是闭环控制的执行器件，控制器9(PLC)一般不会直接与伺服电机1相连，而是先与伺服驱动器12连接，通过伺服驱动器12去控制伺服电机1。工作过程是控制器9给出控制对象的指令位置，通过D/A模块或RS485接口与伺服机构中的伺服驱动器12连接，伺服驱动器12对伺服电机11的转速进行实时调节(即实现负载14的运动调节)，伺服电机1将接收到的控制信号转换为轴的角位移或角速度输出，再通过安装在伺服电机11输出轴上的脉冲编码器16的输出脉冲接入高速计数器15；伺服电机11的旋转通过传动机构转化为控制对象(负载14)的运动，高速计数器15记录伺服电机11输出轴的旋转位置，得到控制对象的实际位置，通过内部总线反馈到控制器9中；最后，由控制器9根据实际值与指令值间的偏差，控制器9重新计算伺服电机1运动目标位置，利用反馈控制原理给伺服驱动器12发出信号，根据该偏差驱动伺服电机1旋转，调整和优化伺服电机1的运行速度及方向，直到实际值与指令值偏差在允许范围以内。

脉冲编码器16及高速计数器15的反馈信号可实现精确控制伺服电机1实现位置控制，其原理是脉冲编码器16可将伺服电机1角位移转换成脉冲值，而高速计数器15又能对脉冲值的个数进行统计，进而定位，脉冲编码器16及高速计数器15的联合使用能有效进行长度测量和精确定位控制。

本实用新型的系统，采用模拟量控制伺服电机1的转速，控制过程为在触摸屏(与控制器9的输入端连接)中输入数值，将数据属性设置为对应控制器9中的整形变量数据，由控制器9给出指令，伺服驱动器12驱动伺服电机1运动，分别通过模拟量与安装在伺服电机1输出轴上的脉冲编码器16输出脉冲值接入高速计数器15进行统计，进而达到负载14变速与定位目的。机械传动部分采用定传动比，利用带传动与蜗轮蜗杆传动进行减速，通过爪轮实现负载14的可靠运动。

Claims (3)

1.一种基于PLC伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统，其特征在于：包括控制器(9)，控制器(9)输出端与伺服驱动器(12)连接，伺服驱动器(12)输出端与伺服电机(1)连接，伺服电机(1)输出轴与传动机构(13)传动连接，传动机构(13)与负载(14)传动连接；伺服电机(1)通过反馈电路(11)接回控制器(9)，控制器(9)和伺服电机(1)分别与电源(10)连接；在爪轮(6)的外圆周表面凹槽中均匀设置有突刺(8)，在爪轮(6)中心轴上下两端分别连接有锁扣(7)。

2.根据权利要求1所述的基于PLC伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统，其特征在于：所述的传动机构(13)的结构是，包括联轴器一(2)，联轴器一(2)的一端与伺服电机(1)输出轴传动连接，联轴器一(2)的另一端依次通过传动带(3)、蜗轮蜗杆减速器(4)、联轴器二(5)与爪轮(6)传动连接。

3.根据权利要求1所述的基于PLC伺服控制的高铁动力导线裂纹检测用运动系统，其特征在于：所述的反馈电路(11)包括脉冲编码器(16)和高速计数器(15)。