专利名称：用于调车设备的速度控制系统和调车系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及针对翻车机系统的控制领域，更特别地是涉及一种用于调车设备的速 度控制系统与调车系统。
背景技术：
翻车机系统是用于铁路大宗散装物料运输列车卸车的成套设备，应用场所主要集 中于港口煤炭卸车作业。翻车机系统按机械功能可以分为调车设备、卸车设备、给料装置及 辅助设备。其中，调车设备又包括推车机和定位车，推车机和定位车交接连续工作完成车厢 的向前移动，并按照工作要求将车辆调整到指定位置。在作业过程中，推车机在将交接位置 的两节重车迁入平台后，定位车接重车列牵入交接位置。定位车与推车机的连续交接作业 是保证整个翻车机系统正常工作的关键技术。现有的调车设备中的定位车与推车机的运行速度大都由人来控制，运行安全很大 程度上依赖于操作员的经验与熟练程度，对操作员的作业要求较高，因而当前的速度控制 方式耗费人力且存在安全隐患。
发明内容
本发明针对现有技术的翻车机系统中的调车设备所存在的上述安全隐患，提出了 一种用于调车设备的速度控制系统和调车系统，其能够自动实现调车设备的速度控制，节 省人力且较为安全。本发明提供了一种用于调车设备的速度控制系统，该速度控制系统包括相互连接 的位置检测装置、控制装置以及变频装置；所述位置检测装置用于检测调车设备所在的当 前位置，并将检测到的当前位置传送到控制装置；所述控制装置用于从所述位置检测装置 接收调车设备的当前位置，并且用于根据针对所述调车设备的位置-速度对应曲线向所述 变频装置输出与所述当前位置相对应的速度控制信号，其中所述位置-速度对应曲线是根 据调车设备的初始速度、初始位置以及预设步进参数来拟合得到的，所述预设步进参数包 括目的位置、目的速度、最大速度、加速度和减速度；以及所述变频装置用于从控制装置接 收速度控制信号，并根据接收到的速度控制信号来输出不同频率的信号以控制调车设备的 电机的转速，从而控制调车设备的速度。本发明还提供了一种调车系统，该调车系统包括推车机和定位车，其中，所述推车 机和所述定位车分别具有上述的用于调车设备的速度控制系统。本发明提供的用于调车设备的速度控制系统和调车系统，由于包括位置检测装 置、控制装置和变频装置，所述控制装置能够根据由初始位置和初始速度以及预设步进参 数拟合得到的位置-速度对应曲线来向变频装置传送信号以控制电机以相应的速度运转， 相比于现有的单纯人工操作方式，能够自动控制调车设备的速度，节省人力，且相比于单纯 的人工操作更为安全。
图1是根据本发明的一种实施方式的用于调车设备的速度控制系统的示意图；图2是根据本发明的另一种实施方式的用于调车设备的速度控制系统的示意图； 以及图3是针对调车设备的位置-速度对应曲线的拟合方法示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明提供了一种用于调车设备的速度控制系统，所述速度控制系 统包括相互连接的位置检测装置、控制装置以及变频装置；所述位置检测装置用于检测调 车设备所在的当前位置，并将检测到的当前位置传送到控制装置；所述控制装置用于从所 述位置检测装置接收调车设备的当前位置，并且用于根据针对所述调车设备的位置_速度 对应曲线向所述变频装置输出与所述当前位置相对应的速度控制信号，其中所述位置-速 度对应曲线是根据调车设备的初始速度、初始位置以及预设步进参数来拟合得到的，所述 预设步进参数包括目的位置、目的速度、最大速度、加速度和减速度；以及所述变频装置用 于从控制装置接收速度控制信号，并根据接收到的速度控制信号来输出不同频率的信号以 控制调车设备的电机的转速，从而控制调车设备的速度。优选地，如图2所示，所述速度控制系统还可以包括连接到变频装置的测速装置， 该测速装置用于检测电机的实际转速，并将检测到的电机的实际转速实时传送到变频装 置，所述变频装置还用于根据检测到的电机的实际转速来调整输出到电机的信号的频率从 而使得电机达到所述速度控制信号所要求达到的转速。在变频装置根据从控制装置接收到 的速度控制信号来控制调车设备的电机的转速之后，电机的实际转速可能并未达到所述速 度控制信号要求的转速，而通过采用测速装置将电机的实际转速反馈到控制装置，使得控 制装置能够得知电机的实际转速，如果没有达到要求，则控制装置输出控制信号对电机的 转速进行微调。这样，采用这种优选实施方式的速度反馈机制能够更准确地调整电机的转 速，从而更准确地控制调车设备的行车速度。所述测速装置可以为任何能够检测调车设备 的速度的装置，例如可以采用测速编码器。为了保证数据的准确性和可靠性，所述测速装置 向所述控制装置的数据传输可以采用电-光-电的传输形式。所述位置检测装置可以是任何能够检测调车设备的位置的装置，并且可以采用任 意直接测量或者间接测量方式来检测位置。优选地，本发明采用绝对式编码器作为位置检 测装置来读取位置值，如采用瑞典莱纳林德(LEINE&LINDE)绝对式编码器，绝对式编码器 对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值， 也就是说由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直 计数，提高了编码器的抗干扰特性和数据的可靠性，同时测量范围大，并且实际使用往往富 裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简 化了安装调试难度。为了保证数据传输的实时性，所述位置检测装置可以采用并行输出与 控制装置连接。此外，所述位置检测装置向所述控制装置传输的位置数据可以采用格雷码 形式，进一步保证了数据传输的可靠性，从而保证位置读取的准确性。所述控制装置能够从所述位置检测装置获取调车设备的初始位置XI，由于控制装 置能够发信号来控制电机的转速以控制调车设备的速度，因而控制装置自身可以知悉调车设备的初始速度Yl (在系统刚初始化时初始速度Yl的取值为0)，而目的位置X2、目的速度 Y2、最大速度YM、加速度M和减速度N这些预设步进参数可以由上位机根据设备的各个运 行步骤预先设定，并传送给控制装置，其中所述上位机可以是计算机、单片机等类似具有存 储、处理功能的装置；或者可以在控制装置中根据设备的各个运行步骤直接设定；或者可 以由人工进行输入。如图3所示，所述控制装置可以按照以下方式来拟合位置-速度对应 曲线首先以位置和速度分别作为平面坐标系的两个坐标轴的变量；根据初始位置和初始速 度(XI，Yl)在所述平面坐标系中确定A点，再根据预设步进参数中的目的位置和目的速度 (X2，Y2)在所述平面坐标系中确定D点，同时以最大速度YM为基础确定平行于位置坐标轴 的第一直线，再从通过A点，以加速度M为斜率确定第二直线，该第二直线与第一直线相交 于B点，再通过D点以减速度N为斜率确定第三直线，该第三直线与第一直线相交于C点， A点至B点至C点再至D点的折线即为针对调车设备的位置-速度对应曲线，这样，从位置 Xl到X2位置的相应位置-速度对应曲线就拟合完毕了。在所述控制装置拟合出位置-速 度曲线之后，所述控制装置便可以根据从位置检测装置接收到的当前位置来确定当前应当 达到的对应速度，并输出相应的速度控制信号到变频装置，以便控制电机的转速达到相应 的值。所述控制装置可以是任何能够实现上述功能的控制器，优选地采用可编程逻辑控制 器(PLC)来实现。如前所述，所述调车设备可以包括定位车和推车机。所述定位车和所述推车机上 可以均具有上述速度控制系统，并且两者的控制装置可以分别各采用一个控制器(如各自 使用一个PLC)来实现，优选地，定位车和推车机中的速度控制系统的控制装置可以集成在 同一个PLC中实现。所述变频装置可以采用任何通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制 交流电动机的电力传动元件。优选地，所述变频装置可以包括相互连接的主动前端(AFE) 整流/回馈单元和逆变器。所述AFE整流/回馈单元连接到控制装置，AFE整流/回馈单元 采用了 IGBT功率元件，与传统的二级管或可控制硅整流技术相比，主动前端不再是被动地 将交流转变成直流，而是具备了很多主动的控制功能，它不仅能消除高次谐波，提高功率因 数，即使在电网极不稳定的情况下，仍能维持恒定的直流环节电压，无谐波污染，具有卓越 的动态特性，由此保证了对电机速度控制的实时性和准确性。所述逆变器用于将从AFE整 流/回馈单元接收到的直流信号转变为交流信号作为控制电机的转速的控制信号。所述变 频装置可以采用转差频率控制方式、直接转矩控制方式等多种变频方式，优选地采用基于 转差频率的矢量控制方式(CUVC)，与传统的转差频率控制方式，基于转差频率的矢量控制 还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩 电流过渡过程中的波动，因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出 特性方面能得到很大的改善。在各个调车设备上一般都具有多个电机，这样变频装置中就 需要有多个逆变器，多个逆变器可以共用一个AFE整流/回馈单元，逆变器之间可以采用西 门子公司提供的西门子动态链路Simolink光纤连接，以保证数据传输同步可靠性。本发明还提供了一种调车系统，该调车系统包括定位车和推车机，其中，所述推车 机和所述定位车分别具有如上所述的用于调车设备的速度控制系统。通过上述速度控制系 统实现了对调车系统中的定位车和推车机行走速度及距离(位置)的较为准确的自动控 制，从而为定位车/推车机的安全工作提供了基础。其中，用于所述定位车的速度控制系统中的控制装置和用于所述定位车的速度控制系统中的控制装置优选地集成在同一个PLC中。如本领域技术人员所公知，在翻车机系统工作过程中，存在多个工作步骤，每个工 作步骤对应定位车和推车机的不同的预设步进参数。在本发明提供的调车系统中所使用 的预设步进参数可以内置于上位机中，在不同的工作步骤时，向定位车和推车机的速度控 制系统的控制装置发送不同的预设步进参数，当然，这些预设步进参数也可以直接设置于 本发明提供的速度控制系统的控制装置中，由控制装置来判断不同的工作步骤，并根据不 同的工作步骤选用不同的预设步进参数，以完成翻车机系统的调车工作过程，并且尽可能 保证定位车和推车机正常工作不产生碰撞。比如，在所述预设步进参数中，至少需保证在 所述推车机的速度控制系统中用于拟合针对推车机的速度-位置对应曲线的预设步进参 数中的最大速度被配置为大于在所述定位车的速度控制系统中用于拟合针对定位车的速 度-位置对应曲线的预设步进参数中的最大速度。如前所述，调车设备的推车机和定位车是连续交接作业的，在这种连续交接作业 中可能存在以下的安全隐患1、若推车机在没有按下加速键的情况下慢速前进，而此时若定位车前进保持快速 行进，就会可能出现定位车追上牵入平台重车尾部造成相碰的安全事故；2、在推车机出现故障停车或者减速的情况下，定位车仍然可能继续前进，也有可 能出现定位车追上牵入平台重车尾部造成相碰的安全事故。针对上述问题，本发明提供的调车系统的优选实施方式提供了以下针对推车机与 定位车的速度控制系统的联锁控制方式。在本发明的调车系统的一种优选实施方式中，所述调车系统还包括上位机，该上 位机用于分别向所述推车机和所述定位车的速度控制系统传送所述预设步进参数，在翻车 机系统工作的某一工作步骤中，所述上位机可以改变预设步进参数，从而改变针对定位车 或推车机的位置-速度曲线，所述上位机被配置成在改变针对推车机的预设步进参数中的 最大速度的同时改变针对定位车的预设步进参数中的最大速度。通过这种方式，就将定位 车的最大速度与推车机的最大速度联锁，在推车机没有按下加速键的情况下，即在推车机 没有增大预设步进参数中的最大速度的情况下，定位车自身的最大速度也不能增大，即定 位车此时不能快速前进，由此，避免了上述第1点安全隐患发生的可能。在本发明的另一优选实施方式中，该调车系统还包括上位机，该上位机用于分别 向所述推车机和所述定位车的速度控制系统传送所述预设步进参数，所述上位机还用于从 推车机和定位车的速度控制系统中的位置检测装置分别获取推车机和定位车的当前位置， 计算定位车的当前位置与推车机的当前位置的差值，并且当所述差值小于预定阈值时，将 针对定位车的预设步进参数中的目的位置更新为定位车的当前位置，将针对定位车的预设 步进参数中的目的速度更新为Om/s，并将更新后的预设步进参数传送给定位车的速度控 制系统中的控制装置，所述控制装置采用更新后的预设步进参数来拟合针对定位车的位 置-速度曲线，以使得定位车停止前进。其中所述预定阈值的范围为0. Im至2m之间，优选 为0. 5m。这样，当定位车和推车机的距离比较近时，能够自动使得定位车停止，避免发生相 撞事故。当然，上述两种优选实施方式可以单独实施，也可以相互结合。所述上位机可以是 计算机、单片机等类似具有存储、处理功能的装置。
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通过本发明提供的速度控制系统以及调车系统，能够自动控制调车设备的行进， 并且优选的实施方式，避免了定位车与推车机前面重车干涉的可能性。首先排除了在正常 操作过程中，因为翻控人员疏忽造成的安全事故，同时也避免了如果推车机出现故障减速 后，在设备出现问题时可能出现的事故。因此，当人员或者设备出现了不稳定的安全因素 后，通过系统对定位车/推车机的速度进行联锁控制，避免了事故的发生，把事故安全隐患 降低到零，保障了设备运行的可靠性。
权利要求
一种用于调车设备的速度控制系统，该速度控制系统包括相互连接的位置检测装置、控制装置以及变频装置；所述位置检测装置用于检测调车设备所在的当前位置，并将检测到的当前位置传送到控制装置；所述控制装置用于从所述位置检测装置接收调车设备的当前位置，并且用于根据针对所述调车设备的位置 速度对应曲线向所述变频装置输出与所述当前位置相对应的速度控制信号，其中所述位置 速度对应曲线是根据调车设备的初始速度、初始位置以及预设步进参数来拟合得到的，所述预设步进参数包括目的位置、目的速度、最大速度、加速度和减速度；以及所述变频装置用于从控制装置接收速度控制信号，并根据接收到的速度控制信号来输出不同频率和幅度的信号以控制调车设备的电机的转速，从而控制调车设备的速度。
2.根据权利要求1所述的用于调车设备的速度控制系统，其中，该速度控制系统还包 括连接到变频装置的测速装置，该测速装置用于检测电机的实际转速，并将检测到的电机 的实际转速实时传送到变频装置，所述变频装置还用于根据检测到的电机的实际转速来调 整输出到电机的信号的频率和幅度从而使得电机达到所述速度控制信号所要求达到的转 速。
3.根据权利要求1或2所述的用于调车设备的速度控制系统，其中，所述控制装置按照 以下方式来拟合所述位置_速度对应曲线以位置和速度分别作为平面坐标系的两个坐标轴的变量；根据初始位置和初始速度在所述平面坐标系中确定A点，根据目的位置和目的速度在 所述平面坐标系中确定D点；以最大速度为基础确定平行于位置坐标轴的第一直线；通过A点，以加速度为斜率确定第二直线，该第二直线与第一直线相交于B点；通过D点，以减速度为斜率确定第三直线，该第三直线与第一直线相交于C点；由此，A点至B点至C点再至D点的折线即为所述位置_速度对应曲线。
4.根据权利要求1所述的用于调车设备的速度控制系统，其中，所述变频装置包括相 互连接的主动前端整流/回馈单元和逆变器，所述主动前端整流回馈单元连接到所述控制 装置，所述逆变器连接到电机。
5.根据权利要求1所述的用于调车设备的速度控制系统，其中，所述控制装置是可编 程控制器。
6.根据权利要求1所述的用于调车设备的速度控制系统，其中，所述位置检测装置是 绝对式编码器。
7.根据权利要求1所述的用于调车设备的速度控制系统，其中，所述变频装置采用基 于转差频率的矢量控制方式。
8.一种调车系统，该调车系统包括推车机和定位车，其特征在于，所述推车机和所述定 位车分别具有如权利要求1-6中任一权利要求所述的用于调车设备的速度控制系统。
9.根据权利要求8所述的调车系统，其中，用于所述定位车的速度控制系统中的控制 装置和用于所述定位车的速度控制系统中的控制装置集成在同一个可编程逻辑控制器中。
10.根据权利要求8所述的调车系统，其中，在所述推车机的速度控制系统中用于拟 合针对推车机的速度-位置对应曲线的预设步进参数中的最大速度被配置为大于在所述 定位车的速度控制系统中用于拟合针对定位车的速度-位置对应曲线的预设步进参数中的最大速度。
11.根据权利要求8所述的调车系统，该调车系统还包括上位机，该上位机用于分别向 所述推车机和所述定位车的速度控制系统传送所述预设步进参数，并且所述上位机被配置 为在改变针对推车机的预设步进参数中的最大速度的同时改变针对定位车的预设步进参 数中的最大速度。
12.根据权利要求8所述的调车系统，其中，该调车系统还包括上位机，该上位机用于 分别向所述推车机和所述定位车的速度控制系统传送所述预设步进参数，所述上位机还用 于从推车机和定位车的速度控制系统中的位置检测装置分别获取推车机和定位车的当前 位置，计算定位车的当前位置与推车机的当前位置的差值，并且当所述差值小于预定阈值 时，将针对定位车的预设步进参数中的目的位置更新为定位车的当前位置，将针对定位车 的预设步进参数中的目的速度更新为Om/s，并将更新后的预设步进参数传送给定位车的速 度控制系统中的控制装置，所述控制装置采用更新后的预设步进参数来拟合针对定位车的 位置-速度曲线，以使得定位车停止前进。
13.根据权利要求12所述的调车系统，其中，所述预定阈值的范围为0.2m至2m之间。
全文摘要
本发明提供了一种用于调车设备的速度控制系统和调车系统。所述速度控制系统包括相互连接的位置检测装置、控制装置以及变频装置；所述位置检测装置用于检测调车设备所在的当前位置，并传送到控制装置；所述控制装置用于接收调车设备的当前位置，并且根据针对所述调车设备的位置-速度对应曲线向所述变频装置输出与所述当前位置相对应的速度控制信号，其中所述位置-速度对应曲线是根据调车设备的初始速度、初始位置以及预设步进参数来拟合得到的；所述变频装置用于接收速度控制信号，并根据接收到的速度控制信号来控制调车设备的电机的转速，从而控制调车设备的速度。本发明提供的速度控制系统和调车系统，能够自动控制调车设备的行进，且更安全。
文档编号B65G67/48GK101934942SQ201010242499
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者杨亚峰, 魏强 申请人:中国神华能源股份有限公司;神华天津煤炭码头有限责任公司