一种受电弓控制电路及控制系统的制作方法

本实用新型属于井下电机车无人驾驶技术领域，具体涉及一种受电弓控制电路及控制系统。

背景技术：

在矿山井下开采作业过程中，矿石运输是其中的一个重要生产环节，就是把采场区内的矿石通过电机车运输到放矿溜井。近年来，伴随着科技的飞速发展，井下电机车无人驾驶技术应运而生。由于这种“无人化”操作具有无可比拟的综合经济性能，所以该技术已经被普遍认可与接受，并得到快速地推广与应用，越来越多的井下运输系统采用无人驾驶电机车进行矿石运输。

传统的受电弓控制方式采用硬线控制方式，通过按压设置在司机台上的升降弓按钮，使受电弓电磁阀得电，从而实现受电弓升降控制。该方案必须要人工参与才能实现受电弓升降控制，无法应用到无人驾驶的系统中。

现有技术中，针对受电弓自动控制的改造方案大多复杂，例如检索到一篇中国发明专利申请，公开号：cn110435432a，公开(公告)日：2019-11-12，公开了一种升弓控制系统，包括控制器，控制器的控制信号输出端与受电弓升弓执行控制机构连接，所述控制器包括：自动控制单元：用于在车辆处于自动驾驶模式时，生成升弓控制指令信号；人工控制单元：用于在车辆处于人工驾驶模式时，接收升弓操控键指令，并生成升弓控制指令信号。所述自动控制单元包括：全自动无人控制模块，用于在没有地面远程升弓指令，且列车满足升弓条件时，生成升弓控制指令信号；远程人工控制模块，用于在获取地面远程升弓指令，且列车满足升弓条件时，生成升弓控制指令信号。但是这种改造可能会涉及整个系统的废弃与重制或外部线路的改动，浪费人力物力，提高了改造成本，无法完全应用于矿山井下这种特殊作业环境中。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有技术中受电弓自动控制的改造方案复杂，成本高的问题，本实用新型提供了一种受电弓控制电路及控制系统，只需对原有受电弓控制系统进行简单升级改造，即可实现受电弓的自动控制。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供如下的技术方案：

一种受电弓控制电路，包括正转控制端、反转控制端、第一继电器和第二继电器；所述正转控制端和反转控制端分别接收控制器传来的正转控制信号和反转控制信号，并将对应信号发送至所述第一继电器和第二继电器，所述第一继电器和第二继电器控制电机的正反转，电机控制受电弓的升降。

进一步地，在所述受电弓控制电路中，电源接线端的正极分别连接第一继电器的第五触点和第二继电器的第六触点，电源接线端的负极分别连接第一继电器的第六触点和第二继电器的第五触点；正转控制端的正极连接第一继电器的第一触点，负极连接第二继电器的第五触点；反转控制端的正极连接第二继电器的第二触点，负极连接第二继电器的第五触点；电机接线端的正极分别连接第一继电器的第四触点和继电器的第四触点，负极分别连接第一继电器的第三触点和第二继电器的第三触点。

进一步地，所述第一继电器和第二继电器为双刀双掷继电器。

进一步地，所述第一继电器和第二继电器均并联安规电容，用于防止电压突变影响系统电压。

一种受电弓控制系统，包括安装在巷道中的信号发射装置，还包括安装在车辆上的信号接收装置，信号接收装置用于接收信号发射装置发射的信号，信号接收装置与受电弓控制装置连接；所述受电弓控制装置包括上述任一种受电弓控制电路，用于控制受电弓的升降。

进一步地，所述信号发射装置为射频识别标签，所述信号接收装置为射频读卡器，射频识别标签发射包含标签信息的射频信号给射频读卡器。

进一步地，所述受电弓控制装置还包括磁性开关，控制器和电机；所述磁性开关安装于车顶并与控制器相连；所述控制器接收磁性开关和信号接收装置传来的信号，并输出控制信号至受电弓控制电路；所述电机接收受电弓控制电路输出的正反转信号，通过正反转实现受电弓升降。

进一步地，所述电机为直流无刷电机。

进一步地，所述受电弓为前后双向电弓，保证电机车在往返运行时，受电弓能更好的与动力滑线接触。

进一步地，所述的一种受电弓控制系统还包括摄像头，用于监控受电弓是否完成升降功能。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

对受电弓控制系统的改造方案简单易行、经济节约，能够在无人驾驶的场景下，实现受电弓的自动升降，从而使电机车顺利通过放矿溜井；受电弓控制电路用少量继电器即实现了控制目的，克服了传统控制电路复杂、涉及继电器数量较多，单点故障就会导致系统失效的问题；将传统受电弓升级为前后双向电弓，使得机车在往返运行时，受电弓更好的与动力滑线接触，并加装摄像头监控受电弓升降过程，保证无人驾驶的电机车安全、可靠地在井下作业。

附图说明

图1为本实用新型的工作状态示意图；

图2为本实用新型的受电弓控制装置结构示意图；

图3为本实用新型的控制器电路原理图；

图4为本实用新型的受电弓控制电路原理图；

图5为本实用新型的磁性开关工作状态示意图。

图中标号说明：1.射频识别标签i，2.射频识别标签ii，3.rfid读卡器，4.受电弓控制装置，41.控制器，42.受电弓控制电路，43.电机，5.摄像头，6.磁性开关，7.电机车，8.动力滑线，9.受电弓，91.限位磁铁。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，一种受电弓控制系统，包括安装在巷道中的射频识别标签i和射频识别标签ii、rfid读卡器3、受电弓控制装置4、受电弓9。

射频识别标签i和射频识别标签ii分别安装在放矿溜井两边的巷道壁上，并与放矿溜井保持合适距离，以保证受电弓有足够的时间完成升降过程。射频识别标签i和射频识别标签ii实时地向外界发射含有标签信息的射频信号。这里选用一种带有rssi场强输出的新型有源射频识别标签，其定位精度高，可以达到1到2米。

rfid读卡器3安装于无人驾驶的电机车7上，安装位置便于第一时间接收到射频识别标签发射的射频信号。射频读卡器3接收到射频信号后，经解调、模数转换、放大后，输出含有标签信息的数字信号至受电弓控制装置4。rfid读卡器3可选用一种原理结构简单，成本低，安全性强，基于信号频率为13.56mhz的通用型rfid读卡器。

如图2所示，受电弓控制装置4包括控制器41、磁性开关6、受电弓控制电路42、电机43；所述控制器41用于接收rfid读卡器3和磁性开关6传来的信号，控制器41可以基于单片机、fpga芯片、cpld芯片或arm芯片来设计；如图3所示，本实用新型中采用型号为epm3032e的cpld芯片，该芯片具有低成本、低功耗、外围电路简单的优点，其稳定的工作性能适于应用在该场景下。如图5所示，所述磁性开关6安装于电机车车顶并通过电缆与受电弓控制装置4中的控制器41相连接；受电弓9下端安装有限位磁铁91，当受电弓9下降到限定位置时，受电弓9下端的限位磁铁91触发磁性开关6闭合，控制器41即接收到该闭合信号。

所述受电弓控制电路42用于接收控制器41的指令，然后输出正反转信号至电机43；所述电机43在正反转信号的控制下实现正反转，从而带动受电弓升降。受电弓控制电路42如图4所示，所述受电弓控制电路42主要包括继电器j5和继电器j6，用于控制电机正反转；继电器j5和继电器j6选用接触可靠的机电式双刀双掷继电器。受电弓控制电路42的电源接线端正极分别连接继电器j5的第五触点和继电器j6的第六触点，电源接线端负极分别连接继电器j5的第六触点和继电器j6的第五触点；正转控制端正极连接继电器j5的第一触点，负极连接继电器j6的第五触点；反转控制端正极连接继电器j6的第二触点，负极连接继电器j6的第五触点；电机接线端正极a分别连接继电器j5的第四触点和继电器j6的第四触点，电机接线端负极b分别连接第一继电器的第三触点和第二继电器的第三触点。该受电弓控制电路用少量继电器即实现了控制目的，克服了传统控制电路复杂、涉及继电器数量较多，单点故障导致系统失效的问题。

进一步地，所述继电器j5和继电器j6的第三触点和第五触点间均并联安规电容，第四触点和第六触点间也均并联安规电容，可以防止电压突变影响控制器41的系统电压。

如图1所示，在井下作业场景下，当无人驾驶的电机车7在井下轨道上自动运行时，rfid读卡器3识别到安装在巷道壁上的射频识别标签ⅰ，表示电机车要通过放矿溜井，射频读卡器3将含有标签信息的信号发送给受电弓控制装置4，受电弓控制装置4内部的控制器41读取到该信号后，控制器41输出正转控制信号给继电器j5和j6，触发继电器j5和j6动作，电机43的a、b端分别接收到相应的正转信号后触发电机43正转，从而使受电弓降弓；当受电弓9下端的限位磁铁91接触到磁性开关6后，磁性开关6输出闭合信号至控制器41，控制器41检测到该闭合信号后即输出停止信号至受电弓控制电路42，触发继电器j5和j6动作，使电机43停转从而停止降弓；当电机车7通过放矿溜井后，rfid读卡器3识别到射频识别标签ⅱ后，将含有该标签信息的信号发送给受电弓控制装置4，受电弓控制装置4内部的控制器41读取到该信号后，控制器41输出反转控制信号给继电器j5和j6，触发继电器j5和j6动作，电机43的a、b端分别接收到相应的反转信号后触发电机43反转，从而使受电弓升弓；受电弓控制装置4中的控制器41通过延迟相应的时间保证受电弓抬起足够高度，当受电弓接触到动力滑线8后，控制器41输出停止信号使电机43停转，电机车完成升弓过程。受电弓控制系统还可以包括摄像头5，摄像头5可以安装在车顶，便于监控整个受电弓升降过程，摄像头可以通过wifi基站与井上监控室内的计算机相连。

综上所述，通过对井下环境和电机车进行简单升级改造：在井下溜井两侧安装射频识别标签，在电机车上安装rfid读卡器，并升级改造受电弓及其控制装置，使电机车在无人驾驶的状态下，能自动完成受电弓升降从而顺利通过放矿溜井，提高井下作业的效率；通过摄像头监控整个升降过程能使井上监控人员实时掌握井下运行情况，提高井下作业的安全性。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。