铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统及方法与流程

1.本发明涉及铁路起重机领域，尤其涉及铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统及方法。


背景技术：

2.在铁路起重机作业时，为了使铁路起重机具有足够的吊重抗倾覆稳定性，往往在距离倾覆线最远的转台尾部配置一定质量的伸缩式尾部平衡配重，伸缩式尾部平衡配重的主视图如图1所示，其俯视结构如图2所示。起重机操作人员需坐在驾驶室中进行操作，由于起重机体积大，并且操纵时需要同时注意起重机全方位的情况，难免会存在视觉误区，容易使操作人员对配重位置判断不准或与地面上的指挥人员交流错误，使其对起重机械的操作失误，轻则损坏起重机，重则危及人身安全。因此，为了解决上述问题，本发明铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统及方法，采用位置感知和无线遥控的方式实现配重的伸缩、摆动与挂放操作，避免因存在视觉盲区导致事故的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提出了铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统及方法，采用位置感知和无线遥控的方式实现配重的伸缩、摆动与挂放操作，避免因存在视觉盲区导致事故的问题。
4.本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统，其包括无线遥控装置和起重机总控装置，还包括位置传感器、角度传感器和感应式限位开关；
5.位置传感器内嵌在配重伸缩臂中，用于检测伸缩臂伸出距离；
6.角度传感器安装在起重机后转台回转中心轴上，用于检测起重机配重臂回转角度；
7.感应式限位开关安装在起重机配重伸缩臂尾部，用于检测起重机配重伸缩臂与配重是否挂放；
8.起重机总控装置包括plc芯片、无线收发模块、伸缩臂驱动模块、配重挂放装置驱动模块和摆动驱动模块；所述伸缩臂驱动模块、配重挂放装置驱动模块和摆动驱动模块分别与plc芯片的模拟量输出端电性连接；无线收发模块通过串口与plc芯片连接，无线收发模块与无线遥控装置无线连接；操作人员通过无线遥控装置无线控制起重机实现配重伸缩、摆动与挂放动作；
9.位置传感器、角度传感器和感应式限位开关分别与plc芯片的模拟信号输入端电性连接。
10.在以上技术方案的基础上，优选的，无线遥控装置包括控制器，以及分别与控制器电性连接的操作开关、无线通信模块和显示面板；
11.控制器通过无线通信模块与起重机的总控装置无线连接，并建立无线数据传输通
道，总控装置将起重机的动作反馈信号通过无线方式传输给无线遥控装置的控制器，并在显示面板上进行显示；操作人员按下操作开关实现对起重机动作的无线控制。
12.在以上技术方案的基础上，优选的，操作开关包括配重伸缩臂伸出操作开关、配重伸缩臂回缩操作开关、配重挂放装置下降操作开关、配重挂放装置上升操作开关、向左摆动预设角度操作开关和向右摆动预设角度操作开关。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，无线收发模块与无线遥控装置采用数据包形式进行通信；
14.数据包包括顺次排列的地址信息、信息数据和信道编码信息。
15.在以上技术方案的基础上，优选的，数据包还包括同步包头；
16.同步包头设置在地址信息之前。
17.在以上技术方案的基础上，优选的，同步包头包括顺次排列的载波开关、帧同步码和位同步码。
18.在以上技术方案的基础上，优选的，帧同步码为13位巴克码1111100110101b。
19.在以上技术方案的基础上，优选的，无线收发模块与无线遥控装置之间传输的数据包帧同步方法包括以下步骤：
20.s101、在一个周期内的[0，t/3]、[t/3,2t/3]、[2t/3,t]时间范围内分别对信号进行一次抽样，得到a、b、c三个序列，对三个序列进行判别，得到a、b、c三个输出；
[0021]
s102、设置信噪比阈值，并计算信噪比；若信噪比大于信噪比阈值，且a、b、c中有两个为真，则取输出之间为t/2时刻；若信噪比小于信噪比阈值，且a、b、c中有一个为真，则取此输出为t/2时刻；若a、b、c均为假，则判别不出同步头，判定接收错误，抛弃这一组指令；
[0022]
s103、根据得到的t/2时间调整系统时钟，使之成为对后续信号抽样的时刻。
[0023]
另一方面，本发明提供铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制方法，包括以下步骤：
[0024]
s1、搭建铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统；
[0025]
s2、获取位置传感器检测的距离信息，将距离信息与预设距离值进行比较，若两者相等，则进行下一步；反之，操作人员通过无线遥控装置远程控制起重机总控装置调整配重伸缩臂伸出距离，直至距离信息等于预设距离值；
[0026]
s3、操作人员通过无线遥控装置发送配重挂放装置下降指令至无线收发模块，无线收发模块将该指令反馈给起重机总控装置，起重机总控装置通过配重挂放装置驱动模块控制配重挂放装置下降直至感应式限位开关触发，此时，配重挂放装置与活动配重贴合；
[0027]
s4、操作人员通过无线遥控装置发送配重挂放装置上升指令至无线收发模块，无线收发模块将该指令反馈给起重机总控装置，起重机总控装置通过配重挂放装置驱动模块控制挂放装置上升，此时，活动配重被吊起；
[0028]
s5、操作人员通过无线遥控装置发送预设角度摆动指令至无线收发模块，无线收发模块将该指令反馈给起重机总控装置，起重机总控装置通过摆动驱动模块控制起重机按预设方向回转，当角度传感器检测角度与预设角度相同时，摆动驱动模块停止工作。
[0029]
在以上技术方案的基础上，优选的，s2中“操作人员通过无线遥控装置远程控制起重机总控装置调整伸缩臂伸出距离，直至距离信息等于预设距离值”具体包括以下步骤：
[0030]
当距离信息小于预设距离值时，操作人员通过无线遥控装置发送配重伸缩臂伸出
指令，该指令被无线收发模块接收并传送至起重机总控装置，起重机总控装置控制配重伸缩臂驱动模块，配重伸缩臂驱动模块驱动伸缩臂继续伸出，直至距离信息等于预设距离值；
[0031]
反之，操作人员通过无线遥控装置发送配重伸缩臂回缩指令，该指令被无线收发模块接收并传送至起重机总控装置，起重机总控装置控制配重伸缩臂驱动模块，配重伸缩臂驱动模块驱动伸缩臂回缩，直至距离信息等于预设距离值。
[0032]
本发明的铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统及方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0033]
(1)通过设置无线遥控装置以及在起重机总控装置中设置与无线遥控装置无线通信的无线收发模块，采用无线控制技术，消除了由于视线不清、环境恶劣或指挥配合不当等因素造成的事故隐患，保证了操作安全；
[0034]
(2)通过设置位置传感器、角度传感器和感应式限位开关，可分别感知起重机配重挂放过程中起重机配重伸缩臂状态、配重是否挂放和摆角大小等信息，为精确实现配重伸缩、摆动和挂放提供数据基础；
[0035]
(3)将数据包的结构设置成顺次排列的同步包头、地址信息、信息数据和信道编码信息，其中，同步包头够辅助起重机总控装置正确检测到起始位，并快速判断当前信号是噪音信号还是控制指令；地址信息可以保证无线遥控装置与起重机总控装置数据收发的一一对应关系，避免数据信息混乱；
[0036]
(4)将同步包头的结构设置为顺次排列的载波开关、帧同步码和位同步码；这种结构在进行帧同步同时调整系统的接收时钟，将帧同步码置于位同步码的前面，可快速识别出有效指令，并且假同步和漏同步的概率低；载波开关的作用是激活起重机总控装置，使系统由休眠状态转为工作状态，可降低功耗；
[0037]
(5)改进了帧同步方法，可将抽样时刻从[0，t]内任意时刻调整到[t/3,2t/3]处，提高了起重机总控装置对干扰信道的抗干扰能力。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统中伸缩式尾部平衡配重的主视图；
[0040]
图2为本发明铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统中伸缩式尾部平衡配重的俯视图；
[0041]
图3为本发明铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统的结构图。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有
其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0043]
实施例1
[0044]
如图3所示，本发明的铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统，其包括无线遥控装置、起重机总控装置、位置传感器、角度传感器和感应式限位开关。
[0045]
无线遥控装置，现有的起重机设置有驾驶室，起重机操作人员需坐在驾驶室中进行操作，由于起重机体积大，并且操纵时需要同时注意起重机全方位的情况，难免会存在视觉误区，导致起重机发生碰撞或操作失误的情况。因此，本实施例提供了一种新的思路，起重机操作人员不用坐在驾驶室中，可在起重机外无线操作起重机动作并完成作业，解决现有技术中操作人员存在视觉盲区的问题。优选的，无线遥控装置包括控制器，以及分别与控制器电性连接的操作开关、无线通信模块和显示面板；控制器通过无线通信模块与起重机的总控装置无线连接，并建立无线数据传输通道，总控装置将起重机的动作反馈信号通过无线方式传输给无线遥控装置的控制器，并在显示面板上进行显示；操作人员按下操作开关实现对起重机动作的无线控制。本实施例中，操作开关包括配重伸缩臂伸出操作开关、配重伸缩臂回缩操作开关、配重挂放装置下降操作开关、配重挂放装置上升操作开关、向左摆动预设角度操作开关和向右摆动预设角度操作开关。
[0046]
起重机总控装置，用于控制起重机运行。本实施例中，起重机总控装置包括plc芯片、无线收发模块、配重伸缩臂驱动模块、配重挂放装置驱动模块和摆动驱动模块；其中，配重伸缩臂驱动模块、配重挂放装置驱动模块和摆动驱动模块分别与plc芯片的模拟量输出端电性连接；无线收发模块通过串口与plc芯片连接，无线收发模块与无线遥控装置无线连接；操作人员通过无线遥控装置无线控制起重机实现配重伸缩臂伸缩、摆动与活动配重挂放动作。优选的，配重伸缩臂驱动模块可选用伸缩油缸，配重挂放装置驱动模块可选用吊挂油缸，摆动驱动模块可选用摆动油缸。伸缩油缸、吊挂油缸和摆动油缸可采用现有驱动技术实现油缸的控制。
[0047]
位置传感器，实际应用中，活动配重装载在配重平车上，配重平车在轨道上前进或后退以调整配重平车与起重机之间的距离，使起重机后转台配重伸缩臂伸出时其末端正好处于活动配重上方，以便配重伸缩臂上的配重挂放装置挂起活动配重。但是配重伸缩臂伸出长度是通过现场操作人员肉眼观察到的，需要多次试探才能行驶到正确位置。肉眼观看的方式存在较大的误差，并且当起重机处于隧道等黑暗环境时，操作人员很难控制配重伸缩臂伸出距离。因此，为了解决上述问题，本实施例在配重伸缩臂内嵌位置传感器，用于检测配重伸缩臂伸出距离；位置传感器与plc芯片的模拟信号输入端电性连接。本实施例中，可以设置预设距离，所述预设距离为起重机后转台配重臂尾部到活动配重中心的距离，当位置传感器检测的距离信息等于预设距离值时，表明起重机后转台配重伸缩臂伸出时，配重伸缩臂末端的配重挂放装置正好处于配重中心，当配重挂放装置下降时，正好可以与活动配重中心的吊钩配合。位置传感器可以是激光位移传感器。
[0048]
感应式限位开关，传统的活动配重抓取主要是靠肉眼识别，误差大并且需要多次试探才能挂起配重，因此，为了解决上述问题，本实施例设置了感应式限位开关，其安装在起重机后转台配重挂放装置上，用于检测起重机配重伸缩臂挂放装置与活动配重是否挂放；感应式限位开关与plc芯片的模拟信号输入端电性连接。当起重机配重伸缩臂尾部的吊挂油缸靠近活动配重表面时，感应式限位开关由感应常开变常闭，或者是常闭变常开，起重
机总控装置通过接收到感应式限位开关的跳变信号得知配重挂放装置与配重贴合，此时，起重机控制吊挂油缸挂起活动配重。
[0049]
角度传感器，铁路机车车辆倾覆和脱轨事故，大多发生在其行驶的轨道上或其邻近处的单线铁路上，事故车与救援起重机同处一条轨道上；在双线铁路上，一条线路因事故而运输中断，必须全力保证相邻线路的畅通，救援起重机应力求在不影响邻线正常运行的前提下，在已经中断的一条线路上完成救援作业。因此，要求顺轨方向
±
30
°
范围内具有较大的起重能力。为了实现对角度的无线控制，本实施例设置了用于检测起重机回转角度的角度传感器，其安装在起重机后转台回转中心轴上；角度传感器与plc芯片的模拟信号输入端电性连接。
[0050]
本实施例起重机配重伸缩、摆动与挂放的工作原理为：
[0051]
s1、搭建铁路起重机配重伸缩、摆动与挂放的无线控制系统；
[0052]
s2、获取位置传感器检测的距离信息，将距离信息与预设距离值进行比较，若两者相等，则配重伸缩臂末端的配重挂放装置正好处于活动配重中心，进行下一步；反之，操作人员通过无线遥控装置远程控制起重机总控装置调整配重伸缩臂伸出距离，直至距离信息等于预设距离值；
[0053]
其中，预设距离值为起重机后转台配重臂尾部到活动配重中心的距离；
[0054]“操作人员通过无线遥控装置远程控制起重机总控装置调整配重伸缩臂伸出距离，直至距离信息等于预设距离值”具体包括以下步骤：
[0055]
当距离信息小于预设距离值时，操作人员通过无线遥控装置上的配重伸缩臂伸出操作开关发送配重伸缩臂伸出指令，该指令被无线收发模块接收并传送至起重机总控装置，起重机总控装置控制配重伸缩臂驱动模块，配重伸缩臂驱动模块驱动配重伸缩臂继续伸出，直至距离信息等于预设距离值；反之，操作人员通过无线遥控装置上的配重伸缩臂回缩操作开关发送配重伸缩臂回缩指令，该指令被无线收发模块接收并传送至起重机总控装置，起重机总控装置控制配重伸缩臂驱动模块，配重伸缩臂驱动模块驱动配重伸缩臂回缩，直至距离信息等于预设距离值。
[0056]
s3、操作人员通过无线遥控装置上的配重挂放装置下降操作开关发送挂放装置下降指令至无线收发模块，无线收发模块将该指令反馈给起重机总控装置，起重机总控装置通过配重挂放装置驱动模块控制挂放装置下降直至感应式限位开关触发，此时，配重挂放装置与活动配重贴合；
[0057]
s4、操作人员通过无线遥控装置上的配重挂放装置上升操作开关发送挂放装置上升指令至无线收发模块，无线收发模块将该指令反馈给起重机总控装置，起重机总控装置通过配重挂放装置驱动模块控制挂放装置上升，此时，活动配重被挂起；
[0058]
s5、操作人员通过无线遥控装置上的向左摆动预设角度或向右摆动预设角度操作开关发送预设角度摆动指令至无线收发模块，无线收发模块将该指令反馈给起重机总控装置，起重机总控装置通过摆动驱动模块控制起重机按预设方向回转，当角度传感器检测角度与预设角度相同时，摆动驱动模块停止工作。
[0059]
本实施例的有益效果为：通过设置无线遥控装置以及在起重机总控装置中设置与无线遥控装置无线通信的无线收发模块，采用无线控制技术，消除了由于视线不清、环境恶劣或指挥配合不当等因素造成的事故隐患，保证了操作安全；
[0060]
通过设置位置传感器、角度传感器和感应式限位开关，可分别感知起重机配重挂放过程中起重机伸缩臂状态、配重是否吊起和摆角大小等信息，为精确实现配重伸缩、摆动和挂放提供数据基础。
[0061]
实施例2
[0062]
在实施例1的基础上，本实施例提供无线遥控装置与起重机总控装置无线通信原理。
[0063]
铁路起重机作业环境存在其他无线通信设备，易导致数据信息混乱，起重机总控装置接收不到控制指令，为避免上述情况，本实施例在无线收发模块与无线遥控装置之间传输的数据包结构进行改进，具体为：数据包包括顺次排列的地址信息、信息数据和信道编码信息。在数据信息之前加入地址信息，所述地址信息用来标识无线遥控装置和起重机总控装置的对应关系；起重机总控装置接收到后无线遥控装置发送的控制指令后，进行识别，当检测到数据包中的地址信息指向起重机总控装置时，按照数据包内的信息数据执行相应的动作；反之，丢弃该数据信息。在数据包中加入地址信息可以保证无线遥控装置与起重机总控装置数据收发的一一对应关系，避免数据信息混乱。
[0064]
进一步优选的，在数据包中加入地址信息可以保证无线遥控装置与起重机总控装置的对应关系，使起重机总控装置不受其他无线设备的干扰，但是由于无线信道存在很多干扰信号，即使无线遥控装置没有发送控制指令，重机总控装置也有可能采集到干扰信号并对其进行解调，即使有地址信息，起重机总控装置也需要解调才能获取地址信息，在此过程中，干扰信号占用了起重机总控装置的解调资源；当无线遥控装置发送真正的控制信号时，由于重机总控装置此时正在处理干扰信号，导致无法及时接收真正的控制信号，严重影响起重机救援工作效率。因此，为了解决上述问题，本实施例在地址信息之前设置有同步包头；若起重机总控装置无法检测到同步包头，说明当前信号为干扰信号，可直接丢弃；反之，对当前信号进一步解调获取地址信息。同步包头能够辅助起重机总控装置正确检测到起始位，并快速判断当前信号是噪音信号还是控制指令。
[0065]
进一步优选的，起重机遥控指令采用联发方式，即遥控指令是在按键按下时不断地突发发送，直至开关弹起，这种方式可以在遥控指令未发射时，起重机处于待机状态，降低功耗，但是这种方式也导致了起重机总控装置接收的难度。因此，为了解决上述问题，本实施例改进了同步包头的结构，常规的同步包头结构为顺次排列的载波开关、位同步码、帧同步码和信息，这种方式存在位同步建立时间长，传输效率低并且未充分利用载波开关的信息。因此，为了解决上述问题，本实施例将同步包头的结构设置为顺次排列的载波开关、帧同步码和位同步码；这种结构在进行帧同步同时调整系统的接收时钟，将帧同步码置于位同步码的前面，可快速识别出有效指令，并且假同步和漏同步的概率低。其中，载波开关的作用是激活起重机总控装置，使系统由休眠状态转为工作状态，可降低功耗。帧同步优选13位巴克码1111100110101b，其自相关函数尖锐，抗干扰能力强。
[0066]
进一步优选的，起重机总控装置接收到遥控指令后进行帧同步，然后再设置系统的起始时钟，基于初始相位确定的时钟在每个码元周期的t/2处按码元周期进行采样，便可得到帧同步头，但是信道存在干扰，容易引起信号畸变，起始相位信息被破坏，此时，同步输出相位随机落在码元周期t的任何时刻内，当偏离t/2时，由于相位抖动及其它因素产生码元宽度的变化，会产生抽样时刻误差，引起判决错误。因此，为了解决上述问题，本实施例提
供了帧同步方法，具体包括以下步骤：
[0067]
s101、在一个周期内的[0，t/3]、[t/3,2t/3]、[2t/3,t]时间范围内分别对信号进行一次抽样，得到a、b、c三个序列，对三个序列进行判别，得到a、b、c三个输出；
[0068]
s102、设置信噪比阈值，并计算信噪比；若信噪比大于信噪比阈值，且a、b、c中有两个为真，则取输出之间为t/2时刻；若信噪比小于信噪比阈值，且a、b、c中有一个为真，则取此输出为t/2时刻；若a、b、c均为假，则判别不出同步头，判定接收错误，抛弃这一组指令；
[0069]
s103、根据得到的t/2时间调整系统时钟，使之成为对后续信号抽样的时刻。
[0070]
通过上述帧同步方法，可以提高帧同步性能，并且将抽样时刻从[0，t]内任意时刻调整到[t/3,2t/3]处，提高了起重机总控装置对干扰信道的抗干扰能力。
[0071]
本实施例的有益效果为：将数据包的结构设置成顺次排列的同步包头、地址信息、信息数据和信道编码信息，其中，同步包头够辅助起重机总控装置正确检测到起始位，并快速判断当前信号是噪音信号还是控制指令；地址信息可以保证无线遥控装置与起重机总控装置数据收发的一一对应关系，避免数据信息混乱；
[0072]
将同步包头的结构设置为顺次排列的载波开关、帧同步码和位同步码；这种结构在进行帧同步同时调整系统的接收时钟，将帧同步码置于位同步码的前面，可快速识别出有效指令，并且假同步和漏同步的概率低；载波开关的作用是激活起重机总控装置，使系统由休眠状态转为工作状态，可降低功耗；
[0073]
改进了帧同步方法，可将抽样时刻从[0，t]内任意时刻调整到[t/3,2t/3]处，提高了起重机总控装置对干扰信道的抗干扰能力。
[0074]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。