專利名稱：自動(dòng)化水炮控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種自動(dòng)化水炮控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水炮遠(yuǎn)距離或遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。
背景技術(shù)：
目前，很多場(chǎng)合都要用到較大型的水炮，如建筑設(shè)施、機(jī)械、電カ設(shè)備設(shè)施的沖洗、消防作業(yè)等，而大型的水炮在對(duì)準(zhǔn)作業(yè)面吋，通常都需要兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，水炮的在水平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和水炮俯仰運(yùn)動(dòng)，但目前的大型水炮，一般都是被車載到作業(yè)、事故現(xiàn)場(chǎng)，由操作人員手動(dòng)操作水炮上的手柄控制，進(jìn)行水平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)，不但工作強(qiáng)度大，而且操作人員通常暴露在惡劣環(huán)境中(如水幕中、高溫場(chǎng)合、輻射設(shè)施附近、有毒氣體環(huán)境等)，工作條件差，工作效率低，甚至根本無(wú)法安全地靠近工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種可以進(jìn)行水炮的遠(yuǎn)距離或遠(yuǎn)程自動(dòng)化作業(yè)，使工作人員在室內(nèi)或遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作，操作方便，作業(yè)安全、作業(yè)條件好的自動(dòng)化水炮控制系統(tǒng)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明自動(dòng)化水炮控制系統(tǒng)，其特征在于炮筒34下端面與底座36水平面?zhèn)鲃?dòng)配合，上端與水平軸37豎向面?zhèn)鲃?dòng)配合，水平軸37與炮嘴軸線成夾角連接，控制器3分別與開(kāi)關(guān)面板2，操作桿1，顯示器9或/和視頻分割器10，攝像機(jī)，第一、ニ驅(qū)動(dòng)器4、5連接，第一、ニ驅(qū)動(dòng)器分別與第一、ニ電機(jī)6、7連接，攝像機(jī)與顯示器或/和視頻分割器連接，攝像機(jī)位于清洗現(xiàn)場(chǎng)，控制器、開(kāi)關(guān)面板、操作桿、顯示器位于控制中心。第一、ニ電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，分別通過(guò)第一、ニ電磁離合器14、13與水平面、豎向面?zhèn)鲃?dòng)配合的傳動(dòng)齒輪連接。炮筒34通過(guò)軸承35與底座36連接，與底座連接的第一電機(jī)6通過(guò)第一電磁離合器14與第一齒輪27連接，第一齒輪27與位于炮筒上的內(nèi)齒輪28嚙合，與炮筒連接的第二電機(jī)7通過(guò)第二電磁離合器13與第二齒輪29連接，第二齒輪29與水平軸37上的第三齒輪30嚙合，水平軸中部固連有炮嘴31，兩端通過(guò)軸承32與炮筒連接，水平軸上連接有手柄33?？刂破?為PLC可編程控制器，控制器3的輸入模塊、輸出模塊與第一、ニ驅(qū)動(dòng)器
4、5連接，驅(qū)動(dòng)器為伺服驅(qū)動(dòng)器，第一驅(qū)動(dòng)器4與第一伺服電機(jī)6和第一、ニ行位開(kāi)關(guān)23，24連接，第二驅(qū)動(dòng)器5與第二伺服電機(jī)7和第三、四行位開(kāi)關(guān)25，26連接。開(kāi)關(guān)機(jī)板2上的第一開(kāi)關(guān)17與第一、ニ驅(qū)動(dòng)器4、5和電源輸入連接，第二開(kāi)關(guān)18與開(kāi)關(guān)電源16、控制器3和電源輸入連接，第三開(kāi)關(guān)19與攝像機(jī)、視頻分割器、顯示器和電源輸入連接，第一、ニ電磁離合器13、14通過(guò)第四開(kāi)關(guān)20與電源輸入連接，控制器3通過(guò)急停開(kāi)關(guān)21，回零開(kāi)關(guān)22與電源輸入和操縱桿I連接，操縱桿I與電源輸入連接。操縱桿I為SEY60-TS2型，控制器3為PLC控制器DVP型。
本發(fā)明包括控制器3 (如PLC可編程序控制器等)、伺服驅(qū)動(dòng)器4、5、伺服電機(jī)6、
7、電磁離合器13、14、攝像監(jiān)視系統(tǒng)等，其中操作界面8包含了操縱桿I、開(kāi)關(guān)面板2，開(kāi)關(guān)面板2安裝了開(kāi)關(guān)17、18、19，控制器3的急停開(kāi)關(guān)21、控制器3的回零按鈕22、電磁離合器的13、14的開(kāi)關(guān)20 ;控制器3為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，用于整個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制；伺服驅(qū)動(dòng)器4、5用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)6、7，攝像監(jiān)視系統(tǒng)包含了顯示器9、視頻分割器10、攝象機(jī)11、12。攝像監(jiān)視系統(tǒng)用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境作業(yè)情況的監(jiān)測(cè)。兩個(gè)伺服電機(jī)6、7分別驅(qū)動(dòng)水炮旋轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度動(dòng)作。電磁離合器13、14用于將伺服電機(jī)的輸出軸與水炮的傳動(dòng)鏈切斷；系統(tǒng)由220V単相交流電源供電，系統(tǒng)配置有開(kāi)關(guān)電源23，提供系統(tǒng)控制所需的24V直流電。本發(fā)明提供一種自動(dòng)化水炮控制系統(tǒng)，允許工作人員在室內(nèi)環(huán)境或控制中心，遠(yuǎn)距離或遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制水炮作業(yè)，用于電カ設(shè)施的帶電和不帶電沖洗、建筑設(shè)施、設(shè)備的沖洗、消防、以及特殊環(huán)境中的消防和沖洗。
本發(fā)明自動(dòng)化程度高，可自動(dòng)也可手動(dòng)，操作方便，可使工作人員在安全良好的環(huán)境中控制水炮的作業(yè)。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為顯示器與攝像機(jī)連接圖。圖3為控制原理圖之一。圖4為控制原理圖之ニ。圖5為控制原理圖之三。圖6為水炮結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式圖2、圖3顯示了本系統(tǒng)控制元件伺服驅(qū)動(dòng)器4、5、開(kāi)關(guān)電源16、控制器3、顯示器
9、視頻分割器10、攝象機(jī)11、12是由220V單相交流電源供電的。圖中的開(kāi)關(guān)17、18、19分別用于伺服驅(qū)動(dòng)器4、5、開(kāi)關(guān)電源16、攝像監(jiān)視系統(tǒng)的電源通斷。圖4顯示了電磁離合器13、14和控制器3的輸入模塊、控制器3急停開(kāi)關(guān)21、控制器3的回零按鈕22、操縱桿I之間的接線圖。開(kāi)關(guān)電源16為電磁離合器13、14、系統(tǒng)控制器3的輸入模塊、操縱桿I提供24V直流電源。開(kāi)關(guān)20用于控制電磁離合器13、14的通斷，系統(tǒng)控制器3的急停開(kāi)關(guān)21和回零按鈕22分別用于控制系統(tǒng)控制器3急停和復(fù)位。圖5顯示了系統(tǒng)控制器3的輸入模塊，伺服驅(qū)動(dòng)器4、5、伺服電機(jī)6、7、水炮的俯、仰、順時(shí)針、逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)的限位開(kāi)關(guān)23、24、25、26及系統(tǒng)控制器3的輸入、輸出模塊、開(kāi)關(guān)電源16之間的接線圖；限位開(kāi)關(guān)用于控制水炮俯仰和旋轉(zhuǎn)的極限位置。向前推操縱桿I水炮將下俯運(yùn)動(dòng)，向后拉操縱桿I水炮將向上仰運(yùn)動(dòng)，向左搖操作桿水炮將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，向右搖操縱桿I水炮將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。上述操縱桿型號(hào)可采用SEY60-TSZ型、PLC系統(tǒng)控制器型號(hào)為DVP型、伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為ASDA型、電磁離合器型號(hào)為DLD-40型、開(kāi)關(guān)電源為S-145-24型。水炮可以使用如圖6的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)俯仰和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。水炮包含了齒輪27、28、29、30、炮嘴31、軸承32、手柄33、炮筒34、軸承35。其中炮筒34與軸承35、內(nèi)齒輪28連接；炮嘴31通過(guò)軸承32安裝在炮筒34上；炮嘴31與手柄33固定相連；伺服電機(jī)7固定在炮筒上，其電磁離合器13的輸出軸上固定安裝齒輪29，齒輪30固定安裝在炮嘴31上并與齒輪29嚙合；伺服電機(jī)6固定安裝，其電磁離合器14的輸出軸固定安裝齒輪27，齒輪27與內(nèi)齒輪28嚙合。伺服電機(jī)7驅(qū)動(dòng)炮嘴構(gòu)件31俯仰運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)6驅(qū)動(dòng)水炮旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)了整個(gè)水炮實(shí)現(xiàn)俯仰或旋轉(zhuǎn)。水炮結(jié)構(gòu)不局限于基于驅(qū)動(dòng)原理的由傳動(dòng)鏈變化產(chǎn)生的衍生結(jié)構(gòu)。I臺(tái)水炮由2個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水炮的旋轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度的動(dòng)作，兩個(gè)動(dòng)作集中在ー個(gè)操縱桿I控制，操縱桿I安裝在控制中心或遠(yuǎn)程控制中心內(nèi)，手柄旋轉(zhuǎn)控制水炮旋轉(zhuǎn)；手柄前后搖動(dòng)控制水炮俯仰。操縱桿I動(dòng)作發(fā)出電信號(hào)，可編程控制器3內(nèi)置硬件高速計(jì)數(shù)器，可以精確檢測(cè)到手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和角度，可編程控制器將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成速度和位置命令控制伺服驅(qū)動(dòng)器5、4，伺服驅(qū)動(dòng)器5、4分別控制電機(jī)7、6帶動(dòng)水炮實(shí)現(xiàn)俯仰或旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)精確定位，手柄操作頻率越快，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快，手柄操作范圍越大，電機(jī)轉(zhuǎn)角越大。向前推操縱桿I水炮將下俯運(yùn)動(dòng)，向后拉操縱桿I水炮將上仰運(yùn)動(dòng)，向左搖操作桿 水炮將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，向右搖操縱桿I水炮將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。水炮上下俯仰或左右旋轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)就會(huì)分別壓下行位開(kāi)關(guān)23、24、25、26，水炮就停止運(yùn)動(dòng)。根據(jù)需要，若干個(gè)攝像機(jī)11、12安裝在工作現(xiàn)場(chǎng)的不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)視頻分割器10將不同射像監(jiān)測(cè)點(diǎn)的圖象顯示在控制中心內(nèi)或遠(yuǎn)程控制中心顯示器9上，顯示器9安裝在控制中心或遠(yuǎn)程控制中心內(nèi)，工作人員在控制中心內(nèi)或遠(yuǎn)程控制中心內(nèi)，通過(guò)顯示器9就可觀察到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況。由此可見(jiàn)，該控制系統(tǒng)通過(guò)布置在控制中心內(nèi)或遠(yuǎn)程控制中心內(nèi)的操縱桿1，實(shí)現(xiàn)水炮遠(yuǎn)距離或遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。在本發(fā)明中，可使用控制電磁離合器13、14切斷電機(jī)與水炮的連接，通過(guò)手柄33控制水炮的旋轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)的控制切換。本系統(tǒng)也可采用由步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器替代伺服電機(jī)6、7和伺服控制器實(shí)現(xiàn)同等功能的方案。本發(fā)明不排除基于本發(fā)明基本原理衍生出的無(wú)線遙控方案。系統(tǒng)允許不帶視頻分割器，攝像機(jī)與顯示器直接連接方式。也允許控制多個(gè)水炮的方案。
權(quán)利要求
1.自動(dòng)化水炮控制系統(tǒng)，其特征在于炮筒(34)的下端面與底座(36)水平面?zhèn)鲃?dòng)配合，上端與水平軸(37)豎向面?zhèn)鲃?dòng)配合，水平軸(37)與炮嘴軸線成夾角連接，控制器(3)分別與開(kāi)關(guān)面板(2)，操作桿(1)，顯示器(9)或/和視頻分割器(10)，攝像機(jī)，第一、ニ驅(qū)動(dòng)器(4,5)連接，第一、ニ驅(qū)動(dòng)器分別與第一、ニ電機(jī)(6、7)連接，攝像機(jī)與顯示器或/和視頻分割器連接，攝像機(jī)位于清洗現(xiàn)場(chǎng)，控制器、開(kāi)關(guān)面板、操作桿、顯示器位于控制中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于第一、ニ電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，分別通過(guò)第一、ニ電磁離合器(14、13)與水平面、豎向面?zhèn)鲃?dòng)配合的傳動(dòng)齒輪連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于炮筒(34)通過(guò)軸承(35)與底座(36)連接，與底座連接的第一電機(jī)(6)通過(guò)第一電磁離合器(14)與第一齒輪(27)連接,第一齒輪(27)與位于炮筒上的內(nèi)齒輪(28)哨合,與炮筒連接的第二電機(jī)(7)通過(guò)第二電磁離合器(13)與第二齒輪(29)連接，第二齒輪(29)與水平軸(37)上的第三齒輪(30)嚙合，水平軸中部固連有炮嘴(31)，兩端通過(guò)軸承(32)與炮筒連接，水平軸上連接有手柄(33)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于控制器(3)為PLC可編程控制器，控制器(3)的輸入模塊、輸出模塊與第一、ニ驅(qū)動(dòng)器(4、5)連接，驅(qū)動(dòng)器為伺服驅(qū)動(dòng)器，第一驅(qū)動(dòng)器(4)與第一伺服電機(jī)(6)和第一、ニ行位開(kāi)關(guān)(23,24)連接,第二驅(qū)動(dòng)器(5)與第二伺服電機(jī)(7)和第三、四行位開(kāi)關(guān)(25，26)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于開(kāi)關(guān)機(jī)板(2)上的第一開(kāi)關(guān)(17)與第一、ニ驅(qū)動(dòng)器(4、5)和電源輸入連接，第二開(kāi)關(guān)(18)與開(kāi)關(guān)電源(16)、控制器(3)和電源輸入連接，第三開(kāi)關(guān)(19)與攝像機(jī)、視頻分割器、顯示器和電源輸入連接，第一、ニ電磁離合器(13、14)通過(guò)第四開(kāi)關(guān)(20)與電源輸入連接，控制器(3)通過(guò)急停開(kāi)關(guān)(21)，回零開(kāi)關(guān)(22)與電源輸入和操縱桿(I)連接，操縱桿(I)與電源輸入連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于操縱桿(I)為SEY60-TS2型，控制器(3)為PLC控制器DVP型。
全文摘要
本發(fā)明提供了自動(dòng)化水炮控制系統(tǒng)，解決水炮控制人員暴露在惡劣環(huán)境中的工作效率低，安全條件差的問(wèn)題。炮筒(34)下端面與底座(36)水平面?zhèn)鲃?dòng)配合，上端與水平軸(37)豎向面?zhèn)鲃?dòng)配合，水平軸(37)與炮咀軸線成夾角連接，控制器(3)分別與開(kāi)關(guān)面板(2)，操作桿(1)，顯示器(9)或/和視頻分割器(10)，攝像機(jī)，第一、二驅(qū)動(dòng)器(4、5)連接，第一、二驅(qū)動(dòng)器分別與第一、二電機(jī)(6、7)連接，攝像機(jī)與顯示器或/和視頻分割器連接，攝像機(jī)位于清洗現(xiàn)場(chǎng)，控制器、開(kāi)關(guān)面板、操作桿、顯示器位于控制中心。
文檔編號(hào)A62C31/00GK102784734SQ20111012878
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者于蘭英, 任永斌, 劉桓龍, 吳文海, 王國(guó)志 申請(qǐng)人:成都西南交大驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限責(zé)任公司, 西南交通大學(xué)