本發明涉及安全行車技術領域，尤其涉及一種焦爐車輛防碰撞系統。

背景技術：

目前，國內焦爐車輛的防碰撞系統主要分接觸式和非接觸式兩種工作方式。接觸式一般采用限位開關，將限位開關設置在預先計算好的減速點或制動點處，當焦爐車輛經過限位開關時會觸發開關，通知焦爐車輛及時采取減速或制動動作。該方式雖然造價低，操作簡便，但只適用于在固定位置剎車的情況。非接觸式是利用雷達、激光等測距技術，通過實時監測車輛相互間的間距達到防碰撞的目的。但目前測距傳感器普遍存在抗干擾能力差的缺點，對焦化廠的工作環境諸如粉塵多、車輛晃動大、軌道面局部高地不平等不利因素適應能力低，因此常常出現失靈或誤判的情況。此外，也有利用焦爐車輛對位系統的測距功能實現車輛防碰撞的先例，但該系統造價高，調整復雜，運行也不十分穩定。

技術實現要素：

本發明提供了一種焦爐車輛防碰撞系統，采用特殊結構的超聲波測距傳感器實時監測焦爐車輛的間距，該超聲波測距傳感器具有信號捕捉能力強、抗干擾能力強、測量精度高的優點，特別適合使用在處于惡劣工作環境中的焦爐車輛上，可有效保障焦爐車輛行車安全。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種焦爐車輛防碰撞系統，包括信號采集單元、信號變送器、焦爐生產控制系統PLC和焦爐車輛執行機構；所述信號采集單元由超聲波傳感器和反射板組成，超聲波傳感器和反射板分別安裝在相對運行的2列焦爐車輛的車頭前端；信號變送器的信號輸入端連接超聲波傳感器的信號輸出端，信號變送器的信號輸出端連接焦爐生產控制系統PLC，焦爐生產控制系統PLC的控制信號輸出端連接焦爐車輛執行機構和報警裝置中的控制信號輸入端；其中：

所述超聲波傳感器由喇叭形輻射倉、壓電陶瓷圓環、錐形收波器和接線端子倉組成；錐形收波器通過喇叭形輻射倉頂部的卡槽固定在喇叭形輻射倉內，錐形收波器為空心結構，其內部填充吸聲材料；錐形收波器的外側設壓電陶瓷圓環，壓電陶瓷圓環的底部延伸到喇叭形輻射倉的中下部；喇叭形輻射倉的頂部設接線端子倉，兩者的連接面之間設有起阻尼作用的軟性墊片；接線端子倉內設接線端子板，壓電陶瓷圓環的正、負極分別連接接線端子并通過電纜連接信號變送器。

所述信號變送器的信號輸出端同時連接無紙記錄儀的信號輸入端。

所述喇叭形輻射倉頂部尺寸與接線端子倉的底板尺寸相配合，頂部中心位置設卡槽；喇叭形輻射倉的下部由依次連接的錐段筒體和直段筒體組成，壓電陶瓷圓環的底部延伸到直段筒體的上部。

所述錐形收波器的上部為臺階結構，下部為錐形結構；臺階結構的外表面具有上、中、下三級臺階面，其中上級臺階面與喇叭形輻射倉的卡槽內表面相配合，中級臺階面與喇叭形輻射倉的內表面相貼合，下級臺階面與壓電陶瓷圓環的內表面相貼合。

所述喇叭形輻射倉錐段筒體與壓電陶瓷圓環外表面之間的夾角為45°±3°。

所述錐形收波器錐形結構外表面與壓電陶瓷圓環內表面之間的夾角為45°±3°。

所述接線端子倉設有密封頂蓋，密封頂蓋上設有通孔供電纜通過。

所述喇叭形輻射倉頂部卡槽的外側沿周向設有多個螺栓孔，多個連接螺栓依次穿過接線端子倉底板、接線端子板、軟性墊片后固定在螺栓孔中。

所述錐形收波器與壓電陶瓷圓環之間通過膠粘接固定。

所述壓電陶瓷圓環外表面涂敷有防護膜。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)焦爐車輛防碰撞系統采用新型的超聲波測距傳感器作為信號采集元件，其整體結構簡單，故障點少，反應靈敏，抗干擾能力強，運行可靠，可有效保障焦爐車輛的運行安全；

2)新型的超聲波測距傳感器采用錐形收波器及喇叭形輻射倉內、外2個方向相反的圓錐面與壓電陶瓷圓環配合，使壓電陶瓷圓環內、外側聲波都能夠作為有效聲波進行輻射，從而使聲波的利用率提高了一倍以上；而且向外輻射的超聲波方向性強，能量大，探測距離遠；

3)超聲波測距傳感器的喇叭形輻射腔與接線端子倉之間采用軟性墊片作為阻尼材料，可以減少壓電陶瓷圓環的余震，提高測量精度；

4)超聲波測距傳感器的錐形收波器內部空間內設置了吸聲材料，可降低雜波干擾。

附圖說明

圖1是本發明所述一種焦爐車輛防碰撞系統的結構框圖。

圖2是本發明所述超聲波測距傳感器的結構示意圖。

圖中：1.喇叭形輻射倉 2.壓電陶瓷圓環 3.錐形收波器 4.接線端子倉 5.密封頂蓋 6.連接螺栓 7.軟性墊片 8.吸聲材料

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：

如圖1所示，本發明所述一種焦爐車輛防碰撞系統，包括信號采集單元、信號變送器、焦爐生產控制系統PLC和焦爐車輛執行機構；所述信號采集單元由超聲波傳感器和反射板組成，超聲波傳感器和反射板分別安裝在相對運行的2列焦爐車輛的車頭前端；信號變送器的信號輸入端連接超聲波傳感器的信號輸出端，信號變送器的信號輸出端連接焦爐生產控制系統PLC，焦爐生產控制系統PLC的控制信號輸出端連接焦爐車輛執行機構和報警裝置中的控制信號輸入端；其中：

如圖2所示，所述超聲波傳感器由喇叭形輻射倉1、壓電陶瓷圓環2、錐形收波器3和接線端子倉4組成；錐形收波器3通過喇叭形輻射倉1頂部的卡槽固定在喇叭形輻射倉1內，錐形收波器3為空心結構，其內部填充吸聲材料；錐形收波器3的外側設壓電陶瓷圓環2，壓電陶瓷圓環2的底部延伸到喇叭形輻射倉1的中下部；喇叭形輻射倉1的頂部設接線端子倉4，兩者的連接面之間設有起阻尼作用的軟性墊片7；接線端子倉4內設接線端子板，壓電陶瓷圓環2的正、負極分別連接接線端子并通過電纜連接信號變送器。

所述信號變送器的信號輸出端同時連接無紙記錄儀的信號輸入端。

所述喇叭形輻射倉1頂部尺寸與接線端子倉4的底板尺寸相配合，頂部中心位置設卡槽；喇叭形輻射倉1的下部由依次連接的錐段筒體和直段筒體組成，壓電陶瓷圓環2的底部延伸到直段筒體的上部。

所述錐形收波器3的上部為臺階結構，下部為錐形結構；臺階結構的外表面具有上、中、下三級臺階面，其中上級臺階面與喇叭形輻射倉1的卡槽內表面相配合，中級臺階面與喇叭形輻射倉1的內表面相貼合，下級臺階面與壓電陶瓷圓環2的內表面相貼合。

所述喇叭形輻射倉1錐段筒體與壓電陶瓷圓環2外表面之間的夾角為45°±3°。

所述錐形收波器3錐形結構外表面與壓電陶瓷圓環2內表面之間的夾角為45°±3°。

所述接線端子倉4設有密封頂蓋5，密封頂蓋5上設有通孔供電纜通過。

所述喇叭形輻射倉1頂部卡槽的外側沿周向設有多個螺栓孔，多個連接螺栓6依次穿過接線端子倉4底板、接線端子板、軟性墊片7后固定在螺栓孔中。

所述錐形收波器3與壓電陶瓷圓環2之間通過膠粘接固定。

所述壓電陶瓷圓環2外表面涂敷有防護膜。

本發明采用超聲波技術進行焦爐車輛測距，由于超聲波是依靠機械振動產生的，因而對粉塵、電磁場、蒸汽等惡劣工況抵抗力強；特殊的內、外兩層雙反射結構，使其具有良好的目標捕捉能力，對車輛晃動，軌道面局部高低不平等不利的環境因素影響適應力強。

本發明所述一種焦爐車輛防碰撞系統的工作原理是：超聲波測距傳感器和反射板構成信號采集單元，進行相向走行焦爐車輛間距的信號采集；采集到的信號經信號變送器進行進行轉換處理后得到焦爐車輛實際間距，該結果輸出到焦爐生產控制系統PLC中與設定的安全間距進行比對，如果走行的焦爐車輛間距大于設定的安全間距時無動作，小于設定的安全間距時焦爐生產控制系統PLC輸出控制信號，控制報警裝置啟動進行聲光報警，同時控制焦爐車輛執行機構采取減速、緊急制動等應急動作。

【實施例】

本實施例中，超聲波測距傳感器和反射板分別設置在相向運行的焦爐車輛前端，安裝時要固定牢固，且安裝位置對正常作業無影響。超聲波測距傳感器周圍做適當防護，避免紅焦等落下物對其造成損傷。

超聲波測距傳感器的喇叭形輻射倉1、錐形收波器3、接線端子倉4及密封頂蓋5均采用304不銹鋼材質制作。壓電陶瓷圓環2與錐形收波器3通過環氧樹脂膠粘接在一起，錐形收波器3的內部采用海綿填充，軟性墊片7采用三元乙丙橡膠墊片。

信號變送器和無紙記錄儀都安裝在一個400mm×400mm×200mm(長×寬×厚)的控制箱內，控制箱設置在焦爐車輛駕駛室內。

信號變送器同時具有產生交流電、接收并轉換所測距離信號的功能，信號變送器通過電纜向壓電陶瓷圓環2通入交流電后，通過壓電陶瓷圓環2的內側面和外側面發射超聲波，其中壓電陶瓷圓環2外側面發射的超聲波傳播到喇叭形輻射腔1的內側面后轉變方向然后沿傳感器軸線方向向外輻射；壓電陶瓷圓環2內側面發射的超聲波傳播到錐形收波器3的外側面后轉變方向，然后也沿傳感器軸線方向向外輻射。輻射波能夠覆蓋喇叭形輻射倉1的最大截面，從而使超聲波的利用率大大提高。且匯聚后向外輻射的超聲波方向性強，能量大，探測距離遠，最大探測距離可達到50米，遠遠高于國內同類產品的可探測距離。

報警裝置及焦爐車輛執行機構分別與焦爐生產控制系統PLC連接進行集中管理，并實現聯動。

本實施例所述焦爐車輛防碰撞系統的主要設計參數如下：

工作電源：AC100～240V；±10％；50/60Hz

功耗：≤26VA

輸出：DC4～20mA(輸出范圍2.0～20mA)內藏絕緣端子；

車輛減速報警1c容量：max AC250V 2A；

車輛剎車報警1c容量：max AC250V 2A；

車輛故障報警1c容量：max AC250V 2A；

測量精度：1.0％以內(滿量程)；

分辨率：0.1％(滿量程)；

顯示精度：10mm；

探測距離：1～40m；

數據更新頻率：最小100ms；

接地：接地電阻小于100Ω；

使用環境溫度：-40～60℃。

本實施例采用2級報警模式，即將焦爐車輛報警間距分為減速報警間距和制動報警間距兩種。當焦爐車輛的間距大于減速報警間距時，車輛正常行駛，系統不動作。一級報警時，制動間距＜車輛間距≤減速報警間距，此時，系統只報警不制動，即焦爐生產控制系統PLC只向報警裝置發送控制信號；此時，焦爐車輛駕駛員有時間采取停止加速或減速措施控制車距。二級報警時，車輛間距≤制動間距，此時，焦爐生產控制系統PLC向報警裝置發送控制信號，報警持續；焦爐生產控制系統PLC另外向焦爐車輛執行機構發送控制信號，使焦爐車輛自動進行減速或制動。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。