[实用新型]基于冗余控制技术的开启桥电气驱动系统

说明书

技术领域

本实用新型基于冗余控制技术的开启桥电气驱动系统，属大型开启桥电气驱动领域。

背景技术

开启桥为桥跨结构可以转动或移动的桥梁。当陆地运输不甚繁忙，河流上有船舶航行而固定式桥梁不能建造在通航净空以上时，就需要建造活动桥。多建在河流的下游、靠近入海口城市中水陆交通交叉处。开启桥为永久性建筑，为确保水路交通的畅通，开启桥对电气驱动系统的设计有很高的要求。

现有开启桥只包含一套电气驱动系统，即市电供电、单一的控制器等来完成开启桥的开闭动作。当市电供电断电或控制元件发生故障时，传统开启桥就无法及时的恢复正常工作，影响到桥面上车辆的行驶以及桥下船舶的航行。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于冗余控制技术的开启桥电气驱动系统，通过采用CPU热备冗余控制技术，并通过市电与紧急发电机双重供电方式，确保系统安全稳定运行。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

本设计基于冗余控制技术的开启桥电气驱动系统，包括双电源供电系统、双电源转换开关、驱动系统、冗余控制系统和同步控制，由市电、紧急发电机组成的双电源供电系统，经双电源转换开关分别与马达驱动机构和控制系统连接供电，双电源转换开关经马达启动装置、液压马达、比例阀组、液压油缸与两片开启桥面连接驱动，通过液压油缸的伸缩实现双片开启桥面的开启或关闭，正常状况由市电供电，当市电突发停电时，双电源转换开关自动转换至紧急发电机电源侧为系统提供电源；冗余控制系统包括CPU热备冗余和现场I/O从站冗余，核心控制器CPU按热备用模式由主CPU和热备CPU组成，通过同步光缆连接，现场I/O从站由两个型号相同的I/O模块配对组成冗余模块，主CPU和热备CPU通过现场总线方式分别与两个型号相同的I/O从站连接，共同组成冗余模块对，其中一个模块对发生故障，控制器即实施全面控制，确保控制系统无扰动切换。

上述同步控制由液压油缸的位移传感器输出与冗余控制系统连接，将位移信号反馈给冗余控制系统，经控制系统数据处理，再控制两片桥面同步运行。

本实用新型电气控制系统的创新性体现在电源的一备一用、控制系统的冗余以及同步控制。在开启桥工作过程中，若出现市电停电突发状况，系统可自动转换为紧急电源供电，丝毫不会影响开启桥的正常工作；控制系统采用的CPU热备冗余，I/O冗余方式，能有效减少系统故障率。本开启桥两片桥面有较高的同步精度，同步误差可控制在2mm以内，开启桥作为一种景观桥，更具有欣赏的美感。本设计还实现了开启桥控制的实时监控，故障报警和历史记录等多种功能，相比以往的开启桥电气驱动系统，功能完善、安全可靠、故障率低、通讯灵活、实时性好、维护方便，具有显著的社会公用效益。

附图说明

图1本实用新型驱动及控制示意图

图2本实用新型控制系统原理图

具体实施方案

现结合附图进一步说明本实用新型是如何实施的：

如图1所示，正常情况通过市电P1供电，当开启桥运行过程中市电P1断电时，双电源转换开关ATS转换至紧急发电机P2侧，系统启动紧急发电机P2。电源为马达启动装置G1、G2和控制系统提供电源，当液压马达M1、M2启动后，液压系统为比例阀组A1、A2液压油，比例阀组通过控制器调节开度来调节液压油缸H1、H2的伸缩，从而实现桥面的开启或关闭运行。

液压油缸的位移量通过位移传感器Y1、Y2将位移信号反馈给控制器CPU，以位移传感器Y1的位移量为主，计算Y2与Y1的偏差，通过CPU进行PID控制来调节位移偏差，从而实现两个桥面开启的同步。

本设计控制系统原理如图2所示，控制器主站按照“热备冗余”模式运行，有两个CPU单元，正常状态下两个单元同时处于运行状态，CPU1主控制，CPU2为从控制，控制器上电以后，通过同步光纤自动完成同步过程；同步后，CPU1中的部分或全部内容实时地交叉加载到CPU2中，加载内容包括在线编程、强置数值、属性和数值改变以及程序执行结果等。如果在执行某个任务时，CPU1出现了故障，CPU2便会立即自动接替主控制器，重新执行出现故障时的那段任务。此刻，CPU2使用的输出映像表数据来自于CPU1上一个工作周期的执行结果。但是，如果在用户将编人的程序下载到控制器之前发生切换，则该次编辑无效，这样就防止了由于错误的在线编程可能造成的主从控制器故障，保证了系统的安全性。在冗余热备系统的切换过程中，不会出现数据的丢失和突变现象，实现了系统的无扰动切换。控制主站通过总线与现场I/O-1、I/O-2连接，I/O-1、I/O-2为型号相同的模块，包括共同组成冗余模块对，其模块包括数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出，在正常运行过程中，两个模块都处于运行状态，当一个模块发生故障时，CPU会比较输入或输出的信号，将发生故障的模块进行钝化，系统仍能通过正常的模块接收和发出信号，从而确保系统的正常运行。