鐵路煤炭運(yùn)輸抑塵智能控制系統(tǒng)

李晨

(鄭州鐵路局，河南鄭州 450052)

目前，我國(guó)鐵路煤炭運(yùn)輸采用敞車運(yùn)輸，列車運(yùn)行速度在80～120 km/h，在運(yùn)輸過(guò)程中空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及鐵路沿線天氣都會(huì)引起大量煤塵飛揚(yáng)，不僅產(chǎn)生煤炭資源的大量損失，還伴隨嚴(yán)重的揚(yáng)塵污染，造成鐵路供電、信號(hào)等出現(xiàn)設(shè)備不良，直接威脅到鐵路運(yùn)行的安全，沿線鐵路職工及居住群眾的健康受到影響。鐵路煤炭運(yùn)輸抑塵技術(shù)從2009年逐步開(kāi)始運(yùn)用于市場(chǎng)，對(duì)于抑制鐵路煤炭運(yùn)輸煤塵飛揚(yáng)效果明顯。本文對(duì)鐵路煤炭運(yùn)輸抑塵噴灑系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，使其更加適用于現(xiàn)場(chǎng)使用，實(shí)現(xiàn)了智能控制，獲得了更好效果。

1 新智能控制噴灑系統(tǒng)的特點(diǎn)

此系統(tǒng)主要包含作業(yè)控制軟件、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、磁鋼、噴頭數(shù)量調(diào)節(jié)流量單元、車號(hào)信息自動(dòng)識(shí)別裝置等軟硬件設(shè)備?？刂萍夹g(shù)升級(jí)版與目前運(yùn)用的抑塵控制技術(shù)相比有三大優(yōu)點(diǎn):一是傳感器采用鐵路上軸溫探傷使用的磁鋼傳感技術(shù)克服了光電傳感器在室外使用中，容易受到下雪、下雨和灰塵影響，干擾信號(hào)準(zhǔn)確采集，特別是對(duì)于混編列車中的平板車無(wú)法采集信號(hào)問(wèn)題。二是速度檢測(cè)采用是磁鋼采集，通過(guò)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，運(yùn)算出列車的當(dāng)時(shí)速度，響應(yīng)時(shí)間在0．1 s;而采用雷達(dá)測(cè)速，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不能適應(yīng)速度變化較快的列車。三是運(yùn)用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制，控制系統(tǒng)采用VB編程，與PLC控制相比，界面更加友好直觀，如同操作一般電腦一樣，在信號(hào)采集、傳輸、車號(hào)、流量讀取、故障報(bào)警等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

要使抑塵劑的噴灑工藝方案得以高效地實(shí)施，就必須有性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)來(lái)聯(lián)絡(luò)和驅(qū)動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)。由于計(jì)算機(jī)具有采集和存儲(chǔ)信息的能力較強(qiáng)，邏輯判斷功能以及計(jì)算功能極強(qiáng)，采用計(jì)算機(jī)控制的智能控制系統(tǒng)在視頻處理上能夠達(dá)到常規(guī)控制達(dá)不到的性能指標(biāo)，并且擴(kuò)展能力強(qiáng)大，可以通過(guò)擴(kuò)展卡采集、讀取多種系統(tǒng)需要的信號(hào)源，因此成為抑塵劑智能控制升級(jí)系統(tǒng)的首選方案。提出以下幾點(diǎn)設(shè)想:信號(hào)傳輸部分采用光電信號(hào)隔離器;噴灑部分采用手動(dòng)和自動(dòng)控制;噴灑泵采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻器控制;檢測(cè)部分由I/O輸入輸出接口卡采集磁鋼傳感器以及車號(hào)系統(tǒng)輸入的信號(hào)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)依據(jù)輸入信號(hào)以及數(shù)據(jù)庫(kù)中各種車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判別并輸出信號(hào)控制噴灑泵、噴灑閥門;根據(jù)流量計(jì)、液位計(jì)、溫度壓力變送器等檢測(cè)設(shè)備的輸入信號(hào)類型選取計(jì)算機(jī)擴(kuò)展接口;選取功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)捷實(shí)用的VB編程語(yǔ)言，以實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)采集、輸入輸出控制、噴灑信息存儲(chǔ)等功能;預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，以實(shí)現(xiàn)噴灑信息的網(wǎng)絡(luò)共享。智能控制噴灑系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布局如圖1所示。

圖1 智能控制現(xiàn)場(chǎng)布局圖

該系統(tǒng)對(duì)設(shè)備功能各種狀態(tài)進(jìn)行時(shí)時(shí)自檢，發(fā)生異常自動(dòng)報(bào)警。在車站預(yù)告運(yùn)煤列車通過(guò)，機(jī)車到達(dá)指定位置時(shí)，啟動(dòng)噴灑系統(tǒng)，通過(guò)磁鋼和車號(hào)天線檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)識(shí)別牽引機(jī)車及列車鉤檔位置，當(dāng)牽引機(jī)車通過(guò)后，控制噴灑柱上的電磁閥開(kāi)啟噴頭，鉤檔處關(guān)閉噴頭，實(shí)現(xiàn)抑塵自動(dòng)噴灑作業(yè)。智能控制系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 智能控制系統(tǒng)原理圖

整個(gè)系統(tǒng)由1臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和若干檢測(cè)計(jì)及輔助部件、1臺(tái)噴灑泵及變頻器、1臺(tái)儲(chǔ)液泵、電磁閥等構(gòu)成。從原理圖上，我們可以看出該系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。

2 抑塵智能控制流程

抑塵智能控制系統(tǒng)啟動(dòng)自動(dòng)進(jìn)入智能控制系統(tǒng)軟件，實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)分系統(tǒng)狀態(tài)，如果有設(shè)備損壞失聯(lián)即給出故障報(bào)警提示;當(dāng)列車經(jīng)過(guò)磁鋼傳感器時(shí)，輸出信號(hào)發(fā)生變化，系統(tǒng)進(jìn)入來(lái)車判別程序，同時(shí)啟動(dòng)車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng);利用兩個(gè)磁鋼識(shí)別設(shè)備信號(hào)變化時(shí)序、距離計(jì)算速度;依據(jù)車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出的車號(hào)、車型、列車當(dāng)前速度、加速度、噴灑柱距離等參數(shù)計(jì)算噴灑開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間;利用I/O輸出模塊在相應(yīng)時(shí)間輸出噴灑閥門打開(kāi)關(guān)閉信號(hào);根據(jù)速度調(diào)整噴頭電磁閥數(shù)量調(diào)整噴灑量;列車完全經(jīng)過(guò)后存儲(chǔ)整列噴灑信息，返回初始狀態(tài)等待下次進(jìn)程。

(1)車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)流程圖:見(jiàn)圖3。

圖3 車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)流程圖

(2)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程:所有硬件設(shè)備參與控制都要相應(yīng)的軟件驅(qū)動(dòng)，因此需要開(kāi)發(fā)整套軟件系統(tǒng)以整合協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)工作。軟件系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，使用 VB6開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)采用ACCESS97+SERVER2000網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。主要包含車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)、信號(hào)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理、參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)噴灑等模塊。軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖

3 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)已在鄭州鐵路局的待王抑塵站升級(jí)改造中使用。在現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)改造過(guò)程中，原來(lái)光電傳感器需要在路基上挖基礎(chǔ)，立柱子，光電傳感器需要定期清掃，進(jìn)行保養(yǎng);采用磁鋼后直接用螺栓安裝在鋼軌上，日常不需維護(hù)，基礎(chǔ)投資、維護(hù)成本優(yōu)勢(shì)明顯。從抑塵效果來(lái)看，尤為在混編列車和列車速度變化較大的抑塵站點(diǎn)，可適應(yīng)1～30 km/h列車速度。原來(lái)的控制技術(shù)無(wú)法適應(yīng)，而該智能系統(tǒng)均能保證噴灑量，實(shí)現(xiàn)均勻噴灑，避讓無(wú)需噴灑的車輛，準(zhǔn)確在車輛鉤擋處停止噴灑。提高了噴灑效率，節(jié)約了運(yùn)行成本，受到了現(xiàn)場(chǎng)職工的一致好評(píng)。

［1］ 任志舶，李琦，宋錫來(lái)．全自動(dòng)抑塵劑噴灑系統(tǒng)的研制［J］．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011(7):100-101．

［2］ 王慶利．鐵路煤炭運(yùn)輸抑塵CZ_2型側(cè)裝式噴灑裝置的研究與應(yīng)用［J］．鄭鐵科技通訊，2011(1):29-32．