火車移動(dòng)采樣機(jī)同步摔制技術(shù)

李朋

火車移動(dòng)采樣同步控制技術(shù)是火車移動(dòng)采樣機(jī)的重要技術(shù)之一，筆者試圖以同步移動(dòng)采樣機(jī)電控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、同步追蹤關(guān)鍵技術(shù)、控制軟件設(shè)計(jì)等方面作為研究角度，對火車移動(dòng)采樣機(jī)進(jìn)行研究，重點(diǎn)對主動(dòng)追蹤、被動(dòng)補(bǔ)償、采樣過程保護(hù)、同步追蹤關(guān)鍵設(shè)備等技術(shù)進(jìn)行研究，分析當(dāng)前現(xiàn)狀，尋求其中問題，給出合理修整建議。

通常情況下，我國最早的火車移動(dòng)采樣機(jī)只能以被動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行采樣，雖然可以滿足一些工作的需求，也替代了手工采樣，確實(shí)提升了工作的效率，但整體來看，該方式還是存在著很多的問題，尤其是其補(bǔ)償方式采樣會(huì)使得采樣器逐漸地傾斜，進(jìn)而插入到儲(chǔ)煤中，嚴(yán)重地影響實(shí)際的工作效率，也會(huì)造成采樣深度不足以及采樣點(diǎn)的越界位移的問題，進(jìn)而影響整體的樣品代表性。采樣設(shè)備的不配套以及專用設(shè)備的缺失是目前影響采樣工作機(jī)械化的主要制約因素。筆者所在的單位火車上有采樣機(jī)兩臺(tái)，采樣軌道達(dá)到了六十米，具體的型號(hào)為XR-QCYl50門市采樣機(jī)直插鏟筒式。文章結(jié)合實(shí)際的工作和業(yè)界理論的發(fā)展，以單位火車實(shí)際情況為例，筆者展開了相關(guān)分析。

同步移動(dòng)采樣機(jī)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

火車同步移動(dòng)采樣機(jī)的控制系統(tǒng)主要包括專用的伺服控制系統(tǒng)、測速的傳感器及測速的雷達(dá)、以及其他的相關(guān)硬件、樣點(diǎn)布置軟件和同步追蹤軟件。對于其整體運(yùn)轉(zhuǎn)而言，同步追蹤是其是具體的實(shí)現(xiàn)。在具體的過程中，首先要對其速度以及方向等指標(biāo)進(jìn)行輸入的控制，再對采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)在這個(gè)環(huán)節(jié)也要控制好伺服器的速度控制；控制系統(tǒng)根據(jù)車廂所運(yùn)行的速度自動(dòng)布置采樣點(diǎn)，實(shí)時(shí)地對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和調(diào)整，比如速度以及方向等指標(biāo)；達(dá)到了與采樣期間列車同步隨動(dòng)的狀態(tài)，就基本滿足相關(guān)業(yè)務(wù)的需求。

結(jié)合技術(shù)的角度來看，筆者所在單位的火車控制系統(tǒng)主要的中心部件是PLC的設(shè)施，與之相互聯(lián)系的部件包括PC操作臺(tái)、實(shí)際操作臺(tái)、采樣頭、小行車、閘門控制指令輸出、伺服電機(jī)、同步追蹤系統(tǒng)、以及相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄和控制器。下文將結(jié)合這些內(nèi)容展開分析。

控制系統(tǒng)的性能要求。在控制系統(tǒng)的之中，需要有UPS電源保證其真實(shí)的電力供應(yīng)，對于電源的要求，要保證其十分鐘之內(nèi)斷電不影響整體的數(shù)據(jù)處理及報(bào)警信號(hào)的有效輸出，特別是裝車站故障連鎖信號(hào)不會(huì)失效，否則將會(huì)造成很多的問題。筆者所在單位的火車控制電源按實(shí)際的負(fù)荷分級(jí)可以分為具體的A類PLC、PC操作站和連鎖信號(hào)用電源；B類故障報(bào)警設(shè)施、測速雷達(dá)及聲納探測器電源；c類包括單體設(shè)備控制、失速開關(guān)等電源?？刂葡到y(tǒng)必須有危險(xiǎn)保護(hù)控制的措施，如果出現(xiàn)任何問題應(yīng)當(dāng)能夠立刻做出實(shí)際控制。

筆者所在單位的火車移動(dòng)采樣還具有以下的功能：首先，它結(jié)合了左右兩側(cè)的雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，非常有利于整體的傳動(dòng)系統(tǒng)布置；它還可以自動(dòng)的獲取火車的速度方向進(jìn)而可逐步的建立起十八點(diǎn)循環(huán)采樣點(diǎn)位置和隨動(dòng)速度，輔助相關(guān)人員展開具體分析；可實(shí)現(xiàn)全斷面的采樣或分層采樣，可為科研項(xiàng)目積累大量可靠的數(shù)據(jù)；可自動(dòng)識(shí)別空車、K型車以及高位車廂；對于單體設(shè)備可以執(zhí)行手動(dòng)控制；具備了整體的軟限位、裝車站信號(hào)連鎖保護(hù)功能；可以實(shí)時(shí)監(jiān)測單體設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、采樣進(jìn)程、歸檔不同沒種類的采樣信息和對于故障的報(bào)警等。

控制系統(tǒng)的主要參數(shù)。筆者所在單位的火車控制系統(tǒng)的主要參數(shù)包括以下幾項(xiàng)，在總負(fù)荷方面大致為30kw，在行走速度方面為0.01-1.5米每秒，在同步精度方面大致為±1毫米，在響應(yīng)時(shí)間方面的數(shù)據(jù)大致為小于10毫秒，在最小采樣循環(huán)周期方面則為小于40秒，在防護(hù)等級(jí)方面則為防塵防水的IP65級(jí)。整體的性能數(shù)據(jù)指標(biāo)比較的高端，可以滿足日常的各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求。

同步追蹤關(guān)鍵技術(shù)

伺服同步控制系統(tǒng)的整體作用就是保持火車整體的兩個(gè)輪能夠同步地運(yùn)行以及處理數(shù)據(jù)，且可以隨著車廂的主體共同地移動(dòng)，進(jìn)而避免其在具體的行進(jìn)過程中出現(xiàn)各類的偏移。其中的采用位置、速度控制等技術(shù)，可以輔助整體實(shí)時(shí)的繪制出各類別的數(shù)據(jù)曲線和圖表，在四象限的工作區(qū)域內(nèi)驅(qū)動(dòng)實(shí)際的交流伺服電機(jī)，進(jìn)而保證其加速、制動(dòng)、翻轉(zhuǎn)、瞬時(shí)調(diào)解等工作等都能滿足需求。伺服同步控制其必須有足夠的精度，尤其是在相應(yīng)火車速度和實(shí)際的方向變化方面，否則將會(huì)造成指揮錯(cuò)誤。

主動(dòng)追蹤。接觸式速度傳感器或者測速雷達(dá)在輸入的時(shí)候，瞬間的速度可以很高，且對于其速度和方向的對應(yīng)來說也需要精確的計(jì)算點(diǎn)，以及基礎(chǔ)參數(shù)做依據(jù)；分析系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)的處理分析，可以自動(dòng)的生成采樣機(jī)的絕對位置、采樣機(jī)與車廂的相對位置，以及各類所需的速度方向等關(guān)鍵的指標(biāo)，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19494-2004的相關(guān)要求對其格式進(jìn)行處理。在具體的采樣實(shí)際操作中，控制系統(tǒng)要實(shí)時(shí)的調(diào)整左右兩側(cè)的伺服電機(jī)，保證其速度和方向的正確性和可操作性。

筆者所在的單位火車對主動(dòng)追蹤性能的要求包括以下幾項(xiàng)。首先是對于其同步設(shè)計(jì)精度要求為±1毫米，在具體的過程中不可出現(xiàn)任何地采樣器傾斜或者踩空現(xiàn)象；在采樣機(jī)實(shí)際位置的數(shù)據(jù)控制方面，偏差不可以超過5厘米，且必須要避免對樣品的實(shí)際擾動(dòng)和影響的；在速度補(bǔ)償旋鈕，要結(jié)合具體人工修正的方式，對于不利于火車設(shè)施行駛的地段進(jìn)行修正。這些要求都是非常具體的，對于火車移動(dòng)采樣機(jī)同步控制而言非常關(guān)鍵。

被動(dòng)補(bǔ)償。所謂被動(dòng)補(bǔ)償，主要是為了防止同步偏差的出現(xiàn)而采取的一個(gè)措施。如果在行駛的過程中確實(shí)需要因?yàn)樗俣绕疃鴮?dǎo)致采樣機(jī)與車輛發(fā)生未知偏移，此時(shí)必須需要調(diào)整的，該措施實(shí)際的效果就會(huì)得到體現(xiàn)。螺旋采樣器傾斜或者采空也會(huì)造成同樣的問題。在采樣頭煤體停止時(shí)間過長的時(shí)候，采樣器會(huì)發(fā)生各類的傾斜、進(jìn)而激活保護(hù)的程序，這時(shí)需要結(jié)合具體被動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)來做出適度的調(diào)整。

筆者結(jié)合實(shí)際的工作來看，從生產(chǎn)效率角度入手，被動(dòng)補(bǔ)償必須要考慮到實(shí)際的平衡，尤其是對于平衡質(zhì)量的考慮。在火車底部有支撐框架，在其上需要放置著平衡質(zhì)量塊和硅片臺(tái)宏微驅(qū)動(dòng)，在其之間則采用氣體浮動(dòng)支撐方式，被動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)則被安放在了支撐框架和其氣體浮動(dòng)支撐裝置的中間，保證其整體的效用。對于火車的被動(dòng)補(bǔ)償而言，平衡質(zhì)量系統(tǒng)是雙工件臺(tái)系統(tǒng)中承上啟下的一部分，是位于支撐框架與硅片臺(tái)宏驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的部分，對于整體的控制有著重要的影響作用。在實(shí)際建設(shè)過程中必須對于相關(guān)的設(shè)施賦予足夠的重視，保證整體運(yùn)行的穩(wěn)定性和持久性。

采樣過程保護(hù)。所謂采樣過程保護(hù)，指的是結(jié)合火車移動(dòng)采樣機(jī)同步控制而開展的過程保護(hù)活動(dòng)，在發(fā)生采樣機(jī)靠近限位點(diǎn)或采樣器嚴(yán)重傾斜的情況時(shí)，就會(huì)立刻啟動(dòng)時(shí)機(jī)的連鎖保護(hù)程序，使其避免停車的因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生太多的位移，進(jìn)而出現(xiàn)危險(xiǎn)情況發(fā)生。在實(shí)際的采樣機(jī)發(fā)生打滑而沖出了限位點(diǎn)的時(shí)候，最終起到保護(hù)的作用。手動(dòng)泵也是其中重要的保護(hù)措施。具體的保護(hù)過程相對較為具體，都是結(jié)合各類可能出現(xiàn)的情況而設(shè)計(jì)的。整體的保護(hù)對于火車移動(dòng)采樣機(jī)同步控制是非常關(guān)鍵的，需要相關(guān)人員提起足夠的重視。

同步追蹤關(guān)鍵設(shè)備。同步追蹤指的是裝車站以實(shí)際的速度變化時(shí)，根據(jù)不同的需求側(cè)出各類的實(shí)際數(shù)據(jù)項(xiàng)，進(jìn)而保證采樣機(jī)與設(shè)計(jì)的速度、方向同等運(yùn)行，如果采取固定的速度運(yùn)行則不需要對同步追蹤關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行追蹤。速度信號(hào)源整體包括裝車站的調(diào)整速度反饋信號(hào)、直接測量速度傳感器信號(hào)、低速測速雷達(dá)信號(hào)等。

裝車站調(diào)整速度反饋信號(hào)：裝車站調(diào)整速度反饋信號(hào)不可以隨時(shí)反應(yīng)車廂之間的間隙、列車運(yùn)行及相關(guān)情況關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，如果對于各類數(shù)據(jù)的監(jiān)測變得緩慢，則會(huì)嚴(yán)重的影響整體的進(jìn)展。所以必須提高對預(yù)裝車站調(diào)整速度反饋信號(hào)傳遞的性能。

低速測速雷達(dá)：該設(shè)備多使用波多普勒效應(yīng)，來具體的對相關(guān)的指標(biāo)測量。筆者所在單位的火車采用的是配套研制的8毫米測速雷達(dá)默契工作頻率達(dá)到了39.65±0.3GHz，作用距離大致是3米至10米，測速的精度可以達(dá)到0.01千米每小時(shí)，而輸出的信號(hào)在4Ma至20Ma之間。

直接測量速度傳感器：接觸時(shí)速度傳感器是火車同步移動(dòng)采樣機(jī)是重要的速度、方向控制單元，具體包括殼體、線的速度識(shí)別單位和脈沖控制單位等。其中的摩擦耦合系數(shù)包括因摩擦耦合而導(dǎo)致速度偏差。而傳感器線的速度轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)傳遞到十幾單元，對于運(yùn)動(dòng)方向和目標(biāo)的測試也需要預(yù)置出口才可以實(shí)現(xiàn)。除了硬件方面的設(shè)置之外，在實(shí)際工作中還必須結(jié)合實(shí)際的需求，大力開展各類的軟件技術(shù)研究，包括對于十八點(diǎn)位置計(jì)算首次隨機(jī)的研究、對于位置合適的研究、對于同步追蹤控制塊的研究等。

火車移動(dòng)采樣機(jī)同步控制對于火車的運(yùn)行而言意義重大，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合工作中出現(xiàn)的實(shí)際情況，對其中存在的問題進(jìn)行認(rèn)真的分析，得出相關(guān)的結(jié)論，促進(jìn)火車移動(dòng)采樣機(jī)同步控制技術(shù)的發(fā)展。