尾礦行車無人智能化改造

諸華清

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

江西銅業(yè)貴溪冶煉廠選礦車間年處理冶煉爐渣160萬t，每天產(chǎn)出尾礦5500t左右，通過汽車和火車運輸，銷售至各水泥生產(chǎn)廠家作為水泥生產(chǎn)原料，車間原有3臺10t有人駕駛尾礦行車，完成每天產(chǎn)出的尾礦倒運及火車裝車任務(wù)，工人勞動強(qiáng)度大，裝車數(shù)量已至極限，裝車精度達(dá)不到要求，現(xiàn)場環(huán)境有噪音、粉塵傷害，庫區(qū)內(nèi)火車裝運和汽車裝運同時進(jìn)行，作業(yè)場所環(huán)境復(fù)雜，安全風(fēng)險高等問題。隨著企業(yè)發(fā)展面臨人力資源成本的上升、減員增效的壓力，一些勞動強(qiáng)度大、環(huán)境對勞動者有職業(yè)傷害的特種作業(yè)崗位出現(xiàn)人員緊張態(tài)勢，因此，尾礦行車實現(xiàn)無人化、智能化升級改造既實現(xiàn)減員增效，提升安全保障，又順應(yīng)國家提出的2025計劃即智能化工廠發(fā)展的新趨勢。

2 尾礦行車升級改造目標(biāo)

通過智能控制軟件和智能識別系統(tǒng)對尾礦行車進(jìn)行整體升級改造，改造完成后可以提升現(xiàn)場作業(yè)安全，實現(xiàn)行車無人化智能化作業(yè)，提高行車裝車效率和裝車精度，同時，系統(tǒng)能自動生成并存儲裝車信息、庫存管理的日報、月報功能。由于原有行車使用年限達(dá)15年，行車機(jī)電配置較低，且已近報廢期限，改造時新購3臺新行車淘汰原有就行車。該改造項目為邊生產(chǎn)邊改造，且改造過程調(diào)試時間較長，方案制定時必須考慮到生產(chǎn)連續(xù)性，故分兩次更換淘汰原有行車，因此，新行車仍保留了本地操作室人工駕駛操作，考慮智能化后行車使用過程需要點檢、維護(hù)及維修，改造后除實現(xiàn)全自動無人智能化作業(yè)，也可切換至本地操作室人工駕駛操作，或在遠(yuǎn)控操作中心操作臺上的任務(wù)終端工控機(jī)選擇指令，通過操作臺手柄按鈕等對尾礦行車進(jìn)行操作，便于點檢和維修人員安全上行車進(jìn)行點檢和維修作業(yè)［1］。

3 智能化行車系統(tǒng)概要

智能化行車系統(tǒng)是指通過將行車機(jī)上操作模式改造為智能化系統(tǒng)遠(yuǎn)程無人化智能化運行，同時具備遠(yuǎn)程人工控制功能［2］。通過在行車上安裝先進(jìn)的傳感器，諸如激光掃描儀，激光測距儀，編碼尺等設(shè)備，實時采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算機(jī)系統(tǒng)的運算，形成空間立體坐標(biāo)系，實現(xiàn)行車定位精確控制，再由計算機(jī)模型系統(tǒng)，智能計算、智能決策生成行車作業(yè)指令，實現(xiàn)無人化智能化行車系統(tǒng)，即實現(xiàn)行車由人工駕駛轉(zhuǎn)化成了計算機(jī)智能控制。

無人行車網(wǎng)路架構(gòu)圖見圖1。每臺行車大梁上安裝有3臺激光掃描儀，行車上電氣室內(nèi)配置有機(jī)上PLC及防搖工控機(jī)，機(jī)上與地面通訊采用5.8G無線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場還安裝有安全從站PLC，負(fù)責(zé)現(xiàn)場安全門的管理。服務(wù)器及控制終端放置在中央控制室內(nèi)［3］。

圖1 網(wǎng)路結(jié)構(gòu)圖

4 無人行車硬件構(gòu)成

無人行車硬件系統(tǒng)主要由四大系統(tǒng)組成，分別是“主機(jī)系統(tǒng)”、“終端系統(tǒng)”、“行車定位系統(tǒng)”及“智能識別系統(tǒng)”。主機(jī)系統(tǒng)是系統(tǒng)核心，起到了運算、建模、決策等功能；終端系統(tǒng)是人機(jī)交互界面，把無人化行車的運行情況展現(xiàn)出來；行車定位系統(tǒng)是實現(xiàn)行車精確控制；智能識別系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場信息，將信息匯總給主機(jī)系統(tǒng)。

4.1 主機(jī)系統(tǒng)

主機(jī)系統(tǒng)是無人化行車系統(tǒng)的核心系統(tǒng)，包括圖像處理服務(wù)器和應(yīng)用、數(shù)據(jù)主控服務(wù)器，內(nèi)部集成無人化行車過程控制系統(tǒng)軟件、礦位仿真處理軟件及與行車PLC系統(tǒng)、主控遠(yuǎn)程PLC系統(tǒng)的通訊軟件，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通訊、信號接收發(fā)送和參數(shù)計算修正等重要工作，以此建立了1套完整的系統(tǒng)內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)［4］。

無人行車系統(tǒng)共配置2臺服務(wù)器，1臺應(yīng)用及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，1臺圖像處理服務(wù)器，全部放置在中控計算機(jī)房的服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)。所有服務(wù)器都選用64位Windows2008操作系統(tǒng)，圖像處理服務(wù)器用于無人化系統(tǒng)中所安裝的所有激光掃描儀的激光數(shù)據(jù)采集和換算；應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于運行行車無人化系統(tǒng)的應(yīng)用程序，采用DB2數(shù)據(jù)庫來存儲、管理和控制數(shù)據(jù)。

應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、圖像處理服務(wù)器、中控PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取圖像處理服務(wù)器數(shù)據(jù)，并用于料堆三維成像及顯示、模型計算。服務(wù)器硬盤采用RAID磁盤陣列冗余配置，數(shù)據(jù)磁盤配置成RAID5，以兼顧服務(wù)器磁盤的數(shù)據(jù)安全和空間利用率。

4.2 終端系統(tǒng)

無人行車系統(tǒng)操作終端采用5臺高性能的PC機(jī)，部署在中控室及火車裝車平臺上。火車裝車平臺部署1臺觸摸屏一體機(jī)終端，便于現(xiàn)場人員使用，各終端通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接至中控電氣室。兩臺便攜式終端用于日常維護(hù)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的快速以太網(wǎng)(10/100Mbps)體系結(jié)構(gòu)。

4.3 行車定位系統(tǒng)

無人行車定位系統(tǒng)采用編碼尺與激光測距裝置并行的冗余設(shè)置，在大小車上安裝有編碼尺，通過編碼尺精確定位行車位置，用于無人化系統(tǒng)控制。編碼尺具有抗干擾強(qiáng)，定位精度高等優(yōu)點。同時輔以激光測距儀，該設(shè)備主要用于行車間的防碰撞測距，起到軟件防碰撞后的第二道保護(hù)作用，激光測距儀具有響應(yīng)快速，定位精準(zhǔn)等優(yōu)點，尤其裝車作業(yè)過程中，對于定位精度要求極高，避免了作業(yè)過程中抓斗和車廂碰撞引起的安全隱患。抓斗控制系統(tǒng)中采用了絕對值編碼器，分別安裝于起升卷筒與開閉卷筒上，通過編碼器的換算，實時計算抓斗高度及開度，用于抓斗控制，如深挖、四繩平衡等。即編碼尺、激光測距、絕對值編碼器共同構(gòu)成了行車定位系統(tǒng)，形成了空間坐標(biāo)系，起到面向散料抓斗行車的精確控制［5］。

4.4 智能識別系統(tǒng)

尾礦庫區(qū)、陶瓷過濾機(jī)卸料口和鐵路火車智能識別采用激光掃描與機(jī)器視覺識別相輔助的方式。每臺行車上設(shè)置激光掃描儀、工業(yè)視頻設(shè)備，掃描料場后生成料場圖形，計算分析后為智能控制系統(tǒng)作業(yè)提供依據(jù)。通過安裝在行車上的3臺激光掃描儀實時掃描整個尾礦作業(yè)場地，一臺用于陶瓷過濾機(jī)卸料口掃描，實時反饋卸料口高度；一臺用于尾礦庫區(qū)掃描，生成實時圖像，用于模型系統(tǒng)生成三維庫區(qū)圖像，精確計算行車作業(yè)中的取料點及落料點；最后一臺用于火車車皮的掃描，生成火車車皮三維模型，用于計算火車裝車過程中精確的裝車坐標(biāo)，執(zhí)行裝車指令。

5 無人行車軟件系統(tǒng)架構(gòu)

5.1 系統(tǒng)架構(gòu)及層次軟件說明

無人行車軟件系統(tǒng)架構(gòu)采用基于PC和PC Server的client/Server體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)方案采用業(yè)界流行、符合技術(shù)發(fā)展趨勢的三層架構(gòu)技術(shù)，由后臺的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)器及其相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫軟件和中間件軟件組成高可靠、高性能和擴(kuò)展性強(qiáng)的系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)在大用戶量訪問下系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力。系統(tǒng)應(yīng)用要滿足前后工序順序、連續(xù)生產(chǎn)的需要，實時性要求非常強(qiáng)，后臺采用企業(yè)級數(shù)據(jù)庫軟件，系統(tǒng)的前端采用 GUI 圖形界面，界面友好，操作方便。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的操作系統(tǒng)采用Windows 2008 Server,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用廣泛使用的DB2關(guān)系數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用程序的開發(fā)使用Microsoft Visual Studio 2012，符合開放的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，具有先進(jìn)性、靈活性、高效性、穩(wěn)定性、安全性、可維護(hù)性等特點。

客戶機(jī)采用性能可靠的高中檔PC機(jī)，以便保證性能可靠和畫面顯示的響應(yīng)速度?？蛻魴C(jī)端操作系統(tǒng)采用Windows 7 Professional，使用Microsoft Visual Studio 2012 和IBM公司的DB2關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行人機(jī)交互界面應(yīng)用的開發(fā)。

5.2 應(yīng)用功能總體說明

無人行車應(yīng)用系統(tǒng)包含了多模塊，主要由“無人化控制系統(tǒng)”、“PLC控制系統(tǒng)”、“火車識別系統(tǒng)”、“安全防護(hù)系統(tǒng)”和“工業(yè)視屏系統(tǒng)”五部分組成。“無人化控制系統(tǒng)”又稱“過程控制計算機(jī)系統(tǒng)”，主要負(fù)責(zé)計算、決策行車作業(yè)指令；“PLC控制系統(tǒng)”又稱“基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)分解并執(zhí)行行車指令；“火車識別系統(tǒng)”，負(fù)責(zé)提供入場火車信息用于裝車作業(yè)指導(dǎo)；“安全防護(hù)系統(tǒng)”和“工業(yè)視屏系統(tǒng)”共同構(gòu)筑了安全及監(jiān)控管理輔助。

5.2.1 無人化行車控制系統(tǒng)

無人行車控制系統(tǒng)主要包含“抓取作業(yè)規(guī)劃模塊”、“庫區(qū)三維成像模塊”、“料場布庫模塊”、“稱重控制模塊”、“防搖控制模塊”、“車皮識別模塊”、“裝車作業(yè)模塊”、“庫區(qū)管理模塊”、“行車調(diào)度管理模塊”、“行車沖突管理模塊”、“行車作業(yè)跟蹤管理”、“行車作業(yè)實際管理”、“行車作業(yè)模式管理”等，功能如下：

（1）抓取作業(yè)規(guī)劃模塊。

通過安裝在行車上靠卸料口端的激光掃描儀，實時掃描識別尾礦庫區(qū)及過濾機(jī)卸料口尾礦堆存量，礦堆掃描系統(tǒng)自動識別，當(dāng)過濾機(jī)尾礦堆存量達(dá)到設(shè)定位置時，行車自動啟動進(jìn)行倒運，系統(tǒng)根據(jù)掃描結(jié)果，通知三維成像模塊，模塊計算出最優(yōu)抓取點，反饋給抓取作業(yè)模塊，行車按最優(yōu)抓取點及路徑進(jìn)行抓取作業(yè)。

（1）庫區(qū)料堆三維成像模塊。

通過安裝在行車中間的激光掃描儀進(jìn)行料堆三維數(shù)據(jù)采集［6］，形成三維圖形，計算料堆位置及料堆高度和堆寬，并規(guī)劃抓取、存放點和大小車移動路徑策略提供給料場布庫模塊。當(dāng)需要裝車作業(yè)時，計算抓斗抓取點和抓取路徑規(guī)劃，實現(xiàn)自動裝車作業(yè)。

圖2 庫區(qū)料位三維掃描成像

（3）料場布庫模塊。

分析倒運布庫作業(yè)計劃內(nèi)容并通知庫區(qū)料堆三維成像系統(tǒng)，計算堆料的起始、終止地址，確定布庫模式，計算完成后生成行車布庫控制指令，選擇最優(yōu)分配行車執(zhí)行。抓取作業(yè)完成后，根據(jù)掃描儀掃描的圖形結(jié)果，由庫區(qū)料場三維成像模塊統(tǒng)計當(dāng)前庫存剩余空間及本次抓斗放料量，分析落料位置，避免單堆過高或過低，提升空間利用率，達(dá)到庫區(qū)效率最大化。

（4）稱重控制模塊。

行車裝車時每次抓完料進(jìn)入火車皮上方，系統(tǒng)自動稱重，卸礦后再次稱重，系統(tǒng)自動計算兩次差值，即凈重值，并做一次累積計算，直至火車載重額定值負(fù)1噸以內(nèi)，停止該節(jié)車皮裝車，轉(zhuǎn)入下節(jié)車皮裝車。稱重控制系統(tǒng)除在監(jiān)控中心記錄外，在每臺行車駕駛室內(nèi)設(shè)置顯示記錄，可人工本地駕駛裝車作業(yè)。

（5）防搖視覺識別控制模塊。

采用閉環(huán)防搖的方式，變頻器驅(qū)動電機(jī)牽引大、小車在軌道上運動，在對行車大、小車運行速度控制的基礎(chǔ)上，通過增加抓斗擺角的檢測反饋，設(shè)定控制曲線進(jìn)行補(bǔ)償從而實現(xiàn)平穩(wěn)高速行走。

圖3 抓斗防搖原理圖

（6）車皮識別模塊。

讀取火車車皮底部中梁上的電子標(biāo)簽(TAG),獲取電子標(biāo)簽內(nèi)部存儲器中的車號信息和車皮編組信息，自動計算出整列火車車皮編組情況。通過讀取列車位置定位信息指導(dǎo)行車大車自動運行到車皮上方并進(jìn)行裝卸作業(yè)［7］。通過安裝在行車上的激光掃描儀，掃描裝載車輛的輪廓外形，利用車皮特征值數(shù)據(jù)，計算車皮中心位置，實現(xiàn)車皮實時高精度定位，生成相應(yīng)三維圖像，用于計算裝車策略及防碰撞識別，并將上述信息反饋系統(tǒng)服務(wù)器。裝車時系統(tǒng)根據(jù)掃描結(jié)果統(tǒng)計當(dāng)前裝載車皮剩余空間及當(dāng)前抓斗放料量，分析落料位置，避免單堆過高或過低，為裝車作業(yè)模塊提供生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)。

（7）裝車作業(yè)模塊。

①裝車信息流向?；疖囇b車作業(yè)由火車識別系統(tǒng)發(fā)起，通過RFID及視覺識別，系統(tǒng)將自動識別駛?cè)胛驳V庫區(qū)的火車車皮，將火車車皮信息通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口發(fā)送至數(shù)據(jù)庫，由HMI界面進(jìn)行讀取訪問，展現(xiàn)在操作終端上。HMI界面通過網(wǎng)絡(luò)通訊及數(shù)據(jù)接口，將人工確認(rèn)后的火車信息，新產(chǎn)業(yè)作業(yè)狀態(tài)等信息發(fā)送給后臺無人化控制系統(tǒng)，用于裝車指令及倒運區(qū)域判定。三維模型通過數(shù)據(jù)接口，將掃描成像后的計算抓取策略的數(shù)據(jù)發(fā)送給無人化控制系統(tǒng)。再由無人化控制系統(tǒng)進(jìn)行指令下達(dá)，由PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行指令執(zhí)行［8］。

圖4 信息流向示意

②裝車作業(yè)控制流程。

（a）負(fù)責(zé)接收/生成裝車作業(yè)計劃指令，判定執(zhí)行最優(yōu)任務(wù)的行車；

（b）指令生成后，待車皮識別模塊確認(rèn)火車停到位完畢；

（c）自動對火車皮進(jìn)行激光掃描，將掃描數(shù)據(jù)發(fā)送給火車形狀識別模塊；

（d）采用庫區(qū)料堆三維成像模塊計算的最優(yōu)抓取策略進(jìn)行抓取作業(yè)；

（e）執(zhí)行抓取作業(yè)同時激光掃描儀會實時儲存掃描結(jié)果，用于提供下一次抓料作業(yè)計算使用；

（f）抓取完成后，通過采集抓斗稱重儀的數(shù)據(jù)，送予火車形狀識別模塊進(jìn)行分析計算，裝車形狀識別模塊會根據(jù)已經(jīng)掃描成像的三維圖形，判斷是否為空車或已經(jīng)裝有物料的車進(jìn)行圖像識別及計算，自動執(zhí)行生成的最優(yōu)裝車指令；

（g）在裝車過程中掃描儀實時記錄掃描結(jié)果，提供給裝車形狀識別模塊進(jìn)行下一次裝車計算；循環(huán)執(zhí)行4至7步驟直至接近車皮額定值；

（h）裝車作業(yè)量接近車皮額定值要求，系統(tǒng)計算剩余裝在量，根據(jù)剩余裝載量，決定最后抓取一斗量，動態(tài)調(diào)整最后一抓重量，確定抓斗抓取量和剩余裝載量之間的誤差在整個車載允許誤差范圍之內(nèi)。

圖5 裝車作業(yè)控制流程

（8）庫區(qū)管理模塊

①負(fù)責(zé)將作業(yè)區(qū)域劃將劃分為三個作業(yè)區(qū)域，汽車只在白天裝車，白天不包含汽車裝車區(qū)域，行車在抓料過程中，禁止駛?cè)肫囇b料區(qū)；

②晚間汽車不裝車，系統(tǒng)將整個庫區(qū)劃分為三個作業(yè)區(qū)域，即包含汽車裝車區(qū)域，行車可以駛?cè)肫囇b料區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、抓料和倒運作業(yè)；

③提供料堆信息管理，第一次啟動的時候，行車掃描采集劃分區(qū)域內(nèi)的物料堆料數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器，通過服務(wù)器內(nèi)定制的數(shù)據(jù)算法，將整個堆場的物料數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和拼接，擬合出整個料場的物料信息，并計算出最佳抓料點，汽車裝料區(qū)在白天不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、抓料和倒運作業(yè)；

④提供故障報警頁面，當(dāng)行車出現(xiàn)故障時能及時診斷故障類型，存儲故障記錄，并報警提示，故障記錄能長期保存；

⑤當(dāng)某臺行車出現(xiàn)故障報警或其他特殊情況時，能立即停止該行車所有動作，進(jìn)入鎖定狀態(tài)等待人工排除故障，此時其他行車仍可自動作業(yè)并避讓；

⑥生成當(dāng)日庫存狀況，記錄并保存；

⑦系統(tǒng)保存車皮裝載的歷史信息，自動生成裝車日報、月報；

⑧預(yù)留與工廠智能網(wǎng)絡(luò)的對接的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳送。

（9）行車調(diào)度管理。行車調(diào)度管理主要包括作業(yè)區(qū)域劃分、作業(yè)任務(wù)分配功能和作業(yè)任務(wù)分配優(yōu)先級。

①作業(yè)區(qū)域劃分。根據(jù)行車的主要作業(yè)區(qū)域事先確定規(guī)則，進(jìn)行庫區(qū)的劃分，作為任務(wù)分配的基礎(chǔ)。

②作業(yè)任務(wù)分配優(yōu)先級。作業(yè)任務(wù)或經(jīng)過分割后的作業(yè)任務(wù)均可被任意一部行車執(zhí)行完成，作業(yè)任務(wù)需要進(jìn)行類別劃分，并為可以執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的行車劃分分配優(yōu)先級，分配優(yōu)先級可按照實際作業(yè)情況劃分。當(dāng)作業(yè)區(qū)域行車空閑時，優(yōu)先為其分配任務(wù)隊列中該行車優(yōu)先級最高的任務(wù)。

（10）作業(yè)任務(wù)分配。作業(yè)任務(wù)指令隊列分為三種：待執(zhí)行指令隊列、執(zhí)行中指令隊列及已完成指令隊列。作業(yè)任務(wù)分配過程中考慮到有些作業(yè)任務(wù)有優(yōu)先級，需要將待執(zhí)行的作業(yè)任務(wù)指令進(jìn)行排序。

（11）行車沖突管理。在多部行車同時作業(yè)時，根據(jù)行車當(dāng)前的狀態(tài)，任務(wù)優(yōu)先級低的行車避讓任務(wù)優(yōu)先級高的行車。

（12）行車作業(yè)跟蹤管理。

實時跟蹤所有行車作業(yè)的情況。實時獲取行車的大車、小車位置、抓斗高度、行車的設(shè)備狀態(tài)、行車操作模式等信息，作為行車跟蹤監(jiān)控的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在行車運行過程中，系統(tǒng)將詳細(xì)記錄相關(guān)信息。

（13）作業(yè)實績管理。接收并保存行車指令的執(zhí)行實績。

（14）作業(yè)模式管理。行車作業(yè)模式分為自動模式、半自動模式、人工駕駛模式和監(jiān)控室遠(yuǎn)程駕駛模式，初始模式為人工模式。

表1 行車作業(yè)模式

5.3 無人化PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計行車控制程序，適應(yīng)無人化控制需求。在機(jī)上手動操作基礎(chǔ)上增加無人化控制程序。

（1）大車無人化控制模塊，根據(jù)目標(biāo)值控制大車行駛，涉及的連鎖與機(jī)上控制相同，并針對無人化特點增加相應(yīng)連鎖保護(hù)。

（2）小車無人化控制模塊，根據(jù)目標(biāo)值控制小車行駛，涉及的連鎖與機(jī)上控制相同，并針對無人化特點增加相應(yīng)連鎖保護(hù)。

（3）抓斗無人化控制模塊，根據(jù)要求控制抓斗升降、抓斗開合，輔助抓斗防傾控制。

（4）抓斗防搖輔助控制模塊，根據(jù)防搖控制器計算結(jié)果，控制行車運行狀況。

（5）新增儀表采集模塊

（6）中控PLC通訊及數(shù)據(jù)處理傳輸模塊

（7）行車防撞，根據(jù)激光防撞信號，對行車進(jìn)行減速、停機(jī)等控制，并通過大車位置數(shù)據(jù)，優(yōu)化防撞。

5.4 火車識別系統(tǒng)設(shè)計

火車識別系統(tǒng)通過RFID，針對移動車輛自動識別的專業(yè)設(shè)備，主要用于自動采集車輛信息，是實現(xiàn)對車輛實時跟蹤管理的關(guān)鍵設(shè)備。

系統(tǒng)可實時準(zhǔn)確地識別鐵路機(jī)車車號，車輛車號、編碼等相關(guān)信息，以及列車進(jìn)入或駛出編組站的車輛編組信息。它對提高鐵路機(jī)車、車輛的利用率以及運輸管理現(xiàn)代化水平有著極其重要的作用。

圖6 系統(tǒng)原理

5.5 工業(yè)監(jiān)控視頻系統(tǒng)設(shè)計

5.5.1 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

工業(yè)監(jiān)控視頻系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、控制中心三個主要部分組成，實現(xiàn)對圖像信號的采集、顯示、分配、切換、觸發(fā)控制、記錄和重放等基本功能。

圖7 視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成圖

前端由帶變焦鏡頭彩色攝像機(jī)、全方位云臺、攝像機(jī)安裝立桿等組成，是整個系統(tǒng)的眼睛。視頻信號傳輸系統(tǒng)由視頻同軸電纜、光纖、光端機(jī)等組成。近距離、機(jī)房內(nèi)使用視頻電纜，遠(yuǎn)距離使用光纖和光端機(jī)。監(jiān)控中心是整個系統(tǒng)的核心，是實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的指揮中心。其主要功能為：視頻信號分配、圖像信號的切換、圖像信號的記錄、攝像機(jī)及其輔助部件（如鏡頭、云臺）的遙控。對于系統(tǒng)功能的控制操作可通過控制鍵盤來實現(xiàn)［9］。

5.5.2 系統(tǒng)設(shè)計

整個庫區(qū)設(shè)計一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對全庫區(qū)的監(jiān)控［10］。

操作人員通過監(jiān)控屏畫面可以察看庫區(qū)情況以及行車的運行情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備多畫面顯示，可對所有畫面進(jìn)行固定分配顯示，確保對各個區(qū)域進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。

每臺監(jiān)視器顯示四幅或九幅畫面，采集的圖像，通過硬盤錄像機(jī)做統(tǒng)一存儲，滿足一個月的存儲需求。

5.6 安全管理與警示系統(tǒng)

根據(jù)無人全自動行車的要求，為了保證作業(yè)區(qū)的安全生產(chǎn)，在作業(yè)區(qū)設(shè)置安全管理與警示措施。主要用于封閉區(qū)域的安全管理、車輛通道安全管理。

5.6.1 封閉區(qū)域管理

人員進(jìn)入封閉區(qū)域時，需按下開門按鈕，發(fā)送開門請求給主機(jī)系統(tǒng)。待行車作業(yè)完成后，接收到主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送的允許開門指令，設(shè)置開門信號。人員離開封閉區(qū)域時，安全門關(guān)閉，發(fā)送門關(guān)閉信號通知給主機(jī)系統(tǒng)。

5.6.2 設(shè)備連鎖管理

發(fā)送設(shè)備連鎖/解鎖請求給行車控制系統(tǒng)；連鎖反饋并發(fā)送主控制系統(tǒng)［12］。

6 HMI人機(jī)交互界面部分說明

根據(jù)實際需要，默認(rèn)設(shè)置了四類登入用戶，分別是管理員、中控（操作工）、卡車（新產(chǎn)業(yè)）和火車（京九物流）。不同用戶登入，所看到的界面以及所獲取的權(quán)限不同。其中，管理員擁有該操作系統(tǒng)的最高權(quán)限，可對主界面和操作界面進(jìn)行查看和操作，還能對其他用戶信息進(jìn)行管理。京九物流用戶只有確認(rèn)火車裝卸的權(quán)限，新產(chǎn)業(yè)用戶只有查看卡車作業(yè)的權(quán)限，操作工可查看當(dāng)前裝車模式以及火車裝卸的權(quán)限。

7 結(jié)束語

江西銅業(yè)貴溪冶煉廠選礦車間無人化行車成功改造實現(xiàn)了尾礦庫區(qū)無人化作業(yè)，既將行車單機(jī)機(jī)上駕駛作業(yè)改變成中控值守監(jiān)視，降低了勞動強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，實現(xiàn)減員增效目標(biāo)，提高了生產(chǎn)效率，提升了選礦車間的自動化程度。同時，又解決了尾礦庫區(qū)多部門復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下安全問題。該項目的成功實施在同類行業(yè)具有領(lǐng)先性及示范性意義。