重載列車自動(dòng)化裝運(yùn)技術(shù)的應(yīng)用研究

蘇正友

（同煤國電同忻煤礦有限公司， 山西 大同 037003）

引言

重載列車是煤炭運(yùn)輸?shù)暮诵?，是?shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸效率提升、確保煤炭運(yùn)輸安全的核心，目前煤炭重載列車在裝運(yùn)過程中主要采用了人工對(duì)列車車次、裝煤量、車次位置識(shí)別的方案，識(shí)別周期長、準(zhǔn)確性差，而且計(jì)量系統(tǒng)采用地磅式結(jié)構(gòu)，精度低、穩(wěn)定性差，難以滿足日益增長的列車快速裝載需求。因此，提出了一種新的重載列車自動(dòng)化裝運(yùn)方案，其采用了智能控制及智能車次識(shí)別、車輛位置判斷、精確配煤等，同時(shí)對(duì)緩沖倉溜槽煤擋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，滿足了其快速裝煤時(shí)的耐磨損需求。

1 重載列車自動(dòng)化裝運(yùn)控制方案

自動(dòng)裝車控制系統(tǒng)以PLC 控制為中心[1]，采用AB 羅克韋爾1756ControlLogix 系列產(chǎn)品，與調(diào)度中心集控保持一致，前端通過現(xiàn)場計(jì)算機(jī)、I/O 數(shù)據(jù)采集模塊與硬件設(shè)備連接，針對(duì)火車裝車站內(nèi)的配電柜、PLC 控制柜、操作臺(tái)、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場傳感器、汽車衡、液壓電機(jī)及車輛IC 卡管理系統(tǒng)，按照裝車工藝流程編寫控制策略，借助豐富多彩的人機(jī)界面對(duì)所有裝車設(shè)備實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測和控制，包括設(shè)備的啟停、閉鎖、保護(hù)、數(shù)據(jù)記錄及圖像采集等。系統(tǒng)的所有控制及計(jì)算機(jī)軟件都必須是中文界面以及人機(jī)界面（HMI），系統(tǒng)軟件的主要功能模塊如圖1 所示。

2 車廂類型和位置識(shí)別技術(shù)的方案

實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)列車裝車的第一步，就是選擇合適的質(zhì)量可靠的傳感器，精確掌握車廂具體位置和行進(jìn)的速度，便于控制放料時(shí)機(jī)，并在車速異常的時(shí)候報(bào)警停車。目前我國鐵路系統(tǒng)中各種類別的貨運(yùn)列車并存，各類別車廂之間的規(guī)格差異性較大，因此如何對(duì)不同型號(hào)的列車進(jìn)行識(shí)別是必須解決的關(guān)鍵。

圖1 車裝車稱重控制管理軟件功能模塊圖

本文提出了一種非接觸式的射頻識(shí)別技術(shù)，該識(shí)別技術(shù)采用了智能無線判別技術(shù)，通過無線傳輸方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)列車型號(hào)的自動(dòng)判別。具有傳輸速度快、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。車型識(shí)別系統(tǒng)在裝車之前，把待裝的車號(hào)和車型掃描到計(jì)算機(jī)，然后根據(jù)識(shí)別結(jié)果來自動(dòng)調(diào)出對(duì)應(yīng)的車輛的信息參數(shù)，將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)后續(xù)的自動(dòng)判斷和數(shù)據(jù)調(diào)出，有效的提升了車輛信息識(shí)別效率，縮短了車輛識(shí)別時(shí)間。

全自動(dòng)裝車系統(tǒng)以光電開關(guān)及測速雷達(dá)代替人眼，實(shí)時(shí)檢測和反饋，能夠精確確定裝車系統(tǒng)的卸料時(shí)間，從而有效地避免了人工卸料不及時(shí)導(dǎo)致的撒料現(xiàn)象。分別在列車進(jìn)站、裝車和出站的關(guān)鍵位置處設(shè)置幾組光電開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)列車車廂位置的判斷，通過繼電器轉(zhuǎn)發(fā)反饋給PLC 系統(tǒng)，與定量倉卸料閘門形成閉鎖。當(dāng)列車車廂行進(jìn)到確定的裝車位置時(shí)，該處光電開關(guān)動(dòng)作，信號(hào)點(diǎn)閉合，卸料閘門打開，自動(dòng)開始往車廂放料，列車車位判別和車速監(jiān)測系統(tǒng)如下頁圖2 所示[2]。

裝車控制系統(tǒng)通過檢測列車的實(shí)時(shí)速度和列車車廂的運(yùn)行位置（與裝車溜槽相對(duì)位置）自動(dòng)調(diào)節(jié)裝車放煤閘板的開啟時(shí)間點(diǎn)，如果火車實(shí)時(shí)速度較快，則提前開放煤閘板，如果火車實(shí)時(shí)速度較慢，則推后開閘板。當(dāng)配煤跟不上、車速低于下限、車速高于上限時(shí)，則系統(tǒng)判斷無法滿足自動(dòng)裝車條件，暫時(shí)關(guān)停閘板、抬高溜槽并發(fā)出語音提示報(bào)警。

圖2 車位判別與車速檢測系統(tǒng)

3 精確配料稱重技術(shù)方案

針對(duì)自動(dòng)精確配料[3]的問題，提出了一種基于PLC 控制，算法采用帶自修正因子模糊控制方法[4]，設(shè)計(jì)一種在誤差、誤差變化率、控制量語言變量的全論域范圍內(nèi)帶有自修正因子模糊控制器。根據(jù)預(yù)研結(jié)果表明，采用帶自修正因子模糊控制系統(tǒng)，比傳統(tǒng)PID 調(diào)節(jié)器、傳統(tǒng)的模糊控制器有系統(tǒng)輸出響應(yīng)快、無超調(diào)、對(duì)參數(shù)有較強(qiáng)的魯棒性等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地解決自動(dòng)精確配料的問題，從而產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。

在實(shí)際應(yīng)用中，利用緩沖倉下四個(gè)雙翼平板閘門，控制緩沖倉向定量倉里放煤，每片閘門都裝有限位開關(guān)，來指示閘門的開閉狀態(tài)。其中閘門設(shè)計(jì)為三位閥，有開關(guān)以及中間三個(gè)位置，按照車皮標(biāo)重，通過稱重傳感器實(shí)時(shí)反饋重量信號(hào)，控制幾片閘門的開合時(shí)序，向稱重倉中快速配料，配料策略控制如圖3 所示。

4 緩沖倉溜槽煤擋板的優(yōu)化

圖3 精確配料策略邏輯原理

采用了全自動(dòng)裝車技術(shù)后，極大地提升了裝車速度，平均一節(jié)的裝車時(shí)間僅為56 s，因此使得輸送帶的運(yùn)煤量達(dá)到了1.6 t/s，因此在落料時(shí)對(duì)落料煤倉處的沖擊極為嚴(yán)重，導(dǎo)致該處磨損速度快，使用壽命低，因此結(jié)合快速裝煤需求，提出了在落料點(diǎn)設(shè)置擋煤板的方案。為了提升擋煤板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可制造性，該擋板呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，縱向和橫向呈現(xiàn)垂直排列的特點(diǎn)，在擋板的下側(cè)則采用斜向下15°的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，能夠有效地降低落料時(shí)對(duì)擋板的沖擊，同時(shí)對(duì)落料起到一個(gè)導(dǎo)向作用，有效地降低了對(duì)落料機(jī)構(gòu)的磨損，對(duì)提升落煤經(jīng)濟(jì)性和使用壽命具有十分重要的意義，該結(jié)構(gòu)安裝方式如圖4 所示。

圖4 擋板安裝結(jié)構(gòu)計(jì)示意圖

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，自動(dòng)化裝煤方案具有一次計(jì)量精確、裝車快速等特點(diǎn)，平均單節(jié)車廂的裝載時(shí)間不超過1 min，整列裝車時(shí)間不超過3 h，單車精度1.2‰，整列精度2‰，具有重要的應(yīng)用推廣價(jià)值。

5 結(jié)論

1）車廂類型和位置識(shí)別技術(shù)分別采用了非接觸式的射頻識(shí)別技術(shù)及測速雷達(dá)技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)列車類型和位置的遠(yuǎn)距離快速定位和識(shí)別；

2）基于自修正因子模糊控制的精確配煤控制方案能夠很好地解決自動(dòng)精確配料的問題，實(shí)現(xiàn)了快速裝運(yùn)過程中對(duì)配煤量的精確控制；

3）通過設(shè)置沖倉溜槽煤擋板，能夠有效地降低煤塊對(duì)緩沖倉底部錐形倉的沖擊，提升溜槽內(nèi)耐磨襯板的整體壽命；

4）自動(dòng)化裝煤方案具有一次計(jì)量精確、裝車快速等特點(diǎn)，平均單節(jié)車廂的裝載時(shí)間不超過1 min，整列裝車時(shí)間不超過3 h，單車精度1.2‰，整列精度2‰。