鐵路裝車集控系統中自動化控制系統的運行原理

秦愛芳

（原平市軒崗鎮焦家寨煤礦煤運站，山西 原平 034114）

引言

我國煤炭行業經過近年一系列的改革和發展，煤炭生產的各個環節自動化水平逐年提高，技術水平得到長足的發展。以焦家寨煤礦公司的煤礦鐵路裝車系統為例，傳統裝備技術發展水平有限，一直以來裝車控制系統還使用人工手動操作方式，有些甚至還是簡單繼電器控制，極易因誤操作而引起設備事故甚至人身傷害事故，給企業造成不必要的安全隱患和財產、人員損失。通過一系列的實地調研和分析研究，提出了鐵路裝車集中控制解決方案，此方案具有投資見效快、易實施、可升級改進，可以滿足大部分自動裝車控制系統需求，已有多個成功應用運行的案例，且收到了較好的實際使用效果。

鐵路裝車集控系統是一套綜合集成自動化控制系統，實現了鐵路裝車管控信息管理一體化。該系統主要包括四部分：自動化控制系統，工業電視監控系統，液壓閘門系統及信息管理系統（可選）。集控系統主要功能是快速準確定量地完成各種產品的快速裝車，并實時準確地記錄下裝車信息，形成信息報備，便于后期進行數據處理和管理等。該系統操作界面直觀簡潔，管理簡單，監控畫面可全面覆蓋全流程工作狀況，便于進行實時管理和處置運行狀況。系統控制主要分為自動、手動兩種控制方式。自動時，系統控制過程主要由控制應用軟件程序自動實現；手動時，可由操作人員分步驟單獨操作完成［1］。

在該鐵路裝車集控系統解決方案中自動化控制系統是整個系統的核心組成，對整個系統的運行進行統一綜合管理。下面主要探討自動化控制系統的運行機制和原理，為今后系統的運營維護和升級改造提供一定的技術依據，也為熟悉系統的運行和管理打下基礎。

1 自動化控制系統

自動化控制系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成，硬件包括可編程控制器（PLC）、工業上位監控計算機系統、網絡通信系統、電子軌道衡稱重系統、車號識別系統、皮帶稱重系統、給煤系統、料位計及其它信號檢測系統、就地控制等；軟件包括上位監控軟件、軌道衡稱重軟件、裝車控制應用軟件等。

1.1 自動化控制系統中PLC的功能及優點

PLC（Programmable Logic Controller）作為系統的信號采集和數據運算處理核心，是整個自動化控制系統的核心。通過它可以完成現場信號采集，實時數據運算處理，邏輯信號閉鎖及實時通信。

使用PLC的優點：設備之間的閉鎖關系通過軟件實現，避免了通過繼電器硬接線實現連鎖而造成的接線復雜、故障點多的現象。而且當控制流程改變而要改變閉鎖關系時，通過計算機更容易實現；通過PLC 的診斷功能和上位監控計算機的軟件提示功能提示可以方便地查找故障，甚至故障點可以精確到接線端子，這樣有利于故障的排除，減少維修時間，從而提高生產效率；PLC 輸出控制通過隔離中間繼電器實現，這樣可以保護輸出接點，延長輸出接點的使用壽命，從而降低以后設備運行過程的維護成本；完善設備保護信號設置，可以對設備實施有效地保護，降低設備故障率和設備的維修費用，提高生產效率［2］。

1.2 控制系統操作模式

全廠集控控制系統的操作在控制室內完成，通過調度監控計算機實施監控操作。通過采用工業計算機作為人機接口實施監控操作，具有如下優點：計算機通過以太網OPC（OLE for Process Control）通信方式和PLC相連，代替傳統操作臺上的主令器件操作方式，使操作簡單方便；避免了傳統操作臺的硬接線方式，減少了故障點，更利于維護檢修；系統組態方便。可根據生產過程的需要組態操作畫面，避免了當更改操作方式或流程改變要重新修改操作臺主令器件的布置安裝費用。

控制系統操作過程通過工業計算機進行。控制方式采用集中（自動、手動）／就地兩種控制方式。集中／就地可以方便地予以轉換而不影響設備的原有運行狀態。在集中方式下集中控制系統還具備對設備的單獨控制功能，可以實現對單臺設備的單獨起停車操作。

1.3 自動裝車控制系統工作原理

當軌道衡自動識別系統識別到第一節車箱行駛到快加給料機允許加料位置時，工控機控制系統發出指令啟動快加給煤機加煤料，加煤料量約為總加煤量的80～95%，在加煤過程中，實時判斷車廂是否處于加煤允許位，防止物料灑落到車廂外，節約物料損耗，如果車廂不在加煤允許位則暫停加煤，直到車廂處于加煤允許位為止；當第一節車箱開始上衡時，工控機控制系統能夠自動識別其位置并啟動慢加給煤機加煤；當給煤機加煤到最終設定值時，停止慢加煤料；然后工控機控制系統自動進行稱量數據采樣和處理；當第二節車輛行駛到快加給煤機允許加煤位置時，重復上述動作，直到全部車廂通過秤臺并加煤完畢為止，見圖1。

圖1 裝車圖示

該控制系統可實現下列功能：自動判出機車后車輛數、總軸數；自動標簽對位并將讀出的車號信息與現車準確對位；自動判斷每節車廂是否完全上衡，從而自動完成稱量；自動判斷車廂是否處于給煤允許位，防止物料灑落到車廂外，節約物料損耗。

2 系統實施具體內容

根據煤礦現狀，實現集中控制裝車的控制要求，對系統進行了如下設計：通過系統設計實現裝車集中控制系統快速準確定量的完成裝車，形成裝車記錄，系統操作簡單，實時監控畫面按照裝車功能分頁顯示，設備工作狀態明晰直觀，各項故障狀態可以及時了解、處理；裝車系統實現自動化控制，裝車系統過程數據上傳到綜合自動化平臺，達到在集控中心監控和對裝車數據進行處理，見下頁圖2。

系統實施進度：首先實現計量控制室具備半自動化、全自動方式，手動控制方式保證系統運行的可靠性；在不影響煤礦正常裝車生產的前提下可先實施半自動化調試過程，然后逐步模塊自動化調試，最后整體調試。

圖2 系統框圖

由于煤礦的給煤系統、裝載系統、軌道衡稱重系統、車號識別系統硬件到位情況，考慮到煤礦外運量，實現集中控制裝車要增加很多設備，軟件編制調試任務最大而且需要時間，因此為了更好地完成系統功能，可考慮分步實施：首先完成系統現有各功能模塊的安裝、調試，并進行集中調試；然后在計量控制室增加PLC通訊分站、平煤器系統，并與現有控制系統關聯，實現對現有的給煤機、皮帶運輸機、倉口、平煤器、軌道衡、車號識別、鐵牛等關鍵設備的配線及軟件集中手動控制，進而實現系統半自動化控制；在完成半自動化控制模式下，分別進行車輛上衡自動控制、給煤機預裝煤及補煤分步自動控制、倉口制動器的分布自動控制、鐵牛的自動控制、平煤器的自動控制等模塊的分布調試，逐一完成各模塊的控制，最后綜合調試。

3 結語

本系統通過PLC控制的各個系統與現場總線的有機結合，實現了裝車自動控制。有效提高鐵路裝車的效率，操作員在控制室既可了解現場設備的工作狀態，也能對其運行參數調整，還可預測或尋找故障。整個系統始終處于操作員的遠程監視與可控狀態，提高了系統的可靠性、可控性和可維護性。系統集成了設備檢測、變換和補償功能，實現了控制和運算功能，不僅方便了用戶，而且有效降低了裝車系統的運行成本。

［1］管振翔，鄒愛英，郭秀欣.南屯煤礦鐵路裝車線的技術改造［J］.煤礦機械，2004（12）：56－57.

［2］權明伍.選煤廠計算機自動化配煤裝車系統的應用［J］.煤炭技術，2013（4）：54－55.