煤炭快速定量裝車系統的優化改造

田寶雄

(神華神東煤炭集團公司洗選中心補連塔選煤廠，陜西 神木 719315)

0 引言

快速裝車系統已廣泛應用于大型煤炭企業的產品煤裝車外運環節中，其裝車速度快、稱量準確，備受各煤炭企業的青睞。文中研究主體是中國神華集團，對其選煤廠中當前使用的快速定量裝車系統進行硬件設備的分析。當前的裝車系統設備自動控制就是以PLC為核心，以物料設定為主的裝車方式，將基本的列車裝載重量與尺寸進行確定，根據快速裝車的連續性來完善相關的技術管理方式。這種裝車系統優勢明顯：①快速定量裝車系統的自動化程度較高，系統的所有設備全是通過AB公司的PLC自動控制系統進行集中控制和操作的，全部設備的故障、運行等情況都在上位計算機上顯示；設備運行穩定，全系統用人較少；②裝車速度快，裝70 t一節車正常用時約120 s，裝60節整列車正常用時約120 min；③裝車精度高，稱重倉(定量倉)靜稱重精度為±0.1%，每節車皮裝車精度<±0.3%，整列車的裝車精度<±0.3%；④裝車質量好，車皮裝完后表面平整無偏載，完全達到鐵路運輸要求；⑤環保性能優，整個裝車過程實現全封閉式，裝過車皮表面還經過碾壓并固化封塵，撒煤少煤塵也少，環境的污染小。

但是因為客戶需求的差異，系統設備無法滿足越來越多的個性化要求；即便是有不同的設備裝載需求，仍然無法滿足人們對裝車的速度與精度要求提高的需求。

1 快速定量裝車系統的現狀

1.1 裝車工藝與設備

快速定量裝車系統主要組成包括：產品倉、膠帶機、裝車設備(包括定量倉、緩沖倉、裝車溜槽、稱重系統)。這些裝車系統的核心是產品倉，主要是通過膠帶機來將煤炭產品進行輸送，直接運送到塔樓中，到了緩沖倉之后會根據列車信息來進行參數配置。等到商品煤在滯留區等到裝車等待信息之后，就要做出裝車準備，并且實現自動上傳與卸載，所有煤炭都按照這個循環將整列裝載完成。

神東公司快速裝車設備主要品牌：國產化、南非TCS、美國KSS。經過比對試驗之后，KSS品牌的穩定性最好，但是因為系統結構使用較為繁雜，對設備的檢修與應用技術要求高，而且購買成本也高；TCS系統因為存在液壓系統的滯后性問題，所以整體結構并不足以支撐設備運行；而國產化設備經過實用化的系統技術改革之后，滿足實際情況下的半自動裝車運行需求，功能比較明顯。

1.2 存在問題

由于神東公司當前的裝車設備使用方式，一直都是以半自動模式為主，雖然并沒有形成全自動系統，但是裝車效率能夠滿足一般的快速裝車要求。當前神東公司裝車系統存在的問題主要有：①對火車車廂具體參數獲取能力不高，不能自動獲取火車每節車廂的信息；②二次儀表數據傳輸誤差大；③在裝車的過程中要是遇上雜皮的混編列車時，裝車員必須手動依據各種車的型號頻繁設置計量稱重儀表的參數，勞動量比較大，裝車的效率較低；④裝車自動化程度低，人為參與情況仍然無法改善，勞動強度無法降低；⑤實際裝車重量數據不能及時上傳、存儲、生成報表和實現報表查詢、打印；⑥經過回空車皮，不能及時提醒，裝車操作員有時會在回空車皮經過時不小心按下定量倉放煤按鈕，造成嚴重撒煤、卸煤事故；⑦現每列裝車時間2 h，有待降低；⑧裝車質量有待提高，裝車質量不穩定，平煤工作量大，有超載偏載現象，有時候出現不符合鐵路安全運行的要求。

2 系統優化改造設計

2.1 硬件設計

結構方案：煤炭快速定量裝車系統優化改造的硬件設計整體方案如圖1所示。

圖1 硬件設計整體方案

主機選型：選擇AB公司PLC控制器，型號Logix5563。對于快速裝煤系統的結構性改造來說，既要保持原本的功能，又要提高其設備運行效率。系統增加車號識別部分，通過射頻讀卡器RFID的使用，可將列車車廂不同的信息內容，直接掃描傳輸到PLC系統中，經過上位機的信息輸出和指派，列車可以停靠在指定位置，并且向PLC進行信息反饋，等控制指令輸送到各個控制設備后，膠帶機、傳輸機、緩沖倉等都能夠按各車廂不同要求高效率地完成裝車。為了實現系統改造之后對網絡結構整體性的有效提高，需要完成的最重要的目標，就是將列車各個車廂信息進行有效識別，保證主控中心PLC能夠得到新的信息，通過對車輛位置的確定，來提高基本的定量倉稱重數據精準度。

讀卡器選型：經過對幾個頻段測試結果的分析，使用的有源射頻讀卡器頻段在2.45 GHz，芯片型號為CC2500，主控單片機型號是MSP430F169。優勢在于這2個芯片類型的功耗很低，可以在長時間范圍內滿足射頻讀卡器的需求。經過對傳輸速度的計算，發現其最高值大約在500 kb/s；而且這種收發器能夠進一步完成基本的電磁喚醒、脈沖傳送、信息包協調等等功能。MSP430一系列的單片機以16位為主，能夠完成的功能模塊包括：DAC、ADC、DMA等等。其功能多元特點非常明顯，不僅投入低而且對電流、電壓的低功耗處理效果很好。供電電壓只需要3.3 V，即便是系統運行狀態下需要的電流也只有300 μA。根據射頻讀卡器的傳輸距離，這種在50 m位間距的讀卡器放置位置，應該在落煤倉200 m或者是300 m處，將這些信息直接傳遞給PLC，避免因為射頻錯誤導致的裝車疏漏。

火車車廂識別卡：這種識別卡的安裝位置基本都是放在車廂底部，這種ID就是車廂的識別信息。

地面自動識別設備：這種設備會根據不同的裝置組成，將基本的車廂信息、結構進行信息的掃描與輸送，對于這種信息獲取應該按照裝車集控方式來完成基本的數據查詢與管理，在網絡信息疏導過程中，可以實現數據的有效集成與調取。

CPS定位：這是裝車集控室對車輛、車廂信息接收的地點，只要能夠將控制指令合理地發出，就能夠保證基本信息經過有效處理之后，反饋到服務器當中進行保存。

稱重數據模塊：要保證裝車稱重信息的有效記錄，可以運用基本的數據采集與識別控制方式，將新的數據庫內容進行合理的更新，在保持PLC可以按照采集稱重數據處理效果的時候，可以將基本的PLC芯片，將DH+通訊設備進行數據模塊上的協調，并且將采集程序進行對接配置的處理。

數據傳輸：延續了傳統模擬信號的輸送方式，按照對4～20 mA信號的傳輸，可以將基本的開關量信號實現新的速率傳輸，將地面上的信息傳輸精準度進一步提高。為了改善當前的信號傳輸情況，根據工業生產現場環境，進行基本的抗干擾結構制定；傳輸速度的提高，可以完成對總線通信模式的優化。按照AB公司進行RS485總線的安裝后，通過通信配置方式實現合理的數據調用與傳輸。驅動芯片屬于RS485，按照信號傳輸終端的阻抗數據為120 Ω時，能夠將SN75176型號的芯片進行再次優化，保證信號傳輸能夠在長距離中實現更好的效果，保證主動芯片不會受到系統運行不穩定的干擾。

2.2 軟件設計

PLC屬于中央執行機構的系統，能夠以更好的運行速度將技術提升到新的空間，按照程序關系來完善基本的裝煤操作行為，確定每個環節都能夠得到新的處理方式的驗證。為了完善各個系統結構，需要根據PLC程序的設計方式，將現行的工程程序進行新的整改。PLC程序總框圖是設計車輛信息識別系統標準化作業流程，便于根據流程編寫PLC程序。

對于這種組態軟件結構的設計方式來說，文中選擇的是RSView 32，這是標準軟件菜單，能夠將基本的結構設計實現功能性完成的組合方式，并且為用戶提供新的工程菜單內容。而且還能夠對窗口設定方式進行模式化的處理，既能夠完成與PLC的通信，又可以直接將存儲單元中的數據進行調取，而且操作簡單，用戶群體中即便是有對技術內容不了解的人群，也能夠在短期學習之后，將基本的組態數據采集方式掌握。RSView 32屬于高度集成的組態軟件，能夠完成人機交互的自動化監控方式，并且能夠在多個領域實現新的軟件升級，保證上位機操作方式穩定、簡便、功能明顯。改造后的裝車系統圖如圖2所示。

圖2 改造后的裝車流程系統圖

2.3 改造后的系統特點

自動獲取車廂信息：裝車火車進站時，自動獲取整列火車裝車節數，代替人工操作；自動獲取火車每節車廂的信息，自動在生產調度畫面上生成記錄，不用工人每節去核實。保證數據真實性、及時性、準確性和連貫性。

顯示數據一致性：裝車稱重數據數字化改造，通過DH+通信將二次儀表與PLC控制器進行通信，通過修改程序及修改上位畫面，將稱重數量直接顯示在上位畫面上，由于稱重數值從二次儀表到PLC沒有進行數模轉換，實現了二次儀表與上位機畫面數據一致，提高了精準度。

裝車參數自動設定：改造前裝車時必須手動調整二次儀表參數，裝混編列車(雜皮車)時裝每節車廂都得手動調整二次參數，工作量較大，改造后實現了裝車參數自動設置，并且延長了二次儀表的使用壽命。配煤參數調整方便，空倉設定方便，各類車型配煤參數設置增加了添加功能。

自動計算掐煤、補煤量：操作員在裝車過程中由于裝車等原因需要緊急掐煤、補煤操作時，系統自動對實際裝煤量進行校正，對掐煤、補煤量進行了自動計算，保證計量準確。

自動生成記錄：實現了列車車號掃描系統數據和裝車數據自動生成各類記錄，自動生成各類數據的報表并可以導出報表，實現可以查詢各類裝車記錄，各類報表隨著實現打印功能，減少了人工記錄。

自動記錄回空車皮：經過回空車皮，定量倉、緩沖倉放煤閘板處于鎖定狀態，禁止打開。避免了有回空車皮時，裝車操作員有時會在回空車皮經過時不小心按下定量倉放煤按鈕，造成嚴重撒煤、卸煤事故。

系統運行穩定：由于減少了人為因素，極大地提高了裝車效率，該系統投入使用后，裝車時間由之前的平均每列120 min減少到現在的90 min左右。

裝車質量、精度提高：減少了對環境的污染。裝車質量好，車皮表面平整，減少了平煤工作量，無偏載，完全符合鐵路運行要求，裝車質量提高后確保鐵路運輸部門行車安全，帶來巨大的安全效益。不僅可以保證裝車精度提高，還能夠將稱重倉的精度提高到±0.05%區間內，整列車裝車精度<±0.2%。

環保性能優，整個系統的裝車過程為全封閉式，裝車過程中撒煤少、煤塵少，對環境污染小。

提高了自動化程度：改造后快速裝車系統自動化程度更高，保護齊全，設備運行可靠，設備運行時間縮短，工作量大大減少，系統內人員減少，“無人則安”理念得到有效體現，安全工作得到保障。實現了節能增效，減員增效，最終生產完全成本較低，企業效益提升。

分析告警功能：對于系統的運行來說，應該通過對不同等級管理人員的查詢權限劃分，將每個車廂裝煤量進行詳細信息的處理，按照火車裝車結束之后的系統數據，來分析這種火車裝煤量的可行性，如果有超重車廂一定要有告警提示。

3 結語

現有裝卸系統增加列車信息的識別與生成，是為了給裝車系統進行自動配煤操作處理提供信息，新的裝車方式按照完整的列車需求信息來進行生產組織。經過上位機軟件的信息處理之后，可以給現階段網絡信息帶來有效的更新，保證實時信息可以得到及時共享，將商務結算、安全運輸結合起來，提升了鐵路運輸信息自動化水平，為裝車系統發展與升級帶來更好的技術支撐。