螺旋卸車機智能控制系統

韋展飛

摘要：目前港口螺旋卸車機的控制還停留在人工檢查和人工操作的層面，無法實現智能化控制。為了提高螺旋卸車機的工作效率，針對港口卸煤機的具體使用情況，利用車皮識別、傳感器定位、人員互鎖安全保護等技術，對螺旋卸車機進行智能化改造，實現對螺旋卸車機的遠程控制。首先建立螺旋卸車機的保護系統，實現卸煤機的三維空間定位、電氣保護和空間防碰撞，其次，設計了車號識別系統，檢測列車進場信息，最后根據作業計劃信息，列車進場信息、設備運行狀態等，實現對螺旋卸車機的遠程智能控制。經過大量實驗驗證，螺旋卸車機智能控制系統具有很高的安全性和有效性，可以提高作業效率與作業精度。

關鍵詞：螺旋卸車機;三維空間定位;空間防碰撞;智能控制

0 ? 引言

隨著當今智慧港口的思潮，各大港口都朝著通過物聯網、傳感網、云計算、大數據的技術手段，進行透徹感知、廣泛連接、深度計算、物流運行，使物與物、物與人、人與人以及港口的各個參與方可以廣泛的互聯互通，形成技術集成、綜合應用、高端發展的現代化港口發展。港口相關大型設備的自動化改造更應首當其沖，螺旋卸車機便是其中之一。

螺旋卸車機主要應用于下水碼頭，針對一些由于天氣原因，車廂里的礦物等凝固，無法通過翻車機翻下的情況，只能通過螺旋卸車機才可實現卸車，因此對螺旋卸車機進行自動化改造十分重要，可以提高作業效率，減少人工、資源的消耗，提高作業安全性。本設計思想有利于港口高質量發展，對建設智慧港口有著非常重要的現實意義。

1 ? 本港螺旋卸車機設備與工藝介紹

1.1 ? 設備介紹

螺旋卸車機（screw unloader），是在側開門鐵路敞車上，利用螺旋機構插入物料中旋轉，將物料由車廂的側門卸出的專用散料卸車機械。主要由螺旋旋轉機構、螺旋起升機構、整機行走機構、支承結構和司機室組成。螺旋葉輪由鋼板卷制，焊在葉輪軸上，軸由電動機、減速機、鏈傳動機構驅動。傳動機構和螺旋葉輪都裝在一個活動架上，由提升機構帶動。葉輪在軸上分兩段，螺紋方向相反，當它轉動時，可將煤推向兩邊。葉輪的工作效率取決于它的直徑、轉速和螺距。

螺旋卸車機構造簡單，利用物料向下自流的特性，開啟車門后物料在螺旋推送中自流進入卸料槽，無須對物料提升做功，因此卸車效率較高而能耗較低，且與翻車機相比，卸車時對車皮基本無損壞，適于松散、顆粒小的物料。但其在卸車過程中流量極不均勻，車門開啟后的開始階段，大量物料流出，與最后階段完全靠螺旋推送出廂的流量相差較大，卸車車位下若不設置緩沖料斗及給料機則極容易造成地下輸送機因積料過多而超載停轉。另外采用人工開放車門，由于粉塵較難控制，因此作業條件較為惡劣。

1.2 ? 工藝介紹

由于南方氣候原因，有部分火車車廂的礦種潮濕、黏稠無法通過翻車機卸料。在這種情況下才選取螺旋卸車機卸料。考慮作業效率問題，我司將翻車機無法卸料車皮匯總混編，以48節為單位，統一送往螺旋卸車機。到達螺旋卸車機位置，每次由車頭推12節車廂進入螺旋卸車機軌道進行卸車作業。卸車機軌道上有兩臺卸車機大部分時間不同時使用，但也不排除同時使用的情況。

卸車流程：鐵路敞車停到卸車點→螺旋卸車機移動到車廂端部→打開敞車側門→逐步放下卸料螺旋→啟動行走機構→螺旋緩慢從一端移至另一端并隨時調整好高度→散料逐層從車廂兩側（或一側）卸下。作業結束之后需由工作人員進入車皮內將沒有清理干凈的車皮底部殘料清理干凈。

2 ? 螺旋卸車機無人化改造

針對本港的螺旋卸車機無人化改造，首先要保證有明確的車廂及車廂貨物信息，通過傳感器、視覺等手段獲取上述信息傳送給螺旋卸車機遠程操控系統，通過遠程操控系統配合傳感設備對螺旋卸車機進行定姿定位，防碰撞保護，從而進行自動化控制。此外，為了保護進入車廂內部清車廂底部余料人員的安全，還需結合人員保護系統，通過對人員所進車廂進行保護，防止在車廂底部有人的情況下卸車機從上方經過帶來的安全隱患。

2.1 ? 車皮識別系統

首先考慮螺旋卸車機里面車廂混編，對于每個車廂的料種、車廂型號、車廂大小都不清楚。不利于實現螺旋卸車機無人化改造。此問題當時有兩種解決方法。

一是采用視頻識別的方法對車廂進行識別，在火車運行時通過視覺識別技術，識別車廂上的文字信息，根據該信息對應車廂信息。此法優點為只需要兩臺固定的視頻設備就可識別全列車廂的信息，缺點就是火車車廂情況復雜，無法保證所有的信息是否清晰，被污漬遮擋，而且識別信息對應需要時間，反應不迅速。

另一種是采用RFID識別系統，給通過的車廂裝上寫有車皮信息的載碼體，通過RFID識別所需信息。此法優點是反應快，缺點是需要準備并安裝射頻識別設備，準備工作復雜，投入大。

經過討論結合現場的實際情況，我司暫定使用RFID識別法。

2.2 ? 螺旋卸車機遠程操控系統

螺旋卸車機遠程操控系統：主要是通過向設備安裝傳感器，配合自動化程序以達到遠程操控的效果。

螺旋卸車機的遠程控制系統結構圖見圖1。

在螺旋卸車機的上方兩側特定位置安裝2個二維激光掃描儀，用于預防卸煤螺旋與車廂兩端碰撞。

通過在二維激光掃描儀內部設置兩個安全區域，當有任何一個安全區域被遮擋時，激光器輸出一個開關量給現場的PLC控制器，提示預警。螺旋卸車機與車廂左右兩側的防碰撞檢測示意圖見圖2。

當螺旋卸車機的兩個螺旋裝置相互靠近時，螺旋裝置1會進入掃描儀2左側的預警區域，產生遮擋，觸發二維掃描儀2的信號報警，提示左側報警，同樣，螺旋裝置2會進入掃描儀1右側的預警區域，產生遮擋，觸發二維掃描儀1的信號報警，提示右側報警。螺旋卸車機兩個螺旋裝置的防碰撞檢測示意圖見圖3。

行走定位：采用線性編碼器（格雷母線），行走定位精度高。格雷母線是用于有軌移動設備的定位與集中控制。它是采用電磁感應的原理進行精準定位。使用格雷母線具有非接觸工作方式，無滑脫和磨損等故障、通過電磁耦合來進行通信，不受環境條件限制，接收靈敏度高、適用于惡劣的工業環境，耐酸、堿腐蝕，防護等級IP67，使用壽命長等優點。

升降定位：檢測螺旋上下升降高度 ，采用絕對值編碼器加RFID校正相結合的定位技術，實現連續精準定位。高度定位精度小于1cm，防止卸煤螺旋與車皮底部碰撞。編碼器采用多圈絕對值型編碼器，并配合與行走定位同款的RFID校正裝置。

車皮端頭定位裝置：利用二維激光掃描儀準確定位出待卸車皮的端頭位置，以便實現自動卸煤定位，防止卸煤螺旋與車皮兩端碰撞。

2.3 ? 工作人員保護

考慮到保護進入車廂內部人員的安全，有必要在人員進入車廂里面時加入互鎖保護，防止螺旋卸車機從工作人員頭頂上方經過。同時配合視頻監控系統，確保工作人員的人身安全。

2.4 ? 視頻監控網

工業電視監控系統主要由前端攝像設備、主控室視頻設備和螺旋卸車機司機室視頻設備、視頻傳輸線路組成。根據料場的實際需求在主要進出口設置網絡高清攝像機和傳輸線纜對整個螺旋卸車機作業范圍內進行視頻監控覆蓋。主控室管理人員可以對前端攝像機進行分組顯示，實時了解前端網絡攝像機狀態，便于維護管理。

3 ? 創新點

1、可切換遠程手動卸料、遠程自動卸料兩種工作方式。

（1） 實現行走定位、車皮端頭定位、螺旋升降定位。

（2） 卸煤機行走、螺旋等設備的過載、過流、缺相等保護齊全。

（3） 防碰撞技術：有效防止卸煤螺旋與車皮底部碰撞，卸煤螺旋與車皮兩端碰撞，兩臺螺旋卸車機大車碰撞。

（4） 整個作業過程實現全自動（自動卸車過程考慮單獨使用左螺旋、右螺旋或左右螺旋同時使用的情況）。

2、通過車皮識別系統，檢測列車進場信息，并將煤種、車廂型號等信息傳遞給堆取料機等終點設備。

3、螺旋卸車機與原料輸送系統的聯動：根據作業計劃信息，自動推薦優先卸的煤種，減少能耗提高作業效率。

4、主控室可以實時了解卸煤機走行和卸煤作業過程狀態，實現卸煤作業全過程、全方位監控。工業電視主機需預留與外部系統通信的開放性標準通信接口，以便與公司管控中心進行數據通信。

5、螺旋卸車機與煤坑下部皮帶聯鎖，皮帶停則螺旋卸車機自動停機。

4 ? 結語

本文討論了螺旋卸車機的智能控制系統，運用系統的思想對螺旋卸車機的配置問題進行研究，給出了考慮穩定性和安全性的智能螺旋卸車系統，更加符合實際。本文分析了現有螺旋卸車機控制的基本思路，構造了螺旋卸車機控制的整體模型，并提出了針對卸煤機三維定位、車皮識別和設備聯動的控制方法，提高了作業效率，保護了人和設備的安全，通過實際應用證明，本系統實用有效，可以推廣應用。