重載列車自動化裝運技術的應用研究

蘇正友

（同煤國電同忻煤礦有限公司， 山西 大同 037003）

引言

重載列車是煤炭運輸的核心，是實現煤炭運輸效率提升、確保煤炭運輸安全的核心，目前煤炭重載列車在裝運過程中主要采用了人工對列車車次、裝煤量、車次位置識別的方案，識別周期長、準確性差，而且計量系統采用地磅式結構，精度低、穩定性差，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化裝運方案，其采用了智能控制及智能車次識別、車輛位置判斷、精確配煤等，同時對緩沖倉溜槽煤擋板結構進行優化，滿足了其快速裝煤時的耐磨損需求。

1 重載列車自動化裝運控制方案

自動裝車控制系統以PLC 控制為中心[1]，采用AB 羅克韋爾1756ControlLogix 系列產品，與調度中心集控保持一致，前端通過現場計算機、I/O 數據采集模塊與硬件設備連接，針對火車裝車站內的配電柜、PLC 控制柜、操作臺、計算機、現場傳感器、汽車衡、液壓電機及車輛IC 卡管理系統，按照裝車工藝流程編寫控制策略，借助豐富多彩的人機界面對所有裝車設備實現在線監測和控制，包括設備的啟停、閉鎖、保護、數據記錄及圖像采集等。系統的所有控制及計算機軟件都必須是中文界面以及人機界面（HMI），系統軟件的主要功能模塊如圖1 所示。

2 車廂類型和位置識別技術的方案

實現全自動列車裝車的第一步，就是選擇合適的質量可靠的傳感器，精確掌握車廂具體位置和行進的速度，便于控制放料時機，并在車速異常的時候報警停車。目前我國鐵路系統中各種類別的貨運列車并存，各類別車廂之間的規格差異性較大，因此如何對不同型號的列車進行識別是必須解決的關鍵。

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別技術，該識別技術采用了智能無線判別技術，通過無線傳輸方式來實現對列車型號的自動判別。具有傳輸速度快、穩定性高的優點。車型識別系統在裝車之前，把待裝的車號和車型掃描到計算機，然后根據識別結果來自動調出對應的車輛的信息參數，將其存儲到數據庫內，從而實現后續的自動判斷和數據調出，有效的提升了車輛信息識別效率，縮短了車輛識別時間。

全自動裝車系統以光電開關及測速雷達代替人眼，實時檢測和反饋，能夠精確確定裝車系統的卸料時間，從而有效地避免了人工卸料不及時導致的撒料現象。分別在列車進站、裝車和出站的關鍵位置處設置幾組光電開關，來實現對列車車廂位置的判斷，通過繼電器轉發反饋給PLC 系統，與定量倉卸料閘門形成閉鎖。當列車車廂行進到確定的裝車位置時，該處光電開關動作，信號點閉合，卸料閘門打開，自動開始往車廂放料，列車車位判別和車速監測系統如下頁圖2 所示[2]。

裝車控制系統通過檢測列車的實時速度和列車車廂的運行位置（與裝車溜槽相對位置）自動調節裝車放煤閘板的開啟時間點，如果火車實時速度較快，則提前開放煤閘板，如果火車實時速度較慢，則推后開閘板。當配煤跟不上、車速低于下限、車速高于上限時，則系統判斷無法滿足自動裝車條件，暫時關停閘板、抬高溜槽并發出語音提示報警。

圖2 車位判別與車速檢測系統

3 精確配料稱重技術方案

針對自動精確配料[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]，設計一種在誤差、誤差變化率、控制量語言變量的全論域范圍內帶有自修正因子模糊控制器。根據預研結果表明，采用帶自修正因子模糊控制系統，比傳統PID 調節器、傳統的模糊控制器有系統輸出響應快、無超調、對參數有較強的魯棒性等優點，能夠很好地解決自動精確配料的問題，從而產生較高的經濟效益。

在實際應用中，利用緩沖倉下四個雙翼平板閘門，控制緩沖倉向定量倉里放煤，每片閘門都裝有限位開關，來指示閘門的開閉狀態。其中閘門設計為三位閥，有開關以及中間三個位置，按照車皮標重，通過稱重傳感器實時反饋重量信號，控制幾片閘門的開合時序，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化

圖3 精確配料策略邏輯原理

采用了全自動裝車技術后，極大地提升了裝車速度，平均一節的裝車時間僅為56 s，因此使得輸送帶的運煤量達到了1.6 t/s，因此在落料時對落料煤倉處的沖擊極為嚴重，導致該處磨損速度快，使用壽命低，因此結合快速裝煤需求，提出了在落料點設置擋煤板的方案。為了提升擋煤板結構強度和可制造性，該擋板呈蜂窩狀結構，縱向和橫向呈現垂直排列的特點，在擋板的下側則采用斜向下15°的結構設計方案，能夠有效地降低落料時對擋板的沖擊，同時對落料起到一個導向作用，有效地降低了對落料機構的磨損，對提升落煤經濟性和使用壽命具有十分重要的意義，該結構安裝方式如圖4 所示。

圖4 擋板安裝結構計示意圖

根據實際應用表明，自動化裝煤方案具有一次計量精確、裝車快速等特點，平均單節車廂的裝載時間不超過1 min，整列裝車時間不超過3 h，單車精度1.2‰，整列精度2‰，具有重要的應用推廣價值。

5 結論

1）車廂類型和位置識別技術分別采用了非接觸式的射頻識別技術及測速雷達技術方案，能夠實現對列車類型和位置的遠距離快速定位和識別；

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精確配料的問題，實現了快速裝運過程中對配煤量的精確控制；

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

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