張水良 劉治邦

中交機(jī)電工程局有限公司

1 引言

“公轉(zhuǎn)鐵”成為大宗散貨貨物運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，多個(gè)港口散貨碼頭正在建設(shè)火車裝車樓系統(tǒng)。傳統(tǒng)裝車樓控制系統(tǒng)包含稱重計(jì)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等[1]。裝車作業(yè)時(shí)需要操作員在操作室觀察列車廂對(duì)位情況來(lái)判斷是否具備裝車作業(yè)條件。操作員需長(zhǎng)時(shí)間關(guān)注卸料溜槽和列車車廂，勞動(dòng)強(qiáng)度高，容易發(fā)生灑料和列車碰到卸料溜槽的情況。新型的散貨裝車樓遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)裝車樓系統(tǒng)基礎(chǔ)上，優(yōu)化了干霧抑塵系統(tǒng)，并增加了車廂檢測(cè)系統(tǒng)、車廂號(hào)識(shí)別系統(tǒng)、車速檢測(cè)系統(tǒng)、物料分布檢測(cè)系統(tǒng)和低時(shí)延視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位車廂位置和識(shí)別車廂類型、長(zhǎng)度、高度、車廂號(hào)等信息，并根據(jù)實(shí)時(shí)信息自動(dòng)進(jìn)行裝車作業(yè)，操作員只需在遠(yuǎn)控室通過(guò)低時(shí)延視頻監(jiān)控系統(tǒng)觀察裝車情況，必要時(shí)再進(jìn)行人工干預(yù)。

2 散貨裝車樓遠(yuǎn)控系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

散貨火車裝車樓智能控制系統(tǒng)主要由車廂定位系統(tǒng)、車廂高度檢測(cè)系統(tǒng)、車速檢測(cè)系統(tǒng)、車廂號(hào)識(shí)別系統(tǒng)、物料分布檢測(cè)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、定量計(jì)量系統(tǒng)、校秤系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、供電照明系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)、干霧抑塵系統(tǒng)和卸料溜槽及閘門裝置等組成[2]。

本系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的火車裝車樓系統(tǒng)，增加智能化子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制。下文著重介紹新增智能子系統(tǒng)。

車廂定位系統(tǒng)使用激光設(shè)備確定車廂前后邊緣，確保車廂進(jìn)入合適的裝車位置。車廂高度檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)光電開(kāi)關(guān)精確測(cè)量車廂的高度,從而確定合適的裝車溜槽升降高度,以防止物料灑漏在車廂外面。車速檢測(cè)系統(tǒng)使用激光設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)列車的行進(jìn)速度。以上系統(tǒng)均具有故障安全功能，在出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出傳感器故障的警示；能夠?qū)崿F(xiàn)和PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊，可以實(shí)時(shí)在HMI界面上顯示車廂的相對(duì)位置數(shù)據(jù)。

車廂號(hào)識(shí)別系統(tǒng)支持列車在行駛速度小于50 km/h的正常運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)識(shí)別信息，可實(shí)現(xiàn)單節(jié)車廂信息識(shí)別后立刻上傳，識(shí)別時(shí)間小于2 s?？芍悄茏R(shí)別的信息包括類型、編號(hào)、載重、容積、換長(zhǎng)等車廂關(guān)鍵信息。系統(tǒng)采用高速線掃相機(jī)和高功率紅外激光器，具有掃描速度快、抗干擾能力強(qiáng)、識(shí)別率高等特點(diǎn)[3]。

在裝車樓火車出入口、緩沖倉(cāng)、定量倉(cāng)、卸料溜槽及閘門裝置等位置安裝高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)組成的低時(shí)延視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控作業(yè)情況和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

2.2 主要設(shè)備組成

2.2.1 PLC處理器

裝車樓的控制系統(tǒng)采用ControlLogix PLC處理器控制。PLC處理器采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，根據(jù)邏輯關(guān)系運(yùn)算并下發(fā)指令到執(zhí)行部件，完成系統(tǒng)的控制功能。

PLC系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和修改更高效，可提供離散、驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、過(guò)程和安全控制，具有通信功能和最先進(jìn)的I/O。系統(tǒng)由單個(gè)機(jī)架中的1個(gè)獨(dú)立控制器和多個(gè)I/O模塊組成，可通過(guò)多個(gè)I/O鏈路連接多個(gè)平臺(tái)中的I/O，實(shí)現(xiàn)大型系統(tǒng)的復(fù)雜控制。

2.2.2 激光傳感器

采用激光傳感器實(shí)現(xiàn)非接觸式實(shí)時(shí)檢測(cè)，具備車廂定位、車廂高度檢測(cè)和物料分布檢測(cè)功能。激光傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用了時(shí)間飛行技術(shù)，可用于列車上對(duì)物體體積和流量進(jìn)行非接觸式測(cè)量。

(2)通過(guò)多重回波技術(shù)將飛行時(shí)間數(shù)據(jù)與列車速度相結(jié)合，生成可靠的體積流量信號(hào)。

(3)可適應(yīng)惡劣氣候的工作條件。

激光傳感器詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 激光傳感器技術(shù)參數(shù)

2.2.3 CCD線陣攝像機(jī)

車廂號(hào)識(shí)別采用CCD線陣攝像機(jī)，可智能識(shí)別車廂類型、編號(hào)、載重、容積、換長(zhǎng)等車廂關(guān)鍵信息。CCD線陣攝像機(jī)通常只有1行感光單元，每次只采集并輸出1行圖像，高采集速度可達(dá)每秒5 000～60 000行，可對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行連續(xù)采集。系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單合理，具有掃描速度快、抗干擾能力強(qiáng)、識(shí)別率高等特點(diǎn)。

3 裝車作業(yè)智能控制流程

3.1 物料流程控制

中控生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)上設(shè)置作業(yè)量后下發(fā)出作業(yè)指令，物料經(jīng)取料機(jī)和帶式輸送機(jī)輸送到裝車樓緩沖倉(cāng)，裝車樓通過(guò)控制緩沖倉(cāng)和定量倉(cāng)閘門進(jìn)行定量稱重計(jì)量。當(dāng)列車行進(jìn)到卸料溜槽下方時(shí)，放下卸料溜槽并打開(kāi)閘門進(jìn)行裝車作業(yè)。裝車樓智能控制系統(tǒng)可自動(dòng)累計(jì)每次裝入定量倉(cāng)貨物的重量，并根據(jù)作業(yè)進(jìn)度和車廂情況提醒中控系統(tǒng)控制取料量。物料的輸送流程見(jiàn)圖1。

圖1 物料輸送流程圖

3.2 裝車樓智能裝車流程

當(dāng)軌道兩側(cè)的激光位置傳感器檢測(cè)到來(lái)車信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)車廂檢測(cè)系統(tǒng)和車廂號(hào)識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)車廂的位置、高度和車廂號(hào)。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)車廂類型自動(dòng)判斷載貨量，再調(diào)節(jié)緩沖倉(cāng)下方的閘門開(kāi)度來(lái)控制定量倉(cāng)進(jìn)料量。通過(guò)車速檢測(cè)系統(tǒng)可檢測(cè)出火車的當(dāng)前速度，綜合車廂類型、車速和載貨量等要求來(lái)控制卸料溜槽高度及閘口開(kāi)度自動(dòng)進(jìn)行裝車作業(yè)；過(guò)快或過(guò)慢都將以警報(bào)形式提醒操作員通知火車司機(jī)控制車速以配合裝車作業(yè)。車廂號(hào)識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)將識(shí)別結(jié)果實(shí)時(shí)傳送至控制系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)記錄每一節(jié)車廂的裝載重量。當(dāng)車廂信息與作業(yè)任務(wù)不匹配時(shí)，該車廂不進(jìn)行裝車作業(yè)。

在裝車樓出口安裝有物料分布檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)物料的裝載情況，提示下游平車作業(yè)工序，避免發(fā)生偏載?；疖嚱?jīng)過(guò)軌道衡時(shí)再次檢測(cè)每節(jié)車廂的載重情況以確保行車安全。裝車作業(yè)流程見(jiàn)圖2。

圖2 裝車作業(yè)流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

散貨裝車樓遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的目標(biāo)是盡可能減少散貨碼頭裝車作業(yè)時(shí)的人為干預(yù)，最終逐步實(shí)現(xiàn)散貨碼頭裝車作業(yè)的全自動(dòng)操作。目前該系統(tǒng)在京唐港裝車樓項(xiàng)目中重載試車完畢，已投入生產(chǎn)。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)在提高作業(yè)效率、減少故障維修、精簡(jiǎn)作業(yè)人員、提高抑塵環(huán)保效果等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

后續(xù)可以沿裝車樓軌道方向安裝無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定向天線，在撥車機(jī)上安裝無(wú)線網(wǎng)絡(luò)全向天線，可實(shí)現(xiàn)裝車樓系統(tǒng)和撥車機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制信號(hào)傳輸，協(xié)調(diào)作業(yè)指令和提高裝車效率，進(jìn)一步提高碼頭裝車作業(yè)的自動(dòng)化程度。