翻車(chē)機(jī)定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)設(shè)計(jì)

劉寶申

秦皇島港股份有限公司第九港務(wù)分公司

1 引言

自2006年秦皇島港煤五期工程正式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)以來(lái)，翻車(chē)機(jī)作業(yè)前的定位車(chē)接車(chē)一直采用人工操作定位車(chē)的傳統(tǒng)方式，即在鐵路重車(chē)到達(dá)降弓標(biāo)時(shí)，由翻車(chē)機(jī)入口司機(jī)走到定位車(chē)機(jī)身上手動(dòng)操作定位車(chē)，將定位車(chē)人工開(kāi)到重車(chē)3、4節(jié)之間，而后入口司機(jī)目測(cè)大概位置停止定位車(chē)，將主臂插入車(chē)皮溝襠中。由人工操作定位車(chē)接車(chē)，一方面接車(chē)時(shí)間長(zhǎng)，容易發(fā)生誤操作、重復(fù)操作；另一方面易受天氣因素影響，效率低下。人員操作定位車(chē)需要反復(fù)上下大機(jī)、橫穿掛纜，極易發(fā)生安全事故[1]。目前，智能化、無(wú)人化是港口發(fā)展的方向，為使設(shè)備可以由少數(shù)人員甚至無(wú)人操作，節(jié)省人員上機(jī)操作時(shí)間，提升作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)翻車(chē)機(jī)定位車(chē)的自動(dòng)接車(chē)具有重要意義。

2 解決方案

要實(shí)現(xiàn)定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)的設(shè)計(jì)，一是根據(jù)降弓標(biāo)及重車(chē)停車(chē)位置確定定位車(chē)接車(chē)位置區(qū)域，在此區(qū)域安裝光電管反光板；二是根據(jù)定位車(chē)編碼器判定定位車(chē)尋位方向，尋找接車(chē)位；三是根據(jù)接車(chē)位置和定位車(chē)編碼器數(shù)值設(shè)定定位車(chē)減速位置。

2.1 反光板支架設(shè)計(jì)

圖1 反光板起始位置

雖然火車(chē)軌道上有降弓標(biāo)，但是火車(chē)司機(jī)停車(chē)的位置并不是完全固定。以降弓標(biāo)為起點(diǎn)，到重車(chē)3、4節(jié)之間為反光板起始位置(見(jiàn)圖1)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)10次重車(chē)停車(chē)位置(見(jiàn)表1)，可以看出，每次停車(chē)位置之間的誤差不超過(guò)5 m，得出設(shè)定反光板支架長(zhǎng)度為6 m，兩邊留有余量，可以滿足所有重車(chē)停車(chē)位置。根據(jù)反光板支架進(jìn)行地面基礎(chǔ)制作，使支架穩(wěn)固，不會(huì)受震動(dòng)影響光電管對(duì)位。

表1 重車(chē)停車(chē)位置

反光板支架有雨搭設(shè)計(jì)，防止雨水、灰塵等灑落在反光板上，干擾信號(hào)。反光板固定板及雨搭材質(zhì)為不銹鋼，防止現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)其腐蝕。支架上下可調(diào)，可以準(zhǔn)確對(duì)位光電管。反光板型號(hào)為T(mén)D-03，尺寸為80 mm×55 mm，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，且性價(jià)比高。打孔安裝，整齊穩(wěn)固。

2.2 邏輯判定

定位車(chē)編碼器數(shù)值代表定位車(chē)的行走位置。開(kāi)始自動(dòng)接車(chē)時(shí)，首先根據(jù)重車(chē)停車(chē)位和定位車(chē)位置進(jìn)行定位車(chē)尋位方向判定。以最常見(jiàn)的情況為例，當(dāng)流程作業(yè)完畢時(shí)，定位車(chē)根據(jù)自動(dòng)狀態(tài)停在司機(jī)室樓下，此時(shí)定位車(chē)編碼器數(shù)值約為130 000。

下列重車(chē)到降弓標(biāo)停車(chē)后，開(kāi)始自動(dòng)接車(chē)，定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)位置大約為22 000，當(dāng)編碼器數(shù)值顯示22 000時(shí)，定位車(chē)會(huì)自動(dòng)返回，尋找22 000左右的接車(chē)位置。到設(shè)定為25 000的位置時(shí)，定位車(chē)開(kāi)始減速，慢速返回，防止由于慣性造成返回過(guò)量。當(dāng)2# 主臂光電管導(dǎo)通時(shí)，程序會(huì)記錄當(dāng)時(shí)的編碼器數(shù)值(見(jiàn)圖2)。

圖2 2#主臂光電管導(dǎo)通

再減去車(chē)皮溝襠距離650 mm，得出停車(chē)距離。此時(shí)2個(gè)光電管導(dǎo)通，主臂伸出，插入車(chē)皮溝襠，完成自動(dòng)接車(chē)(見(jiàn)圖3)。

圖3 2個(gè)光電管同時(shí)導(dǎo)通

2.3 控制程序

編寫(xiě)定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)的程序，以定位車(chē)在司機(jī)室樓下為例，自動(dòng)接車(chē)需要滿足的條件有：主臂、輔臂縮回到位，主臂選擇，不在自動(dòng)狀態(tài)下，所有站都在遠(yuǎn)程位等。當(dāng)定位車(chē)位置大于22 000，開(kāi)始自動(dòng)接車(chē)時(shí)，定位車(chē)會(huì)返回尋位(見(jiàn)圖4)。

圖4 判定尋位方向，定位車(chē)返回尋位

CANCEL_LATCH標(biāo)簽會(huì)取消作業(yè)完畢的上列車(chē)保留的自動(dòng)狀態(tài)，使定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)完畢，翻車(chē)機(jī)符合自動(dòng)作業(yè)的自動(dòng)狀態(tài)(見(jiàn)圖5)。

圖5 自動(dòng)接車(chē)完畢程序圖

翻車(chē)機(jī)和定位車(chē)作業(yè)有4種速度模式，由于設(shè)備運(yùn)行年限長(zhǎng)，為防止翻車(chē)機(jī)系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)部件等機(jī)構(gòu)疲勞狀態(tài)的惡化，目前作業(yè)采用最慢速(LOW_LOW_SPEED)。4種速度模式分別對(duì)應(yīng)4種減速距離，當(dāng)定位車(chē)位置小于25 000時(shí)開(kāi)始減速，防止定位車(chē)由于慣性造成返回過(guò)量，對(duì)位不準(zhǔn)(見(jiàn)圖6)。

圖6 定位車(chē)減速位置判定程序

當(dāng)2#光電管導(dǎo)通后，程序記錄編碼器數(shù)值，之后減650 mm定位車(chē)停止。如果因?yàn)楣收匣蚱渌蚬怆姽軟](méi)有導(dǎo)通，定位車(chē)會(huì)停止到16 000的位置，尋位失敗(見(jiàn)圖7)。

圖7 定位車(chē)停止位置判定程序

定位車(chē)尋位完畢，2個(gè)光電管同時(shí)導(dǎo)通，定位車(chē)主臂伸出，自動(dòng)接車(chē)完畢(見(jiàn)圖8)。

圖8 定位車(chē)主臂伸出判定程序

2.4 上位機(jī)界面

在翻車(chē)機(jī)上位機(jī)軟件RSView32上添加標(biāo)簽，GREET_TRAIN_HMI。在上位機(jī)的鐵路信號(hào)界面上添加定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)按鈕(見(jiàn)圖9)。

圖9 翻車(chē)機(jī)上位機(jī)界面

3 實(shí)施效果

目前CD8翻車(chē)機(jī)的定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)系統(tǒng)已經(jīng)投入使用了半年時(shí)間，程序判定準(zhǔn)確，定位車(chē)接車(chē)停止位置正確，伸主臂可以準(zhǔn)確插入車(chē)皮溝襠，極大提高了作業(yè)效率，避免了人員操作定位車(chē)時(shí)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。后續(xù)計(jì)劃在定位車(chē)主臂上方增加攝像頭，使設(shè)備可視化，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，如果出現(xiàn)定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)失敗，可以根據(jù)攝像頭實(shí)現(xiàn)上位機(jī)手動(dòng)接車(chē)，不會(huì)造成因看不到現(xiàn)場(chǎng)狀況而由司機(jī)上定位車(chē)操作接車(chē)耽誤作業(yè)時(shí)間的情況，使設(shè)備更加可控。

4 結(jié)語(yǔ)

翻車(chē)機(jī)定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)系統(tǒng)根據(jù)反射型光電管原理和定位車(chē)編碼器數(shù)值邏輯判定進(jìn)行設(shè)計(jì)，在重車(chē)停車(chē)位置不固定的情況下，利用原始設(shè)備上的反射型光電管和新增的可調(diào)反光板，通過(guò)編寫(xiě)和修改程序?qū)崿F(xiàn)定位車(chē)自動(dòng)接車(chē)。該系統(tǒng)使接車(chē)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能化、無(wú)人化，既提高了作業(yè)效率和安全性，又能夠?qū)⒔档蛣趧?dòng)強(qiáng)度，為港口的智能化、無(wú)人化建設(shè)提供了一個(gè)新的思路。