基于滑槽秤計量的布料車定量裝車系統(tǒng)

王 飛 徐興智 劉 磊 李國林

（酒鋼集團公司物流中心額濟納中興鐵路運輸有限責任公司，太原 030000）

不論是汽車運輸還是火車運輸，定量裝車對保證安全、提高效率、增加效益和減少污染都有著重要作用?；诨鄢蛹夹g的定量裝車系統(tǒng)能在特殊工況、惡劣環(huán)境下實現(xiàn)高精度、低投入定量裝車。本文旨在介紹一種基于滑槽秤使布料小車準確定量裝車的系統(tǒng)。

1 項目來源

額濟納中興鐵路運輸有限責任公司策克海煤炭轉運站位于中蒙邊界，是一家大型煤炭轉運站。煤炭輸送流程和設備結構布局由汽車運載原煤入場，通過地面物料漏篦流入地倉。每個地倉物料出口安裝配煤皮帶輸送機，皮帶輸送機將煤炭輸送到火車裝車走廊的水平皮帶輸送機上，再由移動的布料小車將煤炭分布在88個料倉中的前84個火車裝車的筒倉內。在每個裝車筒倉的出口處安裝一臺電液驅動的弧形閘門控制裝置。人工手動裝車完成后，經(jīng)軌道衡稱重，超載卸煤，欠載補裝。

2 定量裝車系統(tǒng)技術的困境

傳統(tǒng)裝車系統(tǒng)完全由人工手動操作，主要缺點是沒有定量裝車，經(jīng)過軌道衡時存在過載或欠載，需要再行裝卸，甚至往返數(shù)次。但是，經(jīng)過幾年定量裝車系統(tǒng)技術改造項目后遲遲得不到落實。

2.1 84個筒倉安裝計量裝置投資巨大

該煤炭轉運站筒倉位置布局是88個裝車筒倉布置在空曠地帶。筒倉上部為皮帶輸送機長廊，筒倉出口下部1.05m高度為鋼構裝車平臺，其四周通透，沒有擋風設施?；疖囇b車筒倉數(shù)量為84個，每4個筒倉對應一節(jié)車皮，一次可同時裝載21節(jié)C64K型車皮。每個筒倉可裝煤35t。

按每個筒倉裝1臺定量皮帶秤計算，最少需要投資800萬元。項目現(xiàn)場輸煤皮帶及筒倉如圖1所示。

2.2 輸煤棧橋安裝計量裝置使稱量嚴重超差

該煤炭轉運站裝車走廊長達350m。若在進入裝車走廊前安裝皮帶秤控制筒倉里的煤量，則350m皮帶上的存煤量將使筒倉里預裝煤量的誤差難以估算。

圖1 項目現(xiàn)場輸煤皮帶及筒倉

3 滑槽秤的基本原理、組成結構以及性能指標

滑槽秤是山西新元自動化儀表有限公司具有自主知識產(chǎn)權的新產(chǎn)品[1]，2013年5月取得國家發(fā)明專利，2015年3月首臺產(chǎn)品投放市場。2017年12月，新元公司負責起草的GB/T 35593—2007《滑槽秤》國家標準正式發(fā)布[2]。2019年2月，滑槽秤國際建議研討會在太原召開并取得圓滿成功。

3.1 滑槽秤工作原理

固體散狀物料通過引導滑槽進入重力滑槽，從重力滑槽流出后沖到?jīng)_力滑槽，然后自然落下。重力滑槽下面安裝的重力傳感器可以檢測到物料在滑槽中單位長度上的重量信號。沖力滑槽上安裝的沖力傳感器可以檢測到物料的速度信號。兩種信號傳入稱重儀表，通過數(shù)學運算可得到物料的流量，然后對流量進行積分可得到物料的累計重量?；鄢咏Y構原理如圖2所示。

3.2 滑槽秤結構組成

滑槽秤主要由引導滑槽、重力滑槽、沖力滑槽、重力傳感器、沖力傳感器、稱重顯示控制儀表、操作控制箱、物料控制閘門和機架等組成。稱重顯示控制儀表有多種接口，可與計算機管理系統(tǒng)或自動控制系統(tǒng)相連。滑槽秤具有穩(wěn)定性好、計量準確度高和易維護等特點。

圖2 滑槽秤結構原理圖

3.3 滑槽秤主要技術指標

滑槽秤主要技術指標如表1所示。對于適用溫度，傳感器部分和電氣柜內增加了溫控電路和調溫硅膠加熱片，當環(huán)境溫度低于-5℃時啟動，以控制溫度保障敏感元件正常工作。

表1 滑槽秤主要技術指標

4 滑槽秤實現(xiàn)準確定量裝車系統(tǒng)技術方案

滑槽秤的出現(xiàn)為煤炭轉運站定量裝車改造工程提供了解決方案。一是滑槽秤把皮帶秤的橫向安裝改變?yōu)榭v向安裝，充分利用落煤筒的空間安裝秤體。二是滑槽秤隨布料小車行走，直接稱重每個筒倉的布料，保證筒倉存煤量的準確性。三是當筒倉里的煤量達到裝車額定值后，每個筒倉下不需要再安裝計量裝置。兩臺動態(tài)滑槽秤取代了84個定量皮帶秤，大幅降低了工程費用。

5 總體要求

布料車定量裝車系統(tǒng)應能實現(xiàn)自動裝倉定量控制。4個煤倉對應一個車皮的額定裝載量，而每個車皮裝載量的準確度優(yōu)于1/100。系統(tǒng)應能實現(xiàn)整鉤（21個車皮）均為C64K型車的快速裝車，在各倉布料完成后，20min裝完一鉤車。系統(tǒng)應能實現(xiàn)其他車型或混編列車的裝車要求。裝車時由機車司機調整車皮位置，因此不規(guī)定裝車速度。為了保證控制精度，當布料小車順皮帶方向運動時上煤布料，逆皮帶方向時停止上煤布料。當上煤結束皮帶停止運轉時，皮帶上的煤應被走空或基本走空。各個傳感器應能適應最低-30℃和最高60℃的環(huán)境，且滑槽秤應具有零點自動跟蹤功能。系統(tǒng)應能遠程監(jiān)控車皮內的裝料情況。

6 整體方案

裝在小車兩側落煤筒里的滑槽秤，計量出上煤量與額定裝載量的差值和小車的位置等數(shù)據(jù)。通過控制小車在每個筒倉的停留時間，保證每個料倉的實際裝載量與額定裝載量的誤差在要求的范圍之內。本方案分為車載滑槽秤計量系統(tǒng)、小車位置檢測系統(tǒng)、小車行走控制系統(tǒng)、地面控制室集中操作系統(tǒng)和地面與小車間的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)5個子系統(tǒng)。布料車定量裝車系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 基于滑槽秤計量的布料車定量裝車系統(tǒng)示意圖

6.1 利用滑槽秤實現(xiàn)精準計量

在布料小車兩側的落煤筒里分別安裝一臺滑槽秤作為稱重計量裝置。第一，滑槽秤為縱向安裝。第二，滑槽秤精度高，精度達0.5級，滿足計量要求。第三，滑槽秤可靠性高，校驗周期為3個月，無需經(jīng)常拆裝。第四，滑槽秤故障率低，可以減少現(xiàn)場維護量，降低勞動強度。改造前、后的皮帶布料小車現(xiàn)場對比如圖4所示。

圖4 改造前、后的皮帶布料小車現(xiàn)場對比圖

皮帶布料小車安裝計量滑槽秤結構，如圖5所示。滑槽秤的測控箱安裝在小車上，小車的操作盤上安裝稱重顯示儀表和操作按鈕。各筒倉的額定裝載量信息由集控室按時發(fā)送到小車測控箱。稱重傳感器外殼材質為不銹鋼。在傳感器上加裝可調溫硅膠片和控制電路，當環(huán)境溫度低于-5℃時啟動加熱功能，保證傳感器能在極寒冷（-35℃）的環(huán)境下正常工作。在電氣控制箱內也裝有自動控溫的加熱裝置，保障儀表能夠在極低溫環(huán)境下正常工作。

6.2 利用磁棒、干簧管實現(xiàn)位置識別

布料小車位置檢測系統(tǒng)主要有3個作用：確定布料小車當前在哪個筒倉和對應的額定裝載量；確定布料小車換倉時刻及時切換累計倉號；確定小車是否到達筒倉正上方，以對準筒倉中部下料。

本項工程中，布料小車位置檢測系統(tǒng)采用磁棒和干簧管裝置。具體做法是在每個筒倉的中心位置設置中心標識桿，在兩個筒倉的交接位置設置交接標志桿。在布料小車上分別設置中心位置識別器、交接位置識別器和初始位置識別器。每個位置識別器使用3個檢測探頭，識別時采用3取2的表決策略，以提高識別的準確性。

6.3 利用變頻器PID調節(jié)實現(xiàn)布料小車快速通過倉位中心

小車的行走或停止是根據(jù)小車位置、筒倉裝載量等信息，按照設定的工作流程和程序進行控制。小車行走控制系統(tǒng)由程序控制器、軟啟動器和操作器等組成。程序控制器和軟啟動器安裝在單獨的控制箱內。小車也可按照車上操作人員的操作指令運行?？刂瞥绦虻暮诵氖抢米冾l器PID調節(jié)實現(xiàn)布料小車快速通過筒倉中心，即當布料小車在筒倉中心時增大布料流速，當布料小車通過兩個筒倉之間的區(qū)域時降低布料流速，防止煤料串倉。

6.4 利用WiFi實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸

由于布料小車行走范圍是350m，考慮以下兩方面原因選用WiFi傳輸數(shù)據(jù)。一方面，WiFi傳輸數(shù)據(jù)是發(fā)展趨勢，發(fā)送的無線電波覆蓋范圍廣。另一方面，有線傳輸數(shù)據(jù)成本高，工作量大。利用WiFi實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟贾昧鞒淌菍⒌孛婵刂剖覂鹊挠嬎銠C網(wǎng)口通過交換機轉為光纖信號，再利用光纖傳輸?shù)搅蟼}上的皮帶走廊。在皮帶走廊內架設大功率無線AP，在皮帶小車上安裝無線交換機，并與皮帶小車滑槽秤定量上煤控制系統(tǒng)連接，從而實現(xiàn)地面控制室與小車系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

6.5 利用中控機建立數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)調控中樞

圖5 皮帶布料小車安裝計量滑槽秤結構示意圖

在控制室設置一臺工控機，并建立裝車系統(tǒng)的調控中樞，實現(xiàn)5種功能。第一，收集裝車系統(tǒng)的所有裝車數(shù)據(jù)，包括本次列車車輛信息、布料小車數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)報表、裝車精度和儀表故障信息。第二，儲存實現(xiàn)系統(tǒng)功能的控制程序，包括儀表使用程序、電氣控制程序和裝車管理程序。第三，調控中樞的主畫面，顯示各設備工作狀態(tài)、各倉設定裝載量、各倉實際裝載量、各倉裝載誤差以及最大誤差變色提醒等。第四，對各子系統(tǒng)發(fā)出動作指令，包括設定車輛型號及裝載量、設定遠程儀表參數(shù)、控制閘門開關、控制聲光報警和打印報表。第五，對接PLC遠程控制系統(tǒng)以實現(xiàn)多種功能，如打開和關閉任意一個煤倉的下料閥門、同時打開和關閉任意一組煤倉的下料閥門、啟動和停止振動給料機和各皮帶機等。

7 定量裝車的流程

布料車定量裝車系統(tǒng)有規(guī)范的使用流程。第一，列車司機將有關裝車數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂剖?；第二，控制室值班人員將裝車數(shù)據(jù)錄入工控機；第三，中控機通過WiFi傳輸給稱重儀表；第四，利用聲光信號提醒工作人員啟動給料皮帶機；第五，設定定量裝車系統(tǒng)為自動模式；第六，依次向84個料倉布料；第七，將皮帶存煤通過溜槽裝入85～88料倉之一；第八，按照煤場管理規(guī)定火車就位；第九，啟動液壓閘門放料裝車；第十，過磅并進行誤差計算，形成統(tǒng)計報表。

8 定量裝車記錄

定量裝車記錄如表2和表3所示。

表2 裝車記錄1

表3 裝車記錄2

9 結語

本項工程從2017年8月開始入場施工，10天實現(xiàn)3臺主體滑槽秤就位，20天完成其他4大系統(tǒng)，2個月克服系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的4大問題，經(jīng)過一年的整體運行，實現(xiàn)了技術方案中的技術要求，于2018年8月順利通過工程驗收，至此額濟納中興鐵路運輸有限責任公司策克海煤炭轉運站實現(xiàn)了火車皮裝車即裝即走，不再反復裝卸補料，運力由原來每天裝車4列提高到每天裝車7列。