一種散貨裝車樓遠程自動控制系統(tǒng)

張水良 劉治邦

中交機電工程局有限公司

1 引言

“公轉(zhuǎn)鐵”成為大宗散貨貨物運輸行業(yè)發(fā)展的趨勢，多個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)時需要操作員在操作室觀察列車廂對位情況來判斷是否具備裝車作業(yè)條件。操作員需長時間關(guān)注卸料溜槽和列車車廂，勞動強度高，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)，并增加了車廂檢測系統(tǒng)、車廂號識別系統(tǒng)、車速檢測系統(tǒng)、物料分布檢測系統(tǒng)和低時延視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，可實現(xiàn)自動定位車廂位置和識別車廂類型、長度、高度、車廂號等信息，并根據(jù)實時信息自動進行裝車作業(yè)，操作員只需在遠控室通過低時延視頻監(jiān)控系統(tǒng)觀察裝車情況，必要時再進行人工干預(yù)。

2 散貨裝車樓遠控系統(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)、車廂高度檢測系統(tǒng)、車速檢測系統(tǒng)、車廂號識別系統(tǒng)、物料分布檢測系統(tǒng)、實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、定量計量系統(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，確保車廂進入合適的裝車位置。車廂高度檢測系統(tǒng)通過光電開關(guān)精確測量車廂的高度,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。車速檢測系統(tǒng)使用激光設(shè)備實時監(jiān)測列車的行進速度。以上系統(tǒng)均具有故障安全功能，在出現(xiàn)故障時發(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，可以實時在HMI界面上顯示車廂的相對位置數(shù)據(jù)。

車廂號識別系統(tǒng)支持列車在行駛速度小于50 km/h的正常運行過程中實時識別信息，可實現(xiàn)單節(jié)車廂信息識別后立刻上傳，識別時間小于2 s。可智能識別的信息包括類型、編號、載重、容積、換長等車廂關(guān)鍵信息。系統(tǒng)采用高速線掃相機和高功率紅外激光器，具有掃描速度快、抗干擾能力強、識別率高等特點[3]。

在裝車樓火車出入口、緩沖倉、定量倉、卸料溜槽及閘門裝置等位置安裝高清數(shù)字攝像機組成的低時延視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可實時監(jiān)控作業(yè)情況和設(shè)備運轉(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處理器采集實時數(shù)據(jù)后，根據(jù)邏輯關(guān)系運算并下發(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，系統(tǒng)的設(shè)計、構(gòu)建和修改更高效，可提供離散、驅(qū)動、運動、過程和安全控制，具有通信功能和最先進的I/O。系統(tǒng)由單個機架中的1個獨立控制器和多個I/O模塊組成，可通過多個I/O鏈路連接多個平臺中的I/O，實現(xiàn)大型系統(tǒng)的復(fù)雜控制。

2.2.2 激光傳感器

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

(1)采用了時間飛行技術(shù)，可用于列車上對物體體積和流量進行非接觸式測量。

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

(3)可適應(yīng)惡劣氣候的工作條件。

激光傳感器詳細技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 激光傳感器技術(shù)參數(shù)

2.2.3 CCD線陣攝像機

車廂號識別采用CCD線陣攝像機，可智能識別車廂類型、編號、載重、容積、換長等車廂關(guān)鍵信息。CCD線陣攝像機通常只有1行感光單元，每次只采集并輸出1行圖像，高采集速度可達每秒5 000～60 000行，可對直線運動的物體進行連續(xù)采集。系統(tǒng)構(gòu)造簡單合理，具有掃描速度快、抗干擾能力強、識別率高等特點。

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)取料機和帶式輸送機輸送到裝車樓緩沖倉，裝車樓通過控制緩沖倉和定量倉閘門進行定量稱重計量。當列車行進到卸料溜槽下方時，放下卸料溜槽并打開閘門進行裝車作業(yè)。裝車樓智能控制系統(tǒng)可自動累計每次裝入定量倉貨物的重量，并根據(jù)作業(yè)進度和車廂情況提醒中控系統(tǒng)控制取料量。物料的輸送流程見圖1。

圖1 物料輸送流程圖

3.2 裝車樓智能裝車流程

當軌道兩側(cè)的激光位置傳感器檢測到來車信號時，啟動車廂檢測系統(tǒng)和車廂號識別系統(tǒng)，實時檢測車廂的位置、高度和車廂號。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)車廂類型自動判斷載貨量，再調(diào)節(jié)緩沖倉下方的閘門開度來控制定量倉進料量。通過車速檢測系統(tǒng)可檢測出火車的當前速度，綜合車廂類型、車速和載貨量等要求來控制卸料溜槽高度及閘口開度自動進行裝車作業(yè)；過快或過慢都將以警報形式提醒操作員通知火車司機控制車速以配合裝車作業(yè)。車廂號識別系統(tǒng)自動將識別結(jié)果實時傳送至控制系統(tǒng)，可實時記錄每一節(jié)車廂的裝載重量。當車廂信息與作業(yè)任務(wù)不匹配時，該車廂不進行裝車作業(yè)。

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

圖2 裝車作業(yè)流程圖

4 結(jié)語

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

后續(xù)可以沿裝車樓軌道方向安裝無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定向天線，在撥車機上安裝無線網(wǎng)絡(luò)全向天線，可實現(xiàn)裝車樓系統(tǒng)和撥車機的實時數(shù)據(jù)和控制信號傳輸，協(xié)調(diào)作業(yè)指令和提高裝車效率，進一步提高碼頭裝車作業(yè)的自動化程度。