铁路智能装车系统技术研究与应用.pdf

第4 4 卷第3 期2023年6 月崔义森.铁路智能装车系统技术研究与应用J.煤矿机电，2 0 2 3,4 4（3）：6 4-6 7.doi:10.16545/ki.cmet.2023.03.014煤矿机电Colliery Mechanical&Electrical Technology铁路智能装车系统技术研究与应用Vol.44 No.3Jun.2023崔义森（中煤科工智能储装技术有限公司，北京1 0 0 0 1 3）扫码移动阅读摘要：针对当前我国多数铁路快速定量装车系统智能化水平不高，人工装车严重依赖操作人员技能水平，导致装车效率较低的问题，研究铁路智能装车关键技术，将智能控制技术与信息化技术相结合，在实现铁路装车过程中的无人操作、故障报警、远程监控、信息共享等技术目标，实现减人增效的经济目标。研究成果已在天地王坡煤业有限公司得到成功应用。关键词：智能装车；无人操作；减人增效中图分类号：U29-39Research and Application of Railway IntelligentLoading System Technology文献标志码：B文章编号:1 0 0 1-0 8 7 4(2 0 2 3)0 3-0 0 6 4-0 4CUI Yisen(CCTEG Intelligent Storage and Loading Technology Co.,Ltd.,Beijing 100013,China)Abstract:In response to the current low level of intelligence in most railway rapid quantitative loading systems inChina,where manual loading heavily relies on the skill level of operators,resulting in low loading efficiency,thekey technologies of railway intelligent loading were studied.The combination of intelligent control technology andinformation technology aims to achieve technical goals such as unmanned operation,fault alarm,remotemonitoring,and information sharing during the railway loading process.The economic goal of reducing personneland increasing efficiency was achieved.The research results have been successfully applied in Tiandi Wangpo CoalIndustry Limited Company.Keywords:intelligent loading;unmanned operation;reduce personnel and increase efficiency0引言我国是产煤大国，煤炭产量多年位居全球首位，高产量对于煤炭运输提出了更高的要求，铁路运输占到跨省运输运量的绝对比重，占全国煤炭产量的75%，具有低成本、低事故率、高稳定性、高运输力、安全环保等特点。伴随国家“十四五”规划对于智能矿山的发展提出更高的要求，针对铁路装车系统当前处于复杂环境条件下，高可靠性、高智能化的巨大需求与滞后的装车、计量、装备技术以及低智能化间的矛盾,研究铁路智能装车系统，可在保证安全生产的前提下实现减人增效的目的2 ，对推动智能矿山的建设具有重要意义。1铁路智能装车系统技术方案常规铁路装车系统主要包括上料系统、配料系统、卸料系统以及装车数据存储系统。上料系统主要包括给料机、运输皮带等，其主要功能是将待运物料从产品仓运输到装车系统的缓冲仓中。配料系统主要包括缓冲仓、液压系统以及配料闸门,其主要功能是参考车厢标载由液压系统配合控制系统来控制配料闸门，以实现精准配料。卸料系统主要包括定量仓、液压系统,卸料闸门以及卸料溜槽，其主要功能是将定量仓中已经配好的物料均匀地放入火车车厢中。装车数据存储系统的主要功能是将装车数据进行保存，可随时查询装车信息。上述装车过程的2023年第3 期实现需要人工手动控制来完成，良好的装车效果更是依赖装车人员的经验3 4 1 铁路智能装车系统是在常规装车系统的基础上增加智能控制设备，采用智能控制技术，实现装车全数据库系统SQLServer车厢车号信息读取列车到位开始装车装车完成列车驶离4931063图像识别车号多重检测RFID识别列车状态通信终端实时显示由图1 可以看出，铁路智能装车系统主要包括：1）车厢信息识别系统，用于提取每节车厢的车号和车型信息。2）动态车厢精确定位系统，用于实时检测车厢速度以及车厢与卸料溜槽的相对位置。3）智能机车指挥系统，用于装车系统与火车司机的实时通信。4）高精度伺服控制系统，用于精确控制卸料溜槽的动作位置。5）自适应连续装车控制系统，用于保证上料、配料、卸料的连续性。6）装车质量检测系统，用于检测已装完车厢的装车质量。7）远程监控与运维系统，用于实现自动化与信息化的融合。综上所述，铁路智能装车系统的工作流程为：启动自动化装车系统车辆识别系统启动，获取车辆车号及标载信息一根据车辆识别信息和专家库提供的标载等信息，自动控制缓冲仓闸门向定量仓中放崔义森：铁路智能装车系统技术研究与应用过程中的智能化控制。智能化控制系统能自动完成从煤炭配料、车厢识别、车辆动态跟踪到溜槽自动控制、自动卸料等全部装车工序，无需人工干预5-6 智能化装车流程图如图1 所示。铁路智能化装车框架流程图高精度自适应配料车厢位置跟踪测量自适应全循环车厢自动给料作业过程有待装装车信息自动化处理无待装给料停止图1 铁路智能装车系统结构图料一对定量仓中的物料进行定重称量列车牵引状态下，检测正在装车的车厢动态位置根据车厢位置控制定量仓闸门开启往车厢卸料卸料过程中自动控制溜槽位置实现煤料分布和平车作业，在本车卸料作业结束后抬起溜槽至安全位置保存当前车辆装车数据至数据库系统随着车厢前进，循环第48 的步骤直至全部车厢完成作业一完成装车，系统停止运行，自动生成整列装车报表。为实现智能装车，需对铁路智能装车系统所应用到的关键技术进行研究。2智能装车关键技术2.1车厢动态全周期智能测量技术研究采用火车测量专用RLE编码，有效分组装车状态，提取装车过程中车厢有限状态的定义与特征,运用纠偏算法对装车环境中的干扰进行有效过滤，对装车过程的车厢位移，速度进行全过程跟踪，安全系数高，系统稳定可靠，检测布置图如图2所示。65企业计划系统MESERP卸料自适应智能算法全自动控制自适应全自！动给料控制！现场设备(PLComRonL_I/O模块)Weldi托配料自适应全自动控制高精度称量伺服控制设备卸料自适应全自动控制偏载检测速度检测多维检测手段位置检测设备信息网络发布OPCtfodbua标准工业协议 66煤矿机电R.S-4852023年第4 4 卷0SS2S3光轴No.40mm光轴间距J02.2自适应连续装车控制技术分别对装车过程中的物料变化以及物料与溜槽高度关系进行建模，溜槽倾斜角度、伸缩长度等参数与落料速度难以获得线性控制,同一批次物料在整个装车过程中物料比重发生变化，从而导致物料在车厢内分布不均，局部物料堆积过高、出现前后偏载，物料性质发生变化，配仓精度出现偏差，配仓参数需要调整，建模的目的是对配仓结果进行实时预测,及时调整参数，以达到良好的装车效果。理想装车模型如图3 所示。L4图3 装车效果模型图根据堆积速度的变化可以将车厢划分成3 个区间。将车厢的最前端作为物料装车的0 点，把装车溜槽的中线由0 点移动到S1位置定为装车第一阶段，此阶段溜槽自由卸料；车厢位移从S1到S2定为车厢中图2 车厢动态检测布置图2Vs4图4 装车过程示意图装车质量情况，对是否偏载作出判断,并且将检测信息反馈到控制系统参与防偏载调控。车厢点云数据上升沿图如图5 所示。图5 装车效果点云数据图2.4智能装车管理平台技术智能装车管理平台用于实现对整个装车系统的调度决策及指挥1 0,如图6 所示。平台包含看板展示、任务管理、智能装车、辅助系统、设备管理、智能报表、实时视频、报警信息、系统管理等功能，可实时监测装车系统各设备运行参数，实现装车系统自动控制，直观展现装车站上煤、装车整套工艺流程，并具备装车控制模型学习功能，对装车过程中装车量、合格率进行有效管理，并具备故障报警、应急远程控制等功能。平台采用B/S架构，可远程访问：B/S框架采用MVC框架，满足1 0 0 个链接以上的并发访问需求;B/S平台通过OPC方式从PLC中读取数据；B/S平台采用MySQL开源数据库。煤炭快造定量装车管掉平台横冲仓1222000.000吨数字李生+无人装车全运行周期的设新控与状志检测00.0%B装车第二阶段,此时,溜槽的下端已被物料阻塞住，物料进人车厢的速度慢了下来；车厢位移从S2到O58KmS3为装车第三阶段,此时溜槽中剩余的物料填冲进车厢右上角的区域中,如图4 所示。2.3装车质量检测技术3智能装车技术应用图6 智能装车管控平台利用多线激光雷达对装车质量进行评估，通过激光雷达扫描形成车厢及物料的点云数据，通过特征提取建立训练模型，通过模型对点云进行重构，最终实现车厢点云图的动态呈现7 9，从而得到车厢的铁路智能装车系统基于散体物料流动性特征分2023年第3 期析，融合各类高性能传感器及分析系统，包括智能控制和分析软件、专家数据库系统、高精度控制液压设备、车辆跟踪系统、车速检测测量等，在装车过程的信息全掌握的基础上，建立高稳定、高可靠、兼容性强的自动化模型和控制系统，无须人工干预，实现从物料上料，高精度定重称量配料到列车车厢卸料全系列工艺流程的自动控制过程，具有良好的应用基础。本文所述的铁路智能装车技术在山西天地王坡煤矿铁路智能装车系统升级改造中已成功应用，铁路智能装车系统建设完成后，平均每节车厢装车时间对比人工装车可减少1 0 s，按照每列车3 0 节车厢、每天平均装5 列车计算，月减少装车时间为7 5 0min,在提高矿山建设智能化水平的基础上实现了减人增效的目标。4结论本文研究的铁路智能装车技术，在常规铁路装车系统建设的基础上增加智能控制设备和智能控制算法，实现了铁路装车全过程周期的无人化控制。采用搭建智能管理平台的方法将装车的智能控制与信息处理相融合，实现了两化融合的目标。铁路智能装车技术已在王坡矿落地应用，达到了良好的应33353335533535333533335333353(上接第6 3 页）3.6仿真结果分析表2 不同水道形式的散热性能比较水道大水道孔截面水道长度/形式mm单层30双层16由表2 可知,在相同条件下，即便减小水道孔尺寸，只要做成双层水道形式，散热效果就会优于单层大孔水道形式。4结论通过上述的模拟仿真，在采煤机电控箱水道散热设计中，合理的水道布局设计是确保散热性能的崔义森：铁路智能装车系统技术研究与应用用效果。参考文献：1夏晓云.推动我国铁路煤炭运输发展的对策探讨J.企业改革与管理,2 0 2 2(1 0)：1 6 5-1 6 7.2陈科，张倩.煤运火车智能装车系统研究与应用J.微型电脑应用,2 0 2 2,3 8(1 1):1 7 8-1 8 1.3孙丁丁.基于电液伺服技术的智能装车控制系统设计研究J.中国煤炭,2 0 1 9,4 5(2):7 5-7 8.4 刘子彬.基于IO-Link技术的散粮智能装车系统J.港口装卸,2 0 2 2(6):4 4-4 6.5 单德兴.快速定量装车站智能装车关键技术研究D.辽宁：辽宁工程技术大学，2 0 2 0.6李建功.同忻矿快速定量装车系统智能化改造及应用J.能源与节能,2 0 2 1(1 0）：1 8 5-1 8 7.7孙祖明.无人化汽车装车站智能装车技术研究J.煤矿机电,2 0 2 2,4 3(5):4 0-4 3.8 张婧婧，白晓.基于激光点云的三维测量系统设计J.现代电子技术,2 0 2 0,4 3(1 4)：4 8-5 1.9伍锡如，薛其威.基于激光雷达的无人驾驶系统三维车辆检测J.光学精密工程，2 0 2 2,3 0（4）：4 8 9 4 9 7.10张寅，李斌，杨冬.基于物联网技术的大型机械设备智能管理系统开发J.中国仪器仪表，2 0 2 3（2）：5 3-5 8.作者简介：崔义森（1 9 8 8 一），男，助理研究员。2 0 1 3 年毕业于中国矿业大学（北京）（硕士学位）。现从事散装物料智能装车研发工作，已发表论文1 篇。（收稿日期：2 0 2 3-0 4-1 7；责任编辑：任雨晴）重要环节，此方法在实际设计工作中具有指导意义和使用价值。只有在全面考虑各种因素的情况下，才能设计出高效、稳定、安全的散热系统，确保采煤冷却水最高IGBT位置最高mm温度/3 34830.376 07826.8467机电控箱的正常运行。温度/参考文献：72.791 尹玉新，朱兆霞.矿用隔爆型变频器水冷散热性能研究J.煤38.03矿机械,2 0 1 5,3 6(8):8 3-8 5.2 罗毅，王江.化学镀镍工艺技术在采煤机水道防腐中的应用研究J.煤矿机械,2 0 1 5,3 6（4)：2 5 2-2 5 4.3陈克华，常小刚，张渤阳.采煤机电控箱冷却水道设计和工艺研究J.机械工程师,2 0 1 4（1 1)：2 5 7-2 5 8.4刘丹,张祚明,刘磊.采煤机电控箱冷却方式J.煤矿机械，2011,32(12):214-215.作者简介：何寒冰（1 9 8 2 一），男，助理工程师。2 0 1 0 年毕业于上海交通大学（硕士学位），现主要从事煤矿隔爆电控箱的设计工作。（收稿日期：2 0 2 3-0 3-1 5；责任编辑：任雨晴）