一种散货装车楼远程自动控制系统

张水良 刘治邦

中交机电工程局有限公司

1 引言

“公转铁”成为大宗散货货物运输行业发展的趋势，多个港口散货码头正在建设火车装车楼系统。传统装车楼控制系统包含称重计量系统、控制系统、液压系统、视频监控系统和通信系统等[1]。装车作业时需要操作员在操作室观察列车厢对位情况来判断是否具备装车作业条件。操作员需长时间关注卸料溜槽和列车车厢，劳动强度高，容易发生洒料和列车碰到卸料溜槽的情况。新型的散货装车楼远程控制系统在传统装车楼系统基础上，优化了干雾抑尘系统，并增加了车厢检测系统、车厢号识别系统、车速检测系统、物料分布检测系统和低时延视频监控系统等，可实现自动定位车厢位置和识别车厢类型、长度、高度、车厢号等信息，并根据实时信息自动进行装车作业，操作员只需在远控室通过低时延视频监控系统观察装车情况，必要时再进行人工干预。

2 散货装车楼远控系统组成

2.1 系统结构组成

散货火车装车楼智能控制系统主要由车厢定位系统、车厢高度检测系统、车速检测系统、车厢号识别系统、物料分布检测系统、实时视频监控系统、电气控制系统、定量计量系统、校秤系统、液压控制系统、供电照明系统、通信系统、空调和通风系统、干雾抑尘系统和卸料溜槽及闸门装置等组成[2]。

本系统基于传统的火车装车楼系统，增加智能化子系统实现智能控制。下文着重介绍新增智能子系统。

车厢定位系统使用激光设备确定车厢前后边缘，确保车厢进入合适的装车位置。车厢高度检测系统通过光电开关精确测量车厢的高度,从而确定合适的装车溜槽升降高度,以防止物料洒漏在车厢外面。车速检测系统使用激光设备实时监测列车的行进速度。以上系统均具有故障安全功能，在出现故障时发出传感器故障的警示；能够实现和PLC系统的数据通讯，可以实时在HMI界面上显示车厢的相对位置数据。

车厢号识别系统支持列车在行驶速度小于50 km/h的正常运行过程中实时识别信息，可实现单节车厢信息识别后立刻上传，识别时间小于2 s。可智能识别的信息包括类型、编号、载重、容积、换长等车厢关键信息。系统采用高速线扫相机和高功率红外激光器，具有扫描速度快、抗干扰能力强、识别率高等特点[3]。

在装车楼火车出入口、缓冲仓、定量仓、卸料溜槽及闸门装置等位置安装高清数字摄像机组成的低时延视频监控系统，可实时监控作业情况和设备运转情况。

2.2 主要设备组成

2.2.1 PLC处理器

装车楼的控制系统采用ControlLogix PLC处理器控制。PLC处理器采集实时数据后，根据逻辑关系运算并下发指令到执行部件，完成系统的控制功能。

PLC系统为模块化结构设计，系统的设计、构建和修改更高效，可提供离散、驱动、运动、过程和安全控制，具有通信功能和最先进的I/O。系统由单个机架中的1个独立控制器和多个I/O模块组成，可通过多个I/O链路连接多个平台中的I/O，实现大型系统的复杂控制。

2.2.2 激光传感器

采用激光传感器实现非接触式实时检测，具备车厢定位、车厢高度检测和物料分布检测功能。激光传感器具有以下优点：

(1)采用了时间飞行技术，可用于列车上对物体体积和流量进行非接触式测量。

(2)通过多重回波技术将飞行时间数据与列车速度相结合，生成可靠的体积流量信号。

(3)可适应恶劣气候的工作条件。

激光传感器详细技术参数见表1。

表1 激光传感器技术参数

2.2.3 CCD线阵摄像机

车厢号识别采用CCD线阵摄像机，可智能识别车厢类型、编号、载重、容积、换长等车厢关键信息。CCD线阵摄像机通常只有1行感光单元，每次只采集并输出1行图像，高采集速度可达每秒5 000～60 000行，可对直线运动的物体进行连续采集。系统构造简单合理，具有扫描速度快、抗干扰能力强、识别率高等特点。

3 装车作业智能控制流程

3.1 物料流程控制

中控生产作业系统上设置作业量后下发出作业指令，物料经取料机和带式输送机输送到装车楼缓冲仓，装车楼通过控制缓冲仓和定量仓闸门进行定量称重计量。当列车行进到卸料溜槽下方时，放下卸料溜槽并打开闸门进行装车作业。装车楼智能控制系统可自动累计每次装入定量仓货物的重量，并根据作业进度和车厢情况提醒中控系统控制取料量。物料的输送流程见图1。

图1 物料输送流程图

3.2 装车楼智能装车流程

当轨道两侧的激光位置传感器检测到来车信号时，启动车厢检测系统和车厢号识别系统，实时检测车厢的位置、高度和车厢号。系统根据预设车厢类型自动判断载货量，再调节缓冲仓下方的闸门开度来控制定量仓进料量。通过车速检测系统可检测出火车的当前速度，综合车厢类型、车速和载货量等要求来控制卸料溜槽高度及闸口开度自动进行装车作业；过快或过慢都将以警报形式提醒操作员通知火车司机控制车速以配合装车作业。车厢号识别系统自动将识别结果实时传送至控制系统，可实时记录每一节车厢的装载重量。当车厢信息与作业任务不匹配时，该车厢不进行装车作业。

在装车楼出口安装有物料分布检测系统，检测物料的装载情况，提示下游平车作业工序，避免发生偏载。火车经过轨道衡时再次检测每节车厢的载重情况以确保行车安全。装车作业流程见图2。

图2 装车作业流程图

4 结语

散货装车楼远程自动控制系统的目标是尽可能减少散货码头装车作业时的人为干预，最终逐步实现散货码头装车作业的全自动操作。目前该系统在京唐港装车楼项目中重载试车完毕，已投入生产。实践表明，该系统在提高作业效率、减少故障维修、精简作业人员、提高抑尘环保效果等方面具有明显优势。

后续可以沿装车楼轨道方向安装无线网络系统定向天线，在拨车机上安装无线网络全向天线，可实现装车楼系统和拨车机的实时数据和控制信号传输，协调作业指令和提高装车效率，进一步提高码头装车作业的自动化程度。