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0引言
目前我國(guó)鐵路煤炭裝車站自動(dòng)配煤系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題是：
1）    熟悉工藝和操作流程的新上崗裝車員一般在師帶徒模式下成長(zhǎng)，需要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐,體會(huì)不同現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)配煤參數(shù)的影響，才能總結(jié)出適合該裝車系統(tǒng)的精確配煤方法。
2）    操作員在配煤操作中，需多次修改稱重儀表參數(shù)，手動(dòng)設(shè)置，設(shè)置步驟多且時(shí)間長(zhǎng)。
3）    裝車員需要人工確認(rèn)列車的車輛信息。
4）    列車每節(jié)車廂凈重（實(shí)際裝載量）無(wú)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄和報(bào)表功能。
針對(duì)以上問(wèn)題的研究分析，總結(jié)了工藝流程和操作經(jīng)驗(yàn),利用自動(dòng)化設(shè)備代替人工、規(guī)則化人工操作經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)為控制配方⑴，使裝車系統(tǒng)進(jìn)一步提高智能化程度。
1自動(dòng)配煤控制系統(tǒng)
1.1系統(tǒng)組成
傳統(tǒng)定量配煤系統(tǒng)主要由HMI上位、PLC控制器、稱重儀表組成
1.2系統(tǒng)原理
其控制原理是根據(jù)人工釆集的進(jìn)車信息，在稱重儀表盤上進(jìn)行人工配煤參數(shù)設(shè)定，車號(hào)信息由操作員人工確認(rèn)后，在HMI上位操作畫(huà)面上輸入配煤標(biāo)重，配煤過(guò)程中儀表采集稱重信號(hào)通過(guò)直接I/O硬接線傳給PLC控制系統(tǒng)，由PLC完成閘門控制和定量配煤動(dòng)作。而新系統(tǒng)主要由HMI上位、PLC控制器、稱重儀表、車號(hào)識(shí)別設(shè)備組成。新系統(tǒng)控制原理是進(jìn)車信息釆集由車號(hào)識(shí)別設(shè)備完成，通過(guò)HMI上位畫(huà)面確認(rèn)車輛信息和設(shè)定稱重儀表參數(shù)，參數(shù)設(shè)定可以選自動(dòng)或手動(dòng)方式，配煤過(guò)程中儀表實(shí)時(shí)參數(shù)通信傳到PLC控制系統(tǒng)，由PLC完成閘門控制和定量配煤動(dòng)作。詳見(jiàn)圖1。

圖1控制系統(tǒng)原理對(duì)比圖

2系統(tǒng)功能
2.1車號(hào)識(shí)別
該系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)配煤前進(jìn)入裝車站的列車，自動(dòng)讀取列車信息，列車信息包含換長(zhǎng)、自重、載重、車型號(hào)等信息，為裝車管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息平臺(tái)。PLC與其系統(tǒng)通信方式為以太網(wǎng)通信。
一般裝車前，操作員會(huì)確認(rèn)裝車車廂上的車號(hào)與裝車任務(wù)計(jì)劃表中的車廂車號(hào)一致才啟動(dòng)配煤程序。如果每列車的車廂型號(hào)相同，則該列車只需確認(rèn)一次，如果每列車都是由多種不同型號(hào)的車廂混排組成,每節(jié)車廂裝車容量不相同，則該列車需多次重復(fù)確認(rèn)工作。新系統(tǒng)通過(guò)車號(hào)識(shí)別設(shè)備代替人工確認(rèn)車輛信息的任務(wù)，由其完成讀取車輛信息，再由控制系統(tǒng)完成車輛信息確認(rèn)工作⑵。
2.2稱重儀表設(shè)定
在HMI上位畫(huà)面直接設(shè)定儀表參數(shù)，或點(diǎn)擊自動(dòng)設(shè)置參數(shù)，由程序自動(dòng)完成儀表參數(shù)設(shè)定。通過(guò)升級(jí)儀表，增加通信接口板，讓其具備和PLC通信功能，儀表的模擬量數(shù)據(jù)能傳到PLC控制器，再由PLC控制系統(tǒng)完成邏輯運(yùn)算和控制功能，可代替人工輸入儀表參數(shù)。
儀表盤設(shè)置流程繁瑣費(fèi)時(shí)，以拉姆齊稱重儀表為例，其流程為：
開(kāi)始一操作二次儀表Menu按鍵4次一按A-larmsDefine鍵一Threshold*1噸位設(shè)置（70%噸位設(shè)定）—Threshold*!延時(shí)時(shí)間設(shè)定—Threshold*1信息確認(rèn)—Threshold*?噸位設(shè)置（90%噸位設(shè)定）一Threshold"延時(shí)時(shí)間設(shè)定—Threshold*?信息確認(rèn)一Threshold"，噸位設(shè)置（100%噸位設(shè)定）一Threshold*3延時(shí)時(shí)間設(shè)定—Threshold^信息確認(rèn)一按下儀表運(yùn)行按鈕一結(jié)束
裝車員操作，要根據(jù)裝車的煤種和煤質(zhì)等多種因素來(lái)確定,即在稱重儀表盤上調(diào)整好配煤參數(shù)后，才能啟動(dòng)配煤程序。如果本列車每一節(jié)的車廂型號(hào)相同，則該列車只需設(shè)置一次,如果本列車都是由多種不同型號(hào)的車廂混排組成，每節(jié)車廂裝車容量不相同,則該列車需要多次改動(dòng)儀表參數(shù)。
PLC與稱重儀表通信配置如表1所示。

該通信方式的數(shù)據(jù)沒(méi)有零漂,并能保證數(shù)據(jù)傳輸速率更快、更準(zhǔn)確。HMI上位系統(tǒng)設(shè)置儀表參數(shù)界面，簡(jiǎn)單易操作，只需填入3個(gè)設(shè)定值即可。
2.3定量倉(cāng)閘門控制
定量倉(cāng)配煤閘門的控制方法是:定量倉(cāng)上部4個(gè)方形排料口，分別對(duì)應(yīng)有液壓平板閘門。

圖2定量倉(cāng)配料閘門布置原理圖

如圖2所示,4組閘門分別標(biāo)號(hào)為：1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B。第1組閘門1A1B定義為精配閘門，帶1/2關(guān)限位信號(hào);第2組閘門2A2B定義為輔助精配閘門;第3組3A3B和第4組4A4B閘門定義為全開(kāi)全閉閘門。儀表根據(jù)稱重秩碼數(shù)輸出4個(gè)定量倉(cāng)位開(kāi)關(guān)量信號(hào)：分別為空倉(cāng)、70%、90%、100%倉(cāng)位,這4個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)是PLC作為控制閘門開(kāi)關(guān)的條件，其中空倉(cāng)信號(hào)是打開(kāi)閘門的條件。
控制系統(tǒng)定量倉(cāng)配煤邏輯，根據(jù)稱重儀表的倉(cāng)位信號(hào)來(lái)控制液壓閘門的開(kāi)閉。閘門的選擇規(guī)則和對(duì)應(yīng)控制關(guān)閉的原則，如表2所示。

關(guān)閉閘門的控制原則:選擇需要?jiǎng)幼鞯拈l門，當(dāng)70%倉(cāng)位時(shí)，第3組和第4組中被選中的閘門關(guān)閉動(dòng)作;90%倉(cāng)位信號(hào)時(shí)，第2組中被選中的閘門關(guān)閉動(dòng)作以及第1組閘板（精配煤閘板）關(guān)一半；100%倉(cāng)位信號(hào)時(shí)，第1組閘門中被選中的閘門關(guān)閉動(dòng)作。
3系統(tǒng)難點(diǎn)
3.1影響配煤因數(shù)
一般定量倉(cāng)閘板的關(guān)閉時(shí)間已確定，這時(shí)裝車煤種是塊煤,操作員在設(shè)定儀表時(shí)原計(jì)劃70%關(guān)信號(hào),通常需要設(shè)置為（70%-AX）,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)設(shè)定68%關(guān)信號(hào),這樣儀表比原計(jì)劃早發(fā)出關(guān)閉信號(hào),能使得配煤實(shí)際數(shù)更加精確，多個(gè)配煤因數(shù)影響這個(gè)儀表參數(shù)設(shè)定值。
難點(diǎn)就是怎么讓這些影響的因素模糊化、規(guī)則化、數(shù)字化。由于影響配煤因數(shù)有煤種、液壓機(jī)械系統(tǒng)、環(huán)境溫度、煤干濕狀況等,為此詳細(xì)分析影響配煤的因素。
3.1.1煤種
分為塊煤、混煤和末煤3種，不同煤種的密度不同，下落的速度和時(shí)間不同。
3.1.2液壓系統(tǒng)
通過(guò)油缸和液壓機(jī)械設(shè)備控制閘門打開(kāi)和關(guān)閉,油壓低時(shí)閘門關(guān)閉的速度慢，油壓高時(shí)關(guān)閉的快。閘門關(guān)閉過(guò)程有時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間假設(shè)為«秒,t秒內(nèi)進(jìn)入定量倉(cāng)的煤量為X,,設(shè)關(guān)閉閘門之前倉(cāng)內(nèi)煤量為X,設(shè)定配煤量為X,,則等式為：
及=X+
要保證X,精準(zhǔn),X,就需要能夠控制。故應(yīng)在設(shè)定值達(dá)到之前一刻就觸發(fā)關(guān)閉閘門命令，這樣才能保證配煤精準(zhǔn)，在快到定量倉(cāng)設(shè)定標(biāo)重前t秒發(fā)出關(guān)閉最后一個(gè)閘門的命令，保證t秒后閘門關(guān)閉動(dòng)作完成。
閘門機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí),將每個(gè)閘門分別有兩片閘板，即四對(duì)八開(kāi),結(jié)構(gòu)為雙翼式，每個(gè)閘板上裝有兩個(gè)非接觸式接近開(kāi)關(guān),用以探測(cè)其開(kāi)閉位置。閘板支承在滾輪上可靈活滑動(dòng)，由各自液壓缸驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。先關(guān)閉的閘門要全開(kāi)全關(guān),讓物料下落先快后慢，當(dāng)達(dá)到定量倉(cāng)預(yù)定重量的70%重量之前需要快,當(dāng)達(dá)到定量倉(cāng)預(yù)定重量的90%重量后需要慢，最后關(guān)閉的那組閘門有1/2限位，先關(guān)一半，等達(dá)到定量倉(cāng)預(yù)定重量的100%后再關(guān)閉后一半，讓最后配煤的速度降低從而便于控制配煤精度。
3.1.3環(huán)境溫度
冬天環(huán)境溫度很低時(shí)，液壓系統(tǒng)中的油黏稠度增加，機(jī)械閘門動(dòng)作時(shí)間會(huì)減慢，影響配煤速度和精度。
3.1.4煤的干濕度
若煤較濕，摩擦力增大，從緩沖倉(cāng)落下的速度也會(huì)變慢，影響配煤速度和精度。
上述各個(gè)因素同時(shí)作用時(shí)，需要從實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)和通過(guò)試驗(yàn)才能保證準(zhǔn)確配煤。如果裝塊煤和末煤，閘門開(kāi)口大小相同情況下，單位時(shí)間內(nèi)塊煤下落的比末煤多，故按照經(jīng)驗(yàn)，裝塊煤的閘門應(yīng)該比裝末煤時(shí)關(guān)閉的要早。
一般有經(jīng)驗(yàn)的操作員都會(huì)根據(jù)時(shí)間情況調(diào)節(jié)儀表參數(shù)，如果一列車先裝兩節(jié)車廂后,發(fā)現(xiàn)設(shè)定的參數(shù)配料數(shù)據(jù)很合適,之后這列車可能不需要再修改參數(shù)。簡(jiǎn)言之，在多個(gè)因數(shù)影響下，人為設(shè)定參數(shù)后，讓各個(gè)因數(shù)配合后，最后才配出準(zhǔn)確的定量倉(cāng)數(shù)據(jù)。

3.2稱重儀表參數(shù)配方
根據(jù)影響配煤因素作用總結(jié)得出專家配方表，如表3所示。

表3中的條件欄是影響配煤的因素，也是規(guī)則的前提條件,其結(jié)果一欄的數(shù)據(jù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出，有基準(zhǔn)值和數(shù)值范圍限制，條件對(duì)應(yīng)的每一欄表示在其他前提條件不變的情況下，相對(duì)于基準(zhǔn)值的差值,如果差值是負(fù)值，表示基準(zhǔn)值需要減?。ㄏ喈?dāng)于提前執(zhí)行關(guān)閉動(dòng)作），差值如果是正值,表示基準(zhǔn)值需要加大（相當(dāng)于延后執(zhí)行關(guān)閉動(dòng)作）。通過(guò)表4中結(jié)果數(shù)據(jù)AY,設(shè)AX表示與裝車預(yù)定噸位的差值。△X=基準(zhǔn)值+ALAX]=X-X],范圍是14~16,\Xq-Xi，范圍是2-7,AX3=x-X"范圍是-0.5-1，設(shè)基準(zhǔn)值分別為Z、、"、冬，得到公式K=X-（Z|+AY）,可以跟配煤參數(shù)表建立聯(lián)系，見(jiàn)表4所示。
4.2應(yīng)用中問(wèn)題
DPLC控制系統(tǒng)與儀表通信延時(shí)過(guò)高，超過(guò)300ms以上時(shí)，會(huì)影響配煤系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化通信相關(guān)的程序邏輯，恢復(fù)通信速度，延時(shí)小于50ms,不影響配煤系統(tǒng)。
2）車號(hào)識(shí)別設(shè)備，磁鋼和天線在裝車作業(yè)線鐵

表4中,X表示本節(jié)裝車的預(yù)定噸位表示70%動(dòng)作參數(shù)，X?表示90%動(dòng)作參數(shù)，乙表示100%動(dòng)作參數(shù)。PLC控制系統(tǒng)得到儀表的實(shí)時(shí)稱重?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)邏輯運(yùn)算后給出4個(gè)定量倉(cāng)位信號(hào)，并作為控制閘門的條件，空倉(cāng)信號(hào)不作為關(guān)閉閘門的條件，表2中不體現(xiàn)。影響配煤因素的規(guī)律模糊壞、數(shù)字化后，與這4個(gè)倉(cāng)位信號(hào)設(shè)置數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，簡(jiǎn)單的做一個(gè)數(shù)學(xué)差值A(chǔ)X,差值有設(shè)定范圍和基準(zhǔn)值，在該基準(zhǔn)值基礎(chǔ)上加減AV得到AX數(shù)值，再計(jì)算出X|』2、X3的數(shù)值。在實(shí)際調(diào)試中，基準(zhǔn)值會(huì)受到多方因素（包含機(jī)械、電氣、貨物自身屬性）的影響，故給該基準(zhǔn)值預(yù)留專家修改權(quán)限，便于試驗(yàn)驗(yàn)證。
4實(shí)際應(yīng)用分析
4.1某裝車站一列車配煤案例
列車信息：車型C80、節(jié)數(shù)54、每節(jié)標(biāo)重80t。
影響因數(shù):混煤（煤種）、快（液壓系統(tǒng)）、低（環(huán)境溫度）、濕（煤狀態(tài)）。
配煤設(shè)定參數(shù)表=65、Xz=78、X3=80。
配煤裝車結(jié)果和效果:按照設(shè)定參數(shù)，執(zhí)行配煤操作，并見(jiàn)錄凈重，形成報(bào)表,詳見(jiàn)圖3。
軌下安裝由于環(huán)境問(wèn)題造成設(shè)備頻繁損壞，通過(guò)調(diào)整安裝位置減少環(huán)境影響和更換質(zhì)量好的設(shè)備，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。
稱重儀表數(shù)據(jù)不準(zhǔn)時(shí),需要定期標(biāo)校零漂。

5結(jié)論
神東公司哈拉溝裝車站列車型號(hào)比較固定，新系統(tǒng)應(yīng)用后,對(duì)同一車型裝車時(shí)間沒(méi)有太大提高，在補(bǔ)連塔裝車站，列車型號(hào)復(fù)雜,該系統(tǒng)應(yīng)用后,每列車裝車時(shí)間節(jié)省效果明顯。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單可靠，操作員對(duì)系統(tǒng)的信耐程度逐漸增加。該系統(tǒng)已成功運(yùn)行在神東公司各裝車站，已安全成熟運(yùn)行一年多，有效地提髙裝車系統(tǒng)自動(dòng)化水平，為全自動(dòng)裝車系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

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