◎ 王 家

（連云港東糧碼頭有限公司，江蘇 連云港 222000）

1 項目背景

公司的主要業(yè)務(wù)為倉儲及貨物裝卸，在未實現(xiàn)智能化裝火車系統(tǒng)前，火車裝車的作業(yè)模式是人工控制鐵牛牽引火車到達裝車樓下、人工控制料斗秤下料、人工實現(xiàn)火車的移動以便火車艙內(nèi)裝滿貨物、人工實現(xiàn)火車頂部物料的抹平操作、手工記錄火車車廂編號，錄入裝車重量等信息，這些人工操作存在效率低下，人力成本較高，信息無法有效跟蹤和追溯等問題。因此需要一款智能化裝火車控制系統(tǒng)來替代人工完成裝車任務(wù)。

2 系統(tǒng)功能概述

本系統(tǒng)采用智能檢測，結(jié)合信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)智能研判與控制，最終實現(xiàn)智能裝車。系統(tǒng)同時具有足夠的開放性和可拓展性，實現(xiàn)子系統(tǒng)的拓展和功能擴充，滿足生產(chǎn)、管理等用戶對數(shù)據(jù)的需求；同時，系統(tǒng)起到保障安全生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本、縮短決策時間、提高管理水平的作用，充分體現(xiàn)“實用、可靠、先進”的原則，實現(xiàn)“智能化裝火車”。

2.1 系統(tǒng)功能框圖

系統(tǒng)功能框圖如圖1所示，系統(tǒng)包括車廂編號自動識別、火車牽引系統(tǒng)、裝車斗秤控制、伸縮溜筒控制、現(xiàn)場語音及LED顯示系統(tǒng)、中控系統(tǒng)及作業(yè)管理系統(tǒng)等6個子系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

2.2 系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)框架圖

系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)框架圖如圖2所示，分為現(xiàn)場設(shè)備、現(xiàn)場控制層、網(wǎng)絡(luò)層和辦公網(wǎng)4層。

圖2 系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)框架圖

3 系統(tǒng)組成及應(yīng)用

3.1 車廂編號自動識別

車廂編號自動識別需要應(yīng)用到圖像識別及處理、融合裝車系統(tǒng)等功能。將智能攝像頭安裝在裝車樓下1.5 m高的位置，進行車廂編號自動識別，并將識別的編號發(fā)送給中控系統(tǒng)。采用就地識別方式，由理保將該條線上車廂編號按順序自動上傳到智能化作業(yè)系統(tǒng)中，作業(yè)過程中將該條裝車線上車廂編號進行圖像拍攝后，立即進行車廂編號識別并與理保上傳的車廂編號數(shù)據(jù)比對，保證每節(jié)車箱裝車的貨物種類、數(shù)量、車廂號等信息與發(fā)貨單完全一致。車廂編號自動識別應(yīng)用到工業(yè)攝像頭、視頻圖像處理單元及上位機程序控制等軟硬件。如圖3所示。

3.2 火車牽引系統(tǒng)

在火車裝車過程中，需要牽引火車車廂從而滿足每節(jié)車的裝料需求。火車牽引系統(tǒng)應(yīng)用到火車位置檢測、火車牽引裝置控制、火車蓋板打開檢測及車廂內(nèi)裝料情況檢測等技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)涉及使用大量的傳感器，邏輯決策，與上位機的通信等，控制器滿足可靠、易維護、易擴展的要求。

3.2.1 火車位置檢測

為實現(xiàn)散糧全自動模式裝火車，控制系統(tǒng)需要檢測火車在軌道上的實時位置。為了提高系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)采用精度高、可靠性好的方式測量火車位置。為保證精確可靠的檢測，采用冗余（備份）模式，防止某個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或者測量誤差較大等情況。對牽引裝置加裝輪速傳感器，通過檢測牽引裝置位置來檢測車廂位置，其中在裝車樓下方火車軌道安全位置處安裝設(shè)備作為零點（基準(zhǔn)點）位置，輪速傳感器檢測的位置均以零點位置計算出的實時位置。檢測裝置如圖4所示。

圖4 輪速傳感器圖

3.2.2 火車牽引裝置控制

火車牽引裝置主要采用絕對值編碼器，通過邏輯運算來為火車牽引裝置的自動運行、掛車和裝車對位提供實時控制，且能快速準(zhǔn)確自動控制火車的移動，與激光測距傳感器相呼應(yīng)，確保裝車的安全性。在控制過程中與伸縮溜筒控制保持信息交互，保證移車過程中溜筒不被火車車廂掛住拉壞。通過安裝不同類型的傳感器來檢測溜筒實時位置，自動伸縮控制及抹平車廂內(nèi)物料，保證系統(tǒng)安全性。

系統(tǒng)根據(jù)裝料情況，精確控制火車的移動距離。在1道、2道裝車線上，將現(xiàn)有智能化控制系統(tǒng)對接原控制系統(tǒng)，下發(fā)控制指令，并考慮火車慣性等因素，在控制方面提前作出研判，在原系統(tǒng)上加裝控制器，并根據(jù)火車速度、位置、裝車等情況實時控制火車的前進、后退、停止等功能，從而實現(xiàn)火車牽引控制。

3.2.3 火車車廂蓋板打開檢測及裝料實時檢測

在火車裝車前需要檢測車廂頂部蓋板打開狀態(tài)，只有確保火車蓋板在打開的情況下，才能進行下料裝車，否則會出現(xiàn)物料拋灑情況。由于在裝車過程中受現(xiàn)場環(huán)境粉塵影響，本系統(tǒng)采用高頻雷達傳感器，安裝在伸縮溜筒出料口底部，當(dāng)車廂蓋板打開，傳感器測量車廂內(nèi)底部距頂?shù)木嚯x；車廂蓋板合上，傳感器測量蓋板距頂距離，由此可判斷車廂蓋板是否打開，確保檢測準(zhǔn)確。車廂內(nèi)物料檢測均采用同樣檢測技術(shù)實現(xiàn)。檢測設(shè)備如下圖5所示。

圖5 檢測設(shè)備圖

3.3 裝車斗秤控制

3.3.1 裝車秤數(shù)據(jù)讀取，與中控系統(tǒng)交互

該系統(tǒng)與裝車秤的PLC控制系統(tǒng)對接，通過通信接口協(xié)議、程序編寫讀取裝車斗秤的實時數(shù)據(jù)，并發(fā)送給中控系統(tǒng)，以便中控系統(tǒng)實時掌握裝車情況。并通過網(wǎng)線（TCP/IP）、雙絞線（RS485/CAN）等有線通信的形式與中控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。

3.3.2 裝車秤下料啟停控制

系統(tǒng)與裝車秤的PLC控制系統(tǒng)對接后，根據(jù)實際裝車需要，系統(tǒng)智能化自動分配給每臺秤的裝車重量，系統(tǒng)接收到裝車啟動信號后，直接給裝車秤的PLC控制系統(tǒng)下達啟動控制命令，裝車秤開始工作，待裝車重量達到設(shè)定值后系統(tǒng)下達停止控制命令。

3.3.3 裝車秤信息反饋

系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)及故障信息反饋顯示界面，實時監(jiān)測裝車情況，并提前將現(xiàn)場裝車可能會出現(xiàn)的故障信息通過編程等代碼寫入程序中，以實現(xiàn)信息反饋的及時性及可靠性[1-2]。

3.4 伸縮溜筒控制

3.4.1 伸縮溜筒位置檢測

系統(tǒng)在裝料及移車的過程中，需要檢測伸縮溜筒的位置。伸縮溜筒在下料過程中會產(chǎn)生一定粉塵，因此本系統(tǒng)使用一種簡單可靠的測量方式，即高精度拉線位移傳感器設(shè)備，應(yīng)用光電編碼技術(shù)，是光電和機械位移傳感器在結(jié)構(gòu)上的精巧集成，將其安裝在溜筒底部外側(cè)固定位置，通過拉線位移傳感器實時檢測溜筒位置，滿足現(xiàn)場環(huán)境要求，有效杜絕粉塵干擾[3-5]。傳感器設(shè)備如圖6所示。

圖6 拉線位移傳感器設(shè)備圖

3.4.2 伸縮溜筒操作自動控制

根據(jù)系統(tǒng)要求，需要控制伸縮溜筒的上升及下降，下降高度等情況。在裝車完畢或者無裝車任務(wù)時，伸縮溜筒必須上升到指定位置（無任務(wù)時的停留位置，即上升的最高位置）。在裝車過程中，伸縮溜筒需要壓在車廂裝料口，在火車移動時，需要上升伸縮溜筒至安全高度，防止卡住車廂被拉壞。伸縮溜筒控制使用PLC作為主控，程序編寫后通過通信線與上位機通信，協(xié)同火車位置檢測及火車牽引控制等工作，完成整個自動控制功能。

3.4.3 伸縮溜筒抹平控制

在糧食裝車過程中，由于不同糧食比重不一樣，為了保證火車裝料不偏載和超載，需要使用伸縮溜筒進行實時裝車抹平。系統(tǒng)通過實時檢測火車廂內(nèi)裝料情況，來控制伸縮溜筒升降及配合火車移動來實現(xiàn)頂部物料抹平。在此過程中需要保證伸縮溜筒的位置正好壓在車廂裝料口頂部，防止溜筒傾斜帶來的物料撒漏及掛住車廂的情形發(fā)生，整個過程需要保證系統(tǒng)檢測準(zhǔn)確、計量穩(wěn)定、控制智能化。抹平示意圖如圖7所示。

圖7 抹平示意圖

3.5 現(xiàn)場語音及顯示系統(tǒng)

在裝車過程中，裝車控制室無人值守，保證現(xiàn)場裝車安全、穩(wěn)定、便捷、可靠，在裝車現(xiàn)場安裝語音及LED顯示系統(tǒng)，進行必要的語音提醒或者提示（任務(wù)，狀態(tài)等提醒）。利用現(xiàn)場語音設(shè)備，中控室人員可以用麥克風(fēng)直接進行遠程廣播呼叫。

現(xiàn)場LED顯示系統(tǒng)，進行任務(wù)顯示，每節(jié)車裝車實時狀態(tài)，預(yù)計剩余時間等信息顯示。并根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境要求，采用單色貼片LED顯示板，從而保證LED系統(tǒng)質(zhì)量。

3.6 中控系統(tǒng)

3.6.1 中控系統(tǒng)功能

①中控系統(tǒng)與現(xiàn)場控制設(shè)備進行通信，實現(xiàn)任務(wù)下發(fā)、控制命令下發(fā)、現(xiàn)場狀態(tài)返回等功能。設(shè)計穩(wěn)定可靠的通信協(xié)議、防止數(shù)據(jù)丟失、進行數(shù)據(jù)校驗等問題，采用有線通信、冗余編碼、加密編碼等措施。②對接筒倉出料控制系統(tǒng)，讀取出料數(shù)據(jù)，下發(fā)出料任務(wù)等。③對裝車現(xiàn)場設(shè)備的啟停等動作進行控制，任務(wù)下發(fā)，狀態(tài)返回等。④現(xiàn)場故障顯示，作業(yè)查詢及統(tǒng)計、報表生成及打印，實時裝車數(shù)據(jù)展示。⑤日志記錄，包括操作日志和故障日志。記錄所有操作者的操作記錄，防止數(shù)據(jù)誤刪，錯誤操作追溯等。⑥配套手機App，實現(xiàn)裝車狀態(tài)的手機客戶端顯示等功能。中控系統(tǒng)設(shè)備配置見圖8。

圖8 中控系統(tǒng)設(shè)備配置圖

3.6.2 現(xiàn)場工作站

每條裝車線配置一個現(xiàn)場工作站，采用組態(tài)系統(tǒng)，對現(xiàn)場各種設(shè)備進行管理和控制，檢測各種參數(shù)，進行邏輯判斷，實現(xiàn)自動裝車、自動牽引火車、溜筒控制及自動抹平等功能，并與中控管控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。圖9為現(xiàn)場工作站組態(tài)功能示意圖，在該組態(tài)軟件界面上設(shè)置各種設(shè)備的工作狀態(tài)。這些工作狀態(tài)也可以由中控室進行遠程設(shè)置。在現(xiàn)場工作站和中控室中，可以實時看到裝車實況，如已裝量、抹平動作、剩余時間、剩余噸數(shù)、報警信息或故障信息 顯示等。

圖9 現(xiàn)場工作站組態(tài)功能示意圖

3.6.3 系統(tǒng)工作流程圖

系統(tǒng)工作流程圖如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)工作流程圖

4 結(jié)語

散糧智能化自動裝車系統(tǒng)投用后，裝車人員收到理保提交的裝車信息后，啟動自動裝車系統(tǒng)開始裝車，系統(tǒng)通過設(shè)定的流程開始自動作業(yè)，而裝車人員只需繼續(xù)坐在顯示器前，監(jiān)護系統(tǒng)的自動運行。

散糧智能化自動裝車系統(tǒng)的成功應(yīng)用，讓報表錄入信息化、現(xiàn)場操作標(biāo)準(zhǔn)化、計量數(shù)據(jù)數(shù)字化、流程控制智能化。配套公司的門機半自動化聯(lián)動操作技術(shù)，實現(xiàn)了散糧碼頭從船舶貨物的卸船流程開始，至裝車發(fā)運完成，全部實現(xiàn)了智能化自動操作，為打造現(xiàn)代化散糧作業(yè)全流程智能化、建設(shè)智慧港口全要素信息化提供有力技術(shù)支撐和發(fā)展路徑。