竇同新

（國能（天津）大港發(fā)電廠有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，天津 300000）

翻車機是一種用于對敞車散料進行倒卸的大型機械設(shè)備，它可以將車上的散裝材料車皮進行翻轉(zhuǎn)和傾斜，以實現(xiàn)對其進行自動卸料的裝卸機械，它適合冶金、煤炭、熱電工業(yè)部門和鐵路中轉(zhuǎn)的港口、碼頭等作業(yè)場所。翻車機系統(tǒng)的主體包括重調(diào)流程、翻車流程、遷車流程、空調(diào)流程，這些流程按照一定的次序，逐個地進行，從而達到了貨物的自動化卸載。為達到精確的位置和對各個流程進行自動控制的目的，在翻車機本體、重調(diào)、遷車臺、空調(diào)等部位，都設(shè)置有大量的狀況傳感器和動作控制閥，控制線路采用滑線或者拖鏈的方法，沿著裝置的運行軌跡，隨著裝置的運轉(zhuǎn)而進行折疊移動。針對重載工作對工作人員的人身傷害問題，對翻車機進行了電控技術(shù)的改進，使翻車機達到了自動操作的要求。采用了自動的方式來降低作業(yè)人員的勞動強度，從而使作業(yè)人員的作業(yè)條件得到了進一步的優(yōu)化，同時，也使原本作業(yè)過程中的作業(yè)效果得到了提升。

1 翻車機電控系統(tǒng)工作原理

翻車機是一臺由電氣控制、機械運動和液壓傳動等多項技術(shù)融合而成的大型設(shè)備，它的電控系統(tǒng)由現(xiàn)場傳感器、PLC 及變頻器構(gòu)成，按照生產(chǎn)流程，對機械、液壓設(shè)備實行單點順序控制、多點并行控制，利用PLC 進行集中控制，使翻車機驅(qū)動裝置、夾車機構(gòu)等部件之間的相互銜接，在運動過程中相互協(xié)作，共同完成對物料的翻卸（圖1）。

圖1 翻車機自動化系統(tǒng)

翻車機全自動化系統(tǒng)是將摘鉤機器人、復(fù)鉤機器人系統(tǒng)無縫運用于翻車機自動卸車流程，并對必要的監(jiān)督和檢測環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，以達到對翻車機系統(tǒng)的全自動化卸車操作的目的。

在進行脫鉤操作前，需要得到脫鉤命令；第一次脫鉤不成時，還需用重牛撞擊進行第二次脫鉤；并將脫鉤成功的信號傳送給翻車機控制系統(tǒng)。

復(fù)鉤機器人只有在收到移車指令后，方可投入工作；當(dāng)操作結(jié)束時，應(yīng)該將“復(fù)鉤成功與否”的信息發(fā)送給翻車機控制系統(tǒng)。

要完成以上任務(wù)，需要翻車機系統(tǒng)與摘鉤機器人/復(fù)鉤機器人之間進行信息交互，進而對翻車機系統(tǒng)進行優(yōu)化，使翻車機與摘鉤機器人、復(fù)鉤機器人在運動過程中相互協(xié)調(diào)。

在翻車機操縱室內(nèi)，程序控制的值班人員承擔(dān)著很大的工作量，如果再加上一些無用的顯示器，會給值班人員帶來很大的壓力。對原監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)態(tài)軟件進行了一定程度的更新，在操作接口中增加了摘鉤、復(fù)鉤機器人監(jiān)測界面，其中包括動作參數(shù)及流程狀態(tài)信息，讓值班員可以對傾車機卸車全過程有一個全面的了解。

傾卸生產(chǎn)線上的自動無人監(jiān)控系統(tǒng)是一個完整的體系，除了摘鉤機器人和復(fù)鉤機器人外，還必須把其他一些需要手動監(jiān)控的工序都整合到智能化的監(jiān)測和自動化的控制中。該系統(tǒng)還增加了以雷達檢測原理為基礎(chǔ)的翻車機內(nèi)部重車定位保護、空車掛鉤狀態(tài)檢測，以影像識別為基礎(chǔ)的風(fēng)管摘開狀態(tài)檢測、重牛輕牛沿途人員安全報警系統(tǒng)等，從而達到在完全安全保護下的機械代人操作的目的。

摘鉤機器人和復(fù)鉤機器人已經(jīng)在我國一些電廠和碼頭的翻車機生產(chǎn)線上進行了實踐，取得了較好的效果。該系統(tǒng)的順利使用，除選用適當(dāng)?shù)母呔葌鞲衅?、設(shè)計適用的摘鉤策略和有效的軟件計算方法以外，還需要在具體的工程實踐中加以論證。

（1）高效地對雷達資料進行分析。在條件較好的情況下，利用LiDAR 進行的測試，一般都能得到很精確的測試。但是，翻車機周圍煤粉濃度和濕度指數(shù)非常高，煤粉顆粒和水蒸氣等會對LiDAR 的檢測產(chǎn)生較大的影響。該系統(tǒng)需要采用高效的智能化過濾方法，如相關(guān)過濾，“忽略”顆粒大小較小的顆粒，并在灰塵掩蓋下勾勒出實際目標的外形，使其對環(huán)境的影響降至最小。

（2）環(huán)境光線對機器視覺的干擾。列車編號識別系統(tǒng)、車鉤手柄識別系統(tǒng)均應(yīng)用了基于機器視覺的圖像識別技術(shù)，但現(xiàn)場環(huán)境光線情況復(fù)雜（白天的直射陽光、夜晚照明光線等成像無用光），將會降低系統(tǒng)的檢測、識別效果，軟件必須采取有效算法祛除基本成像光源之外光線對視頻數(shù)據(jù)的影響。

2 翻車機系統(tǒng)構(gòu)成

以下為常見的一種翻車機結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)方框圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成圖

現(xiàn)場感應(yīng)器為各類保護訊號、各類裝置的工作狀況及應(yīng)答信號；在一次線路上，執(zhí)行器包括中間繼電器、接觸器、電磁閥等。該系統(tǒng)由：中央控制器1 臺；程控柜2 臺，其中以可編程控制器及控制電源開關(guān)為主；2 個翻車機的控制室，1 個遷車器的控制室；空調(diào)控制箱1 臺；CRT 監(jiān)視器及其他輔助設(shè)備的接線盒、控制盒等組成。

在PLC 中，由計算機來完成對不同寄存器的讀取和寫入。上位機經(jīng)COM 接口向PLC 的端口發(fā)出命令。PLC接受該指示，并解碼該指示。在解碼后，通過對對應(yīng)的讀寫子程序進行解碼，以完成所需的運算，并將所需的運算結(jié)果反饋給用戶（圖3）。

圖3 翻車機PLC 系統(tǒng)控制硬件圖

設(shè)備啟動后，系統(tǒng)會自動進行自檢，并進入準備階段準備報告。在重牛開始工作前，會發(fā)出提示音提醒大家注意安全。重牛開始，將掛鉤接到車廂上，隨后將它自動返回到摘鉤站臺。重牛在摘鉤平臺完成任務(wù)后，回到原來的位置。重車車廂與后面的車廂之間實現(xiàn)了掛鉤。摘鉤平臺升起，重車車廂自動滑入翻車機，然后恢復(fù)原位。重車車廂置于翻車機內(nèi)，音響便發(fā)出了提示?？哲噹苿拥綘寇嚺_后，音響系統(tǒng)發(fā)出提示。牽車臺返回到重車線附近，然后以緩慢的速度接軌。在調(diào)整好音響之后，聲音就可以準確地播放。輕牛牽引空車廂，將其送達到空車線。輕牛把回槽完成，音響給出提示，開始下一輪操作。

通過實時監(jiān)測設(shè)備的運行參數(shù)，來判斷系統(tǒng)是否存在故障。當(dāng)發(fā)生故障時，控制室會播放出相應(yīng)的故障提示音，同時顯示出發(fā)生故障的位置。對于一些突發(fā)的緊急情況，可以按下設(shè)備上的緊急按鈕，以便迅速停止所有設(shè)備的運行。若設(shè)備的自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可通過PLC 內(nèi)置的手動控制程序來確保設(shè)備運行的安全性。

主機與外部設(shè)備進行通信。為了能夠掌握設(shè)備的運行狀況，需要實現(xiàn)與上位機的通信，將設(shè)備的運行狀態(tài)信息傳輸?shù)缴衔粰C中。上位機通信時應(yīng)當(dāng)特別注意選擇正確的通信協(xié)議。

3 翻車機常見問題與解決方案

對源碼的檢測能力不夠，對源碼的系統(tǒng)進行了優(yōu)化等方面的工作，對PLC 的故障診斷能力較差，對故障的分析也比較缺乏。自卸式傾倒器的卸載效果因設(shè)計過程中存在的問題而受到極大的限制。

在對源碼進行系統(tǒng)的優(yōu)化等多個環(huán)節(jié)上取得突破性進展，提出以序列調(diào)控（也就是列車行駛的方位）、平行調(diào)控為輔助的設(shè)計思想。直到第一條命令結(jié)束，第二條命令可以被實施；當(dāng)?shù)诙l命令被執(zhí)行時，第一條命令中的函數(shù)參數(shù)會出現(xiàn)改變，在執(zhí)行第二條命令時會停止，并強行恢復(fù)第一條命令后的函數(shù)量，并與故障診斷軟件相配合，會產(chǎn)生警告信號及屏幕提示。為了增強PLC 的故障檢測功能，減少了故障的停止時間，從而提升了裝置的維修工作的效果，開發(fā)了PLC 的故障檢測軟件。在這個系統(tǒng)被使用后，大部分的故障都可以在計算機屏幕上進行展示，這是一種十分直觀的方式，極大地減少了問題的發(fā)生，還減少了維護的準備時間。

PLC 接地與變壓器接地方之間會產(chǎn)生的電壓差異，會造成系統(tǒng)的停機。要想解決這個問題，可以通過對PLC 的地線進行多次的優(yōu)化改進，來解決PLC 的停機問題。因其較高的運行電壓及較大的運行電流，對翻車機的輸入、輸出的穩(wěn)定性有較大的影響。

當(dāng)遇到干擾電壓較高，且在程序不能辨別出信號的真實度時，可以采用了添加中繼柜的方法，來對其進行更深層次的絕緣。有部分資料顯示，控制電纜的干擾電壓在45 ～110V，最高可達到180V。或者采用一種濾波動態(tài)補償設(shè)備，來降低由于外圍變頻器工作所造成的強大的電磁干擾，從而將假的信號清除掉。

翻車機系統(tǒng)電子控制部分采用了大量的國外電子元件，其電子元件質(zhì)量好、可靠性高，所以翻車機電子控制部分工作穩(wěn)定，維修工作量極少。但是，因為可編程控制器是整個裝置的核心，對其工作條件和工作條件都有較高的要求，因此，必須對其進行定期的檢測和清理。此外，還應(yīng)對各方面的裝置，如接近開關(guān)、光電開關(guān)、電磁閥等進行定時的檢測，確保其輸入和輸出信號都是正確的，以保證整體的工作狀態(tài)。

采用工控觸摸屏控制技術(shù)后，觸摸屏畫面清晰美觀、操作簡單方便、維護量小，但工控觸摸屏對硬件設(shè)備的要求較高，要求計算機能夠穩(wěn)定可靠運行在工業(yè)環(huán)境中。由于目前大多數(shù)工控觸摸屏不能很好地適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，且生產(chǎn)廠家較為分散、機型種類較多、產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊等因素導(dǎo)致工控觸摸屏故障頻發(fā)。

新系統(tǒng)選用三菱FX 系列PLC 進行控制，采用工業(yè)觸摸屏作為人機交互界面。由于觸摸屏本身具備自診斷功能，并且自身具有抗干擾能力強、穩(wěn)定性好、使用方便等特點，因此采用工控觸摸屏作為人機交互界面，而原來電控系統(tǒng)上的各種電器元件都將被替換掉，同時PLC 系統(tǒng)還將對部分電氣元件進行控制改造。

4 實驗結(jié)果與分析/總結(jié)

此次改造過程中對電控系統(tǒng)進行了優(yōu)化，在原有控制系統(tǒng)上增加了摘鉤機器人、復(fù)鉤機器人、人員入侵檢測、空車掛鉤狀態(tài)檢測、觸摸屏控制板等，向翻車機操作無人化、智能化邁進了一大步；新增的觸摸屏控制板上增加了安全保護功能，便于操作人員在操縱翻車機時防止誤操作造成設(shè)備損壞。改造后的電控系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能夠滿足現(xiàn)場運行的要求。改進后的電控系統(tǒng)的優(yōu)點是：（1）增加了操作人員與設(shè)備交互的機會；（2）實現(xiàn)了參數(shù)設(shè)定、故障報警等功能；（3）減少了現(xiàn)場的摘鉤、復(fù)鉤、巡視的工作人員。

此外，翻車機的電控系統(tǒng)改造也帶來了一定的經(jīng)濟和社會效益。（1）縮短了翻車機的檢修周期，檢修次數(shù)減少，大大減輕了設(shè)備維護人員的工作量，降低了生產(chǎn)成本，提高了設(shè)備運行的可靠性，提高了翻車機的生產(chǎn)效率。（2）安全性能提高了翻車機的安全性，防止設(shè)備發(fā)生故障造成人員傷亡和設(shè)備損壞等事故發(fā)生，減少了現(xiàn)場的工作人員。（3）減少了維修人員在設(shè)備故障排查中的工作量，減少了維修時間，提高了生產(chǎn)效率。（4）方便職工操作，減少人為誤操作。降低了人為因素造成的安全事故隱患。（5）降低電耗。使用變頻調(diào)速技術(shù)后，每臺電機消耗電能減少15%～20%。（6）節(jié)約維修時間和人工費用。使用工控觸摸屏技術(shù)后，根據(jù)需要靈活方便地對電機進行自動調(diào)速控制，節(jié)省大量的人工檢修時間和維修費用。

5 結(jié)語

參考上述多種故障模式及改造方法對翻車機電控系統(tǒng)的改進，使其能夠更加安全、可靠、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行，可有效降低翻卸過程中的安全隱患。另外，摘鉤機器人和復(fù)鉤機器人的投入，有效地提升了翻車機系統(tǒng)的自動化控制水平和可靠性。此外，變頻器技術(shù)的應(yīng)用，能夠在一定程度上降低翻車機系統(tǒng)的能耗和電耗，提高翻車機運行效率；工控觸摸屏技術(shù)在翻卸過程中的應(yīng)用，有效地改變了以往人工操作翻卸過程中易出現(xiàn)安全隱患等問題。上述技術(shù)應(yīng)用后，翻車機運行平穩(wěn)可靠，取得了良好的效果。有助于降低翻車機電控系統(tǒng)故障率，提升工作效率，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化工人工作環(huán)境、降低工作強度，更好地滿足生產(chǎn)需求。