淮北矿业涡北选煤厂
火车智能快装控制系统改造技术方案
▎概述
涡北选煤厂煤炭外运装车主要是国铁敞车和集装箱车，以后会有K型车，装车系统采用快装站模式，虽然实现了缓冲仓和计量仓进煤的自动控制，但目前还存在以下问题：
（1）装车溜槽的移位、升降，装车的均衡度均依靠操作人员的经验控制实现，保护不完善，容易发生溜槽和火车碰撞的安全事故；
（2）装车过程中的信息交互，装车人员与火车司机通过对讲机实现，容易误报和司机误操作；
（3）溜煤槽尺寸太大，集装箱装车时，无法深入车厢平煤；
（4）车帮溅上的煤颗粒需人工清扫；
（5）计量仓精度靠砝码称重数值比对调节，缺乏实际装车重量的比对，装车精度得不到保证；
（6）火车行驶的速度靠司机经验控制，行驶速度无法与系统装车速度匹配；
（7）装车后数据仍然需人工填写上传到运销管理平台。
基于以上情况，对现有装车系统进行智能化改造是非常必要的。
▎改造目标
本方案根据涡北选煤厂装车系统现况，改造后要实现煤流控制、称重计量、落料控制、车厢运动指挥、轨道衡校验、车帮清扫、落煤防尘的自动控制、装车数据自动上传、完善安全保护功能；实现静态轨道衡自动计量，数据与快装站自动比对。
将原系统与新系统有效融合，形成一套完整的快装站智能装车计量系统，并在智能控制故障时方便切换到原控制方式：
适应车型：国铁敞车、集装箱车和K型车。
▎智能快装系统设计方案说明
涡北选煤厂远程智能快装系统融入了物联网、大数据、云计算、工业自动化等关键技术。操作人员只需等待列车对位后，按下装车按钮，再利用定位系统和相关装车控制策略，就可自动调节和控制装车系统设备，完成快速高质量装车。
>智能快装系统功能设计
车号自动读取功能：
通过车号识别仪将每节车厢的电子标签内的车辆信息自动读取，并将读取到的车辆信息：车号、车型、核载信息组合成该车厢的综合信息，在管理控制模块上生成报表。在火车机车将空车送到指定位置时车辆装车报表就自动生成，同时保留人工输入功能，如遇到电子标签有损坏的情况时，提醒操作员手动补全车号、车型和核载等装车信息，报表生成后操作员在电脑报表中标注好“排空车”或故障车，确认后，空车信息录入结束。
自动装车功能：
通过车号识别仪将每节车厢的电子标签内的车辆信息自动读取，并将读取到的车辆信息：车号、车型、核载信息组合成该车厢的综合信息，在管理控制模块上生成报表。在火车机车将空车送到指定位置时车辆装车报表就自动生成，同时保留人工输入功能，如遇到电子标签有损坏的情况时，提醒操作员手动补全车号、车型和核载等装车信息，报表生成后操作员在电脑报表中标注好“排空车”或故障车，确认后，空车信息录入结束。
系统设置多种装车模式，可根据车型、存煤时间、煤种变化等情况进行选择。
火车司机室远程指挥功能：
根据智能装车系统计算出的装车指令，经由智能装车服务器压缩、加密后，通过自建的无线网络，以极低的延时(低于1毫秒)实时传输到火车司机室的操作平板电脑。平板电脑接收后解析成实时装车动画、开车指令，并实时语音播报，远程指挥司机驾驶操作驾驶。具体操作流程如下：
在机车司机室安装机车均速器（低恒速控制器），在机车行走过程中，司机通过匀速器设定一个车速（车速根据调试时落煤情况时确定），机车按照固定速度前进，确保车辆速度与计量仓进煤时间匹配，实现正常装车时过车厢间隙时不停车，同时车辆的实时速度会在平板电脑上显示出来。
当计量仓放煤出现膨仓滞眼不下煤现象时，通过传感器感知到落煤筒内没有煤，车厢到装车点位置时系统会发出停车信号，并语音提示司机停车。
通过称重给煤机、皮带秤的信号和缓冲仓的称重信号，提前预判下一节车厢装车情况，如计量仓不能按时足量进料，提前通知司机准备到下一节车厢第一个装车点停车，确保司机有足够的反应时间。
如停车位置有偏差，平板电脑上实时显示车厢与溜煤槽的位置，并给出目标停车位置和实际停车位置的误差距离，当误差距离超过设定范围，系统会提醒司机前进或后退来调整停车点，如误差在设定范围之内，系统会通过控制溜煤槽的提升高度，以控制第一点位置的装车量。
防撞保护功能：
通过待装车的精准定位、防撞开关、光电开关对车厢实时精准定位、测速与位置检测，实现多重保护，精准控制溜槽高度，具备优于人工的应变能力。在设备调试时实时测试空车连续前进或后退时溜煤槽的上升和下降过程，确保机车正常的装车速度连续行驶，溜煤槽能及时的上升和下降从电气上确保溜煤槽不会撞上车厢。
火车司机根据远程视听指挥系统接收的指令启停火车，如司机操作失误（比如接收到停止指令后，错误地向前开动火车），智能装车系统结合安全防撞保护传感器和车辆位置识别系统，会迅速识别到司机错误地操作。发出紧急停车指令，并立即提升溜槽，避免与火车相撞。从而避免撞车事故。
扫描自学习功能
智能装车系统利用装载后煤面高度扫描，结合位移距离生成重车载重数据三维模型。为保证装车的高质量，基于机器学习理论，实现了自学习算法，优化装车控制。自学习基于3D扫描技术，通过对已装车辆历史数据的分析，自动学习偏载量和平整度，不断优化针对不同车型、不同煤质的装车质量，实现了铺装质量随着装车量的增加不断提升的效果。
故障车识别功能：
通过对称重计量表格中故障车辆的标识，让系统自动识别故障车和待装车信息，当故障车到达装车工位时，系统不会装车，并自动通过远程调度平板电脑提示火车司机，杜绝故障车误装煤炭情况的发生。
计量仓闸板自动清理功能：
由于计量仓闸板的滞煤，计量仓内物料不能全部装到火车车厢内，容易造成亏吨现象，现在涡选厂已经安装了空气炮，手动开启空气炮对计量仓闸板的滞煤进行清理，系统改造后，具备自动吹扫功能，当每节车厢行至到车尾位置时自动启动空气炮，确保计量仓每次将要放空时吹扫一次，也可以根据实际情况自由设定每车或每列吹扫。
车厢车帮自动清扫功能：
系统配备清扫机构，根据车型和位置，自动调节清扫机构高度，通过柔性刷去除两侧落煤颗粒。保证出厂时车厢车帮干净。
网络对接和远程监控功能：
自动装车结束后，系统数据库与运销管理系统的数据库对接，按照运销管理系统的要求装车数据上传到运销管理系统。
语音播报功能：
在软件中已经设置了语音模块，可在各环节进行语音提示。提醒操作人员和司机了解作业流程、设备运行情况及各种指令。
视频监控系统
共安装7台高清网络摄像头，用于监视车辆情况和装车效果，将视频信号接入网络视频录像机，并入运销分公司采制化视频系统。
静态轨道衡校磅功能
利用原有的静态轨道衡定期校验装车数据的准确性。具体步骤如下：
在静态轨道衡两侧安装车辆定位系统检测车辆是否上磅，安装车号识别装置读取车型、车号、票重等车辆信息，校磅时先进行空车称重，火车机车牵引空车车辆，在车厢全部上磅后，火车司机室的操作平板电脑显示车厢到位模拟图像并语音提示提示停车，静态2-5秒后自动将称重信息录入系统，并语音提示机车司机开车，全部过磅后在快装站计算机系统上自动生成装车磅单，磅单上显示车型、车号及称重皮重，快装站装好车后将重车再次低速依次通过轨道衡并静止在轨道衡上，静态4-5秒后自动将称重信息录入已生成的磅单中，并语音提示机车司机开车，系统在已生成的磅单上对应车号依次自动填入列车总重，自动计算出装车净重，调用快装站的装车记录数据，自动生成两种衡器的称重偏差，并导出Excel表格，提供快装站校磅依据。为精准装车通过数据支撑，确保每车装车误差在±100kg内。
快装系统控制
重新编写快装站控制软件，增强整个系统的可维护性。实现自动计量，配合车厢定位等辅助系统完成自动装车。
> 设备改造
为实现上述功能，需要在对装车系统设备进行改造：
更换溜煤槽，以适应集装箱车的装车
在机车司机室安装机车均速器（低恒速控制器）
智能装车管理及控制模块，实现无人装车
静态轨道衡校验模块
车帮清扫装置
安装遮阳棚20m（说明：安装了激光定位传感器，为了保证传感器的可靠运行，在传感器的测量扫描区域避免太阳光的照射影响，需在落煤斗的两侧车辆的上方搭建遮阳棚） |
