智能装车系统在门克庆选煤厂的应用

智能装车系统在门克庆选煤厂的应用
摘要：近年来，随着物联网的迅速发展，智能化、信息化、软件与硬件设施在技术层面
不断进步，火车和汽车装车智能化的需求日益递增，开发一套无人化智能装车系统，可以提
高装车质量、简化装车流程、降低生产成本，同时消除安全隐患，有效推动企业智能化建设，具有重要意义。

智能化无人值守型定量装车系统是在大数据与物联网等的快速发展基础上，
利用PLC控制，通过车号识别、车厢定位、溜槽定位、溜槽控制算法、车辆无线通讯等，能
够做到站内设备的实时监测，根据传感器的反馈信号自动计算和调整系统参数，组成人机协
调的自动化装车作业系统，将在矿山、港口、粮食、冶金等行业中发挥极大作用。

关健词：智能装车；快速定量装车；物联网；车厢定位；车号识别
近年来，随着物联网的迅速发展，智能化、信息化、软件与硬件设施在技术层面不断进步，煤矿智能化取得了巨大进展，无人化、智能化成为大势所趋。

火车和汽车装车智能化的
需求日益递增，开发一套无人化智能装车系统，对于解决人工作业劳动强度大、装车精度不高、效率低下、容易出现偏载的问题，具有重要意义，符合国家能源产业智能化升级的发展
政策。

智能化的无人值守型定量装车系统，是在大数据与物联网等的快速发展基础上，利用PLC控制，能够做到站内设备的实时监测，根据传感器的反馈信号自动计算和调整系统参数，组成人机协调的自动化装车作业系统。

在确保作业安全的基础上，智能装车系统可以提高装
车质量、简化装车流程、降低生产成本，同时能消除安全隐患，有效推动企业智能化建设，
在矿山、港口、粮食、冶金等行业中发挥极大作用，最终实现装车速度快、精度高、减少污
染的目的。

1 概况
对于大多数装车站来说，火车装车塔楼为钢结构形式，安设在铁路线轨道上方，煤炭装
车能力达5000吨/小时。

常规装车系统装车塔楼设计包括装车塔钢结构支撑架、缓冲仓、定
量称重仓、液压系统、自动化控制系统、供配电系统、称重系统、旋转摆动伸缩式装车溜槽
或垂直伸缩可平移式装车溜槽及车辆自动识别、数据上传系统、摄像机监控系统等相配合，
工艺流程为产品煤经过给煤机，经输煤皮带，将煤送至装车塔的缓冲仓内，当缓冲仓的仓位
达到一定量时，开启缓冲仓下面的配料平板闸门，将煤放至定量仓中，由定量仓安置的称重
传感器实时测量，当达到预定质量时，关闭缓冲仓配料闸门，待车厢到位后，产品煤通过定
量仓下的单摆式溜槽装入车厢内，从而实现连续准确动态快速装车。

如图1所示。

图1 传统装车站布置图
装车时，由两人合作完成，一人需在操作台前手动控制溜槽进行装车，并与火车调车员
保持联系配合指挥司机控制行车；另一人负责给煤机、转载皮带等设备控制，并做相关记录。

现场手动装车对装车员的要求较高，装车员必须具备丰富的操作经验，装车时精神
高度集中，一边控制溜槽、一边观察车辆、同时注意定量仓供煤情况，稍有失误都会造
成停车、装车不平、偏载、撒煤、甚至车体磕碰溜槽等。

由于劳动强度大、动作僵化、过程
漫长，人工操作不可避免的会出现失误。

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。

2 智能装车系统的架构
通常是将若干年前已建成使用的快速定量装车系统进行无人化改造。

其控制核心是取代
装车过程中的人工操作，应包括：车号识别、车厢定位、溜槽定位、溜槽控制算法、火车无
线通讯等。

为了确保智能化设备故障时不影响装车，改造时需保留原有的快速定量装车的硬
件系统以及PLC控制系统，在此基础上增加定位、测量、通讯等硬件系统，以及和现有
PLC通讯的软件控制系统。

汽车装车与火车装车智能化改造原理相差不大，本文以火运装车为例，阐述智能化改造
的架构。

2.1 车厢定位
车厢定位是装车系统最关键的技术，是实现精准装车的基本条件，过大的定位偏差将造
成溜槽与车厢的磕碰或撒煤的风险。

如图2所示。

图2 车厢定位
2.2 车号识别
通过车号图像识别系统，获取列车行进视频流，然后利用机器视觉技术、车号图像识别
系统进行车号识别，识别结果与原有的列车车号无线射频RFID自动扫描系统比对确认，辅
助判断车型，确保装车任务及模型调用的准确性。

2.3 溜槽定位
溜槽定位是控制溜槽信号反馈的重要环节，定位检测的原则是掌握溜槽运动维度和范围，同时在溜槽快速移动过程中需要检测装置具有较高的检测和输出频率，避免延迟。

如图3所示。

图3 溜槽定位
2.4 火车智能指挥系统
系统部署一套机车指挥系统，实现系统与火车司机的自动交互，通过在现场部署的无线
局域网，司机可利用手持移动设备与装车控制系统形成连接，实现智能通讯，完成机车远程
无线指挥作业，装车站通过该机车导航系统协调控制火车速度、停车、前进和后退，以此为
依据控制自动放料。

2.5 装车质量检测
快速定量装车后常存在偏载、超限等问题，通过相关检测装置实现装车质量的实时监控。

检测装置可用于扫描物体轮廓的测量仪器，是体积检测的有效手段。

装置安装在轨道中线上
方，垂直向下扫描车厢及车内物料的顶部平面，扫描宽度覆盖车厢的最大宽度。

火车装车后
车厢在行驶过程中，该装置将测量出若干个截面积，再结合车厢的测速及定位装置，从而可
以得到整个车厢装车的三维尺寸结果，实现对前后、左右偏载、超限的判断检测。

2.6 智能报表系统
智能装车系统实现对装车过程中装车量、热值、合格率等关键数据的统计，直观展现装
车效果；对产品煤和商品煤的产量、分布进行统计，直观展示生产销售关系。

智能报表系统
可以在集控室呈现，用于调度决策、指挥。

3 智能化装车系统的建设
在完成智能装车系统的架构之后，首先在门克庆选煤厂火车和汽车装车系统上进行改造，将原有的常规的装车系统改装成智能化装车系统。

通过增加一套软硬件产品，针对性解决现
场问题，将原系统升级为无人装车系统。

无人装车主要实现岗位无人操作情况下，装车设备
自动开启、溜槽闸板等自动操作、火车调车员利用Pad和系统自动通讯指挥火车司机、装
车质量自动检测等功能，从而实现无人操作、无人指挥、无人检验、无人值守。

自2021年
开始进入常态化应用阶段。

下面以火车装车改造为例进行说明。

3.1 车厢精确定位
采用信标系统对车厢进行精准定位和测试，能够实现对正在装车的车厢进行实时的位置
检测，定位检测范围不小于15米，定位精度在5cm以内；信标定位有备份系统，当一套出
现故障时，系统能够自动切换至备份模块；车厢定位传感器上设置防淋水装置，定位系统不
受粉尘、水雾等影响；定位传感器一用一备，避免传感器故障导致车辆定位不准确。

3.2 车号自动识别
车号识别设备能够自动判断车厢有无触发执行拍照，相机分辨2448×2048，最大扫描
速率20帧/秒，组件防护等级IP67，识别准确率（字符清晰）≥98%。

如图4所示。

图4 车号自动识别
3.3 无线通讯设备
智能装车系统与火车司机通讯的无线通讯设备，能够实现整个铁路沿线的网络全覆盖，
无通讯死角。

基站支持多个终端同时接入。

Pad界面具有装车过程动画的实时显示，报警及
提示的语音播报。

搭建点对点无线网络系统，实现智能装车系统和火车驾驶室内的无线通讯。

火车司机通
过Pad与系统通讯并进行信息交互，司机根据Pad上的信息和指令配合装车过程的操作，实
现无人通讯，完成机车远程无线指挥作业，装车站通过该机车导航系统协调控制火车速度、
停车、前进和后退，以此为依据控制自动放料。

3.4 装车质量的自动检验
通过激光雷达相关检测装置实现对装车质量的实时检测。

系统能够实现对装车后车厢内
的物料轮廓进行三维建模和计算，实现对前后偏载、超限等装置质量问题进行自动检测判断。

装置安装在轨道中线上方，垂直向下对车厢及车内物料的顶部平面进行3D扫描，扫描频率
25HZ以上，扫描宽度覆盖车厢的最大宽度。

火车装车后车厢在行驶过程中，该装置将测量出
若干个截面积，再结合车厢的测速及定位装置，从而可以得到整个车厢装车的三维尺寸结果，检测精度在±500kg范围内。

装置具备防雾气、水汽干扰的功能。

3.5 智能报表系统
上位机安装在装车站监控室，安装智能装车系统软件，实现对装车过程中装车量、热值、合格率等关键数据的统计；对产品煤和商品煤的产量、分布进行统计；对于消耗品防冻液、
抑尘剂使用量进行统计；对人员装车情况进行统计等。

智能报表系统可以在集控室呈现，用
于调度决策、指挥。

3.6 操作及安全
智能装车系统在原有手动装车系统上进行改造，保留了原有系统的功能，在现有操作台
上增加切换按钮，可以实现智能模式与人工模式快速切换。

在现有操作台上安装1台平板电脑，方便对智能装车系统的观察和操作。

4 结语
无人化智能装车系统，能够在安全、质量、效率等方面实现进一步提升。

（1）随着智能装车系统的投入使用，原火车装车系统操作间内有2名操作人员，其中
1人负责配煤及输煤设备的启停车操作，1人专职负责装车作业。

现智能无人装车系统投用
后，原高度紧张的专职装车人员得到彻底解放，装车过程中只需轻松地关注装车质量即可，
提高了职工工作的幸福感。

（2）由智能化系统替代人工操作，降低人工成本和劳动强度，提高装车合格率并降低
了事故率。

一列105节火车装车时间相比原来的装车时间减少了20分钟左右，超重偏载情
况极少发生，提高了装运效率。

（3）系统自动检测装车质量，发现偏载、超高等质量问题时，及时报警通知装车人员
确认。

提高了装车效率和装车质量，也保障了运输安全和运输效率。

（4）实现系统手自动切换、故障报警、应急响应等功能，满足系统安全需要。

（5）门克庆选煤厂通过智能装车系统建设，火车装车站装车操作人员减少一人，每年
可减少人工成本10万元。

减少超重偏载及亏吨现象发生，每年减少亏吨约2000吨，每吨商
品煤运费228元，经测算每年可节约运费45万元。

（6）门克庆选煤厂在火车装车智能化改造的同时，也对汽车装车进行了智能化改造，
目前已实现了火车、汽车智能化装车。

由此可见，智能装车系统可以实现无人化装车、减轻工人劳动强度，在装车环节大大减
少人工作业量及人员需求，达到减人增效作用。

可以避免溜槽磕碰车体等事故，消除安全隐患，安全成本大幅下降。

可以减少偏载、撒料等，提高装车质量。

特别是对于早期已经建成
的快速定量装车系统，可以在不影响原系统生产的情况下方便的进行改造升级为智能化系统，具有很广阔的发展前景。

参考文献:
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