火車移動采樣機同步控制技術

◎李朋

火車移動采樣機同步控制技術

◎李朋

火車移動采樣同步控制技術是火車移動采樣機的重要技術之一，筆者試圖以同步移動采樣機電控系統的整體設計、同步追蹤關鍵技術、控制軟件設計等方面作為研究角度，對火車移動采樣機進行研究，重點對主動追蹤、被動補償、采樣過程保護、同步追蹤關鍵設備等技術進行研究，分析當前現狀，尋求其中問題，給出合理修整建議。

通常情況下，我國最早的火車移動采樣機只能以被動補償的方式進行采樣，雖然可以滿足一些工作的需求，也替代了手工采樣，確實提升了工作的效率，但整體來看，該方式還是存在著很多的問題，尤其是其補償方式采樣會使得采樣器逐漸地傾斜，進而插入到儲煤中，嚴重地影響實際的工作效率，也會造成采樣深度不足以及采樣點的越界位移的問題，進而影響整體的樣品代表性。采樣設備的不配套以及專用設備的缺失是目前影響采樣工作機械化的主要制約因素。筆者所在的單位火車上有采樣機兩臺，采樣軌道達到了六十米，具體的型號為XR-QCY150門市采樣機直插鏟筒式。文章結合實際的工作和業界理論的發展，以單位火車實際情況為例，筆者展開了相關分析。

同步移動采樣機控制系統的整體設計

火車同步移動采樣機的控制系統主要包括專用的伺服控制系統、測速的傳感器及測速的雷達、以及其他的相關硬件、樣點布置軟件和同步追蹤軟件。對于其整體運轉而言，同步追蹤是其是具體的實現。在具體的過程中，首先要對其速度以及方向等指標進行輸入的控制，再對采樣點進行計算，同時在這個環節也要控制好伺服器的速度控制；控制系統根據車廂所運行的速度自動布置采樣點，實時地對相關數據進行控制和調整，比如速度以及方向等指標；達到了與采樣期間列車同步隨動的狀態，就基本滿足相關業務的需求。

結合技術的角度來看，筆者所在單位的火車控制系統主要的中心部件是PLC的設施，與之相互聯系的部件包括PC操作臺、實際操作臺、采樣頭、小行車、閘門控制指令輸出、伺服電機、同步追蹤系統、以及相關數據的記錄和控制器。下文將結合這些內容展開分析。

控制系統的性能要求。在控制系統的之中，需要有UPS電源保證其真實的電力供應，對于電源的要求，要保證其十分鐘之內斷電不影響整體的數據處理及報警信號的有效輸出，特別是裝車站故障連鎖信號不會失效，否則將會造成很多的問題。筆者所在單位的火車控制電源按實際的負荷分級可以分為具體的A類PLC、PC操作站和連鎖信號用電源；B類故障報警設施、測速雷達及聲納探測器電源；C類包括單體設備控制、失速開關等電源。控制系統必須有危險保護控制的措施，如果出現任何問題應當能夠立刻做出實際控制。

筆者所在單位的火車移動采樣還具有以下的功能：首先，它結合了左右兩側的雙伺服電機驅動方案，非常有利于整體的傳動系統布置；它還可以自動的獲取火車的速度方向進而可逐步的建立起十八點循環采樣點位置和隨動速度，輔助相關人員展開具體分析；可實現全斷面的采樣或分層采樣，可為科研項目積累大量可靠的數據；可自動識別空車、K型車以及高位車廂；對于單體設備可以執行手動控制；具備了整體的軟限位、裝車站信號連鎖保護功能；可以實時監測單體設備的運轉狀態、采樣進程、歸檔不同沒種類的采樣信息和對于故障的報警等。

控制系統的主要參數。筆者所在單位的火車控制系統的主要參數包括以下幾項，在總負荷方面大致為30kw，在行走速度方面為0.01～1.5米每秒，在同步精度方面大致為±1毫米，在響應時間方面的數據大致為小于10毫秒，在最小采樣循環周期方面則為小于40秒，在防護等級方面則為防塵防水的IP65級。整體的性能數據指標比較的高端，可以滿足日常的各項業務需求。

同步追蹤關鍵技術

伺服同步控制系統的整體作用就是保持火車整體的兩個輪能夠同步地運行以及處理數據，且可以隨著車廂的主體共同地移動，進而避免其在具體的行進過程中出現各類的偏移。其中的采用位置、速度控制等技術，可以輔助整體實時的繪制出各類別的數據曲線和圖表，在四象限的工作區域內驅動實際的交流伺服電機，進而保證其加速、制動、翻轉、瞬時調解等工作等都能滿足需求。伺服同步控制其必須有足夠的精度，尤其是在相應火車速度和實際的方向變化方面，否則將會造成指揮錯誤。

主動追蹤。接觸式速度傳感器或者測速雷達在輸入的時候，瞬間的速度可以很高，且對于其速度和方向的對應來說也需要精確的計算點，以及基礎參數做依據；分析系統結合數據的處理分析，可以自動的生成采樣機的絕對位置、采樣機與車廂的相對位置，以及各類所需的速度方向等關鍵的指標，結合國家標準GB/T19494-2004的相關要求對其格式進行處理。在具體的采樣實際操作中，控制系統要實時的調整左右兩側的伺服電機，保證其速度和方向的正確性和可操作性。

筆者所在的單位火車對主動追蹤性能的要求包括以下幾項。首先是對于其同步設計精度要求為±1毫米，在具體的過程中不可出現任何地采樣器傾斜或者踩空現象；在采樣機實際位置的數據控制方面，偏差不可以超過5厘米，且必須要避免對樣品的實際擾動和影響的；在速度補償旋鈕，要結合具體人工修正的方式，對于不利于火車設施行駛的地段進行修正。這些要求都是非常具體的，對于火車移動采樣機同步控制而言非常關鍵。

被動補償。所謂被動補償，主要是為了防止同步偏差的出現而采取的一個措施。如果在行駛的過程中確實需要因為速度偏差而導致采樣機與車輛發生未知偏移，此時必須需要調整的，該措施實際的效果就會得到體現。螺旋采樣器傾斜或者采空也會造成同樣的問題。在采樣頭煤體停止時間過長的時候，采樣器會發生各類的傾斜、進而激活保護的程序，這時需要結合具體被動補償技術來做出適度的調整。

筆者結合實際的工作來看，從生產效率角度入手，被動補償必須要考慮到實際的平衡，尤其是對于平衡質量的考慮。在火車底部有支撐框架，在其上需要放置著平衡質量塊和硅片臺宏微驅動，在其之間則采用氣體浮動支撐方式，被動補償系統則被安放在了支撐框架和其氣體浮動支撐裝置的中間，保證其整體的效用。對于火車的被動補償而言，平衡質量系統是雙工件臺系統中承上啟下的一部分，是位于支撐框架與硅片臺宏驅動系統之間的部分，對于整體的控制有著重要的影響作用。在實際建設過程中必須對于相關的設施賦予足夠的重視，保證整體運行的穩定性和持久性。

采樣過程保護。所謂采樣過程保護，指的是結合火車移動采樣機同步控制而開展的過程保護活動，在發生采樣機靠近限位點或采樣器嚴重傾斜的情況時，就會立刻啟動時機的連鎖保護程序，使其避免停車的因運動而產生太多的位移，進而出現危險情況發生。在實際的采樣機發生打滑而沖出了限位點的時候，最終起到保護的作用。手動泵也是其中重要的保護措施。具體的保護過程相對較為具體，都是結合各類可能出現的情況而設計的。整體的保護對于火車移動采樣機同步控制是非常關鍵的，需要相關人員提起足夠的重視。

同步追蹤關鍵設備。同步追蹤指的是裝車站以實際的速度變化時，根據不同的需求側出各類的實際數據項，進而保證采樣機與設計的速度、方向同等運行，如果采取固定的速度運行則不需要對同步追蹤關鍵設備進行追蹤。速度信號源整體包括裝車站的調整速度反饋信號、直接測量速度傳感器信號、低速測速雷達信號等。

裝車站調整速度反饋信號：裝車站調整速度反饋信號不可以隨時反應車廂之間的間隙、列車運行及相關情況關鍵的數據，如果對于各類數據的監測變得緩慢，則會嚴重的影響整體的進展。所以必須提高對預裝車站調整速度反饋信號傳遞的性能。

低速測速雷達：該設備多使用波多普勒效應，來具體的對相關的指標測量。筆者所在單位的火車采用的是配套研制的8毫米測速雷達默契工作頻率達到了39.65±0.3GHz，作用距離大致是3米至10米，測速的精度可以達到0.01千米每小時，而輸出的信號在4Ma至20Ma之間。

直接測量速度傳感器：接觸時速度傳感器是火車同步移動采樣機是重要的速度、方向控制單元，具體包括殼體、線的速度識別單位和脈沖控制單位等。其中的摩擦耦合系數包括因摩擦耦合而導致速度偏差。而傳感器線的速度轉換成電脈沖信號傳遞到十幾單元，對于運動方向和目標的測試也需要預置出口才可以實現。除了硬件方面的設置之外，在實際工作中還必須結合實際的需求，大力開展各類的軟件技術研究，包括對于十八點位置計算首次隨機的研究、對于位置合適的研究、對于同步追蹤控制塊的研究等。

火車移動采樣機同步控制對于火車的運行而言意義重大，相關工作人員應當結合工作中出現的實際情況，對其中存在的問題進行認真的分析，得出相關的結論，促進火車移動采樣機同步控制技術的發展。

（作者單位：大唐華銀金竹山火力發電分公司）