防凍干粉智能自動撒播系統研究

韓春福 祝 菁 郭少帥

（陜西陜煤曹家灘礦業有限公司，陜西 榆林 719000）

陜西陜煤曹家灘礦業公司為年產1800 萬t 動力煤型礦井，每年鐵路銷售煤炭在1300 萬t 左右，現有火車裝車站兩個，所在地理位置為陜北榆林地區，冬季最低溫度可達-30 ℃左右，選煤廠外運煤中含有水分，冬季運輸會產生嚴重黏連、掛壁、結塊等凍車現象[1]。掛壁和黏連會使車廂內煤卸載不干凈，降低了卸車效率，增加卸車難度，甚至會出現無法卸車的情況，給煤礦、鐵路、電廠或港口帶來嚴重的經濟損失，制約了火車的周轉和運輸效率。所以冬季鐵路運煤車廂需要播撒防凍干粉，以防止出現凍車皮的情況。目前曹家灘主要是人工在車廂內播撒防凍干粉[2]，存在一定的弊端，一方面工人工作量大，工作環境惡劣，并且干粉對人體有一定的傷害性[3]；另一方面播撒干粉時需要停車作業，嚴重影響裝車效率。

1 防凍干粉智能自動撒播設備的組成

1.1 運煤列車防凍干粉自動撒播機構

防凍干粉裝置側視圖如圖1。

圖1 防凍干粉裝置側視圖

防凍干粉裝置包括斗提機、儲料罐、大傾角皮帶機和撒料裝置。斗提機入口為防凍干粉輸入位置，將防凍干粉放入斗提機后，由斗提機將防凍干粉提升至儲料罐；儲料罐下方有緩沖裝置；緩沖裝置出口直連給料機，給料機下方設置有大傾角皮帶刮板傳送裝置，大傾角皮帶刮板傳送裝置主要用于將粉狀物料輸送至龍門架上的撒料裝置；撒料裝置主要用于向車廂內撒料，防止煤凍結；旋轉升降裝置可將撒料裝置根據不同車型車廂的高低不同進行高度的調節，在車廂到達及離開時提升至指定位置，以保證在裝車過程中安全可靠[4]。

1.2 車型識別與防凍干粉播撒量控制系統設計

當有裝車任務時，裝車任務啟動后同步獲得RFID 獲取的車廂信息，車廂信息包括車型、車號、車廂的長、寬、高等信息[5]。智能算法會根據這些車廂信息計算出對應的播撒量，并將播撒量信息傳輸給撒料裝置，撒料裝置會根據車廂的高度調節撒料裝置的高度至合適位置，避免高度過低造成的磕車及高度過高造成的防凍干粉飛濺[6]，在保證正常工作安全的基礎上，避免防凍干粉的浪費，節約資源，保護環境。

1.3 室外溫度與播撒量控制系統設計

在裝車室室外安裝溫度傳感器，PLC 根據室外溫度傳感器反饋回來的室外溫度，調整各種車型每節列車播撒防凍干粉量。不同溫度下每節火車車箱防凍干粉播撒量見表1。

表1 溫度與不同車型噴灑量統計表 kg

播撒量是通過PLC 控制螺旋輸送桿和星輪的轉動頻率來控制[7]，保證每節火車車箱防凍干粉的播撒量能夠滿足不同溫度下的要求。

1.4 車速變化調整播撒量控制系統設計

在鐵路兩側安裝測速雷達對車速進行監測，把車速的快慢和正向負向傳輸給PLC，PLC 通過返回的車速控制撒料裝置的運行與停止[8]。當車速為正，螺旋給料桿和星輪會根據車速快慢調節運轉頻率，車速快頻率高開度大，車速慢頻率低開度小。當車速為零時，也就是停車的情況下，螺旋給料桿和星輪停止轉動，防止播撒量局部堆積；當車速為負時，也就是倒車的情況下，螺旋給料桿和星輪停止轉動。當倒車結束后，車輛再次前進時，PLC 根據RFID監測出的車型車號信息與播撒過的車型車號信息進行比對，對已經播撒過的車廂不播撒，當到達未播撒車廂，PLC 控制播撒裝置開始進行播撒，避免重復播撒造成浪費。

1.5 車鉤停止播撒控制系統設計

與干粉播撒裝置同中心位置處，順火車前進方向安裝了對射裝置，如圖2。

圖2 對射與車廂相對位置

對射為多點對射，安裝高度與車廂實際高度的中間位置齊平。當車廂前進時，會有部分對射點被遮擋，PLC 根據相應對射點遮擋后又被釋放判定車廂車頭車尾位置，控制播撒裝置進行播撒啟停。前一節車廂車尾到達相應對射點時，播撒臂駛出車廂，即可停止播撒干粉。當下一節車廂車頭到達對射某一點時，即可以開始播撒干粉。

1.6 控制系統的模式設計

控制系統的模式分為智能控制模式、自動控制模式和手動控制模式三種模式。

（1）智能控制模式。根據不同車型計算相應車廂內表面積，根據室外溫度和內表面積計算出合理播撒量。播撒量通過PLC 控制螺旋輸送桿和星輪的轉動頻率來控制。

（2）自動控制模式。根據既定指標或者要求，輸入每節車廂要求的播撒量，綜合計算雜編車的面積、體積，然后根據要求的播撒量通過PLC 控制螺旋輸送桿和星輪的轉動頻率來控制播撒量。

（3）手動控制模式。在調試狀態或單獨控制狀態下使用，正常工作狀態也可以使用。基本原理是通過直接控制螺旋輸送桿和星輪的轉動頻率來控制防凍干粉的播撒量。此方式可在設備初期為人工調試提供一個直接有效的接口，可獲得設備的實際運行參數和性能參數。

三種不同模式能夠滿足生產過程中的不同需求。

2 防凍干粉智能自動撒播系統的使用效果

防凍干粉智能自動撒播系統在陜煤曹家灘煤礦投入使用后，改變了曹家灘煤礦火車裝車站之前需要人工搬運干粉、人工撒播、人工控制撒播量的狀態，最大程度地減少了人力，避免了物料對人體的傷害，提高了每節車廂撒播與計量的準確性[9]。該系統能夠根據RFID 識別的不同車型實現對應車型總體撒播量的控制；根據室外的實際溫度，對撒播量進行適當的調整；根據不同的車速對應控制撒播速度，保證車廂底部均勻鋪撒防凍干粉；能夠實現停車、倒車停撒，進入車箱開撒，駛出車箱停撒，車鉤停撒，并具有記錄統計等功能。防凍干粉智能自動撒播系統投入使用后，干粉播撒量相比原來人工噸煤播撒的量1 kg 有大幅度減少，且效果均勻可控。

表2 智能自動防凍干粉播撒量統計

3 系統具備特點

本文所述智能防凍干粉自動撒播系統已經在陜煤榆北煤業有限公司推廣應用，系統特點：

（1）自動播撒，減少勞動力，播撒均勻；

（2）根據識別車型，控制相應的播撒量；

（3）根據車廂位置和車廂型號執行擺動與升降，防止磕碰，保證播撒效果；

（4）根據溫度、車速正負、車鉤、車廂播撒狀況等狀態，實現播撒智能控制。

4 結語

本智能防凍干粉自動撒播系統能夠準確實現不同車型和不同溫度下車廂內播撒，實現車鉤、停車、倒車停撒和防止車廂內播撒后重復播撒，從而減少了工人的勞動強度，防止干粉對員工的傷害，保證了車廂內干粉的播撒質量，杜絕了防凍干粉的浪費，具有重要的現實意義。