防冻干粉智能自动撒播系统研究

韩春福 祝 菁 郭少帅

（陕西陕煤曹家滩矿业有限公司，陕西 榆林 719000）

陕西陕煤曹家滩矿业公司为年产1800 万t 动力煤型矿井，每年铁路销售煤炭在1300 万t 左右，现有火车装车站两个，所在地理位置为陕北榆林地区，冬季最低温度可达-30 ℃左右，选煤厂外运煤中含有水分，冬季运输会产生严重黏连、挂壁、结块等冻车现象[1]。挂壁和黏连会使车厢内煤卸载不干净，降低了卸车效率，增加卸车难度，甚至会出现无法卸车的情况，给煤矿、铁路、电厂或港口带来严重的经济损失，制约了火车的周转和运输效率。所以冬季铁路运煤车厢需要播撒防冻干粉，以防止出现冻车皮的情况。目前曹家滩主要是人工在车厢内播撒防冻干粉[2]，存在一定的弊端，一方面工人工作量大，工作环境恶劣，并且干粉对人体有一定的伤害性[3]；另一方面播撒干粉时需要停车作业，严重影响装车效率。

1 防冻干粉智能自动撒播设备的组成

1.1 运煤列车防冻干粉自动撒播机构

防冻干粉装置侧视图如图1。

图1 防冻干粉装置侧视图

防冻干粉装置包括斗提机、储料罐、大倾角皮带机和撒料装置。斗提机入口为防冻干粉输入位置，将防冻干粉放入斗提机后，由斗提机将防冻干粉提升至储料罐；储料罐下方有缓冲装置；缓冲装置出口直连给料机，给料机下方设置有大倾角皮带刮板传送装置，大倾角皮带刮板传送装置主要用于将粉状物料输送至龙门架上的撒料装置；撒料装置主要用于向车厢内撒料，防止煤冻结；旋转升降装置可将撒料装置根据不同车型车厢的高低不同进行高度的调节，在车厢到达及离开时提升至指定位置，以保证在装车过程中安全可靠[4]。

1.2 车型识别与防冻干粉播撒量控制系统设计

当有装车任务时，装车任务启动后同步获得RFID 获取的车厢信息，车厢信息包括车型、车号、车厢的长、宽、高等信息[5]。智能算法会根据这些车厢信息计算出对应的播撒量，并将播撒量信息传输给撒料装置，撒料装置会根据车厢的高度调节撒料装置的高度至合适位置，避免高度过低造成的磕车及高度过高造成的防冻干粉飞溅[6]，在保证正常工作安全的基础上，避免防冻干粉的浪费，节约资源，保护环境。

1.3 室外温度与播撒量控制系统设计

在装车室室外安装温度传感器，PLC 根据室外温度传感器反馈回来的室外温度，调整各种车型每节列车播撒防冻干粉量。不同温度下每节火车车箱防冻干粉播撒量见表1。

表1 温度与不同车型喷洒量统计表 kg

播撒量是通过PLC 控制螺旋输送杆和星轮的转动频率来控制[7]，保证每节火车车箱防冻干粉的播撒量能够满足不同温度下的要求。

1.4 车速变化调整播撒量控制系统设计

在铁路两侧安装测速雷达对车速进行监测，把车速的快慢和正向负向传输给PLC，PLC 通过返回的车速控制撒料装置的运行与停止[8]。当车速为正，螺旋给料杆和星轮会根据车速快慢调节运转频率，车速快频率高开度大，车速慢频率低开度小。当车速为零时，也就是停车的情况下，螺旋给料杆和星轮停止转动，防止播撒量局部堆积；当车速为负时，也就是倒车的情况下，螺旋给料杆和星轮停止转动。当倒车结束后，车辆再次前进时，PLC 根据RFID监测出的车型车号信息与播撒过的车型车号信息进行比对，对已经播撒过的车厢不播撒，当到达未播撒车厢，PLC 控制播撒装置开始进行播撒，避免重复播撒造成浪费。

1.5 车钩停止播撒控制系统设计

与干粉播撒装置同中心位置处，顺火车前进方向安装了对射装置，如图2。

图2 对射与车厢相对位置

对射为多点对射，安装高度与车厢实际高度的中间位置齐平。当车厢前进时，会有部分对射点被遮挡，PLC 根据相应对射点遮挡后又被释放判定车厢车头车尾位置，控制播撒装置进行播撒启停。前一节车厢车尾到达相应对射点时，播撒臂驶出车厢，即可停止播撒干粉。当下一节车厢车头到达对射某一点时，即可以开始播撒干粉。

1.6 控制系统的模式设计

控制系统的模式分为智能控制模式、自动控制模式和手动控制模式三种模式。

（1）智能控制模式。根据不同车型计算相应车厢内表面积，根据室外温度和内表面积计算出合理播撒量。播撒量通过PLC 控制螺旋输送杆和星轮的转动频率来控制。

（2）自动控制模式。根据既定指标或者要求，输入每节车厢要求的播撒量，综合计算杂编车的面积、体积，然后根据要求的播撒量通过PLC 控制螺旋输送杆和星轮的转动频率来控制播撒量。

（3）手动控制模式。在调试状态或单独控制状态下使用，正常工作状态也可以使用。基本原理是通过直接控制螺旋输送杆和星轮的转动频率来控制防冻干粉的播撒量。此方式可在设备初期为人工调试提供一个直接有效的接口，可获得设备的实际运行参数和性能参数。

三种不同模式能够满足生产过程中的不同需求。

2 防冻干粉智能自动撒播系统的使用效果

防冻干粉智能自动撒播系统在陕煤曹家滩煤矿投入使用后，改变了曹家滩煤矿火车装车站之前需要人工搬运干粉、人工撒播、人工控制撒播量的状态，最大程度地减少了人力，避免了物料对人体的伤害，提高了每节车厢撒播与计量的准确性[9]。该系统能够根据RFID 识别的不同车型实现对应车型总体撒播量的控制；根据室外的实际温度，对撒播量进行适当的调整；根据不同的车速对应控制撒播速度，保证车厢底部均匀铺撒防冻干粉；能够实现停车、倒车停撒，进入车箱开撒，驶出车箱停撒，车钩停撒，并具有记录统计等功能。防冻干粉智能自动撒播系统投入使用后，干粉播撒量相比原来人工吨煤播撒的量1 kg 有大幅度减少，且效果均匀可控。

表2 智能自动防冻干粉播撒量统计

3 系统具备特点

本文所述智能防冻干粉自动撒播系统已经在陕煤榆北煤业有限公司推广应用，系统特点：

（1）自动播撒，减少劳动力，播撒均匀；

（2）根据识别车型，控制相应的播撒量；

（3）根据车厢位置和车厢型号执行摆动与升降，防止磕碰，保证播撒效果；

（4）根据温度、车速正负、车钩、车厢播撒状况等状态，实现播撒智能控制。

4 结语

本智能防冻干粉自动撒播系统能够准确实现不同车型和不同温度下车厢内播撒，实现车钩、停车、倒车停撒和防止车厢内播撒后重复播撒，从而减少了工人的劳动强度，防止干粉对员工的伤害，保证了车厢内干粉的播撒质量，杜绝了防冻干粉的浪费，具有重要的现实意义。