智慧铁水运输系统

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利说明书(10)申请公布号CN109353359A

(43)申请公布日2019.02.19(21)申请号CN201811464765.5(22)申请日2018.12.03(71)申请人中冶赛迪工程技术股份有限公司地址400013重庆市渝中区双钢路1号(72)发明人刘辉范新库祁明明何立柳昊(74)专利代理机构上海光华专利事务所(普通合伙)代理人尹丽云(51)Int.CI 权利要求说明书说明书幅图(54)发明名称 智慧铁水运输系统(57)摘要 本发明提供一种智慧铁水运输系统，包括机车本体和铁水运输车辆本体，以及车载控制系统，用于根据控制指令对机车本体和铁水运输车辆本体的动作进行控制；地面控制系统，用于采集外部环境信息，以及根据控制指令对机车本体和铁水运输车辆本体的地面行进路线进行控制；集控平台用于分别对车载控制系统和地面控制系统发送控制指令；本发明通过集控平台进行信息和控制指令自动交互，实现了铁水运输车从高炉出铁场至炼钢倒罐站的整个铁水运输作业过程无人化和组织调度智能化，提高了机车运行效率，减少铁水温降，提高道路、机车运行的安全性，杜绝了因人员操作、判断等失误造成的设备损坏和生成事故，降低了作业风险，保障了工作人员的人身安全。法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书1.一种智慧铁水运输系统,包括机车本体和铁水运输车辆本体,其特征在于,还包括:

车载控制系统,分别与机车本体和铁水运输车辆本体连接,用于根据控制指令对机车本体和铁水运输车辆本体的动作进行控制;

地面控制系统,用于采集外部环境信息,以及根据控制指令对机车本体和铁水运输车辆本体的地面行进路线进行控制;

集控平台,分别与车载控制系统和地面控制系统连接,用于分别对车载控制系统和地面控制系统发送控制指令。

2.根据权利要求1所述的智慧铁水运输系统,其特征在于,所述集控平台,包括:

运控中心,用于各个子系统之间进行信息交互,并发送控制指令;

智能调度子系统,与运控中心连接用于根据出铁计划和/或出钢计划生成调度计划并分解成可执行的运输指令;

设备健康保障子系统,用于采集机车本体和铁水运输车辆本体的运行参数;

数据分析中心,分别与设备健康保障子系统和智能调度子系统连接,用于对采集的运行参数进行处理,对故障信息进行判断、定位和预警。

3.根据权利要求2所述的智慧铁水运输系统,其特征在于,所述车载控制系统,包括:

机车控制子系统,用于根据运控中心的控制指令,驱动机车本体和铁水运输车辆本体进行相应的动作,所述动作至少包括机车本体和铁水运输车辆本体之间的挂钩和分离,以及机车本体和铁水运输车辆本体的运行和驻车;

机车检测子系统,用于对机车运行状态进行实时检测;

车载环境感知子系统,用于实时监控机车本体和铁水运输车辆本体运行前方的环境;

车载供电系统,安装于机车本体,通过机车供电和外部充电方式,为机车控制子系统、机车检测子系统和车载环境感知子系统供电。

4.根据权利要求3所述的智慧铁水运输系统,其特征在于,所述地面控制系统,包括:

列控中心,与所述机车控制子系统连接,用于对进路信息和车辆速度进行监测;

联锁子系统,分别与列控中心和运控中心连接,用于为机车运行提供进路;

地面环境感知子系统,用于实时监控机车本体和铁水运输车辆本体运行路线的环境。

5.根据权利要求3所述的智慧铁水运输系统,其特征在于,所述机车控制子系统包括控制中心服务器、控制终端、摘挂钩单元、驻车单元、第一通信单元和用于机车本体定点停车的车辆对位单元,多个控制终端通过所述第一通信单元与控制中心服务器连接,所述控制终端分别与摘挂钩单元、驻车单元和车辆对位单元连接,用于控制机车本体和铁水运输车辆本体之间的挂钩和分离,以及机车本体和铁水运输车辆本体的运行和驻车。

6.根据权利要求5所述的智慧铁水运输系统,其特征在于,所述摘挂钩单元包括提钩装置、连挂助力装置和检测装置,所述提钩装置、连挂助力装置和检测装置分别与控制终端连接,所述提钩装置通过连挂助力装置分别与机车本体和铁水运输车辆本体的车钩连接,并通过检测装置检测提钩装置的挂钩状态。

7.根据权利要求5所述的智慧铁水运输系统,其特征在于,所述联锁子系统包括上位机、信号机、下位机、第二通信单元和执行机构,所述上位机分别与列控中心和运控中心连接,所述上位机通过第二通信单元与下位机连接,所述下位机与执行机构连接,所述执行机构分别与轨道和信号机连接,用于根据控制指令为机车运行提供进路并给出信号指示。

8.根据权利要求7所述的智慧铁水运输系统,其特征在于,所述第一通信单元和第二通信单元包括无线通信专网,所述控制中心服务器通过无线通信专网与控制终端进行数据交互,所述无线通信专网的数据在传输时,其控制与承载相分离。

9.根据权利要求3所述的智慧铁水运输系统,其特征在于,所述机车检测子系统至少包括速度检测单元、温度检测单元、压力检测单元、定位单元和用于检测机车是否脱轨的脱轨检测单元,所述脱轨检测单元包括由多个测距传感器组成的测距传感器组。

10.根据权利要求4所述的智慧铁水运输系统,其特征在于,所述地面控制系统,还包括区域监控子系统,用于对指定区域环境进行实时监控。

说明书<p>技术领域

本发明涉及冶金领域,尤其涉及一种智慧铁水运输系统。

背景技术

铁水运输是长流程钢铁冶炼工艺中必不可少的生产环节。受生产工艺、用地限制、环保安全等约束,目前国内钢铁联合企业的铁水运输方式包括铁路运输、道路运输和过跨车运输三种形式。其中铁水铁路运输因其技术成熟、实际生产经验丰富、生产节奏弹性好、安全可靠而得到了广泛的应用,但由于受到整个铁水铁路运输流程中涉及的各个作业环节繁多、地面与车载设备需协同联合作业,涉及大量的对位、连接等精细化操作,设备大型化、高温、连续生产等特点对运输的稳定性和安全性要求性更高,目前行业内设施设备自动化水平滞后等因素影响,通常需要投入大量人力进行作业操作,影响了运营成本、运输效率和产品质量。

传统的铁水铁路运输系统配置有专业的机车司机,同时配备有调度员、调车员、安全员等辅助完成组织调度、安全防护、摘钩驻车、精准对位、机车车辆点检等工作,此类操作模式下,在整个铁水铁路运输流程中均需人员参与。主要存在以下缺陷:

1)铁水运输作业过程中,人员配置多,人力资源成本较高。

2)每位司机需要操控机车、摘钩、信号确认、停车对位、识别轨道上障碍物,一岗多职,需12小时不间断作业,劳动强度很大,同时存在误判、操作失误等安全隐患。

3)铁水运输车辆中的铁水温度超过1000°C,铁水在输运过程中可能存在铁水喷溅和漏铁可能,作业人员频繁在此区域作业,安全风险大。另外,受雷雨大雾等恶劣天气影响,工作环境差,操作人员个人状态会影响作业效率及可能导致误操作,安全风险也较大。

4)整个铁水运输作业过程,人员参与的作业环节较多,一方面受到个人操作水平的影响,另一方面各个环节的衔接时间长,以保证人员充足作业时间和判断,影响机车运行效率和车辆周转率,既增加了运输设备的投入,又降低了运行效率,增加了铁水温降,不利于生产成本和质量控制。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明提供一种智慧铁水运输系统,以解决上述技术问题。

本发明提供的智慧铁水运输系统,包括机车本体和铁水运输车辆本体,还包括:

车载控制系统,分别与机车本体和铁水运输车辆本体连接,用于根据控制指令对机车本体和铁水运输车辆本体的动作进行控制;

地面控制系统,用于采集外部环境信息,以及根据控制指令对机车本体和铁水运输车辆本体的地面行进路线进行控制;

集控平台,分别与车载控制系统和地面控制系统连接,用于分别对车载控制系统和地面控制系统发送控制指令。

进一步,所述集控平台,包括:

运控中心,用于各个子系统之间进行信息交互,并发送控制指令;

智能调度子系统,与运控中心连接用于根据出铁计划和/或出钢计划生成调度计划并分解成可执行的运输指令;

设备健康保障子系统,用于采集机车本体和铁水运输车辆本体的运行参数;

数据分析中心,分别与设备健康保障子系统和智能调度子系统连接,用于对采集的运行参数进行处理,对故障信息进行判断、定位和预警。

进一步,所述车载控制系统,包括:

机车控制子系统,用于根据运控中心的控制指令,驱动机车本体和铁水运输车辆本体进行相应的动作,所述动作至少包括机车本体和铁水运输车辆本体之间的挂钩和分离,以及机车本体和铁水运输车辆本体的运行和驻车;

机车检测子系统,用于对机车运行状态进行实时检测;

车载环境感知子系统,用于实时监控机车本体和铁水运输车辆本体运行前方的环境;

车载供电系统,安装于机车本体,通过机车供电和外部充电方式,为机车控制子系统、机车检测子系统和车载环境感知子系统供电。

进一步,所述地面控制系统,包括:

列控中心,与所述机车控制子系统连接,用于对进路信息和车辆速度进行监测;

联锁子系统,分别与列控中心和运控中心连接,用于为机车运行提供进路;

地面环境感知子系统,用于实时监控机车本体和铁水运输车辆本体运行路线的环境。

进一步,所述机车控制子系统包括控制中心服务器、控制终端、摘挂钩单元、驻车单元、第一通信单元和用于机车本体定点停车的车辆对位单元,多个控制终端通过所述第一通信单元与控制中心服务器连接,所述控制终端分别与摘挂钩单元、驻车单元和车辆对位单元连接,用于控制机车本体和铁水运输车辆本体之间的挂钩和分离,以及机车本体和铁水运输车辆本体的运行和驻车。

进一步,所述摘挂钩单元包括提钩装置、连挂助力装置和检测装置,所述提钩装置、连挂助力装置和检测装置分别与控制终端连接,所述提钩装置通过连挂助力装置分别与机车本体和铁水运输车辆本体的车钩连接,并通过检测装置检测提钩装置的挂钩状态。

进一步,所述联锁子系统包括上位机、信号机、下位机、第二通信单元和执行机构,所述上位机分别与列控中心和运控中心连接,所述上位机通过第二通信单元与下位机连接,所述下位机与执行机构连接,所述执行机构分别与轨道和信号机连接,用于根据控制指令为机车运行提供进路并给出信号指示。

进一步,所述第一通信单元和第二通信单元包括无线通信专网,所述控制中心服务器通过无线通信专网与控制终端进行数据交互,所述无线通信专网的数据在传输时,其控制与承载相分离。

进一步,所述机车检测子系统至少包括速度检测单元、温度检测单元、压力检测单元、定位单元和用于检测机车是否脱轨的脱轨检测单元,所述脱轨检测单元包括由多个测距传感器组成的测距传感器组。

进一步,所述地面控制系统,还包括区域监控子系统,用于对指定区域环境进行实时监控。

本发明的有益效果:本发明中的车载控制系统和地面控制系统通过集控平台进行信息和控制指令自动交互,实现了铁水运输车从高炉出铁场至炼钢倒罐站的整个铁水运输作业过程无人化和组织调度智能化,最大限度提高机车运行效率,提升车辆周转率,减少铁水温降,提高道路、机车运行的安全性,杜绝了因人员操作、判断等失误造成的设备损坏和生成事故,降低了作业风险,保障了工作人员的人身安全,本发明具有可靠性高、实用性强的优点,利于在冶金行业大面积推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例中智慧铁水运输系统的系统构成示意图。

图2是本发明实施例中智慧铁水运输系统的系统的信息控制流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中,探讨了大量细节,以提供对本发明实施例的更透彻的解释,然而,对本领域技术人员来说,可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的,在其他实施例中,以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备,以避免使本发明的实施例难以理解。

如图2所示,本实施例中的智慧铁水运输系统,包括机车本体和铁水运输车辆本体,以及:

车载控制系统,分别与机车本体和铁水运输车辆本体连接,用于根据控制指令对机车本体和铁水运输车辆本体的动作进行控制;

地面控制系统,用于采集外部环境信息,以及根据控制指令对机车本体和铁水运输车辆本体的地面行进路线进行控制;

集控平台,分别与车载控制系统和地面控制系统连接,用于分别对车载控制系统和地面控制系统发送控制指令。

本实施例通过集控平台搭建地面和车载系统的柔性协同机制和运行环境,基于运输作业工艺流程建立了覆盖不同空间和时间的多子系统的动态走作业逻辑,将硬件、软件和动力模型结合,基于多冗余配置构建PDCA循环反馈理念建立实时反馈机制,以实现铁水运输作业过程无人化和智能化,提高运行效率,降低运行成本,增强了运输作业安全。

在本实施例中,集控平台主要包括:

运控中心,用于各个子系统之间进行信息交互,并发送控制指令;

智能调度子系统,与运控中心连接用于根据出铁计划和/或出钢计划生成调度计划,并分解成可执行的运输指令;

设备健康保障子系统,用于采集机车本体和铁水运输车辆本体的运行参数;

数据分析中心,与设备健康保障子系统和智能调度子系统连接,用于对采集的运行参数进行处理,对故障信息进行判断、定位和预警。

其中,集控平台类似于人体的大脑,可以对各个系统的信息进行集成处理,形成具体的控制执行指令并通过无线网络发布至各个执行系统;其中,运控中心为各个系统提供信息交互和指令控制平台,一方面为集控平台提供系统运营及界面环境,另一方面作为系统与外界的交互接口,能够实现手动控制和监控。

本实施例中的智能调度子系统通过运控中心与机车控制系统通过无线通讯专网相连,其作用是通过整合出铁计划和出钢计划形成调度计划,优选地,可以将其整合的内容编译成机车可执行的指令语言,通过运控中心发布至机车控制系统执行。

本实施例中的设备健康保障子系统与机车本体和铁水运输车辆本体通过无线通讯专网相连,可以通过设备健康保障子系统中的状态监测传感器获取机车和铁水运输车辆本体上的运行参数并传输至控制服务器,通过对数据进行分析处理,完成对故障信息进行判断、定位以及报警。

本实施例中的数据分析中心通过收集各个子系统的运营数据,通过综合指标分析、数据挖掘等手段,实时评估系统状态,为设施设备数量、维修维护、组织管理等提供优化和改善建议。对机车的检修维护提供信息化管理功能,包含点检管理和定检管理功能等。

在本实施例中,车载控制系统主要包括:

机车控制子系统,用于根据运控中心的控制指令,驱动机车本体和铁水运输车辆本体进行相应的动作,所述动作至少包括机车本体和铁水运输车辆本体之间的挂钩和分离,以及机车本体和铁水运输车辆本体的运行和驻车,以及机车的精准定点停车;

机车检测子系统,用于对机车运行状态进行实时检测;

车载环境感知子系统,用于实时监控机车本体和铁水运输车辆本体运行前方的环境。

其中,机车运行状态包括速度、位置、脱轨和供电状态等,其中,机车控制子系统包括控制中心服务器、控制终端、摘挂钩单元、驻车单元、第一通信单元和用于机车本体定点停车的车辆对位单元,多个控制终端通过所述第一通信单元与控制中心服务器连接,控制终端分别与摘挂钩单元和驻车单元连接,用于控制机车本体和铁水运输车辆本体之间的挂钩和分离,以及机车本体和铁水运输车辆本体的运行和驻车。控制中心服务器通过对下层控制系统上传的传感器信息进行数据融合,对上述数据进行处理,然后输出相应的机车控制信号至控制终端进行相应的控制。摘挂钩单元与驻车单元与供电系统相连并通过无线通讯专网与运控中心相连,以实现自动提钩操作,实现机车和车辆分离。摘挂钩单元主要包括提钩装置、连挂助力装置和检测装置,所述提钩装置、连挂助力装置和检测装置分别与控制终端连接,提钩装置通过连挂助力装置分别与机车本体和铁水运输车辆本体的车钩连接,并通过检测装置检测提钩装置的挂钩状态。优选地,驻车单元可以包括夹轮式驻车制动器和电气控制柜,并与铁水运输车辆的本体相连。

在本实施例中,机车检测子系统至少包括速度检测单元、温度检测单元、压力检测单元、定位单元和用于检测机车是否脱轨的脱轨检测单元,所述脱轨检测单元包括由多个测距传感器组成的测距传感器组。各个检测单元分别通过无线通讯专网与运控中心相连,其作用是实现对车辆位置和速度的实时监控,同时实现机车与车辆的无损自动挂钩;车载环境感知子系统,能够实时监控机车和车辆运行前方的环境动态,防止异物闯入,发生碰撞危险。优选地,机车检测子系统可以包括轮轴速度传感器、信标定位、超声波测距、激光定位、高精度定位系统(RTK)、RFID标签等;车载供电系统可以由车载自动连接器、蓄电池和外部供电连接装置构成;车载环境感知子系统可以包括安装支架、高清摄像头、毫米波雷达、激光雷达等。

本实施例中的地面控制系统主要包括:

列控中心,与所述机车控制子系统连接,用于对进路信息和车辆速度进行监测;

联锁子系统,分别与列控中心和运控中心连接,用于为机车运行提供进路;

地面环境感知子系统,用于实时监控机车本体和铁水运输车辆本体运行路线的环境。

区域监控子系统,用于对指定区域环境进行实时监控。

其中,联锁系统与所述的列控中心相连并与运控中心相连,为机车运行提供安全进路,确保行车安全;区域监控子系统通过无线或有线通讯专网与所述的运控中心相连,以对作业区域实时监控,应对突发事故。地面环境感知子系统通过无线或有线通讯专网与运控中心相连,可以对车载环境感知系统的盲区形成补充,完善区域环境感知的同时,大幅降低投资成本。优选地,本实施例中的联锁子系统包括上位机、信号机、第二通信单元、下位机和执行机构,所述上位机分别与列控中心和运控中心连接,所述上位机通过第二通信单元与下位机连接,所述下位机与执行机构连接,执行机构与轨道和信号机连接,用于根据控制指令为机车运行提供进路和信号指示。区域监控子系统可以包括高清摄像头、监控电视墙和视频存储处理单元;列控中心可以包括主机单元、通信单元、数据存储单元、UPS电源等;地面环境感知自系统可以包括安装支架、激光雷达、高清摄像头和毫米波雷达等。

在本实施例中,机车本体可以为内燃机车等,铁水运输车辆本体可为鱼雷罐车或铁水罐车等类型的运输车辆,本实施例中的第一通信单元和第二通信单元为无线通信专网,通过专用基站,可以在进行数据传输时,其控制与承载相分离,即承载的数据信号与控制信号分开传输,从而保障整个系统传输的稳定。

结合附图,1,下面列举一个具体实施例进行说明:

例如,某钢铁企业有两座高炉,两座倒罐站,高炉和倒罐站间铁水运输车辆采用鱼雷罐车的形式,每座高炉出铁场下下设四个出铁口,三个出铁口轮换出铁,一个出铁口备用,按照3-2-1的配罐模式和一罐一送的方式组织生产,智能调度子系统接收高炉出铁计划和出钢计划,结合现有机车和车辆资源状态,生成调度指令并通过运控中心以无线通讯的方式发送至机车控制子系统,同时列控中心和联锁子系统根据运控中心发布的调度指令,自动开放机车走行进路,机车收到运输指令后,开始启动自检并走行至鱼雷罐车停放处,自动与鱼雷罐车连挂,连挂后鱼雷罐车自动驻车系统释放,机车推动鱼雷罐车走行,并根据鱼雷罐车上的环境感知系统感知外部环境,遇到突发事故时进行临时停车和应急处理。运行至高炉出铁场后,机车通过机车控制子系统和机车检测子系统缓慢的将鱼雷罐车停放到至指定的高炉出铁口下方,鱼雷罐车停稳后自动驻车系统自动锁紧,机车通过自动摘钩装置自动提销摘钩与鱼雷罐车分离,根据智能调度指令进行配空拉重等其他运输任务。鱼雷罐车受铁完毕后,机车根据调度指令单机走行至高炉出铁场下,自动与鱼雷罐车连挂,连挂后鱼雷罐车自动驻车系统释放,机车牵引鱼雷罐车向炼钢方向走行,并根据机车上的车载环境感知系统判断外部环境,运输至重罐停放线后,鱼雷罐车自动驻车,机车与鱼雷罐车通过自动摘钩系统分离,并转线推送空罐返回高炉作业区完成一个作业周期,炼钢区域的机车与鱼雷罐车自动连挂,鱼雷罐车驻车单元释放,机车推送鱼雷罐车至炼钢车间内,沿途通过地面环境感知系统判断外部环境,应对突发事故,并根据测速定位系统