(19)中華人民共和國國家知識產權局(12)發明專利說明書(10)申請公布號CN109353359A

(43)申請公布日2019.02.19(21)申請號CN201811464765.5(22)申請日2018.12.03(71)申請人中冶賽迪工程技術股份有限公司地址400013重慶市渝中區雙鋼路1號(72)發明人劉輝范新庫祁明明何立柳昊(74)專利代理機構上海光華專利事務所(普通合伙)代理人尹麗云(51)Int.CI 權利要求說明書說明書幅圖(54)發明名稱 智慧鐵水運輸系統(57)摘要 本發明提供一種智慧鐵水運輸系統，包括機車本體和鐵水運輸車輛本體，以及車載控制系統，用于根據控制指令對機車本體和鐵水運輸車輛本體的動作進行控制；地面控制系統，用于采集外部環境信息，以及根據控制指令對機車本體和鐵水運輸車輛本體的地面行進路線進行控制；集控平臺用于分別對車載控制系統和地面控制系統發送控制指令；本發明通過集控平臺進行信息和控制指令自動交互，實現了鐵水運輸車從高爐出鐵場至煉鋼倒罐站的整個鐵水運輸作業過程無人化和組織調度智能化，提高了機車運行效率，減少鐵水溫降，提高道路、機車運行的安全性，杜絕了因人員操作、判斷等失誤造成的設備損壞和生成事故，降低了作業風險，保障了工作人員的人身安全。法律狀態法律狀態公告日法律狀態信息法律狀態

權利要求說明書1.一種智慧鐵水運輸系統,包括機車本體和鐵水運輸車輛本體,其特征在于,還包括:

車載控制系統,分別與機車本體和鐵水運輸車輛本體連接,用于根據控制指令對機車本體和鐵水運輸車輛本體的動作進行控制;

地面控制系統,用于采集外部環境信息,以及根據控制指令對機車本體和鐵水運輸車輛本體的地面行進路線進行控制;

集控平臺,分別與車載控制系統和地面控制系統連接,用于分別對車載控制系統和地面控制系統發送控制指令。

2.根據權利要求1所述的智慧鐵水運輸系統,其特征在于,所述集控平臺,包括:

運控中心,用于各個子系統之間進行信息交互,并發送控制指令;

智能調度子系統,與運控中心連接用于根據出鐵計劃和/或出鋼計劃生成調度計劃并分解成可執行的運輸指令;

設備健康保障子系統,用于采集機車本體和鐵水運輸車輛本體的運行參數;

數據分析中心,分別與設備健康保障子系統和智能調度子系統連接,用于對采集的運行參數進行處理,對故障信息進行判斷、定位和預警。

3.根據權利要求2所述的智慧鐵水運輸系統,其特征在于,所述車載控制系統,包括:

機車控制子系統,用于根據運控中心的控制指令,驅動機車本體和鐵水運輸車輛本體進行相應的動作,所述動作至少包括機車本體和鐵水運輸車輛本體之間的掛鉤和分離,以及機車本體和鐵水運輸車輛本體的運行和駐車;

機車檢測子系統,用于對機車運行狀態進行實時檢測;

車載環境感知子系統,用于實時監控機車本體和鐵水運輸車輛本體運行前方的環境;

車載供電系統,安裝于機車本體,通過機車供電和外部充電方式,為機車控制子系統、機車檢測子系統和車載環境感知子系統供電。

4.根據權利要求3所述的智慧鐵水運輸系統,其特征在于,所述地面控制系統,包括:

列控中心,與所述機車控制子系統連接,用于對進路信息和車輛速度進行監測;

聯鎖子系統,分別與列控中心和運控中心連接,用于為機車運行提供進路;

地面環境感知子系統,用于實時監控機車本體和鐵水運輸車輛本體運行路線的環境。

5.根據權利要求3所述的智慧鐵水運輸系統,其特征在于,所述機車控制子系統包括控制中心服務器、控制終端、摘掛鉤單元、駐車單元、第一通信單元和用于機車本體定點停車的車輛對位單元,多個控制終端通過所述第一通信單元與控制中心服務器連接,所述控制終端分別與摘掛鉤單元、駐車單元和車輛對位單元連接,用于控制機車本體和鐵水運輸車輛本體之間的掛鉤和分離,以及機車本體和鐵水運輸車輛本體的運行和駐車。

6.根據權利要求5所述的智慧鐵水運輸系統,其特征在于,所述摘掛鉤單元包括提鉤裝置、連掛助力裝置和檢測裝置,所述提鉤裝置、連掛助力裝置和檢測裝置分別與控制終端連接,所述提鉤裝置通過連掛助力裝置分別與機車本體和鐵水運輸車輛本體的車鉤連接,并通過檢測裝置檢測提鉤裝置的掛鉤狀態。

7.根據權利要求5所述的智慧鐵水運輸系統,其特征在于,所述聯鎖子系統包括上位機、信號機、下位機、第二通信單元和執行機構,所述上位機分別與列控中心和運控中心連接,所述上位機通過第二通信單元與下位機連接,所述下位機與執行機構連接,所述執行機構分別與軌道和信號機連接,用于根據控制指令為機車運行提供進路并給出信號指示。

8.根據權利要求7所述的智慧鐵水運輸系統,其特征在于,所述第一通信單元和第二通信單元包括無線通信專網,所述控制中心服務器通過無線通信專網與控制終端進行數據交互,所述無線通信專網的數據在傳輸時,其控制與承載相分離。

9.根據權利要求3所述的智慧鐵水運輸系統,其特征在于,所述機車檢測子系統至少包括速度檢測單元、溫度檢測單元、壓力檢測單元、定位單元和用于檢測機車是否脫軌的脫軌檢測單元,所述脫軌檢測單元包括由多個測距傳感器組成的測距傳感器組。

10.根據權利要求4所述的智慧鐵水運輸系統,其特征在于,所述地面控制系統,還包括區域監控子系統,用于對指定區域環境進行實時監控。

說明書<p>技術領域

本發明涉及冶金領域,尤其涉及一種智慧鐵水運輸系統。

背景技術

鐵水運輸是長流程鋼鐵冶煉工藝中必不可少的生產環節。受生產工藝、用地限制、環保安全等約束,目前國內鋼鐵聯合企業的鐵水運輸方式包括鐵路運輸、道路運輸和過跨車運輸三種形式。其中鐵水鐵路運輸因其技術成熟、實際生產經驗豐富、生產節奏彈性好、安全可靠而得到了廣泛的應用,但由于受到整個鐵水鐵路運輸流程中涉及的各個作業環節繁多、地面與車載設備需協同聯合作業,涉及大量的對位、連接等精細化操作,設備大型化、高溫、連續生產等特點對運輸的穩定性和安全性要求性更高,目前行業內設施設備自動化水平滯后等因素影響,通常需要投入大量人力進行作業操作,影響了運營成本、運輸效率和產品質量。

傳統的鐵水鐵路運輸系統配置有專業的機車司機,同時配備有調度員、調車員、安全員等輔助完成組織調度、安全防護、摘鉤駐車、精準對位、機車車輛點檢等工作,此類操作模式下,在整個鐵水鐵路運輸流程中均需人員參與。主要存在以下缺陷:

1)鐵水運輸作業過程中,人員配置多,人力資源成本較高。

2)每位司機需要操控機車、摘鉤、信號確認、停車對位、識別軌道上障礙物,一崗多職,需12小時不間斷作業,勞動強度很大,同時存在誤判、操作失誤等安全隱患。

3)鐵水運輸車輛中的鐵水溫度超過1000°C,鐵水在輸運過程中可能存在鐵水噴濺和漏鐵可能,作業人員頻繁在此區域作業,安全風險大。另外,受雷雨大霧等惡劣天氣影響,工作環境差,操作人員個人狀態會影響作業效率及可能導致誤操作,安全風險也較大。

4)整個鐵水運輸作業過程,人員參與的作業環節較多,一方面受到個人操作水平的影響,另一方面各個環節的銜接時間長,以保證人員充足作業時間和判斷,影響機車運行效率和車輛周轉率,既增加了運輸設備的投入,又降低了運行效率,增加了鐵水溫降,不利于生產成本和質量控制。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點,本發明提供一種智慧鐵水運輸系統,以解決上述技術問題。

本發明提供的智慧鐵水運輸系統,包括機車本體和鐵水運輸車輛本體,還包括:

車載控制系統,分別與機車本體和鐵水運輸車輛本體連接,用于根據控制指令對機車本體和鐵水運輸車輛本體的動作進行控制;

地面控制系統,用于采集外部環境信息,以及根據控制指令對機車本體和鐵水運輸車輛本體的地面行進路線進行控制;

集控平臺,分別與車載控制系統和地面控制系統連接,用于分別對車載控制系統和地面控制系統發送控制指令。

進一步,所述集控平臺,包括:

運控中心,用于各個子系統之間進行信息交互,并發送控制指令;

智能調度子系統,與運控中心連接用于根據出鐵計劃和/或出鋼計劃生成調度計劃并分解成可執行的運輸指令;

設備健康保障子系統,用于采集機車本體和鐵水運輸車輛本體的運行參數;

數據分析中心,分別與設備健康保障子系統和智能調度子系統連接,用于對采集的運行參數進行處理,對故障信息進行判斷、定位和預警。

進一步,所述車載控制系統,包括:

機車控制子系統,用于根據運控中心的控制指令,驅動機車本體和鐵水運輸車輛本體進行相應的動作,所述動作至少包括機車本體和鐵水運輸車輛本體之間的掛鉤和分離,以及機車本體和鐵水運輸車輛本體的運行和駐車;

機車檢測子系統,用于對機車運行狀態進行實時檢測;

車載環境感知子系統,用于實時監控機車本體和鐵水運輸車輛本體運行前方的環境;

車載供電系統,安裝于機車本體,通過機車供電和外部充電方式,為機車控制子系統、機車檢測子系統和車載環境感知子系統供電。

進一步,所述地面控制系統,包括:

列控中心,與所述機車控制子系統連接,用于對進路信息和車輛速度進行監測;

聯鎖子系統,分別與列控中心和運控中心連接,用于為機車運行提供進路;

地面環境感知子系統,用于實時監控機車本體和鐵水運輸車輛本體運行路線的環境。

進一步,所述機車控制子系統包括控制中心服務器、控制終端、摘掛鉤單元、駐車單元、第一通信單元和用于機車本體定點停車的車輛對位單元,多個控制終端通過所述第一通信單元與控制中心服務器連接,所述控制終端分別與摘掛鉤單元、駐車單元和車輛對位單元連接,用于控制機車本體和鐵水運輸車輛本體之間的掛鉤和分離,以及機車本體和鐵水運輸車輛本體的運行和駐車。

進一步,所述摘掛鉤單元包括提鉤裝置、連掛助力裝置和檢測裝置,所述提鉤裝置、連掛助力裝置和檢測裝置分別與控制終端連接,所述提鉤裝置通過連掛助力裝置分別與機車本體和鐵水運輸車輛本體的車鉤連接,并通過檢測裝置檢測提鉤裝置的掛鉤狀態。

進一步,所述聯鎖子系統包括上位機、信號機、下位機、第二通信單元和執行機構,所述上位機分別與列控中心和運控中心連接,所述上位機通過第二通信單元與下位機連接,所述下位機與執行機構連接,所述執行機構分別與軌道和信號機連接,用于根據控制指令為機車運行提供進路并給出信號指示。

進一步,所述第一通信單元和第二通信單元包括無線通信專網,所述控制中心服務器通過無線通信專網與控制終端進行數據交互,所述無線通信專網的數據在傳輸時,其控制與承載相分離。

進一步,所述機車檢測子系統至少包括速度檢測單元、溫度檢測單元、壓力檢測單元、定位單元和用于檢測機車是否脫軌的脫軌檢測單元,所述脫軌檢測單元包括由多個測距傳感器組成的測距傳感器組。

進一步,所述地面控制系統,還包括區域監控子系統,用于對指定區域環境進行實時監控。

本發明的有益效果:本發明中的車載控制系統和地面控制系統通過集控平臺進行信息和控制指令自動交互,實現了鐵水運輸車從高爐出鐵場至煉鋼倒罐站的整個鐵水運輸作業過程無人化和組織調度智能化,最大限度提高機車運行效率,提升車輛周轉率,減少鐵水溫降,提高道路、機車運行的安全性,杜絕了因人員操作、判斷等失誤造成的設備損壞和生成事故,降低了作業風險,保障了工作人員的人身安全,本發明具有可靠性高、實用性強的優點,利于在冶金行業大面積推廣使用。

附圖說明

圖1是本發明實施例中智慧鐵水運輸系統的系統構成示意圖。

圖2是本發明實施例中智慧鐵水運輸系統的系統的信息控制流程示意圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式,本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用,本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用,在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是,在不沖突的情況下,以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是,以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想,遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制,其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變,且其組件布局型態也可能更為復雜。

在下文描述中,探討了大量細節,以提供對本發明實施例的更透徹的解釋,然而,對本領域技術人員來說,可以在沒有這些具體細節的情況下實施本發明的實施例是顯而易見的,在其他實施例中,以方框圖的形式而不是以細節的形式來示出公知的結構和設備,以避免使本發明的實施例難以理解。

如圖2所示,本實施例中的智慧鐵水運輸系統,包括機車本體和鐵水運輸車輛本體,以及:

車載控制系統,分別與機車本體和鐵水運輸車輛本體連接,用于根據控制指令對機車本體和鐵水運輸車輛本體的動作進行控制;

地面控制系統,用于采集外部環境信息,以及根據控制指令對機車本體和鐵水運輸車輛本體的地面行進路線進行控制;

集控平臺,分別與車載控制系統和地面控制系統連接,用于分別對車載控制系統和地面控制系統發送控制指令。

本實施例通過集控平臺搭建地面和車載系統的柔性協同機制和運行環境,基于運輸作業工藝流程建立了覆蓋不同空間和時間的多子系統的動態走作業邏輯,將硬件、軟件和動力模型結合,基于多冗余配置構建PDCA循環反饋理念建立實時反饋機制,以實現鐵水運輸作業過程無人化和智能化,提高運行效率,降低運行成本,增強了運輸作業安全。

在本實施例中,集控平臺主要包括:

運控中心,用于各個子系統之間進行信息交互,并發送控制指令;

智能調度子系統,與運控中心連接用于根據出鐵計劃和/或出鋼計劃生成調度計劃,并分解成可執行的運輸指令;

設備健康保障子系統,用于采集機車本體和鐵水運輸車輛本體的運行參數;

數據分析中心,與設備健康保障子系統和智能調度子系統連接,用于對采集的運行參數進行處理,對故障信息進行判斷、定位和預警。

其中,集控平臺類似于人體的大腦,可以對各個系統的信息進行集成處理,形成具體的控制執行指令并通過無線網絡發布至各個執行系統;其中,運控中心為各個系統提供信息交互和指令控制平臺,一方面為集控平臺提供系統運營及界面環境,另一方面作為系統與外界的交互接口,能夠實現手動控制和監控。

本實施例中的智能調度子系統通過運控中心與機車控制系統通過無線通訊專網相連,其作用是通過整合出鐵計劃和出鋼計劃形成調度計劃,優選地,可以將其整合的內容編譯成機車可執行的指令語言,通過運控中心發布至機車控制系統執行。

本實施例中的設備健康保障子系統與機車本體和鐵水運輸車輛本體通過無線通訊專網相連,可以通過設備健康保障子系統中的狀態監測傳感器獲取機車和鐵水運輸車輛本體上的運行參數并傳輸至控制服務器,通過對數據進行分析處理,完成對故障信息進行判斷、定位以及報警。

本實施例中的數據分析中心通過收集各個子系統的運營數據,通過綜合指標分析、數據挖掘等手段,實時評估系統狀態,為設施設備數量、維修維護、組織管理等提供優化和改善建議。對機車的檢修維護提供信息化管理功能,包含點檢管理和定檢管理功能等。

在本實施例中,車載控制系統主要包括:

機車控制子系統,用于根據運控中心的控制指令,驅動機車本體和鐵水運輸車輛本體進行相應的動作,所述動作至少包括機車本體和鐵水運輸車輛本體之間的掛鉤和分離,以及機車本體和鐵水運輸車輛本體的運行和駐車,以及機車的精準定點停車;

機車檢測子系統,用于對機車運行狀態進行實時檢測;

車載環境感知子系統,用于實時監控機車本體和鐵水運輸車輛本體運行前方的環境。

其中,機車運行狀態包括速度、位置、脫軌和供電狀態等,其中,機車控制子系統包括控制中心服務器、控制終端、摘掛鉤單元、駐車單元、第一通信單元和用于機車本體定點停車的車輛對位單元,多個控制終端通過所述第一通信單元與控制中心服務器連接,控制終端分別與摘掛鉤單元和駐車單元連接,用于控制機車本體和鐵水運輸車輛本體之間的掛鉤和分離,以及機車本體和鐵水運輸車輛本體的運行和駐車。控制中心服務器通過對下層控制系統上傳的傳感器信息進行數據融合,對上述數據進行處理,然后輸出相應的機車控制信號至控制終端進行相應的控制。摘掛鉤單元與駐車單元與供電系統相連并通過無線通訊專網與運控中心相連,以實現自動提鉤操作,實現機車和車輛分離。摘掛鉤單元主要包括提鉤裝置、連掛助力裝置和檢測裝置,所述提鉤裝置、連掛助力裝置和檢測裝置分別與控制終端連接,提鉤裝置通過連掛助力裝置分別與機車本體和鐵水運輸車輛本體的車鉤連接,并通過檢測裝置檢測提鉤裝置的掛鉤狀態。優選地,駐車單元可以包括夾輪式駐車制動器和電氣控制柜,并與鐵水運輸車輛的本體相連。

在本實施例中,機車檢測子系統至少包括速度檢測單元、溫度檢測單元、壓力檢測單元、定位單元和用于檢測機車是否脫軌的脫軌檢測單元,所述脫軌檢測單元包括由多個測距傳感器組成的測距傳感器組。各個檢測單元分別通過無線通訊專網與運控中心相連,其作用是實現對車輛位置和速度的實時監控,同時實現機車與車輛的無損自動掛鉤;車載環境感知子系統,能夠實時監控機車和車輛運行前方的環境動態,防止異物闖入,發生碰撞危險。優選地,機車檢測子系統可以包括輪軸速度傳感器、信標定位、超聲波測距、激光定位、高精度定位系統(RTK)、RFID標簽等;車載供電系統可以由車載自動連接器、蓄電池和外部供電連接裝置構成;車載環境感知子系統可以包括安裝支架、高清攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等。

本實施例中的地面控制系統主要包括:

列控中心,與所述機車控制子系統連接,用于對進路信息和車輛速度進行監測;

聯鎖子系統,分別與列控中心和運控中心連接,用于為機車運行提供進路;

地面環境感知子系統,用于實時監控機車本體和鐵水運輸車輛本體運行路線的環境。

區域監控子系統,用于對指定區域環境進行實時監控。

其中,聯鎖系統與所述的列控中心相連并與運控中心相連,為機車運行提供安全進路,確保行車安全;區域監控子系統通過無線或有線通訊專網與所述的運控中心相連,以對作業區域實時監控,應對突發事故。地面環境感知子系統通過無線或有線通訊專網與運控中心相連,可以對車載環境感知系統的盲區形成補充,完善區域環境感知的同時,大幅降低投資成本。優選地,本實施例中的聯鎖子系統包括上位機、信號機、第二通信單元、下位機和執行機構,所述上位機分別與列控中心和運控中心連接,所述上位機通過第二通信單元與下位機連接,所述下位機與執行機構連接,執行機構與軌道和信號機連接,用于根據控制指令為機車運行提供進路和信號指示。區域監控子系統可以包括高清攝像頭、監控電視墻和視頻存儲處理單元;列控中心可以包括主機單元、通信單元、數據存儲單元、UPS電源等;地面環境感知自系統可以包括安裝支架、激光雷達、高清攝像頭和毫米波雷達等。

在本實施例中,機車本體可以為內燃機車等,鐵水運輸車輛本體可為魚雷罐車或鐵水罐車等類型的運輸車輛,本實施例中的第一通信單元和第二通信單元為無線通信專網,通過專用基站,可以在進行數據傳輸時,其控制與承載相分離,即承載的數據信號與控制信號分開傳輸,從而保障整個系統傳輸的穩定。

結合附圖,1,下面列舉一個具體實施例進行說明:

例如,某鋼鐵企業有兩座高爐,兩座倒罐站,高爐和倒罐站間鐵水運輸車輛采用魚雷罐車的形式,每座高爐出鐵場下下設四個出鐵口,三個出鐵口輪換出鐵,一個出鐵口備用,按照3-2-1的配罐模式和一罐一送的方式組織生產,智能調度子系統接收高爐出鐵計劃和出鋼計劃,結合現有機車和車輛資源狀態,生成調度指令并通過運控中心以無線通訊的方式發送至機車控制子系統,同時列控中心和聯鎖子系統根據運控中心發布的調度指令,自動開放機車走行進路,機車收到運輸指令后,開始啟動自檢并走行至魚雷罐車停放處,自動與魚雷罐車連掛,連掛后魚雷罐車自動駐車系統釋放,機車推動魚雷罐車走行,并根據魚雷罐車上的環境感知系統感知外部環境,遇到突發事故時進行臨時停車和應急處理。運行至高爐出鐵場后,機車通過機車控制子系統和機車檢測子系統緩慢的將魚雷罐車停放到至指定的高爐出鐵口下方,魚雷罐車停穩后自動駐車系統自動鎖緊,機車通過自動摘鉤裝置自動提銷摘鉤與魚雷罐車分離,根據智能調度指令進行配空拉重等其他運輸任務。魚雷罐車受鐵完畢后,機車根據調度指令單機走行至高爐出鐵場下,自動與魚雷罐車連掛,連掛后魚雷罐車自動駐車系統釋放,機車牽引魚雷罐車向煉鋼方向走行,并根據機車上的車載環境感知系統判斷外部環境,運輸至重罐停放線后,魚雷罐車自動駐車,機車與魚雷罐車通過自動摘鉤系統分離,并轉線推送空罐返回高爐作業區完成一個作業周期,煉鋼區域的機車與魚雷罐車自動連掛,魚雷罐車駐車單元釋放,機車推送魚雷罐車至煉鋼車間內,沿途通過地面環境感知系統判斷外部環境,應對突發事故,并根據測速定位系統