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摘 要： 摘 要：升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)是近年來(lái)水電站建設(shè)為滿足環(huán)保要求而建設(shè)的專用建筑物。結(jié)合云南瀾滄江烏弄龍水電站升魚(yú)機(jī)集運(yùn)魚(yú)系統(tǒng)大荷重自動(dòng)行駛運(yùn)魚(yú)車開(kāi)發(fā)及應(yīng)用實(shí)際，介紹了運(yùn)魚(yú)車車輛選型、系統(tǒng)配置、控制原理、運(yùn)行方式，提供了水電站升魚(yú)機(jī)集運(yùn)魚(yú)系統(tǒng)運(yùn)魚(yú)車應(yīng)用實(shí)
摘 要：升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)是近年來(lái)水電站建設(shè)為滿足環(huán)保要求而建設(shè)的專用建筑物。結(jié)合云南瀾滄江烏弄龍水電站升魚(yú)機(jī)集運(yùn)魚(yú)系統(tǒng)大荷重自動(dòng)行駛運(yùn)魚(yú)車開(kāi)發(fā)及應(yīng)用實(shí)際，介紹了運(yùn)魚(yú)車車輛選型、系統(tǒng)配置、控制原理、運(yùn)行方式，提供了水電站升魚(yú)機(jī)集運(yùn)魚(yú)系統(tǒng)運(yùn)魚(yú)車應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該技術(shù)的成功應(yīng)運(yùn)，解決了水電站運(yùn)魚(yú)車運(yùn)行道路具有一定坡度、轉(zhuǎn)彎偏多且具有較多直角轉(zhuǎn)彎的復(fù)雜道路適應(yīng)性難題，成果實(shí)施不需建設(shè)專用道路，節(jié)省了道路建設(shè)投資。車輛自動(dòng)化程度高，能夠滿足升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)魚(yú)類運(yùn)輸無(wú)人干預(yù)的要求。
關(guān)鍵詞：水電站;升魚(yú)機(jī);集運(yùn)魚(yú)系統(tǒng);運(yùn)魚(yú)車
0引言
升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)是近年來(lái)水電站建設(shè)為滿足環(huán)保要求而建設(shè)的專用建筑物。國(guó)內(nèi)對(duì)水電站升魚(yú)機(jī)等過(guò)魚(yú)設(shè)施的設(shè)計(jì)和研究還處于起始階段，已經(jīng)建成的集運(yùn)魚(yú)系統(tǒng)還比較少[1]。烏弄龍水電站升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)是根據(jù)電站建設(shè)環(huán)境批復(fù)的有關(guān)要求進(jìn)行建設(shè)的建筑物，是針對(duì)魚(yú)類保護(hù)建設(shè)的專用建筑物。其中，無(wú)人駕駛自動(dòng)行駛運(yùn)魚(yú)車是升魚(yú)機(jī)過(guò)魚(yú)系統(tǒng)中的一項(xiàng)專項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)備，負(fù)責(zé)將升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)捕撈到的魚(yú)類運(yùn)輸?shù)酱髩紊嫌嗡畮?kù)放生，運(yùn)魚(yú)車上載有專用運(yùn)魚(yú)箱，運(yùn)魚(yú)箱設(shè)置有魚(yú)類養(yǎng)生系統(tǒng)[2]。
1概況
按照烏弄龍水電站升魚(yú)機(jī)集運(yùn)魚(yú)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，自動(dòng)行駛運(yùn)魚(yú)車結(jié)合電站交通路線布設(shè)，從升魚(yú)機(jī)誘魚(yú)建筑物出發(fā)，需通過(guò)電站尾水隧洞、進(jìn)場(chǎng)交通洞、過(guò)壩交通洞，到達(dá)上游專用碼頭。整個(gè)運(yùn)輸線路全長(zhǎng)2100m，最大坡比i=6.254%，路面橫向坡比i=2%，線路有8處轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，其中有5處屬于直角轉(zhuǎn)彎。
2運(yùn)魚(yú)車開(kāi)發(fā)應(yīng)用面臨問(wèn)題
1)路況復(fù)雜，車輛選型及系統(tǒng)配置困難。電站運(yùn)魚(yú)車未設(shè)置專用運(yùn)輸通道，利用電站既有交通路線布設(shè)，道路坡比大，彎道多，從升魚(yú)機(jī)誘魚(yú)建筑物出發(fā)，需通過(guò)電站3條交通洞，到達(dá)上游專用碼頭，且道路兼具當(dāng)?shù)卮迕袢粘３鲂薪煌肪�。
2)需解決自動(dòng)行駛車輛導(dǎo)航配置問(wèn)題。車輛行駛道路多數(shù)在隧洞內(nèi)(1500m)，需要配置1種抗干擾能力強(qiáng)的導(dǎo)航系統(tǒng)。
3)大荷重自動(dòng)行駛車國(guó)內(nèi)專業(yè)、系統(tǒng)車輛生產(chǎn)廠家不多，車輛系統(tǒng)配置及參數(shù)選擇無(wú)比擬性。自動(dòng)行駛運(yùn)魚(yú)車選型、系統(tǒng)及其參數(shù)配置、自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用成為升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)建設(shè)難題之一，事關(guān)電站環(huán)保建設(shè)要求及設(shè)備長(zhǎng)期、安全穩(wěn)定運(yùn)行。
3解決方案
3.1 運(yùn)魚(yú)車選型
在升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，目前自動(dòng)行駛車輛有智能軌道車及自動(dòng)引導(dǎo)車輛兩種形式。通過(guò)對(duì)比，智能軌道車存在的局限性為：對(duì)道路爬坡角度有要求，一般爬坡角不超過(guò)3°;轉(zhuǎn)彎半徑要求大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)直角轉(zhuǎn)彎。自動(dòng)引導(dǎo)車為普通路面輪式驅(qū)動(dòng)車輛，人工智能自動(dòng)化程度高，配備合適的驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以適應(yīng)烏弄龍電站運(yùn)魚(yú)車道路運(yùn)行環(huán)境，小荷重車輛在物流系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用。綜合上述特點(diǎn)，從市場(chǎng)應(yīng)運(yùn)成熟度、制造條件、運(yùn)行條件等方面綜合考慮，烏弄龍電站升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)魚(yú)車選用了AGV(AutomatedGuidedVehicle)自動(dòng)引導(dǎo)車[3-4]。
3.2 運(yùn)魚(yú)車系統(tǒng)設(shè)置
運(yùn)魚(yú)車設(shè)計(jì)采用基于單片機(jī)的直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，匯集多項(xiàng)傳感器組成車輛智能運(yùn)行控制系統(tǒng)[5-7]。車輛由車架系統(tǒng)、導(dǎo)引系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、照明、安全警示系統(tǒng)及運(yùn)魚(yú)箱系統(tǒng)組成。
1)車架系統(tǒng)。烏弄龍電站集運(yùn)魚(yú)系統(tǒng)運(yùn)魚(yú)車為大荷重車輛，設(shè)計(jì)固定載重量10t，因此車架主要由Q345C低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊接形成，通過(guò)主橫梁及水平連接梁系，將運(yùn)魚(yú)箱荷載傳遞至臺(tái)車架及車輪組。
2)導(dǎo)引系統(tǒng)。永磁導(dǎo)引。運(yùn)魚(yú)車運(yùn)行線路埋設(shè)合成永磁條，車架固定磁導(dǎo)航接受系統(tǒng)，引導(dǎo)運(yùn)魚(yú)車按照固定線路行走[4]。其優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，不受溫、濕度影響，運(yùn)行維護(hù)方便。
3)行走與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。行走系統(tǒng)由惰輪及平橫輪系組成，惰輪系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)輪，通過(guò)配備的7.5kW直流伺服電機(jī)及變速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)配備的3kW直流伺服電機(jī)及減速系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)惰輪系統(tǒng)在其軸線上旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。行走與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成在1個(gè)鋼制平臺(tái)上，通過(guò)彈性支撐裝置與車架固定，前后各設(shè)置1套。行走與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)車輛90°橫向行走，解決車輛直角轉(zhuǎn)彎問(wèn)題。運(yùn)魚(yú)車平衡輪沿車架前后各設(shè)2個(gè)，輔助支撐車身重量，車輪采用偏心軸及一對(duì)推力軸承與車架固定，支撐車重，轉(zhuǎn)彎靠地面摩擦力產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩實(shí)現(xiàn)。
4)動(dòng)力系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)鎳鎘電池、鋰電池、超級(jí)電容電池性能的對(duì)比研究，基于鋰電池能量密度高，體積小、重量輕的特點(diǎn)，運(yùn)魚(yú)車選擇了48V鋰電池組作為動(dòng)力系統(tǒng)，容量300AH，運(yùn)行線路兩端設(shè)自動(dòng)存電站[8-9]。
5)控制系統(tǒng)的組成。控制系統(tǒng)采用全自動(dòng)、無(wú)線遙控和計(jì)算機(jī)程序控制相結(jié)合的方式，由視頻監(jiān)控系統(tǒng)、行程檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)等組成，并集成安裝在小車上，同時(shí)在觀察室配置1套上位機(jī)系統(tǒng)，與小車采用無(wú)線通訊，進(jìn)行控制及監(jiān)視。
6)安全系統(tǒng)。運(yùn)魚(yú)車設(shè)置有激光傳感避障、機(jī)械防撞、急停按鈕3重安全保險(xiǎn)系統(tǒng)，3套系統(tǒng)相互備用，優(yōu)先執(zhí)行激光傳感系統(tǒng)，激光傳感避障系統(tǒng)障礙物感應(yīng)范圍及距離可調(diào)，當(dāng)掃描到設(shè)置區(qū)域有障礙物時(shí)車輛自動(dòng)停止，障礙物移除后車輛自動(dòng)回復(fù)行駛。
7)照明及安全警示系統(tǒng)。運(yùn)魚(yú)車前后設(shè)置照明系統(tǒng)及聲光報(bào)警系統(tǒng)，車輛行駛中用于警示及辨識(shí)。
8)運(yùn)魚(yú)箱系統(tǒng)。運(yùn)魚(yú)箱承載結(jié)構(gòu)由鋼結(jié)構(gòu)骨架，支承點(diǎn)及橡皮墊塊等組成，設(shè)置有溫控系統(tǒng)、養(yǎng)生系統(tǒng)、水位標(biāo)識(shí)，進(jìn)出魚(yú)閘閥自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由自帶的鋰電池通過(guò)逆變系統(tǒng)單獨(dú)供電，離開(kāi)運(yùn)魚(yú)車可獨(dú)立運(yùn)行。
4控制原理及運(yùn)行方式
烏弄龍水電站無(wú)人駕駛運(yùn)魚(yú)車運(yùn)行環(huán)境為室外、交通洞內(nèi)沿公路運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)道路上同時(shí)有社會(huì)車輛。車輛設(shè)置有人工無(wú)線操作行駛及自動(dòng)行駛兩種模式，人工無(wú)線操作行駛通過(guò)遙控器操作，直接操作計(jì)算機(jī)調(diào)用控制模塊執(zhí)行動(dòng)作，不受傳感器控制，可在路面上執(zhí)行車輛行駛所有動(dòng)作指令。自動(dòng)行駛采用永磁條導(dǎo)引技術(shù)引導(dǎo)車輛沿固定路線行駛，導(dǎo)引精度±10mm，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制伺服電機(jī)執(zhí)行各種行駛動(dòng)作指令。車輛安裝有磁導(dǎo)航接受器、高頻信息收集器、光電發(fā)射接受器、無(wú)線發(fā)射及接收器等器件，這些器件組成執(zhí)行動(dòng)作的傳感器系統(tǒng)及信息交換系統(tǒng)，負(fù)責(zé)收集車輛行駛路面及四周條件，將收到的信息交由計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)有若干動(dòng)作模塊，當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到行駛條件信息后進(jìn)行動(dòng)作甄別，調(diào)用程序不同模塊執(zhí)行行駛動(dòng)作指令。在觀察室配置有1臺(tái)上位機(jī)，小車的現(xiàn)地控制單元與上位機(jī)采用無(wú)線通訊，小車上位機(jī)與電站升魚(yú)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有線通訊，實(shí)現(xiàn)小車的全過(guò)程監(jiān)控。
1)加減速及轉(zhuǎn)向。為實(shí)現(xiàn)運(yùn)魚(yú)車在復(fù)雜道路條件運(yùn)行，且保持較高的車輛底盤(pán)高度，車輛采用高頻信號(hào)收集系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)彎路段分別設(shè)置加減速站點(diǎn)及轉(zhuǎn)彎站點(diǎn)，站點(diǎn)地面內(nèi)鑲嵌埋設(shè)信息卡，卡片區(qū)別車輛來(lái)回程編制不同的站點(diǎn)信息，車輛到達(dá)站點(diǎn)后高頻信號(hào)收集器讀取信息后傳導(dǎo)給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)甄別信號(hào)發(fā)出指令給伺服電機(jī)，分別執(zhí)行加減速及轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。
2)自動(dòng)停車及充電。在運(yùn)魚(yú)車起點(diǎn)及終點(diǎn)設(shè)置充電站，運(yùn)魚(yú)車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電功能。充電樁與車輛通過(guò)磁導(dǎo)條、高頻卡進(jìn)行充電位置精確定位。車輛上安裝無(wú)線收發(fā)裝置進(jìn)行自動(dòng)充電指令交換，當(dāng)運(yùn)魚(yú)車到達(dá)站點(diǎn)停車后，計(jì)算機(jī)發(fā)出充電指令，車輛切換到充電模式，充電樁極點(diǎn)自動(dòng)伸出與車輛極板對(duì)接充電，充電完成后模式自動(dòng)切換。
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5結(jié)語(yǔ)
烏弄龍水電站升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)魚(yú)車采用AGV車輛，是水電站集運(yùn)魚(yú)系統(tǒng)魚(yú)類過(guò)壩的一種方式的成功實(shí)踐。該技術(shù)的成功應(yīng)運(yùn)，解決了水電站運(yùn)魚(yú)車運(yùn)行道路具有一定坡度、轉(zhuǎn)彎偏多且具有較多直角轉(zhuǎn)彎的復(fù)雜道路適應(yīng)性難題，成果實(shí)施不需建設(shè)專用道路，節(jié)省了道路建設(shè)投資。車輛自動(dòng)化程度高，能夠滿足升魚(yú)機(jī)系統(tǒng)魚(yú)類運(yùn)輸無(wú)人干預(yù)的要求。——論文作者：雷寶民，黃偉，李燦東