摘 要：升鱼机系统是近年来水电站建设为满足环保要求而建设的专用建筑物。结合云南澜沧江乌弄龙水电站升鱼机集运鱼系统大荷重自动行驶运鱼车开发及应用实际，介绍了运鱼车车辆选型、系统配置、控制原理、运行方式，提供了水电站升鱼机集运鱼系统运鱼车应用实践经验，该技术的成功应运，解决了水电站运鱼车运行道路具有一定坡度、转弯偏多且具有较多直角转弯的复杂道路适应性难题，成果实施不需建设专用道路，节省了道路建设投资。车辆自动化程度高，能够满足升鱼机系统鱼类运输无人干预的要求。
关键词：水电站;升鱼机;集运鱼系统;运鱼车
0引言
升鱼机系统是近年来水电站建设为满足环保要求而建设的专用建筑物。国内对水电站升鱼机等过鱼设施的设计和研究还处于起始阶段，已经建成的集运鱼系统还比较少[1]。乌弄龙水电站升鱼机系统是根据电站建设环境批复的有关要求进行建设的建筑物，是针对鱼类保护建设的专用建筑物。其中，无人驾驶自动行驶运鱼车是升鱼机过鱼系统中的一项专项系统设备，负责将升鱼机系统捕捞到的鱼类运输到大坝上游水库放生，运鱼车上载有专用运鱼箱，运鱼箱设置有鱼类养生系统[2]。
1概况
按照乌弄龙水电站升鱼机集运鱼系统设计，自动行驶运鱼车结合电站交通路线布设，从升鱼机诱鱼建筑物出发，需通过电站尾水隧洞、进场交通洞、过坝交通洞，到达上游专用码头。整个运输线路全长2100m，最大坡比i=6.254%，路面横向坡比i=2%，线路有8处转弯点，其中有5处属于直角转弯。
2运鱼车开发应用面临问题
1)路况复杂，车辆选型及系统配置困难。电站运鱼车未设置专用运输通道，利用电站既有交通路线布设，道路坡比大，弯道多，从升鱼机诱鱼建筑物出发，需通过电站3条交通洞，到达上游专用码头，且道路兼具当地村民日常出行交通路线。
2)需解决自动行驶车辆导航配置问题。车辆行驶道路多数在隧洞内(1500m)，需要配置1种抗干扰能力强的导航系统。
3)大荷重自动行驶车国内专业、系统车辆生产厂家不多，车辆系统配置及参数选择无比拟性。自动行驶运鱼车选型、系统及其参数配置、自动控制系统开发应用成为升鱼机系统建设难题之一，事关电站环保建设要求及设备长期、安全稳定运行。
3解决方案
3.1 运鱼车选型
在升鱼机系统设计阶段，通过市场调研，目前自动行驶车辆有智能轨道车及自动引导车辆两种形式。通过对比，智能轨道车存在的局限性为：对道路爬坡角度有要求，一般爬坡角不超过3°;转弯半径要求大，无法实现直角转弯。自动引导车为普通路面轮式驱动车辆，人工智能自动化程度高，配备合适的驱动及转向系统可以适应乌弄龙电站运鱼车道路运行环境，小荷重车辆在物流系统已经成功应用。综合上述特点，从市场应运成熟度、制造条件、运行条件等方面综合考虑，乌弄龙电站升鱼机系统运鱼车选用了AGV(AutomatedGuidedVehicle)自动引导车[3-4]。
3.2 运鱼车系统设置
运鱼车设计采用基于单片机的直流伺服电机控制系统，汇集多项传感器组成车辆智能运行控制系统[5-7]。车辆由车架系统、导引系统、行走机构与转向系统、动力系统、控制系统、安全系统、照明、安全警示系统及运鱼箱系统组成。
1)车架系统。乌弄龙电站集运鱼系统运鱼车为大荷重车辆，设计固定载重量10t，因此车架主要由Q345C低合金高强度结构钢焊接形成，通过主横梁及水平连接梁系，将运鱼箱荷载传递至台车架及车轮组。
2)导引系统。永磁导引。运鱼车运行线路埋设合成永磁条，车架固定磁导航接受系统，引导运鱼车按照固定线路行走[4]。其优点是抗干扰能力强，不受温、湿度影响，运行维护方便。
3)行走与转向系统。行走系统由惰轮及平横轮系组成，惰轮系统为驱动轮，通过配备的7.5kW直流伺服电机及变速系统驱动。转向系统通过配备的3kW直流伺服电机及减速系统，驱动惰轮系统在其轴线上旋转实现转向。行走与转向系统集成在1个钢制平台上，通过弹性支撑装置与车架固定，前后各设置1套。行走与转向系统联动，可实现车辆90°横向行走，解决车辆直角转弯问题。运鱼车平衡轮沿车架前后各设2个，辅助支撑车身重量，车轮采用偏心轴及一对推力轴承与车架固定，支撑车重，转弯靠地面摩擦力产生偏转力矩实现。
4)动力系统。通过对当前市场镍镉电池、锂电池、超级电容电池性能的对比研究，基于锂电池能量密度高，体积小、重量轻的特点，运鱼车选择了48V锂电池组作为动力系统，容量300AH，运行线路两端设自动存电站[8-9]。
5)控制系统的组成。控制系统采用全自动、无线遥控和计算机程序控制相结合的方式，由视频监控系统、行程检测系统、数据存储、信号收发系统等组成，并集成安装在小车上，同时在观察室配置1套上位机系统，与小车采用无线通讯，进行控制及监视。
6)安全系统。运鱼车设置有激光传感避障、机械防撞、急停按钮3重安全保险系统，3套系统相互备用，优先执行激光传感系统，激光传感避障系统障碍物感应范围及距离可调，当扫描到设置区域有障碍物时车辆自动停止，障碍物移除后车辆自动回复行驶。
7)照明及安全警示系统。运鱼车前后设置照明系统及声光报警系统，车辆行驶中用于警示及辨识。
8)运鱼箱系统。运鱼箱承载结构由钢结构骨架，支承点及橡皮垫块等组成，设置有温控系统、养生系统、水位标识，进出鱼闸阀自动控制系统，系统由自带的锂电池通过逆变系统单独供电，离开运鱼车可独立运行。
4控制原理及运行方式
乌弄龙水电站无人驾驶运鱼车运行环境为室外、交通洞内沿公路运行，运行时道路上同时有社会车辆。车辆设置有人工无线操作行驶及自动行驶两种模式，人工无线操作行驶通过遥控器操作，直接操作计算机调用控制模块执行动作，不受传感器控制，可在路面上执行车辆行驶所有动作指令。自动行驶采用永磁条导引技术引导车辆沿固定路线行驶，导引精度±10mm，通过计算机程序控制伺服电机执行各种行驶动作指令。车辆安装有磁导航接受器、高频信息收集器、光电发射接受器、无线发射及接收器等器件，这些器件组成执行动作的传感器系统及信息交换系统，负责收集车辆行驶路面及四周条件，将收到的信息交由计算机处理。计算机程序设计有若干动作模块，当计算机接收到行驶条件信息后进行动作甄别，调用程序不同模块执行行驶动作指令。在观察室配置有1台上位机，小车的现地控制单元与上位机采用无线通讯，小车上位机与电站升鱼机监控系统进行有线通讯，实现小车的全过程监控。
1)加减速及转向。为实现运鱼车在复杂道路条件运行，且保持较高的车辆底盘高度，车辆采用高频信号收集系统，在转弯路段分别设置加减速站点及转弯站点，站点地面内镶嵌埋设信息卡，卡片区别车辆来回程编制不同的站点信息，车辆到达站点后高频信号收集器读取信息后传导给计算机，计算机甄别信号发出指令给伺服电机，分别执行加减速及转弯动作。
2)自动停车及充电。在运鱼车起点及终点设置充电站，运鱼车实现自动充电功能。充电桩与车辆通过磁导条、高频卡进行充电位置精确定位。车辆上安装无线收发装置进行自动充电指令交换，当运鱼车到达站点停车后，计算机发出充电指令，车辆切换到充电模式，充电桩极点自动伸出与车辆极板对接充电，充电完成后模式自动切换。
相关知识推荐：水力发电方向的SCI期刊有哪些可以推荐
5结语
乌弄龙水电站升鱼机系统运鱼车采用AGV车辆，是水电站集运鱼系统鱼类过坝的一种方式的成功实践。该技术的成功应运，解决了水电站运鱼车运行道路具有一定坡度、转弯偏多且具有较多直角转弯的复杂道路适应性难题，成果实施不需建设专用道路，节省了道路建设投资。车辆自动化程度高，能够满足升鱼机系统鱼类运输无人干预的要求。——论文作者：雷宝民，黄伟，李灿东
