全自動(dòng)汽車裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

摘要：為了提高當(dāng)前國內(nèi)汽車裝車系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，解決人工操作速度慢、容易超偏載等常見缺陷，著重從煤礦運(yùn)輸環(huán)節(jié)入手，重點(diǎn)研究實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)汽車裝車的關(guān)鍵問題，如遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端（RDT）、RFID識(shí)別器、溜槽自動(dòng)升降等，通過引入現(xiàn)代電子技術(shù)、檢測技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，制定相應(yīng)的解決方案。仿真試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用表明，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適用性，無論對于舊裝車系統(tǒng)的改造還是新裝車系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)裝車系統(tǒng)均是可行的。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端、識(shí)別器、溜槽自動(dòng)升降、裝車系統(tǒng)。

汽車快速裝車系統(tǒng)是一種將散裝物料按規(guī)定的質(zhì)量快速連續(xù)的稱量并裝入汽車車廂的系統(tǒng)，具有一次稱量、一次裝載、速度快、精度高等特點(diǎn)。當(dāng)前在大型煤礦、非煤礦山等企業(yè)使用已經(jīng)非常廣泛，但由于受檢測技術(shù)的影響，我國現(xiàn)有裝車系統(tǒng)至今沒有一家實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。某些環(huán)節(jié)仍然停留在手動(dòng)、半自動(dòng)裝車的水平。通常因?yàn)槿斯げ僮鞯氖д`造成撒煤、超偏載現(xiàn)象，嚴(yán)重的還引起列車掉道，直接影響到外運(yùn)的時(shí)間和安全。隨著電子技術(shù)、檢測技術(shù)、光電技術(shù)、信息技術(shù)及鐵路裝備的高速發(fā)展，使得實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)裝車系統(tǒng)并向無人值守發(fā)展成為可能。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

全自動(dòng)汽車裝車系統(tǒng)是在原有半自動(dòng)汽車裝車系統(tǒng)基礎(chǔ)上，融入新技術(shù)新設(shè)備，主要對溜槽檢測、汽車定位檢測部分環(huán)節(jié)進(jìn)行完善提高，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所有工藝過程全部自動(dòng)化，其工藝應(yīng)達(dá)到以下基本原則與要求。

1.1.操作簡單，無人值守?，F(xiàn)場通過傳感器檢測來控制溜槽的裝車，通過視頻監(jiān)控來檢測系統(tǒng)的裝車過程。

1.2.工藝成熟、技術(shù)先進(jìn)。全自動(dòng)汽車裝車的工藝與原半自動(dòng)裝車系統(tǒng)相同，根據(jù)汽車遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端（RDT）向PLC內(nèi)預(yù)設(shè)噸位，通過液壓閘門和溜槽控制，向行進(jìn)中的列車車廂快速卸料，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、快速、準(zhǔn)確裝車。通過控制室即可完成整個(gè)裝車線的連續(xù)化生產(chǎn)控制，逐步減少現(xiàn)場操作人員，最終達(dá)到“一人一線”的自動(dòng)化控制水平。

1.3.全過程連續(xù)，全自動(dòng)和手動(dòng)兩種裝車模式。整個(gè)裝車過程從產(chǎn)品倉到汽車車廂形成閉環(huán)控制，系統(tǒng)連續(xù)自動(dòng)完成所有裝車作業(yè)。手動(dòng)運(yùn)行模式應(yīng)該被代表性的主要用于測試模式，在系統(tǒng)災(zāi)難性損壞或者不常用的卡車/拖車情況下，它也可以被操作員用于裝車。

2.關(guān)鍵技術(shù)和主要研究內(nèi)容

2.1.遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端（RDT）

當(dāng)射頻識(shí)別或條碼卡不能進(jìn)行識(shí)別的情況下，或者司機(jī)需要額外的信息的情況下，RDT可以使得卡車司機(jī)通過使用條碼卡或者顯示器/鍵盤與裝車系統(tǒng)控制/數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行接口連接。

該裝置安裝在卡車裝車系統(tǒng)下面，便于司機(jī)不用離開卡車就能進(jìn)行與系統(tǒng)進(jìn)行接口。司機(jī)將卡車開到裝車站下面，卡車的RFID標(biāo)簽被識(shí)別。萬一卡車的RFID標(biāo)簽沒有被識(shí)別，卡車司機(jī)會(huì)通過條碼卡輸入卡車ID或者通過數(shù)字鍵盤手動(dòng)輸入。當(dāng)司機(jī)將卡車開到裝車站下面的時(shí)候，定位卡車前面的第二個(gè)紅綠燈變紅。這一步系統(tǒng)識(shí)別卡車并且它的配料量在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中能查閱到。

2.2.汽車定位

裝車系統(tǒng)中安裝照片眼傳感器，被安裝在裝車結(jié)構(gòu)中裝載區(qū)有一個(gè)照片眼傳感器。這些裝置能在裝車前確定卡車的位置。當(dāng)裝車循環(huán)完成之前，卡車開走后，系統(tǒng)自動(dòng)連鎖關(guān)閉閘門和提起溜槽。裝載區(qū)的兩個(gè)額外的照片眼用于控制溜槽延伸到卡車的頂端。裝載區(qū)有一個(gè)“拉索”拉繩式開關(guān)，司機(jī)可以用它來控制系統(tǒng)卸料閘門的開/閉。當(dāng)卡車處于正確的裝車位置并且交通燈顯示后，司機(jī)手伸出卡車窗外，拽下拉繩，（拉繩開關(guān)運(yùn)行著需要裝載的不同尺寸的卡車的整個(gè)區(qū)域的長度），這樣可以告知系統(tǒng)裝車溜槽可以降低了。裝車溜槽會(huì)一直降低直到照片眼感應(yīng)到卡車的頂部。當(dāng)溜槽停止降低，卸料閘門自動(dòng)打開開始裝車。如果在裝車過程中產(chǎn)生問題，系統(tǒng)將允許司機(jī)再次拽下拉線，系統(tǒng)立即關(guān)閉閘板，阻斷來自稱重倉的料流，自動(dòng)提起裝車溜槽。系統(tǒng)包含轉(zhuǎn)碼智能通過RFID 識(shí)別器。RFID識(shí)別器安裝在每裝載區(qū)的入口。當(dāng)帶有RFID標(biāo)簽的卡車進(jìn)入裝載區(qū)的時(shí)候，RFID識(shí)別器從RFID標(biāo)簽中讀出卡車的身份（ID）并且從數(shù)據(jù)庫中查閱出卡車的預(yù)進(jìn)入信息。如果因?yàn)槟承┰驔]有讀出信息或者卡車RFID標(biāo)簽遺失，可以通過條碼卡輸入卡車號碼或者手動(dòng)通過RDT鍵盤輸入。

2.3.溜槽自動(dòng)升降

裝載區(qū)裝有卡車定位和卸料溜槽高度傳感器系統(tǒng)，每個(gè)裝載區(qū)的兩個(gè)額外的照片眼用于控制溜槽延伸到卡車的頂端。裝車溜槽上配有照片眼系統(tǒng)，它可以進(jìn)行監(jiān)控和當(dāng)溜槽到達(dá)卡車上方合適的高度后停止。溜槽的伸縮運(yùn)動(dòng)由重型液壓缸完成，由雙向液壓閥控制，帶有疊加式出口節(jié)流流量控制閥，所有的歧管安裝在液壓動(dòng)力裝置上。如果發(fā)生斷電，失效保護(hù)液壓閥會(huì)將溜槽提到完全提起的位置。當(dāng)稱重倉空的時(shí)候，溜槽會(huì)自動(dòng)收回。

2.4.自動(dòng)配料和稱重技術(shù)

裝車自動(dòng)配料與稱量技術(shù)主要控制緩沖倉4片對開液壓閘門按額定質(zhì)量，在盡可能短的時(shí)間往定量倉中準(zhǔn)確配料與稱量的過程，它直接決定了裝車的精度高低。該環(huán)節(jié)控制對象主要包括緩沖倉閘門、定量倉稱重傳感器和顯示儀表。

對稱重倉進(jìn)行40噸配料的時(shí)間是12-15秒，每一輛卡車的平均裝載時(shí)間是70-100秒，（取決于卡車的類型、卡車司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)、卡車司機(jī)輸入RDT中信息量和回收系統(tǒng)保持緩沖倉中最少100噸物料的能力）。卸料時(shí)間遠(yuǎn)小于配料時(shí)間。利用裝載的時(shí)間久可以進(jìn)行下一輛車的配料，前提是兩輛車的載重一樣。

3.結(jié)語

實(shí)踐表明，全自動(dòng)汽車裝車技術(shù)有多種不同的工藝形式，還可從其他很多途徑廣為探索。相對而言，國內(nèi)車型、列車編組比國外更復(fù)雜，不同車型混編的情況占大多數(shù)，因而給全自動(dòng)裝車系統(tǒng)的開發(fā)難度較大，本文從實(shí)際出發(fā)，重點(diǎn)對車號識(shí)別、車位判別和溜槽升降位移控制進(jìn)行研究和開發(fā)，并將三者有機(jī)結(jié)合起來，在鐵路裝車系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用性及使用效果等方面均有明顯優(yōu)勢。它在鐵路裝車工業(yè)化生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，必將有利于生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率的提高，促進(jìn)礦山工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平的全面提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭欣.中國煤炭科工集團(tuán)有限公司天地科技股份有限公司，北京100013 全自動(dòng)礦山鐵路裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

[2]劉豹.現(xiàn)代控制理論[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2006： 112 - 135.

[3]席啟明.煤礦快速定量裝車站液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓和氣動(dòng)，2008 （ 1） ： 1 - 3.