槽罐車灌排自動控制裝置

摘要：油田罐車在運輸工作中，常因井場道路泥濘、剎車制動、不及時關閉罐蓋、密封不嚴等情況，拉運液體從罐口外溢，腐蝕罐體和車輛安全部件，對安全行車帶來諸多安全隱患的問題，本文介紹一種新型灌排自動控制裝置，駕駛人員在駕駛室內就可以操作自動開、關罐蓋，自動開關排放閥門，解決工作人員攀爬罐頂操作的不安全隱患，操作人員的勞動強度得到減輕。

關鍵詞：槽罐車；灌排；自動控制裝置

中圖分類號：TP273.5文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-01

一、項目的總體框架

特種車輛智能安全自動控制裝置運用機電一體化理論，在ARM微處理器嵌入式程序控制下實現的帶有可視化倒車功能、監測罐車罐內液體狀況、罐蓋自動啟閉和自動排放裝置的機電產品，廣泛應用于以槽罐車為運輸載體的非危險品運輸行業，特別是石油公司采油廠特車大隊。

特車大隊現有各型罐車，主要擔負著各種施工液的拉運工作。每次裝運、排放施工液時，操作人員必須爬到罐體頂部啟閉罐蓋，由于裝運過程中液體外溢，尤其是冬季外溢結冰，罐體及爬梯非常滑，職工在攀爬過程中，極易造成滑倒摔傷的情況，直接威脅到職工的人身安全。因此，設計制作一種智能的帶有倒車影像的、監測罐內液體狀況的、罐蓋自動啟閉和自動排放的裝置，成為該項目的來源。

二、主要功能和性能

本產品所設計的倒車、溫度和液位監控、自動罐蓋、自動排放的可視化系統基于ARM處理器平臺，采用超聲波測距方式進行距離檢測，數字式溫度傳感器方式進行溫度檢測，液位傳感器進行罐內液位測量，CCD攝像頭進行圖像采集，LCD液晶屏顯示和語音報警等功能，實現數字傳感器測量和視頻圖像融合的可視化罐車自動控制系統。駕駛員準備倒車時，啟動可視化的倒車系統，LCD液晶顯示屏上顯示汽車尾部視頻景象，同時數字傳感器所測得的罐內溫度和液位信息通過視頻字符疊加顯示技術顯示在液晶屏上，并增加了罐蓋和排放閥門的狀態顯示功能，提高了罐車司機操控的安全性。

三、系統的構成

（一）可視化倒車報警模塊

本產品應用嵌入式技術，嵌入式微處理器S3C2440通過IIC總線配置CCD數字攝像頭開始數據采集。將采集到的模擬信號通過模組內部A/D轉換等一系列的處理轉換成一定格式的數字視頻信號。然后將該數字信號通過CAMIF（攝像頭接口）送到S3C2440的內存中（SDRAM）。同時S3C2440通過I/O口給超聲波測距模塊一個觸發信號（TRIG）使能超聲波測距模塊發出超聲波。S3C2440通過算法將障礙物的距離計算出來存到S3C2440的內存中。系統將S3C2440內存中的視頻數據和距離數據復制LCD液晶屏的幀緩沖區，通過LCD控制器顯示到液晶屏上。當障礙物的距離小于報警閾值時，報警模塊發出警告提醒司機注意倒車安全。

（二）液位測量模塊

本模塊采用S3C2440處理器，運用嵌入式實時操作系統和μC/GUI技術設計開發的液位控制模塊。該模塊體積小、耗電少、運行可靠，利用實時操作系統的任務調度保證總是運行當前最高優先級的任務，從而避免以往用前/后臺系統實現的液位系統中某些模塊得不到及時執行的問題，并且使系統具有很好的擴展性。與以往的液位系統界面相比，用μC/GUI和液晶顯示屏技術設計的人機界面，更加友好、美觀，省去了外圍設備按鈕的設計，控制器結構緊湊，方便用戶使用。同時本模塊采用繼電自整定方法實現PID參數的自整定，省去了人工設定PID參數的麻煩。引入單神經元形成自適應PID控制器解決了PID參數在線調整難的問題，加強了系統的魯棒性，最終實現對液位的檢測、顯示以及控制功能。

μC/GUI技術是為任何一個使用圖形LCD的應用提供一個有效的不依賴于處理器和LCD控制器的圖形用戶接口。它能工作于單任務或多任務的系統環境下，由AN-SI的C語言編寫，具有很強的可移植性。

（三）溫度測量模塊

本測溫模塊采用的是DS18B20數字式溫度傳感器，DS18B20單線數字溫度計是以串行傳輸方式提供溫度讀數（擴展補碼方式）的溫度測量器件。DS18B20單線數字溫度計外封裝為三引腳三極管狀器件。DS18B20具有體積更小、適用電壓更寬、更經濟、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，使嵌入式溫度檢測應用系統得以簡化，這對于車輛、艦船布線安裝條件受到限制的應用領域尤為合適。

（四）尾部智能排放模塊

尾部排放電動閥門控制模塊要實現手動、自動及遙控手動、遙控自動等多種控制，并可實現手自動無擾切換（即當操作方式由“自動”轉為“手動”時，閥門開度并不會因為操作方式的改變而受到干擾），要求給定的PWM信號與閥位反饋裝置輸出的電流信號比較后，經電動閥門控制器、執行機構來達到控制閥門開度的目的。嵌入式微處理器S3C2440將PWM信號解碼通過嵌入式編程演示閥門開度狀況。

（五）罐蓋自動啟閉裝置模塊

通過直流電機控制罐蓋啟閉裝置。電傳動機構較氣動傳動機構冬天使用更可靠，氣路冬季容易結冰，導致控制失效。電動機構運行平穩，維護簡單。罐蓋自動啟閉裝置的電機控制裝置使用了兩臺控制簡單的直流步進電機，主控制器為S3C2440微處理器，直接負責了傳感器數據采集處理，電機控制，以及整個機構的控制。

圖1罐蓋開啟示意圖

（六）視頻字符疊加屏顯示技術

本產品通過視頻字符疊加顯示技術將數字傳感器所測得的罐內溫度值和罐內液位信息同時顯示在尾部排放場景液晶屏上，并利用動畫仿真罐蓋和排放閥門的實時狀態，提高了罐車司機操控的安全性。

四、結束語

將人工攀爬罐頂操作完成罐蓋的開關工作，改進為智能遙控控制只用30秒鐘就能完成一次罐蓋的開關。降低了駕駛員的勞動強度，提高了施工過程中的安全系數，受到了現場罐車駕駛員的歡迎和好評，該成果可在油田及社會同類車型中普遍推廣使用。

[作者簡介]佟巳剛，哈爾濱華德學院機電與汽車工程學院教師，工程師，研究方向：可編程控制器（PLC）、單片機、機床電器。