全自動汽車裝車系統的設計與開發

摘要：為了提高當前國內汽車裝車系統的自動化水平，解決人工操作速度慢、容易超偏載等常見缺陷，著重從煤礦運輸環節入手，重點研究實現全自動汽車裝車的關鍵問題，如遠程數據終端（RDT）、RFID識別器、溜槽自動升降等，通過引入現代電子技術、檢測技術和計算機信息處理技術，制定相應的解決方案。仿真試驗和現場應用表明，系統具有較強的適用性，無論對于舊裝車系統的改造還是新裝車系統的開發，實現全自動裝車系統均是可行的。

關鍵詞：遠程數據終端、識別器、溜槽自動升降、裝車系統。

汽車快速裝車系統是一種將散裝物料按規定的質量快速連續的稱量并裝入汽車車廂的系統，具有一次稱量、一次裝載、速度快、精度高等特點。當前在大型煤礦、非煤礦山等企業使用已經非常廣泛，但由于受檢測技術的影響，我國現有裝車系統至今沒有一家實現全自動控制。某些環節仍然停留在手動、半自動裝車的水平。通常因為人工操作的失誤造成撒煤、超偏載現象，嚴重的還引起列車掉道，直接影響到外運的時間和安全。隨著電子技術、檢測技術、光電技術、信息技術及鐵路裝備的高速發展，使得實現全自動裝車系統并向無人值守發展成為可能。

1.系統設計原則

全自動汽車裝車系統是在原有半自動汽車裝車系統基礎上，融入新技術新設備，主要對溜槽檢測、汽車定位檢測部分環節進行完善提高，使整個系統實現所有工藝過程全部自動化，其工藝應達到以下基本原則與要求。

1.1.操作簡單，無人值守。現場通過傳感器檢測來控制溜槽的裝車，通過視頻監控來檢測系統的裝車過程。

1.2.工藝成熟、技術先進。全自動汽車裝車的工藝與原半自動裝車系統相同，根據汽車遠程數據終端（RDT）向PLC內預設噸位，通過液壓閘門和溜槽控制，向行進中的列車車廂快速卸料，實現連續、快速、準確裝車。通過控制室即可完成整個裝車線的連續化生產控制，逐步減少現場操作人員，最終達到“一人一線”的自動化控制水平。

1.3.全過程連續，全自動和手動兩種裝車模式。整個裝車過程從產品倉到汽車車廂形成閉環控制，系統連續自動完成所有裝車作業。手動運行模式應該被代表性的主要用于測試模式，在系統災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.關鍵技術和主要研究內容

2.1.遠程數據終端（RDT）

當射頻識別或條碼卡不能進行識別的情況下，或者司機需要額外的信息的情況下，RDT可以使得卡車司機通過使用條碼卡或者顯示器/鍵盤與裝車系統控制/數據采集系統進行接口連接。

該裝置安裝在卡車裝車系統下面，便于司機不用離開卡車就能進行與系統進行接口。司機將卡車開到裝車站下面，卡車的RFID標簽被識別。萬一卡車的RFID標簽沒有被識別，卡車司機會通過條碼卡輸入卡車ID或者通過數字鍵盤手動輸入。當司機將卡車開到裝車站下面的時候，定位卡車前面的第二個紅綠燈變紅。這一步系統識別卡車并且它的配料量在計算機數據庫中能查閱到。

2.2.汽車定位

裝車系統中安裝照片眼傳感器，被安裝在裝車結構中裝載區有一個照片眼傳感器。這些裝置能在裝車前確定卡車的位置。當裝車循環完成之前，卡車開走后，系統自動連鎖關閉閘門和提起溜槽。裝載區的兩個額外的照片眼用于控制溜槽延伸到卡車的頂端。裝載區有一個“拉索”拉繩式開關，司機可以用它來控制系統卸料閘門的開/閉。當卡車處于正確的裝車位置并且交通燈顯示后，司機手伸出卡車窗外，拽下拉繩，（拉繩開關運行著需要裝載的不同尺寸的卡車的整個區域的長度），這樣可以告知系統裝車溜槽可以降低了。裝車溜槽會一直降低直到照片眼感應到卡車的頂部。當溜槽停止降低，卸料閘門自動打開開始裝車。如果在裝車過程中產生問題，系統將允許司機再次拽下拉線，系統立即關閉閘板，阻斷來自稱重倉的料流，自動提起裝車溜槽。系統包含轉碼智能通過RFID 識別器。RFID識別器安裝在每裝載區的入口。當帶有RFID標簽的卡車進入裝載區的時候，RFID識別器從RFID標簽中讀出卡車的身份（ID）并且從數據庫中查閱出卡車的預進入信息。如果因為某些原因沒有讀出信息或者卡車RFID標簽遺失，可以通過條碼卡輸入卡車號碼或者手動通過RDT鍵盤輸入。

2.3.溜槽自動升降

裝載區裝有卡車定位和卸料溜槽高度傳感器系統，每個裝載區的兩個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，它可以進行監控和當溜槽到達卡車上方合適的高度后停止。溜槽的伸縮運動由重型液壓缸完成，由雙向液壓閥控制，帶有疊加式出口節流流量控制閥，所有的歧管安裝在液壓動力裝置上。如果發生斷電，失效保護液壓閥會將溜槽提到完全提起的位置。當稱重倉空的時候，溜槽會自動收回。

2.4.自動配料和稱重技術

裝車自動配料與稱量技術主要控制緩沖倉4片對開液壓閘門按額定質量，在盡可能短的時間往定量倉中準確配料與稱量的過程，它直接決定了裝車的精度高低。該環節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。

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

3.結語

實踐表明，全自動汽車裝車技術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，國內車型、列車編組比國外更復雜，不同車型混編的情況占大多數，因而給全自動裝車系統的開發難度較大，本文從實際出發，重點對車號識別、車位判別和溜槽升降位移控制進行研究和開發，并將三者有機結合起來，在鐵路裝車系統中實現全自動，在技術、經濟、實用性及使用效果等方面均有明顯優勢。它在鐵路裝車工業化生產中的實際應用，必將有利于生產安全和生產效率的提高，促進礦山工業自動化技術水平的全面提高。

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