汽车定量装车控制系统的设计及应用

智能装车系统在门克庆选煤厂的应用

摘要：近年来，随着物联网的迅速发展，智能化、信息化、软件与硬件设施在技术层面不断进步，火车和汽车装车智能化的需求日益递增，开发一套无人化智能装车系统，可以提高装车质量、简化装车流程、降低生产成本，同时消除安全隐患，有效推动企业智能化建设，具有重要意义。智能化无人值守型定量装车系统是在大数据与物联网等的快速发展基础上，利用PLC控制，通过车号识别、车厢定位、溜槽定位、溜槽控制算法、车辆无线通讯等，能够做到站内设备的实时监测，根据传感器的反馈信号自动计算和调整系统参数，组成人机协调的自动化装车作业系统，将在矿山、港口、粮食、冶金等行业中发挥极大作用。

关健词：智能装车；快速定量装车；物联网；车厢定位；车号识别

近年来，随着物联网的迅速发展，智能化、信息化、软件与硬件设施在技术层面不断进步，煤矿智能化取得了巨大进展，无人化、智能化成为大势所趋。火车和汽车装车智能化的需求日益递增，开发一套无人化智能装车系统，对于解决人工作业劳动强度大、装车精度不高、效率低下、容易出现偏载的问题，具有重要意义，符合国家能源产业智能化升级的发展政策。

智能化的无人值守型定量装车系统，是在大数据与物联网等的快速发展基础上，利用PLC控制，能够做到站内设备的实时监测，根据传感器的反馈信号自动计算和调整系统参数，组成人机协调的自动化装车作业系统。在确保作业安全的基础上，智能装车系统可以提高装车质量、简化装车流程、降低生产成本，同时能消除安全隐患，有效推动企业智能化建设，在矿山、港口、粮食、冶金等行业中发挥极大作用，最终实现装车速度快、精度高、减少污染的目的。

1 概况

对于大多数装车站来说，火车装车塔楼为钢结构形式，安设在铁路线轨道上方，煤炭装车能力达5000吨/小时。常规装车系统装车塔楼设计包括装车塔钢结构支撑架、缓冲仓、定量称重仓、液压系统、自动化控制系统、供配电系统、称重系统、旋转摆动伸缩式装车溜槽或垂直伸缩可平移式装车溜槽及车辆自动识别、数据上传系统、摄像机监控系统等相配合，工艺流程为产品煤经过给煤机，经输煤皮带，将煤送至装车塔的缓冲仓内，当缓冲仓的仓位达到一定量时，开启缓冲仓下面的配料平板闸门，将煤放至定量仓中，由定量仓安置的称重传感器实时测量，当达到预定质量时，关闭缓冲仓配料闸门，待车厢到位后，产品煤通过定量仓下的单摆式溜槽装入车厢内，从而实现连续准确动态快速装车。如图1所示。

1 快速定量装车站系统工作原理

快速定量装车系统是将物料按规定的重量连续地自动称量并装入车辆的系统,它主要由输煤系统、定量装车机械设备、三级自动取样系统设备、液压控制系统、电脑监控系统等组成。补连塔装车系统示意如图1。

图1的生产工艺流程是产品仓内的煤经仓下给煤机卸至仓下的带式输送机并转载到上塔带式输送机上,然后卸入装车塔中的250t缓冲仓内,缓冲仓下部的4个方形排料口上各安装1套双翼平板闸门,可将煤炭排到其下面的圆锥形定量仓,再通过定量仓下口安装的1套双翼排料平板闸门和摆动式装车溜槽把煤装入火车车厢内。

2 快速定量装车系统功能设计

3 快速定量装车系统通过计算机采集主上煤带式给料机、主上煤带式输送机及各种现场设备的信号,处理接收操作指令后发出正确的控制指令,实现自动连续调节给料、定量自动装车、三级取样、清单打印、动态图面显示等功能。211 装车 操作者选定与机车(或调车绞车)的速度、车型相适应的给料量后,被选择的给料机给料,给料量随时由输送带秤(核子秤)反映出来,在计算机内部与设定的给料量比较,从而调节给料机给料量,两者协调一致,确保了装车的连续和稳定值,保证了连续自动调节给料。 当列车到装车塔下时,由系统控制放下装车溜槽,此时缓冲仓料位已到合适的位置。操作者按下称重循环按钮后,缓冲仓下的4个配料液压平板闸门自动地向定量仓中卸料,同时称重传感器准确地称重、控制完成定量配料。其后,由闸门控制向车厢中放料,料量放足后由称重传感器控制排料平板闸门关闭。而后车辆行驶车厢之间的空档距离,这期间缓冲仓又向定量仓继续配料,为下一车厢装车作准备,从而实现连续定量自动装车。212 取样 系统的三级取样与快速定量装车系统协调工作,在装车的同时实现煤炭的采样、缩分、破碎、再缩分与装罐工序(图1)。 第一级取样机全截面比例截取主上煤输送带上的物料作为样品,通过一级给料机将样品送至第二级取样机进行取样,通过二级给料机送入样品破碎机,将样品破碎至预定尺寸,再送至第三级取样机获取最终样品装入样品容器。一级、二级所取样品的余量通过相应溜槽返回到缓冲仓。三级取样的样品余量,每隔1个车厢或2个车厢,经过相应溜槽、螺旋输送机及回料液压平板闸门回到定量仓1次。213 打印 装车前先把车皮号、标号和车皮质量输入计算机。当某个车厢装料完成后,计算机立即给出该车厢的车号、净质量、皮质量、毛质量、累计质量、装车时间等一系列数据,并把需要的装车清单打印出来。直到最后一节车厢,计算机才让装车程序停止,并自动打出整列车的总料质量。214 监控 装车时,计算机将显示所有设备的运行状态,如给料机的起停、带式输送机运行状态、缓冲仓煤位变化、各闸门开关状态、三级取样系统各设备的运行状况、定量仓煤量变化等,便于监控整个装车过程。3 研究解决的主要问题(1)装车配料环节是整个装车过程的关键环节,采用多仓口脉冲逼近方式配料,准确保证配料精度。对每个卸料平板闸门的每块闸板都设一个判断是否打开的接近开关,闸门真正到位就能反映出来,提高系统的可靠性。同时,为了配料准确,对配料周期中闸板的动作节奏按各阶段所设置称重值渐次打开,就是采用逼近方式配料。设2个闸板的半开半闭状态的限位开关,使闸板设定在半位状态,对煤量进行微调,确保定量仓的配料精度。(2)PLC的CPU直接读取称重传感器的数据,提高系统反应速度,保证系统的可靠性。称重传感器的数据直接用于控制配料平板闸门和排料平板闸门,让PLC的CPU直接读取采集数据,由控制模块的RS接口处理数据并直接参与控制,使系统的反应速度快。同时,计算机关机后,亦不影响整个系统的正常操作,也就是整个系统仍可正常装车,提高了系统的可靠性。(3)装车系统的控制值有两个波动值:一是给料机给料量的不稳定性,二是列车运行速度的不均匀性。脉冲给料原理是在连续装车过程中自动交替增减给料机开动台数,使缓冲仓内存煤形成周期性增减,呈煤位上升或下降的脉冲变化。这样由煤位脉冲变化有机控制给料系统与列车速度两个波动因素来使装车作业连续进行。(4)多仓口脉冲逼近法配料及配料时间确定。当煤从缓冲仓靠自重全流排出时,速度值取115mΠs,煤流断面面积2132m2,煤容重0185tΠm3,则每个料口排量2196tΠs。缓冲仓在列车非工作区通过的t秒内应完成给定量仓配62t料。 配料原理采用多仓口脉冲逼近配料法,就是通过有规律地控制开闭各个仓口的开口度,在总配料时间8～14s内完成准确配料。(5)缓冲仓、定量仓参数及结构设计。缓冲仓接收主上煤输送带来煤,缓冲煤流的冲击,缓冲仓储量为定量仓的3倍以上。定量仓通过称重桥上的支承腿,座落在称重传感器上进行称重实现定量装车。 对于缓冲仓、定量仓,可根据薄壳容器受力原理及排料方式、运输、安装方便的前提进行设计,以保证加工及安装成形后的精度,保证称重精度和煤以全流方式卸仓(6)液压双翼卸料、排料平板闸门设计。安装在缓冲仓4个卸料口上,每个闸门有2个平闸板,开口为115m×115m。闸板支承在重载滚柱支持轮上,由各自的液压缸驱动,按照配料程序要求顺序动作,以适应不同车辆的装车要求。(7)砝码校正装置。2组砝码通过砝码升降液压缸联接装置对称悬挂在定量仓外壁上,砝码装置用来定期校准定量仓的称量精度。(8)液压摆动装车闸门系统设计。改正原闸门系统缺点,采用液压传动的摆动式分离装载溜槽配上排料平板闸门控制放煤量的装车闸门系统,实现装车功能。 摆动式溜槽由内、外溜槽组成。内溜槽通过横梁结构固定在塔架下方,内溜槽两侧的枢轴上悬挂外溜槽,外溜槽能绕枢轴摆动,用来控制装车的装载高度,并可关断定量仓内的流出物料。这种溜槽使向车厢送料过程中的流通渠道得以扩展,可有效地利用溜槽容积,而不影响定量仓大量快速送煤料的特点。 摆动装车溜槽与排料平板闸门分离设置,保证了定量仓称重时不受来自装车溜槽动作冲击的影响,使装车称重精度得以提高,配料时间缩短。 分离的下部溜槽使列车误撞时不损坏溜槽的全部。设计上有安全链和安全螺栓。 这种闸门系统由于摆动式装车溜槽和结构强度大,最大限度地接近车厢,能按要求自动平整煤堆,使物料落入车厢的距离很短,大大减少了落尘的飞扬。(9)三级取样系统设备参数设计。通过对原取样系统的研究和分析,对三级取样系统工艺流程和设备作了国产化设计。设计时系统中各环节均可调节,这样系统就适应了各种煤量、煤质以及采用不同标准的取制样,扩大了原系统使用范围。国产化设计的一、二、三级取样机按样品质量公式m=QbΠV(式中,Q为流量,b为取料盒宽度,V为取样速度)和GB475-83煤样的采取及制备方法国家标准确定。(10)防尘设计。本系统采用全封闭防尘平板闸门,缓冲仓、定量仓和溜槽间的所有连接部位都用软联接加以密封,以防煤尘溢出。摆动装车溜槽也作防尘设计,以最大限度地减少煤尘。(11)产品分离。在装完一种煤时,输送带上及缓冲仓和定量仓内不会再有这种产品,可以保证再装另一种煤时使2种产品分离。(12)液压控制系统的设计。根据各闸门的计算载荷确定了系统的工作压力和额定压力,根据各闸板动作速度和液压缸的作用腔面积确定了系统需要的流量。在此基础上进行液压系统的合理配置设计,液压系统由泵组、装车阀组、配料阀组、取样阀组等16个阀组组成,驱动全系统23条液压缸的准确动作,满足装车和取样。 系统选型采用了节能回路、差动回路、快慢速回路、防液压冲击回路、循环过滤和多级过滤回路、热循环回路、油压、油温、油位和堵塞发讯控制。尤其执行元件液压缸均采用高压胶管连接。(13)电脑监控系统的设计。装车电脑监控系统示意如图2。图2 电脑监控系统示意 装车电脑监控系统主机采用GE90-30可编程控制器。这种PLC结构先进,组件模块化、通用化,坚固耐用、高性能、高可靠性,编程语言简单、面向用户、通俗易懂,安装调试方便、设计简化、维修方便。 操作者用计算机编程,将工艺流程以梯形图的程序方式进入主机贮存器中,由其完成程序所要求的全部逻辑。它首先接收IΠO接口的信息,对这些信息进行处理,然后把新的信息送至彩显显示出动态画面,同时,也将新的信息送到IΠO接口用于控制和显示(采用中文智能显示)。 系统的控制方式考虑集中和就地2种方式。其工作类型考虑装车过程全自动、半自动和手动3种,以实现各种情况下装车快速准确。4 装车系统主要技术参数及应用结果 该类型装车系统最大年装运能力1000万t,适用300万t以上的矿井或选煤厂或集运站装车站。411 主要技术参数 列车速度为(018±012)kmΠh,上装车站输送带的输送量为5400tΠh,入料粒度不大于100mm的万吨列车装车时间为114～118h,普列为016～018h,单车厢装车精度是011%、整列车是0101%。每列车所取样品重15～30kg,取样精度1%,最终样品粒度不大于5mm。 配料和排料液压平板闸门的卸煤能力为1万tΠh,总配料时间为6～14s。装车溜槽装煤能力1万tΠh,全工作行程时间快速为115s,慢速为715s。安全锁销时间为015s。412 应用结果 补连塔装车站装运能力不小于500万t,大普列(72节)装车时间不大于75min,小普列(60节)不大于55min,单车不超过1min。单车厢装车精度为011%,整列车是0101%。整列车取样品重量不大于30kg。 现场经验证明,列车不恒速时,亦可进行快速定量装车作业。方法是靠半自动控制和随机增减给料机开动台数及通讯调度指挥进行装车。5 经济效益和社会效益 该新技术就铁路全线而言,提高综合装车效率3～4倍,减少机车和车辆2819%,提高运输效率4016%。还可减少超、欠载现象和节省建设投资。 补连塔装车站与引进的同类装车站相比,用人民币计算引进实际费用为2000多万元,而补连塔只用了650万元,减少1350万元。 三级取样成套设备的研制成功,使我国煤炭行业采制样达到了国际先进水平。采用该装车系统,可减少工业区煤尘飞扬,改善环境污染,减轻工人劳动强度。

先进的车辆控制系统简介

摘要：现如今车辆的普及以及交通的发展，造就了我们对于车辆的要求越来越高，越来越严，在车辆更新换代如此频繁的时代，也造成了车辆品种多，繁杂等特点，针对市场如此多的车，我着重讲述车辆的控制系统，它就如同车的灵魂。

关键词：车辆，控制系统。

先进的车辆控制系统是指借助车载设备以及路测，路标的检测设备周围形势环境的变化情况，自动控制驾驶已达到行车安全和增加道路通行能力目的的系统。该系统的本质就是在车辆与道路系统中将现代化的通信技术，控制技术和交通流理论加以集中，提供一个良好的辅助驾驶环境，在特点的条件下，车辆将在自动控制下安全行驶。其目的是开发帮助驾驶员实行车辆控制的各种技术，从而使汽车安全高效行驶。

它是ITS的一个子系统，又可以称之为先进的车辆安全系统，是借助于车载设备及基础设施或其协调系统中的检测设备，来检测周围行驶环境对驾驶员和车辆产生影响的各种因素，进行部分或完全自动驾驶，使行车安全高效并增加道路通行能力的系统。它由自适应巡航控制系统，胎压监控系统，车道偏离警告系统，盲区探测系统，事故自动通报系统，汽车导航和定位系统，道路环境警告资讯系统，自适应前照灯系统构成。

自适应巡航控制系统的功能：该系统可以通过安装在车辆前方的雷达探测自车与前车之间的距离和相对速度，然后根据预先设定的跟车模型，对车辆运行状况进行判断，自动的调节自车与前车之间的距离，当车辆处于危险状况时，对驾驶员进行提醒或采取紧急制动。前方碰撞预警系统是该系统的一个子系统，自车与前方车辆或障碍物之间的距离小于最小安全跟车距离时，给驾驶员警告，丰田汽车把该子系统称之为预碰撞系统，采用激光雷达。应用技术：利用毫米波雷达或激光雷达进行车辆距离的探测，并根据逻辑判断，达到警告的作用或进行辅助驾驶。

胎压监控系统的功能：通过在每一个轮胎上安装高灵敏度的传感器，在行车或静止的状态下实时监视轮胎的压力、温度等数据，并通过无线方式发射到接收器，在显示器上显示各种数据变化或以蜂鸣等形式提醒驾车者，并在轮胎漏气和压力变化超过设定值进行报警，以保障行车安全。应用技术：胎压传感器和无线通讯技术。

定量装车系统结合无人值守计量管理系统应用规范化操作

摘要：近年来关于危险化学品的储存运输，在装卸车环节发生多次重特大事故，影响人民财产安全。定量汽车装卸车系统采用集散式灌装系统，采用集中管理、分散控制的系统架构，在实现多个货位分散灌装控制的同时，将所有汽车装车栈台设备的各类数据进行集中处理，规范对定量装卸车系统设备的操作行为规范的要求和标准，有利于安全进行装卸车作业。

关键词：安全；定量装车系统；规范化操作；控制

一、 定量装车系统概述

定量汽车装卸车系统采用集散式灌装系统，以下是组成撬装系统的一些主要设备：

1.批控仪

与防爆读卡器、机柜一体式设计，采用UPS 220V AC供电，支持PI/DI/DO/AI/AO信号，模块化结构并可扩展模块，预留20%通道。批控仪按键采用电磁感应按键，支持RS485 Modbus RTU通讯。

2.撬装入口球阀

一台与入口管等径的手动球阀，用于开启/切断与外部管线的连接

3.入口压力指示表

一台就地显示耐震压力表，用于指示撬装系统入口压力值。

4.溢油静电保护器 机柜一体式设计、语音流程控制，符合国家标准。220V AC供电，防爆等级ExdIIBT4，带接地夹、API插头，声光报警、干接点输出等。含静电溢油保护、鹤管归位监测、钥匙管理、人体静电释放监测、语音提示控制等功能。

5.质量流量计

实时反馈瞬时流量及累计量给批控仪，为装车控制提供支持，流量计的精度高低和稳定性直接影响整个装车系统的精度。

6.泄放口

一台DN20手动球阀，用于排放撬装系统液相管线内介质。

7.气动V型调节球阀

调节阀带气动阀门定位器，阀门定位器采用4~20mA DC叠加HART协议信号。带空气过滤减压阀，减压阀配就地压力表。调节阀用于装车过程中根据批控仪指令进行流量调节。

8.手动球阀

一台与入口球阀相同的球阀，用于在调节阀或质量流量计拆装维修时隔离下游介质。

9.鹤管归位器

配备与鹤管接头相匹配的阳端接头，同时具备显示功能，实时显示当前鹤管接头的归位状态，并将归位信号反馈至溢油静电保护器，参与安全连锁保护。