CN113697755A - 一种自动对位装车系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动对位装车系统，包括对位模块、装车模块和安全保护模块，所述对位装车模块包括运动执行模块、位置检测模块和控制模块，所述运动执行模块包括行走小车，桁架轨道，升降气缸、电磁阀控制组件、限位开关，所述升降气缸上连接有鹤管，所述升降气缸固定连接所述行走小车上，所述位置检测模块包括视觉相机，激光检测仪和编码器，所述视觉相机固定于所述桁架轨道上，所述激光检测仪器和位置传感器固定连接在所述行走小车上，所述控制模块包括PLC主控模块、通讯模块和HMI显示模块以及键盘模块，所述装车模块包括装车控制模块和现场仪表模块。

Description

一种自动对位装车系统

技术领域

本发明属于铁路装车领域，尤其涉及一种自动对位装车系统。

背景技术

中国专利名称：流体罐装鹤管自动对位装置，授权公告号：CN104445034B，授权公告日：2017年2月15日，专利中只是提到对位的控制，只是其中的一个动作，对位后重要的工作是装车，无法将对位以及装车两个系统融合到一起；并且对比文件中的对位工作是通过激光进行位置测定，激光测位会导致扫描只能左右方向进行扫描，不能进行三维或者二维的判断位置，会导致激光扫描扫到外部的情况，导致定位错误，可能会误判断装车系统扫描到了正确的位置，导致垂管落下来，会导致出现砸车的危险，并且对比文件中的扫描效率比较低，是一维扫描过去，从灌口的左边扫描到右边，计算出灌口直径，从位置差找灌口的中心；这就会导致位置扫描完成后，鹤管并不会在灌口中心位置上，而是停在激光扫描到灌口最右边（或最左边）的位置上，所以需要对鹤管进行二次定位（前进或后退）。对位的效率较低；从整个系统来说，对比文件只是对火车进行定位，现场作业的时候，在装车对位的系统上进行操作，然后操作人员还要去装车系统进行装车的动作，这就使得作业人员在两套系统中交替作业，效率较慢，操作繁琐，容易出错；同时火车栈桥比较小，上面放两套设备，会占用很多面积，并且会增加操作人员的工作负担，因此需要设计一种自动对位装车系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题的一种自动对位装车系统。

本发明采用的技术方案如下：一种自动对位装车系统，包括对位模块、装车模块和安全保护模块，所述对位装车模块包括运动执行模块、位置检测模块和控制模块，所述运动执行模块包括行走小车，桁架轨道，升降气缸、电磁阀控制组件、限位开关。通过电磁阀控制组件连接运动执行设备动力接口，实现运动控制，通过限位开关限制各组件在安全范围内运动，所述升降气缸上连接有鹤管，所述升降气缸固定连接所述行走小车上，所述行走小车负责将升降气缸送到槽车罐口位置，升降气缸负责将鹤管送入槽车罐口，所述位置检测模块包括视觉相机，激光检测仪和编码器，所述视觉相机固定于所述桁架轨道上，所述激光检测仪器和位置传感器固定连接在所述行走小车上，视觉相机负责捕捉槽车罐口位置，并建立工作坐标系，激光检测仪负责动态扫描罐口位置，位置传感器负责反馈小车实际位置，通过以太网、模拟量信、脉冲通信方式将数据传递到控制系统，形成对运动的闭环控制，系统通过对比发送的位置命令和小车反馈的当前位置来判断小车是否到达终点，所述控制模块包括PLC主控模块、通讯模块和HMI显示模块以及键盘模块，所述装车模块包括装车控制模块和现场仪表模块。

本发明的进一步改进在于：所述通讯模块通过以太网、模拟量、脉冲等通讯方式接收设备位置和状态信息，通过所述PLC主控模块进行运算控制，所述HMI显示模块为文本画面控制及数据交换，实时显示小车行进状态，位置信息，装车工艺流程信息、现场仪表信息，检测画面编号，逻辑判断装车密码和刷卡校验情况。

本发明的进一步改进在于：所述装车控制模块包括可编程控制PLC模块、显示模块、键盘操作模块、隔离执行模块，由键盘操作模块输入操作命令并发送操作命令给可编程控制PLC模块。

本发明的进一步改进在于：可编程控制PLC模块对操作命令进行处理后发送控制数据给隔离执行模块执行，显示模块对操作命令和操作状态进行显示。

本发明的进一步改进在于：所述现场仪表模块包括阀门、流量计、压力变送器、温度变送器，所述现场仪表模块均安装在现场管道上。

本发明的进一步改进在于：所述安全保护模块包括人体静电释放仪、车辆钥匙管理盒、溢流静电控制器、有毒气体\可燃气体检测仪、鹤管归位检测仪和管道气相流量检测仪，通过信号线缆将报警信号发送到所述控制系统，所述安全保护模块是对现场环境情况、设备状态、人员操作等情况进行检测，以检测或判断出危险信息，并通知系统采取应急措施。

有益效果：

本发明提供一种自动对位装车系统，采用气动或液压执行机构，利用视觉和激光双重定位模式，对灌口位置直接捕捉，一次定位，并可进行定位自检控制。并进行恒流控制，实时检测装车流速，进行逻辑阀门控制，逻辑泵控制，安全联锁控制，解决了现有现有的技术只能实现单一定量装车或单一对位功能，优化了作业流程，解决了人工误操作的安全隐患问题，提高了作业效率，通过视觉算法和激光算法对比效验，解决了传统定位方式单一和容易受外部环境影响的问题以及无法进行位置效验的定位难题，大大提高了位置检测的准确性和稳定性。

附图说明

图1是系统流程图。

图2是整体结构图。

图3是细节结构图。

附图编号：1-装车模块、2-安全保护模块、3-运动执行模块、4-行走小车、5-桁架轨道、6-升降气缸、7-电磁阀控制组件、8-槽车罐口、9-视觉相机、10-激光检测仪、11-位置传感器、12-控制模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

一种自动对位装车系统，包括对位模块1、装车模块1和安全保护模块2，所述对位装车模块1包括运动执行模块3、位置检测模块和控制模块12，所述运动执行模块3包括行走小车4，桁架轨道5，升降气缸6、电磁阀控制组件7和限位开关，通过电磁阀控制组件连接运动执行设备动力接口，实现运动控制，通过限位开关限制各组件在安全范围内运动，所述升降气缸6上连接有鹤管7，所述升降气缸6固定连接所述行走小车4上，所述行走小车4负责将升降气缸6送到槽车罐口位置8，升降气缸6负责将所述鹤管7送入槽车罐口8，所述位置检测模块5包括视觉相机9，激光检测仪10和编码器，所述视觉相机9固定于所述桁架轨道5上，所述激光检测仪10和位置传感器11固定连接在所述行走小车4上，所述视觉相机9负责捕捉槽车罐口8位置，并建立工作坐标系，系统可直接定位到灌口中心位置，所述激光检测仪10负责动态扫描罐口位置，计算灌口半径。

所述位置传感器11负责反馈小车实际位置，通过以太网、模拟量信、脉冲通信方式将数据传递到控制系统，形成对运动的闭环控制，系统通过对比发送的位置命令和小车反馈的当前位置来判断小车是否到达终点，并通过对比激光计算的数据和视觉位置数据，效验鹤管对位是否准确，所述控制模块12包括PLC主控模块、通讯模块和HMI显示模块以及键盘模块，所述装车模块1包括装车控制模块和现场仪表模块，所述通讯模块通过以太网、模拟量、脉冲等通讯方式接收设备位置和状态信息，通过所述PLC主控模块进行运算控制，所述HMI显示模块为文本画面控制及数据交换，实时显示小车行进状态，位置信息，装车工艺流程信息、现场仪表信息，安全联锁信息，检测画面编号，逻辑判断装车密码和刷卡校验情况。

所述装车控制模块包括可编程控制PLC模块、显示模块、键盘操作模块和隔离执行模块，由键盘操作模块输入操作命令并发送操作命令给可编程控制PLC模块，所述可编程控制PLC模块对操作命令进行处理后发送控制数据给隔离执行模块执行，显示模块对操作命令和操作状态进行显示。

所述现场仪表模块包括阀门、流量计、压力变送器、温度变送器，所述现场仪表模块均安装在现场管道上，所述安全保护模块包括人体静电释放仪、车辆钥匙管理盒、溢流静电控制器、有毒气体\可燃气体检测仪、鹤管归位检测和气相管道流量检测，通过信号线缆将报警信号发送到所述控制系统，所述安全保护模块2是对现场环境情况、设备状态、人员操作等情况进行检测，以检测或判断出危险信息，并通知系统采取应急措施。

通过固定式的所述视觉相机9采集罐口位置和激光动态扫描罐口位置，激光加视觉两种方式动静结合的形式，进行对比效验，大大增加了抗环境干扰能力。HMI显示模块可显示效验数据信息，并可根据罐口实际情况设定误差量，以满足不同规格槽车作业要求。

可编程控制PLC模块进行装车量计算、装车数据录入保存、触摸屏文本画面控制及数据交换、与上位机通信数据交换、与读卡器通信数据交换；

恒流速控制是根据实际秒流量数据控制阀门的开度大小，使流量保持在安全恒定的流速要求之内。具体实现方式通过PID算法：输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项。

（M_(t)：<回路输出>，K_C：<回路增益>，e：<回路偏差>，M_initial： <回路输出初始值>）；通过HMI上设定目标值，流量瞬时流量为当前值，输出指令调节阀门的开度，从而保证恒流速的闭环控制。

装车量计算是根据高速计数器采集的脉冲数计算出实际的体积或质量，通过温度变送器实时温度补偿结合标准密度值可将体积准确转换成质量，以及过程控制可设定补偿系数，最终计算出实际的装车重量；

设备及装车状态和各项参数实时对接上位机，上位机根据状态，向PLC发送装车设定量命令、装车参数、刷卡校验结果命令；与读卡器通信数据交换：在刷卡界面实时检测是否有刷卡事件产生，并反馈刷卡效验结果，以确保装车信息正确，系统具备本地装车密码和参数设置密码，满足对应的权限人员操作，保证作业安全。

具体操作步骤：

1.车辆到达指定装车区域内，司机熄火下车，将车辆钥匙放入钥匙管理盒，并释放人体静电，若系统未检测到钥匙盒信号、或人体静电释放信号，将不允许装车作业。

2.连接静电夹，在系统中输入装车量，或者刷装车IC卡，系统记录装车数据。

3.做好装车准备工作，系统将自检是否已经建立坐标原点，若没有建立坐标原点，系统会提示回原点，回原点动作由气动马达执行。

4.系统建立坐标原点后，按启动键，视觉传感器捕捉火车罐口位置坐标，并将位置信息传送到PLC系统，气动马达开始运行，同时激光传感器也开始计算位置。系统同构接收编码器信号，从而实时采集气动马达当前位置信息。当气动马达到达火车罐口上方时，系统对比激光传感器数据和视觉传感器数据，若误差在允许范围内，则判断定位成功，若误差超出允许范围，则判断定位不成功，需要重新进行定位操作。

5.定位成功后，鹤管自动放入火车罐口，通过密封帽下部的接近传感器判断鹤管下放到位，系统发出指令，开阀启泵开始装车。通过采集流量计流速信息，实时调整阀门开度，可控制恒流速装车。在装车过程中，若出现溢流或静电报警，系统将暂停装车，待作业人员处理完后可选择继续装车或结束装车。

6.当系统采集到装油量到达设定量时，系统停泵关阀。鹤管上升归位，归位传感器将归位信号发送至PLC模块，装车系统发送指令气动小车回到原点。至此自动对位装车全部完成。

有益效果：

自动计算寻找油罐车罐口位置并进行位置效验，然后将鹤管准确送入罐口内，并采用恒流控制，实时检测装车流速，进行逻辑阀门控制，逻辑泵控制、安全联锁保护，实现鹤管自动对位和定量装车功能。

（1）本专利通过三维和两维进行扫描，定位速度快，无需二次定位，系统可以自动进行对比，视觉可以直接定位，激光用于效验，如果两者扫描的位置一致，说明扫描的位置准确，如果有相差的话，可以进行报警，工作人员可以再次确认后进行扫描，可以从源头上避免安全事故的发生；

（2）本专利交底由于两个系统二合一，无缝连接，可以提高操作效率，减轻作业负担，并且只要在一个系统上进行操作，整个过程系统自动运行，无需人工干预，提高了作业效率和安全性，降低操作的错误率；

（3）本发明合二为一的结构可以给操作人员留下活动空间，节约现场的使用面积，现场装置的集成度程度较高，可以节约操作人员的工作量，因此需要设计一种一种自动对位装车系统来解决上述问题。

以上仅为本发明的较佳实施例而已。

Claims (6)

1.一种自动对位装车系统，其特征在于：包括对位模块、装车模块和安全保护模块，所述对位模块包括运动执行模块、位置检测模块和控制模块，所述运动执行模块包括行走小车，桁架轨道，升降气缸、电磁阀控制组件和限位开关，所述升降气缸上连接有鹤管，所述升降气缸固定连接所述行走小车上，所述装车模块包括装车控制模块和现场仪表模块，所述位置检测模块包括视觉相机，激光检测仪和编码器，所述视觉相机固定于所述桁架轨道上，所述激光检测仪器和位置传感器固定连接在所述行走小车上，所述控制模块包括PLC主控模块、通讯模块和HMI显示模块以及键盘模块。

2.根据权利要求1所述的一种自动对位装车系统，其特征在于：所述通讯模块与以太网、模拟量和脉冲以通讯方式连接，接收设备位置和状态信息，通过所述PLC主控模块进行运算控制，所述HMI显示模块为文本画面控制及数据交换。

3.根据权利要求1所述的一种自动对位装车系统，其特征在于：所述装车控制模块包括可编程控制PLC模块、显示模块、键盘操作模块和隔离执行模块，所述键盘操作模块输入操作命令并发送操作命令给可编程控制的所述PLC模块。

4.根据权利要求3所述的一种自动对位装车系统，其特征在于：可编程控制的所述PLC模块对操作命令进行处理后发送控制数据给所述隔离执行模块执行，所述显示模块对操作命令和操作状态进行显示。

5.根据权利要求1所述的一种自动对位装车系统，其特征在于：所述现场仪表模块包括阀门、流量计、压力变送器和温度变送器，所述现场仪表模块均安装在现场管道上。

6.根据权利要求1所述的一种自动对位装车系统，其特征在于：所述安全保护模块包括人体静电释放仪、车辆钥匙管理盒、溢流静电控制器、有毒气体\可燃气体检测仪、鹤管归位检测仪和管道气相流量检测仪。

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