基于CAN總線的動車組集裝器自動裝卸系統

佘鵬，呂文俊，劉文龍

（1.中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島266111；2.湖北韻生航天科技有限公司，湖北 襄陽441021）

1 引言

隨著國內物流運輸需求的不斷提升和高速鐵路運輸里程的快速增長，給鐵路快捷貨物運輸系統帶來了新的巨大的市場潛力[1]。國外對貨物快捷運輸研究較早，法國主要為Sernam200包裹列車和TGV郵專列。德國采用客貨分時段混行，城際包裹運送業務采用DBSgss-y703型4列車（一種專用的集裝箱列車）。北美、澳大利亞鐵路快捷貨車主要為120km/h速度級，主要車輛為：雙層集裝箱車、單層集裝箱車、馱背運輸車，如美國的Thrall-TA型5單元單層關節式集裝箱平車、Lopac II型雙層關節集裝箱平車[1]。目前，國內在鐵路快捷運輸方面，主要以普列為主，裝載方式由列車外部設備或人工將物品或貨物裝載到列車車廂，再通過人工將需要固定的貨物固定好。列車本身不具有集裝器的自動裝卸功能，普遍機械化、自動化程度不高。近年來，隨著動車組運營的日益成熟及集裝器的標準化，動車組以其運行速度快、周轉效率高的特點，作為快捷貨運的新興力量正在成為趨勢。

2 CAN總線概述

CAN（Controller Area Network，CAN）是ISO國際標準化的串行通信協議。1986年，德國電氣商博世公司開發出面向汽車的CAN通信協議。此后CAN通過ISO 11898及ISO 11519進行了標準化，在歐洲已是汽車網絡的標準協議[2]。CAN的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現為分布式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持[2]。

3 自動裝卸系統設計

3.1 結構設計

對于動車組實現集裝器的自動裝卸，首先要滿足集裝器的標準化，這里以航空LD3集裝器和特種貨運集裝器為對象，設計了一套自動裝卸系統，能夠完成集裝器的自動裝卸。系統包括支撐單元、電動導向單元、電動傳輸單元、電動鎖定單元及中央控制單元。支撐單元作為集裝器傳送過程中的支撐，需要采用滾動摩擦的形式，減小集裝器在傳送過程中的阻力。電動導向單元實現集裝器運行及轉向過程的導向，電動傳輸單元為集裝器傳送提供傳輸動力。為適應不同重量的集裝器，電動傳輸單元采用摩擦的形式提供動力。電動鎖定單元將傳送到位的集裝器牢牢地固定在車廂內。中央控制單元控制各單元部件協調工作，共同完成集裝器傳送任務。

3.2 控制系統設計

系統采用CAN總線結構的數字化控制方法，利用CAN總線具有數據傳輸速度快、數據傳輸的距離遠、抗外界干擾能力強的特點。CAN總線控制結構如圖1所示。手持終端通過無線或有線與主控箱相連，給主控系統下達操作指令，主控系統通過總線與所有的電氣部件相連，根據下達的操作指令，給相應的電氣部件發送工作指令，電氣部件根據工作指令進行工作，共同作用完成集裝器的裝載和卸載功能。電動轉運裝置的電氣系統PDU、電動導向部件、電動鎖定部件作為系統節點，掛接在CAN總線上，每個電氣部件分配相應的地址，中控通過總線對其訪問和控制。

圖1 CAN總線控制結構圖

3.3 自動裝卸邏輯設計

對集裝器在車廂內的裝載過程進行研究，采用流水裝載結構，保證了集裝器裝載的效率。同時配合傳感器感知集裝器的位置，保證集裝器裝載過程中的安全性。系統的裝載和卸載邏輯如圖2和圖3所示。

3.4 試驗結果

根據系統的工作原理，將電動傳輸單元、電動鎖定單元、電動導向單元、支撐單元及中央控制單元按照集裝器的尺寸進行組合布置，組合成為一套完整的自動裝卸系統。經過測試，該系統能夠實現集裝器的自動裝載和自動卸載功能，可以在3min內完成一節車廂的裝載或卸載，各工作單元安裝更換簡便，工作可靠。

圖2 裝載邏輯流程

圖3 卸載邏輯流程

4 結語

基于CAN總線的控制系統能夠滿足自動裝卸系統的控制要求，能夠可靠地實現對各個控制單元間的通信，能夠實現航空LD3集裝器和特種貨運集裝器的自動裝卸。縮短了動車組停站時間，減少了集裝器裝卸對人員的需求，提高了快捷貨運的運營效率。