杜自彬（洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

0 引言

中國(guó)是目前全球最大水泥生產(chǎn)國(guó)，也是全球基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模最大的國(guó)家，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中除了大家熟知的鋼鐵、水泥以外，消耗量最大是砂石骨料。例如在使用最廣泛的C30強(qiáng)度的混凝土中水泥與砂石骨料的比例大概是1∶3，就是說(shuō)砂石骨料的消耗量是水泥的3倍。之前由于行業(yè)門(mén)檻低，砂石骨料市場(chǎng)由小微型企業(yè)為主導(dǎo)。目前砂石骨料生產(chǎn)企業(yè)超過(guò)2萬(wàn)家，未來(lái)隨著環(huán)保趨嚴(yán)，集約式和規(guī)模化是發(fā)展趨勢(shì)[1]。

1 存在問(wèn)題

河南某新建2000萬(wàn)t/a新型干法骨料生產(chǎn)線設(shè)計(jì)臺(tái)時(shí)處理量5000 t，產(chǎn)出成品骨料4500t[2]。成品采用汽車(chē)運(yùn)輸方式，按照每輛汽車(chē)載重40t計(jì)算，每小時(shí)需要112.5車(chē)次，每天需要2700車(chē)次才能保證工廠連續(xù)生產(chǎn)。如果采用傳統(tǒng)的人工下單、空車(chē)過(guò)磅、鏟車(chē)裝車(chē)、重車(chē)過(guò)磅、打印磅單、結(jié)算出廠的流程，全流程按照30min完成，需要60個(gè)工人才能勉強(qiáng)保證成品發(fā)貨不影響生產(chǎn)。

并且由于砂石骨料之前粗放型生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的慣性，行業(yè)技術(shù)積累薄弱，操作人員水平整體不高，人工現(xiàn)場(chǎng)裝車(chē)的方式生產(chǎn)，不僅效率低，污染大，而且容易出現(xiàn)司機(jī)聯(lián)合裝車(chē)員、門(mén)衛(wèi)進(jìn)行徇私舞弊的可能，目前水泥行業(yè)散裝和袋裝水泥都已經(jīng)有了自動(dòng)裝車(chē)、物流系統(tǒng)的應(yīng)用案例，但是在骨料行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝車(chē)尚沒(méi)有先例。

2 控制方案

為解決上述問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了一種針對(duì)骨料等散裝物料的包含訂單管理系統(tǒng)、車(chē)輛進(jìn)出廠自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、產(chǎn)品庫(kù)存、車(chē)輛定位、散裝機(jī)控制、地磅控制以及DCS控制系統(tǒng)的整個(gè)骨料成品裝車(chē)過(guò)程的控制系統(tǒng)。

如圖1所示為該系統(tǒng)的組成框圖，通過(guò)整合傳統(tǒng)上各自獨(dú)立的各個(gè)功能模塊、實(shí)現(xiàn)了骨料銷售裝車(chē)從網(wǎng)上預(yù)約、到廠取卡、刷卡進(jìn)廠、裝車(chē)位裝車(chē)及自動(dòng)過(guò)磅、打印磅單出廠全流程不需要業(yè)主方操作工參與的骨料裝車(chē)流程。

圖1 控制系統(tǒng)組成框圖

方案采用工控機(jī)加PLC的DCS控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品庫(kù)存信息、供料皮帶、散裝機(jī)、地磅等設(shè)備的信息采集和自動(dòng)控制；在廠區(qū)進(jìn)口和出口安裝車(chē)牌識(shí)別裝置和刷卡裝置；在DCS控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上單獨(dú)開(kāi)發(fā)訂單管理系統(tǒng)，管理訂單和銷售信息，并且采用SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)相關(guān)信息；通過(guò)TCP/IP通訊實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)信號(hào)交互；通過(guò)PLC編程，人機(jī)界面編程、通訊接口編程實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備控制。

3 主要硬件構(gòu)成

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)功能，離不開(kāi)硬件的支持，按照功能分區(qū)和安裝位置劃分，需要現(xiàn)場(chǎng)安裝的主要硬件包括：

（1）進(jìn)出廠區(qū)域。如圖2所示，該區(qū)域主要設(shè)備是車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)，包含攝像機(jī)、顯示屏，自動(dòng)道閘、車(chē)輛檢測(cè)器，讀卡器，控制電腦，交換機(jī)等。

圖2 車(chē)輛進(jìn)出廠管理設(shè)備布置圖

（2）停車(chē)場(chǎng)及排隊(duì)區(qū)域。LED車(chē)輛引導(dǎo)牌，大屏幕（顯示車(chē)輛排隊(duì)信息）。

（3）裝車(chē)區(qū)域。如圖3所示，該區(qū)域設(shè)備較多，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝車(chē)的關(guān)鍵部分，需要的設(shè)備主要有骨料輸送皮帶、下料口、下料收塵器、雷達(dá)料位計(jì)、裝車(chē)緩沖倉(cāng)、裝車(chē)收塵器、骨料散裝機(jī)、測(cè)距儀、揚(yáng)聲器、顯示屏、地磅。

圖3 裝車(chē)區(qū)設(shè)備布置圖

（4）中控室及配電室。DCS系統(tǒng)1套，包含PLC系統(tǒng)控制和人機(jī)交換系統(tǒng)HMI。

（5）訂單管理系統(tǒng)硬件。包含服務(wù)器、交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

硬件安裝完成后，還需要給PLC、服務(wù)器、操作員站安裝相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。本案例PLC采用西門(mén)子S7-1500系列產(chǎn)品，HMI操作軟件選用西門(mén)子WinCC7.4，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用微軟SQL Server，軟件二次開(kāi)發(fā)選用C#高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)完成[3]。

4 控制流程

4.1 預(yù)約下單

（1）客戶提前預(yù)約提貨業(yè)務(wù)（網(wǎng)頁(yè)版和微信客戶端），并將預(yù)計(jì)提取的貨物信息（物料類型及相應(yīng)重量等）、運(yùn)輸車(chē)輛信息（車(chē)牌號(hào)、司機(jī)身份證號(hào)、本車(chē)載重的物料類型及相應(yīng)重量等）輸入系統(tǒng)。

（2）在車(chē)輛到廠前，客戶如需變動(dòng)信息，可中間修改信息，系統(tǒng)記錄更改過(guò)程。

（3）預(yù)約成功后向客戶發(fā)送進(jìn)廠取業(yè)務(wù)卡的驗(yàn)證密碼（密碼形式可為驗(yàn)證碼、二維碼、條形碼等合理可用形式）。

4.2 到廠自助取卡

（1）司機(jī)到廠后，根據(jù)驗(yàn)證密碼及身份證，在自助取卡機(jī)上自助操作。驗(yàn)證成功后取得業(yè)務(wù)卡，并打印取料小票（訂單上可包含裝車(chē)位信息、預(yù)約信息、身份信息等）。

（2）如未網(wǎng)上提前預(yù)約，也可在開(kāi)票室人工辦理上述相應(yīng)業(yè)務(wù)。

4.3 自助刷卡進(jìn)廠

（1）司機(jī)用取到的業(yè)務(wù)卡感應(yīng)刷卡進(jìn)廠，采用遠(yuǎn)距離讀卡，即車(chē)輛到達(dá)刷卡區(qū)司機(jī)不用下車(chē)，刷卡的同時(shí)車(chē)牌號(hào)識(shí)別設(shè)備識(shí)別車(chē)牌信息，如信息一致進(jìn)廠道閘自動(dòng)抬桿，車(chē)輛進(jìn)廠。

（2）車(chē)輛進(jìn)出廠管理設(shè)備布置如圖2所示，車(chē)輛進(jìn)廠控制邏輯如圖3所示。車(chē)牌識(shí)別的抓拍的照片可存儲(chǔ)。

（3）車(chē)輛進(jìn)廠以后，按照車(chē)輛引導(dǎo)示意圖行駛至指定裝車(chē)位。

4.4 裝車(chē)位自助裝料

（1）司機(jī)根據(jù)廠內(nèi)LED屏上的車(chē)輛排隊(duì)信息、訂單上規(guī)定車(chē)位及廠內(nèi)標(biāo)識(shí)路線到裝車(chē)位，到裝車(chē)庫(kù)前等待裝骨料，當(dāng)裝料庫(kù)前紅綠燈為綠燈時(shí)且地磅上沒(méi)有車(chē)輛時(shí)進(jìn)庫(kù)。

（2）司機(jī)將車(chē)輛開(kāi)到地磅上，停至下料口下方；為防止壓磅，磅體兩端裝有紅外線檢測(cè)器。當(dāng)紅外線檢測(cè)器檢測(cè)到異常時(shí)，司機(jī)應(yīng)無(wú)法進(jìn)行以下裝車(chē)操作，且在裝車(chē)位的LED屏上有提示。

（3）司機(jī)將卡插到插卡取電控制器上，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別驗(yàn)證IC卡內(nèi)物料與本裝車(chē)位物料是否一致，若一致則裝車(chē)位LED顯示屏顯示車(chē)輛車(chē)牌號(hào)，裝車(chē)品種，預(yù)裝數(shù)量；若不一致則提示司機(jī)錯(cuò)誤。

（4）無(wú)異常情況下，系統(tǒng)開(kāi)啟稱皮重過(guò)程。司機(jī)按下稱重按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始稱重，完成后，LED屏顯示皮重信息并提示司機(jī)稱重完畢、將車(chē)對(duì)準(zhǔn)下料口及下一步操作等信息；同時(shí)裝車(chē)系統(tǒng)向DCS發(fā)送裝車(chē)準(zhǔn)備完成信號(hào)，DCS接到信號(hào)后，根據(jù)散裝機(jī)等設(shè)備情況返還是否準(zhǔn)許裝車(chē)信號(hào)。

（5）DCS返回可以裝車(chē)信號(hào)，系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)顯示器和語(yǔ)音再提示司機(jī)可以開(kāi)始裝車(chē)，請(qǐng)按下裝車(chē)開(kāi)始按鈕。允許散裝機(jī)下料的同時(shí)下料收塵器自動(dòng)開(kāi)始工作，避免下料過(guò)程中灰塵擴(kuò)散污染環(huán)境[4]。

（6）司機(jī)按下裝車(chē)開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)將開(kāi)始裝車(chē)指令發(fā)至DCS，DCS室控制散裝機(jī)開(kāi)始下料。

（7）裝車(chē)系統(tǒng)不斷從磅讀取重量信息，當(dāng)達(dá)到預(yù)約重量時(shí)，裝車(chē)系統(tǒng)向DCS發(fā)送停止下料信號(hào)，DCS控制散裝機(jī)停止下料。

（8）裝車(chē)位配置有無(wú)線手持遙控器，遙控器含有啟停按鈕，因此司機(jī)可在不下車(chē)的情況下依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控實(shí)時(shí)查看裝車(chē)情況并進(jìn)行適當(dāng)挪車(chē)。

（9）定量裝車(chē)完成后，系統(tǒng)稱重并將裝料的重量顯示于LED屏，并提示司機(jī)裝車(chē)結(jié)束。

（10）司機(jī)拔卡，并將遙控器放到相應(yīng)底座上后，道閘才可升起，同時(shí)向DCS發(fā)送裝車(chē)完成信號(hào)。

（11）車(chē)輛完全下磅后，道閘自動(dòng)下放，同時(shí)入口處紅綠燈變?yōu)榫G燈。

（12）無(wú)線手持遙控器置于底座上時(shí)可充電。

（13）插卡取電控制器上也含有啟停按鈕。

4.5 打印磅單出廠

（1）司機(jī)將車(chē)開(kāi)到出廠口。

（2）用收卡機(jī)收卡并打印磅單，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際重量扣除賬戶費(fèi)用。

（3）若無(wú)意外，收卡后，道閘自動(dòng)開(kāi)啟，司機(jī)開(kāi)車(chē)出廠。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)通過(guò)整合進(jìn)出廠車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、車(chē)輛引導(dǎo)和定位系統(tǒng)、下單和庫(kù)存管理系統(tǒng)、以及裝車(chē)位地磅和散料給料機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)成品裝車(chē)過(guò)程無(wú)人值守，極大的提高整個(gè)骨料生產(chǎn)線的自動(dòng)化、智能化水平；減少了因人為因素造成成本提高，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約成本的目的，堵住了企業(yè)存在的漏洞，提高了辦公自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了信息共享，有助于領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)做出科學(xué)決策。