楊 梅 李宜澄 嵇廣宇 林進(jìn)郅 陳胤吉

（河海大學(xué)，江蘇 南京210000）

2019 年9 月19 日，黨中央、國務(wù)院批準(zhǔn)印發(fā)的《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》將智能化環(huán)?；鳛槠渲芯糯笾攸c(diǎn)任務(wù)之一，要求國家的發(fā)展要立足交通、著眼全局、面向未來?！爸腔?環(huán)?！笔俏磥憝h(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，其市場潛力十分巨大[1]。作為大交通中的組成部分，公路建設(shè)的新要求也需與時(shí)俱進(jìn)。本文針對公路建設(shè)中的首要環(huán)節(jié)——瀝青拌合站冷料運(yùn)輸和存儲，將傳統(tǒng)的方式進(jìn)行更新，結(jié)合智能環(huán)保思想，達(dá)到“操作室總控，各環(huán)節(jié)執(zhí)行，運(yùn)輸線連續(xù)”的目標(biāo)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況

當(dāng)前，絕大多數(shù)瀝青混凝土拌和站多以煤和燃油為主生產(chǎn)拌合料，使用這些燃料，由于燃燒不充分等原因不僅造成產(chǎn)能低，而且污染嚴(yán)重，在燃燒過程中會排放大量溫室和有害氣體和粉塵，還會產(chǎn)生大量噪音和廢料。這些越來越不符合國家有關(guān)普通公路的各項(xiàng)節(jié)能減排要求，對其進(jìn)行改造升級，意義重大。瀝青拌和站的改造，使其在生產(chǎn)和運(yùn)營過程中，以實(shí)現(xiàn)“零廢棄、低排放、低能耗”為目標(biāo)，采用高效節(jié)能環(huán)保的設(shè)備設(shè)施，選用清潔能源燃料和廣泛應(yīng)用溫拌和再生技術(shù)，有效降低生產(chǎn)過程中生產(chǎn)的二氧化硫、二氧化碳、粉塵、噪聲、廢水和廢料排放對周邊環(huán)境的影響，同時(shí)建立完善的節(jié)能減排檢測體系，考核體系和責(zé)任體系，把拌和站建設(shè)成產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、技術(shù)裝備精良、管理手段先進(jìn)、環(huán)境優(yōu)美、社會現(xiàn)象良好的普通公路窗口單位結(jié)合本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，以及操作系統(tǒng)順序等[2]。

因此本系統(tǒng)組成包括筒倉的設(shè)計(jì)研究、智能筒倉進(jìn)、儲、出料管控系統(tǒng)、智能皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)、智能環(huán)保除塵系統(tǒng)四個(gè)組成，在整個(gè)筒倉冷料存儲自動(dòng)運(yùn)載系統(tǒng)中相互結(jié)合，彼此聯(lián)系，協(xié)同工作。

圖1 筒倉冷料存儲自動(dòng)運(yùn)載系統(tǒng)

2 智能筒倉管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 筒倉的設(shè)計(jì)

國內(nèi)外學(xué)者對筒倉存儲進(jìn)行了大量的研究，如從預(yù)應(yīng)力筒倉設(shè)計(jì)方案、預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的估算、實(shí)際有效預(yù)應(yīng)力的計(jì)算、溫度作用、地震作用、貯料壓力荷載等方面對預(yù)應(yīng)力混凝土圓形筒倉進(jìn)行了研究[3]；對中美鋼筋混凝土筒倉規(guī)范進(jìn)行了對比研究，通過理論分析研究了筒倉水平壓力、豎向壓力和摩擦力的不同[4]；對不同筒倉結(jié)構(gòu)類型從筒倉外形，筒倉組成材料以及筒倉承重構(gòu)件等方面進(jìn)行了分析和比較[5]。本文根據(jù)瀝青拌合站的冷料運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)流程，筒倉主要由集料小車卸料區(qū)（見圖2a）、布料小車布料區(qū)（見圖2b）、筒倉倉底卸料區(qū)域（見圖2c）三個(gè)部分組成。集料小車卸料區(qū)：考慮到環(huán)保和自動(dòng)化的因素，集料卸料區(qū)域采用直通式、半封閉式卸料，前后設(shè)置防塵門（見圖2d），運(yùn)輸車輛可通過地下鋼板格柵（見圖2e）落料口實(shí)現(xiàn)集料的傳送。設(shè)計(jì)兩個(gè)卸料口。布料小車布料區(qū)：由于設(shè)置了兩個(gè)卸料口，布料小車（見圖2f）也設(shè)置為兩個(gè)，布料小車位于筒倉上部（見圖2g），每個(gè)倉均設(shè)置定點(diǎn)卸料口（見圖2h），且行走皮帶機(jī)上按照環(huán)保要求設(shè)置除塵系統(tǒng)，使得在集料運(yùn)輸?shù)倪^程中減少粉塵含量。筒倉倉底卸料區(qū)：以40000 噸儲量設(shè)置20 個(gè)存儲小倉，在倉底需要配套設(shè)置40 個(gè)出料口，且出料口下方設(shè)置三級皮帶機(jī)（見圖2i），能夠?qū)崿F(xiàn)無人操作，快速傳運(yùn)。

2.2 智能筒倉進(jìn)、儲、出料智能管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)綜述

智能筒倉進(jìn)、儲、出料管控系統(tǒng)包括集料進(jìn)倉管控、集料存儲管控、集料出倉管控三個(gè)部分。利用地埋式冷料添加系統(tǒng)、RFID 系統(tǒng)（無線觸射頻設(shè)備）、粉塵濃度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能稱重系統(tǒng)、云端數(shù)據(jù)庫、LED 顯示系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)相應(yīng)的功能。

2.2.2 功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的主控系統(tǒng)，最重要的作用是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的智能化操作，使得整個(gè)工作環(huán)境能通過無人操作，達(dá)到精準(zhǔn)高效的解決集料的傳輸、智能稱量、統(tǒng)計(jì)、除塵。

操作室內(nèi)PC 端總控，瀝青混合料遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，得到每盤瀝青混合料中各種骨料、粉料和瀝青的重量[2]。當(dāng)過磅后的小車在卸料處卸料時(shí)，通過位置地理信息的采集實(shí)現(xiàn)防塵門開啟和關(guān)閉，同時(shí)為達(dá)到除塵目的，整個(gè)卸料區(qū)域設(shè)置除塵裝備。集料通過柵格落料口進(jìn)入地埋式受料斗，皮帶將其運(yùn)輸至提升機(jī)，提升機(jī)到達(dá)布料小車處后，布料小車根據(jù)PC 端傳遞的集料信息，在對應(yīng)的受料口定點(diǎn)卸料，皮帶機(jī)自帶除塵系統(tǒng)，因此在整個(gè)傳輸?shù)倪^程中均能使得粉塵含量達(dá)到較低水平。

圖2 筒倉設(shè)計(jì)

在集料存儲的過程中，倉內(nèi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（如料位計(jì)、監(jiān)控器、溫濕度傳感器等）將集料的狀態(tài)、含量等信息實(shí)時(shí)更新傳遞至操作室內(nèi)PC 端，能實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)常用的生產(chǎn)配合比，對集料進(jìn)行生產(chǎn)的分析和預(yù)測，滿足正常生產(chǎn)需要。

進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，在PC 端輸入相應(yīng)集料用量，通過倉底部出料口進(jìn)行出料，皮帶機(jī)稱重，能實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的校核。

表1 筒倉進(jìn)、儲、出料管控系統(tǒng)

2.3 智能皮帶輸送系統(tǒng)

2.3.1 系統(tǒng)綜述

智能皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)主要通過皮帶運(yùn)輸對筒倉進(jìn)出料智能管控。生產(chǎn)當(dāng)中，根據(jù)配方產(chǎn)量的重量AI 學(xué)習(xí)計(jì)算電機(jī)電流，根據(jù)電流情況掌握缺料、電機(jī)生產(chǎn)情況、皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并結(jié)合視頻來輔助了解情況。通過皮帶對進(jìn)倉物料進(jìn)行智能傳送管控，對出倉物料通過皮帶進(jìn)行智能稱重和智能傳送。確進(jìn)料類型后，布料小車自動(dòng)牽引皮帶到指定料倉上卸料。

2.3.2 功能設(shè)計(jì)

在整個(gè)傳輸過程中皮帶機(jī)是重要部件，根據(jù)要求，皮帶機(jī)自帶除塵系統(tǒng)使得操作過程中能降低粉塵含量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無裝載機(jī)的全自動(dòng)化卸料。三級皮帶機(jī)，含有給料、稱量、傳輸三個(gè)功能，對集料進(jìn)行智能稱重，實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)至PC 端。

表2 智能皮帶輸送系統(tǒng)

2.4 智能環(huán)保除塵系統(tǒng)

2.4.1 系統(tǒng)綜述

料倉智能除塵管理系統(tǒng)對筒倉產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行智能除塵管理，并實(shí)現(xiàn)對粉塵的回收利用，對粉塵量進(jìn)行預(yù)警和展示。骨料上料皮帶配備單獨(dú)的除塵系統(tǒng)，皮帶上料時(shí)，除塵檢測裝置檢測到皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)，對應(yīng)料倉風(fēng)門閥自動(dòng)開啟，料倉除塵裝置對皮帶運(yùn)輸和卸料產(chǎn)生的揚(yáng)塵進(jìn)行負(fù)壓采集處理收集。對于整個(gè)料倉同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)集料入倉過程中的自動(dòng)噴霧除塵，實(shí)現(xiàn)對粉塵的預(yù)警分析和實(shí)時(shí)展示。

2.4.2 功能設(shè)計(jì)

粉塵是本系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的首要污染物，在瀝青的加熱升溫、使用及儲存的過程中，會在瀝青攪拌設(shè)備瀝青儲存罐口等處散發(fā)大量的瀝青煙氣，氧化碳除了生成一、二氧化硫和氮氧化合物之外還會產(chǎn)生焦油顆粒和瀝青煙霧等[6]。因此本系統(tǒng)功能主要為對粉塵進(jìn)行收集、處理和預(yù)警三個(gè)方面。對于粉塵，最優(yōu)的處理方法是能達(dá)到它的再利用，在處理污染的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約。皮帶機(jī)本身自帶除塵裝置，同時(shí)在卸料區(qū)域和筒倉內(nèi)部通過安裝噴霧器等處理裝置和收集裝置，與皮帶機(jī)除塵裝置實(shí)現(xiàn)一體化除塵。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，無裝載機(jī)的裝卸對于粉塵含量的降低也是一個(gè)重要舉措，加上無人操作，也能在較大程度上保證施工人員的健康和安全，封閉式生產(chǎn)，使得粉塵無法擴(kuò)散，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

表3 智能環(huán)保除塵系統(tǒng)

3 結(jié)論

本文所提出的智能化控制進(jìn)出料的筒倉冷料存儲系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)瀝青拌合站工藝中冷料存儲和運(yùn)輸關(guān)鍵環(huán)節(jié)的升級。其筒倉工藝和瀝青拌合站的結(jié)合，有效的解決了冷料儲存過程中存在的問題，為瀝青拌合站智能環(huán)保的發(fā)展提出了新理念，有效改善了工作環(huán)境，并且根據(jù)生產(chǎn)配合比實(shí)現(xiàn)了智能化技術(shù)在傳統(tǒng)工藝中的融合。本文通過有效控制污染源頭的方法，在保證施工人員的安全和健康的同時(shí)，能夠提升生產(chǎn)效率。