文/李華良 吳治國 鄒廣柱 張柏文

0 前言

輔材倉庫主要是用于存放輔助生產(chǎn)物料的倉庫。中南鋼鐵韶鋼松山股份有限公司（以下簡稱“韶鋼”）所屬物資（合金、輔材）進廠后，在輔材庫卸車堆放，當生產(chǎn)需要合金輔材產(chǎn)品時，從輔材庫裝車運送到生產(chǎn)現(xiàn)場，即輔材庫是一個生產(chǎn)物資中轉(zhuǎn)庫。

目前，韶鋼輔材倉庫存有30多個品種輔料，最多倉儲量有15000個單位，日出貨量約為400個單位，貨物噸袋破解全部由操作人員手工完成。這種人工破解噸袋的方式存在較多缺陷，如操作人員破解噸袋勞動強度大、生產(chǎn)效率低、粉末狀輔料產(chǎn)生較大粉塵等，帶來作業(yè)危害及安全隱患，安全性缺失易造成安全事故。所以，對韶鋼的倉庫物料噸袋破解方法系統(tǒng)進行研發(fā)改造非常必要。

1 噸袋自動破解系統(tǒng)工藝流程及創(chuàng)新點

1.1 噸袋自動破解系統(tǒng)工藝流程簡介

噸袋自動破解系統(tǒng)由噸袋系統(tǒng)、軌道懸掛系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、物料存儲輸送系統(tǒng)四大系統(tǒng)構成。整個過程先由懸掛系統(tǒng)葫蘆吊吊住噸袋送入割袋料倉，然后采用了激光切割技術。在噸袋切割的過程當中，激光會發(fā)射出高能量的激光射線，這些激光射線所產(chǎn)生的巨大能量，可以瞬間將噸袋需要切割的位置進行切割，這樣就可以輕松地將非常牢固的噸袋表面切開，使袋內(nèi)輔料流出，出袋后的輔料后經(jīng)過皮帶運輸系統(tǒng)送到儲料料斗，料斗通過液壓翻板控制下料量。

1.2 噸袋自動破解系統(tǒng)創(chuàng)新點

（1）數(shù)控噸袋破解設備：運用了激光破解噸袋的新方法，該項技術屬于國內(nèi)首先在噸袋破解設備中應用的創(chuàng)新技術。噸袋底部破解的形狀為直線。（2）數(shù)控噸袋破解系統(tǒng)的信息化接口：數(shù)控噸袋破解系統(tǒng)的電氣控制采用了西門子數(shù)控系統(tǒng)，具有RS232接口，必要時可與韶鋼上層的ERP 企業(yè)資源管理系統(tǒng)、MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)及WMS 倉庫管理系統(tǒng)之間的資源數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享，實現(xiàn)信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通。（3）噸袋提升裝置：運用了數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動和編碼器精確定位技術，可實現(xiàn)三軸數(shù)控控制及三軸行走無級調(diào)速、無人化自動運行和噸袋破解后的清除殘存余料的抖動動作。

2 噸袋自動破解系統(tǒng)構成

2.1 噸袋自動破解設備總體構成

數(shù)控噸袋破解設備主要由軌道懸掛系統(tǒng)、物料存儲輸送系統(tǒng)、料倉、除塵隔離房、輸送上料平臺、激光破袋專機、除塵過濾系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)構成見圖1。

圖1 噸袋自動破解設備系統(tǒng)構成

2.1.1 電控系統(tǒng)

電控制系統(tǒng)主要用于協(xié)調(diào)起吊、料倉、破袋專機等關鍵設備的動作邏輯，系統(tǒng)的主要元器件均選用國內(nèi)外優(yōu)秀品牌產(chǎn)品。其中：

控制系統(tǒng)主要包含可編程控制器PLC、觸摸屏、控制柜、控制通信電纜及相關軟件等，具有工作異常、急停等故障的自診斷和報警功能，并與安全防護系統(tǒng)連鎖控制。總控制系統(tǒng)能方便地與設備控制系統(tǒng)進行通信。系統(tǒng)拓撲結構示意如圖2所示。通過操作臺上的功能鍵，可實現(xiàn)設備的啟動、停止、暫停、急停、程序選擇等功能，增加了操作者的安全性，提高了設備的靈活性。

圖2 控制系統(tǒng)拓撲結構

2.1.2 激光破袋設備

為了保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，采用一拖二的方式。所謂一拖二是指兩臺激光發(fā)射器使用一個控制系統(tǒng)，當一臺發(fā)現(xiàn)問題另一臺可以快速切換。激光破袋專機采用二氧化碳激光器,是以CO2氣體作為工作物質(zhì)的氣體激光器。采用先進的板條放電技術完全封離式激光器，充入激光腔內(nèi)的氣體與外界完全密封隔離，大大延長了激光管的使用壽命。

激光腔體采用金屬進行密封，腔體內(nèi)充入CO2氣體和其他輔助氣體（主要是氦氣和氮氣，還有少量的氫或氙氣）；電極采用平行極板的方向形成板條放電，在極板間接入高頻電源，通過極板放電電離CO2氣體產(chǎn)生波長10.6μm 的激光，激光通過諧振腔進行振蕩放大，最終由出光口輸出高功率激光。

采用金屬封離式板條放電技術制成的激光器，具有體積小、激光功率大、使用壽命長等優(yōu)點，可適用于24小時/天工作的工業(yè)環(huán)境，技術成熟可靠。

2.1.3 物料存儲輸送系統(tǒng)

物料存儲輸送系統(tǒng)的作用是將接料料斗中的物料由斗式輸送機、伸縮式皮帶機運輸至儲料料斗內(nèi)，最后卸料至運輸卡車內(nèi)。

物料存儲輸送系統(tǒng)主要由接料料斗、斗式輸送機、儲料料斗和伸縮式皮帶機構成。儲料料斗可以滿足一次儲料16噸的最大容量，在運輸卡車未到位時可根據(jù)生產(chǎn)要求提前備料，縮短了卡車的等候時間，提高工作效率。儲料料斗分成三個獨立料倉，斗式提升機將接料料斗內(nèi)的物料提升至伸縮式皮帶機上，再由伸縮式皮帶機按要求將物料落入規(guī)定的獨立料倉。儲料料斗可同時存儲三種不同的物料，也可一次最大量地放同一種物料，可按生產(chǎn)要求隨時調(diào)節(jié)，方便儲料，節(jié)約時間。物料輸送系統(tǒng)見圖3。

圖3 物料輸送系統(tǒng)結構

2.1.4 軌道懸掛系統(tǒng)

軌道懸掛系統(tǒng)主要完成來料噸袋的提升與卸料。其中，軌道行走機構及起吊系統(tǒng)由環(huán)型滑觸線提供動力。軌道懸掛系統(tǒng)可一鍵自動，掛袋后自動運行直至重新回到掛袋位，并可多個行走機構同時運行，破袋和掛袋可同時進行且互不干涉。

主要構成：環(huán)形軌道、機架、軌道行走機構（滑軌機構、伺服驅(qū)動機構）、起吊機構（單軌電動葫蘆）、環(huán)型滑觸線。軌道懸掛系統(tǒng)見圖4。

圖4 軌道懸掛系統(tǒng)結構

2.1.5 料倉改造

料倉主要完成上下密封板的開合、下位置移動及快速打袋落料。

構成：上密封板（含扣合機構、防塵軟毛）、下密封板（含開合機構、下密封板卸料口與裝袋區(qū)液壓位移機構）、下料料倉、打袋落料機構、倉體。打袋落料機構在已破噸袋提升時，會傾斜伸進料倉內(nèi)并保持固定的相對距離，同時旋轉(zhuǎn)著在兩側擊打噸袋，使噸袋內(nèi)剩余物料快速掉落入倉，達到清理噸袋的效果。清理完噸袋后，打袋落料機構自動收回，不影響滿噸袋在料倉內(nèi)移動。料倉系統(tǒng)見圖5。

圖5 料倉系統(tǒng)結構

2.1.6 除塵隔離房改造

除塵隔離房配有除塵裝置，在皮帶機上料端，主要作用是在儲料料斗向卡車卸料時除塵。隔離房示意見圖6。

圖6 隔離房構成

2.1.7 輸送上料平臺改造

輸送上料平臺使用板鏈輸送，可將運送來的滿噸袋運送至掛袋位置下方。

工人可以用行車一次將多袋（最多4袋）吊放在平臺上，再由平臺運至掛袋位置下方，方便了從行車到掛袋位的運輸銜接。上料平臺示意見圖7。

圖7 上料平臺構成

2.1.8 除塵過濾系統(tǒng)改造

除塵過濾系統(tǒng)主要由除塵器、多級別變徑管道、除塵插口、風機等組成。

設備除塵點有破袋料倉內(nèi)一個、接料料斗到斗式提升機入口處一個、除塵隔離房兩個，共四個除塵點。

在除塵系統(tǒng)運行時，破袋及卸料所產(chǎn)生的含塵氣體在引風機吸引力的作用下進入灰斗，經(jīng)導流板后被均勻分配到各個濾袋上，粉塵被攔截在濾袋外表面，氣體則穿過濾袋，經(jīng)過凈氣室后外排。袋式除塵器捕集在濾袋外表面上的粉塵會導致濾袋透氣性的減少，使除塵器的阻力不斷增加，等到阻力達到設定植（差壓控制）或是過濾的時間達到設定值（時間控制），通常處于關閉狀態(tài)的脈沖閥在脈沖噴吹控制儀（PLC）脈沖噴吹控制下打開0.1s 左右，高壓氣體瞬間從氣包進入噴吹管，并高速從噴吹孔噴出。高速氣流噴入濾袋是還會產(chǎn)生數(shù)倍于噴射氣體的二次引流，噴射氣流與二次引流的共同作用使濾袋內(nèi)側的壓力迅速升高，濾袋由原先內(nèi)凹的形狀變成外凸的形狀，并在變形量達到最大值時產(chǎn)生一個很大的反向加速度，吸附在濾袋上的粉塵主要在這反向加速度作用下脫離濾袋表面，落入灰斗，除塵器的阻力隨之下降。將粉塵從濾袋表面清除的過程稱為清灰。清灰工作是一排一排進行的，脈沖閥每動作一次，一排濾袋就得到清灰。脈沖閥按照設定的時間間隔與順序依次動作，直到完成一個循環(huán)。除塵過濾系統(tǒng)結構見圖8。

圖8 除塵過濾系統(tǒng)結構

2.1.9 安全保護系統(tǒng)改造

安全系統(tǒng)主要由護欄、安全光幕等組成。安全光幕是經(jīng)過安全認證的光幕產(chǎn)品，由兩部分組成。投光器發(fā)射出調(diào)制的紅外光，由受光器接收，形成了一個保護網(wǎng)，當有物體進入保護網(wǎng)時，即有光線被物體擋住，通過內(nèi)部控制線路，受光器電路馬上作出反應，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。見圖9。

圖9 安全光幕構成

3 結束語

輔材庫噸袋破解系統(tǒng)改造后，減少人機結合交叉作業(yè)現(xiàn)象，提升作業(yè)效率和自動化水平，實現(xiàn)了現(xiàn)場安全本質(zhì)化水平提升；破袋過程采用除塵設備，減少作業(yè)環(huán)境粉塵，降低工人接觸粉塵職業(yè)危害可能。

本噸袋自動破解系統(tǒng)方案設計參照了國家有關智能制造標準和先進設計思想，重點突出了數(shù)字化控制和自動化運行，采用了互聯(lián)網(wǎng)技術、數(shù)字和液壓控制技術、激光加工、環(huán)境保護等技術，預留了和韶鋼ERPMES 等信息化管理系統(tǒng)互聯(lián)互通接口，為今后接入公司信息化管理系統(tǒng)打下了基礎。項目系統(tǒng)基本實現(xiàn)了安全生產(chǎn)、減輕員工勞動強度、提升自動化水平和實現(xiàn)智能化管理的要求；優(yōu)化3D 崗位，每年節(jié)約人工成本56萬元，提高了經(jīng)濟效益和社會效益，提高了寶武韶鋼的市場競爭能力。