任水祥 王舒曼 涂欣

（1.三一汽車制造有限公司，湖南長沙 410100；2.上海海洋大學，上海 201306）

0.引言

骨料配料站是混凝土攪拌站的重要組成部分，由骨料倉和骨料稱組成[1]。在生產(chǎn)過程中，儲存在骨料倉中的砂子、石頭等骨料，通過骨料稱的稱量和卸料，經(jīng)過平皮帶和斜皮帶的運輸，最終使得骨料投進攪拌主機，和水泥、水、外加劑等材料進行攪拌，形成勻質的混凝土[2]。

一般來說，混凝土攪拌站的骨料倉包含4～6種材料，骨料材料一般有不同規(guī)格的碎石、天然砂、河砂、機制砂等[3]，生產(chǎn)過程中根據(jù)強度等級、澆筑部位等信息的不同，所用到的材料也不同。因此每車料所選的料倉不同，每車料卸料過程的順序和間隔時間可能都不同[4]。骨料配料站示意圖如圖1所示。

圖1 混凝土攪拌站骨料配料站

為了保證每個倉的骨料可以卸完，除了設置卸料順序，還需要設置一些時間參數(shù)，為了避免骨料在皮帶上重疊或者撒料[5]，操作人員所設置的時間往往要比實際卸料的時間長，而富裕出來的時間就會導致效率的降低。無縫料流技術解決了這一問題，通過智能化的算法，保證骨料在卸料過程中既不疊料、撒料，每種骨料之間也沒有間隔，從而提升攪拌站的工作效率[6]。

1.傳統(tǒng)方式

傳統(tǒng)混凝土攪拌站的骨料配料站，多倉卸料控制方法有2種[7]：一種是設置每個倉的卸料時間，一般設置的卸料時間比實際物料卸完所需的時間長，避免疊料、撒料；另一種是設置2個倉之間的卸料間隔時間，前一個倉卸料結束后，間隔一小段時間，再開始下一個倉的卸料。

另外，骨料通過平皮帶、斜皮帶，最后完全投入待料斗的時間也需要人為估算并設置，我們把這個時間稱為骨料時間，若骨料時間太短，骨料不能完全投進待料斗并進入主機，若骨料時間太長，會導致效率降低[8]。

當原料、配比或單盤方量發(fā)生變化時，操作人員需要根據(jù)實際情況手動調整卸料順序、卸料時間（卸料間隔時間）和骨料時間，如果參數(shù)調整不當，導致皮帶疊料、撒料，或骨料間隔距離太長，會造成以下后果如表1所示。

表1 傳統(tǒng)方式現(xiàn)象及后果

2.無縫料流技術

2.1 總體方案設計

無縫料流技術運用采集到的骨料配料站實際參數(shù)，通過智能控制算法，自動計算卸料間隔時間使得最終卸在平皮帶上的骨料既不疊料、溢料，料流也不間斷[9]。

無縫料流技術制定了倉位順序，建立了以順序、倉位為基礎的數(shù)學模型，通過傳感器實時監(jiān)測物料流速變化自動適應不同工況，動態(tài)識別各種情況如方量變化、配比變化、順序調整、倉位改變等，實現(xiàn)自適應調整骨料卸料參數(shù)，自動調度秤斗開門卸料，實現(xiàn)骨料無縫料流輸送。同時，系統(tǒng)具備異常應對機制，如骨料卸料卡料異常、人工干預錯誤設置診斷、卸料速度異常預警、含水率異常等，進而實現(xiàn)料場無人化管理。

為了使料流不重疊不間斷地落在平皮帶上，需要計算每個稱卸料的起始時間，前一物料在相對斜皮帶的近端還是遠端也是計算卸料起始時間的影響因素。為了計算這些時間，需要準備一些固定參數(shù)，這些參數(shù)及含義如表2所示。

表2 無縫料流參數(shù)含義

以下示意圖2表示了單倉間隔和卸料口長度的測量方法，并表示了倉位順序如何影響下一個物料卸料等待或提前的料長距離，只要計算出示意圖2中下一物料卸料等待或提前的料長距離，綜合每個物料的卸料速度就可以計算出下一物料的卸料時間。

圖2 無縫料流算法示意圖

2.2 方案實施

根據(jù)以上示意圖3，設計了具體的算法，實施方案如下：

圖3 編號示意圖

（1）計算卸料順序。為了避免骨料在斜皮帶上滾落，一般來說要保證砂子最后卸料，卸料順序可以通過人為設置，若人為沒有設置，則根據(jù)無縫料流算法設置，算法中保證砂子最后卸料，其余物料根據(jù)是否啟用的標志位依次卸料。

（2）計算倉位間隔。根據(jù)攪拌站實際的倉位布置順序，相對斜皮帶而言，由遠及近依次將位置編號為WZ1,WZ2,WZ3,……；對應的卸料順序依次為VB1,VB2,VB3,……；剩余重量依次為W1,W2,W3,……；卸料速度依次為V1,V2,V3,……；某種物料是否禁用表示為JY1,JY2,JY3, ……;JYn為1表示物料禁用，JYn為0表示物料啟用，禁用是指該物料在當前盤生產(chǎn)中沒有使用。

根據(jù)物料j的位置編號信息可得出物料j與物料i間的前后順序和間隔距離：

間隔距離ij=單倉間隔×間隔倉數(shù)（|i-j|）；

（3）計算卸料時間。卸料順序一旦確定，我們只需要計算每相鄰2個料倉的卸料間隔時間即可，我們將首個開始卸料的物料設為物料i，第二個開始卸料的物料認為是物料j，其對應的位置為WZi、WZj，對應的卸料順序編號為 VBi，VBj。

物料i的卸料起始時間為所有物料稱量完成時，其他所有物料和前一種物料的卸料間隔時間都和前一種物料的位置及卸料時間相關，我們把前一種物料稱為前倉。

物料j的卸料起始時間與物料i的相對位置相關：

若物料j在物料i相對斜皮帶遠端，則

物料ij卸料間隔時間 =（物料i待卸料值Wi-剔除計算重量）/物料i卸料速度Vi-（單倉間隔/皮帶速度）×間隔倉數(shù)（|i-j|）+卸料口長度/皮帶速度

若物料j在物料i相對斜皮帶近端，則

物料ij卸料間隔時間=（物料i待卸料值Wi-剔除計算重量）/物料i卸料速度Vi+（單倉間隔/皮帶速度）×間隔倉數(shù)（|i-j|）+卸料口長度/皮帶速度

由于經(jīng)過無縫料流計算后，物料之間不重疊無縫隙，由整個料流的長度和皮帶運行速度就可以計算出骨料全部投到待料斗的時間，若物料j為最后一種物料，則

骨料時間=（物料j到平皮帶尾部的距離+斜皮帶長度）/皮帶速度

2.3 結果

根據(jù)以上計算流程和推論，由物料j與物料i的卸料順序和關系，可以推出適用于其他所有物料卸料間隔時間的普適公式，從而總結出無縫料流智能閉環(huán)控制算法流程圖，如圖4所示。

圖4 無縫料流算法流程圖

其中，公式1表示前倉在相對斜皮帶遠端：

卸料間隔時間=（前秤待卸料值-剔除計算重量）/該秤卸料速度+（單倉間隔/皮帶速度）×間隔倉數(shù)+卸料口長度/皮帶速度

公式2表示前倉在相對斜皮帶近端：

卸料間隔時間=（前秤的待卸料值-剔除計算重量）/該秤卸料速度-（單倉間隔/皮帶速度）×間隔倉數(shù)+卸料口長度/皮帶速度

同時計算出骨料全部投到待料斗的時間：

骨料時間=（最后卸料的物料料倉到平皮帶尾部的距離+斜皮帶長度）/皮帶速度

經(jīng)過在35個攪拌站進行不同方量、不同配方的多倉卸料檢測，實現(xiàn)了卸料順序、卸料時間自調整功能，料流不重疊不間斷達到96%以上的合格率，大大提升了攪拌站的工作效率。

3.結論

目前，攪拌站的發(fā)展方向是智能化、無人化，而傳統(tǒng)攪拌站仍對操作人員技能要求較高，許多地方還需要人工手動干預，操作人員勞動強度大、設備維護清理的成本高。本文探討了一種在卸料過程中自動適應不同工況的無縫料流技術，有效解決了“斷料、溢料、效率低下、勞動強度大”的痛點，減少了人工干預，提高了工作效率，提升了攪拌站的盈利能力，向攪拌站無人值守的主流方向邁進了一步，為用戶創(chuàng)造了價值，具有重大推廣意義。