劉兆陽(yáng)，解慶功，申 鵬

（日照港集團(tuán)有限公司，山東日照 276800）

散貨指的是在運(yùn)輸過(guò)程中沒(méi)有包裝而進(jìn)行散運(yùn)的貨物。散貨船是比較大型和專(zhuān)業(yè)化的船只。散貨卸船的關(guān)鍵點(diǎn)是具有高效率的取料和怎樣將貨物從艙內(nèi)以垂直的方式進(jìn)行提升。散貨卸船作業(yè)初期的生產(chǎn)率是比較高的，而清艙部分的生產(chǎn)率相對(duì)較慢。要將清艙部分的生產(chǎn)率加以提高，這樣才能使卸船平均作業(yè)的生產(chǎn)率整體提高。

1 創(chuàng)新背景

近年來(lái)，面對(duì)日趨嚴(yán)峻的成本及環(huán)保壓力，日照港不斷探索港口散貨卸船裝卸作業(yè)新工藝，在2013年率先研制推廣了“天圓地方”式超大容量漏斗卸船裝車(chē)新工藝，采用“門(mén)機(jī)+裝車(chē)漏斗”的作業(yè)方式，大大節(jié)省了料場(chǎng)作業(yè)環(huán)節(jié)，具有成本低、效率高、污染小等優(yōu)點(diǎn)，在船舶裝卸作業(yè)中得到了普遍應(yīng)用。然而這種裝車(chē)漏斗缺乏自動(dòng)化、智能化的系統(tǒng)控制，傳統(tǒng)的裝卸模式由理貨員核對(duì)裝車(chē)單后，裝車(chē)工操作裝車(chē)漏斗無(wú)線遙控裝置放料，同時(shí)通過(guò)“旗語(yǔ)”引導(dǎo)車(chē)輛移動(dòng)，完成裝車(chē)作業(yè)。人機(jī)缺乏互動(dòng)，轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)輛與裝車(chē)漏斗、門(mén)機(jī)與裝車(chē)漏斗之間不能實(shí)現(xiàn)信息交互。易出現(xiàn)反復(fù)移車(chē)和相互碰撞等問(wèn)題，影響作業(yè)效率和作業(yè)的安全可靠性。主要存在以下問(wèn)題：①人工核對(duì)風(fēng)險(xiǎn)大。人工核對(duì)裝車(chē)單存在較高的不確定性，易發(fā)生裝錯(cuò)車(chē)、發(fā)錯(cuò)貨的情況，貨運(yùn)安全風(fēng)險(xiǎn)大。②人工操作成本高。一個(gè)漏斗需配一名裝車(chē)工，一個(gè)區(qū)域需配一名理貨員，對(duì)人力依賴(lài)程度高，人力成本高。③人工裝車(chē)精度低。對(duì)于直接發(fā)運(yùn)的貨物，裝載量完全由裝車(chē)工憑“經(jīng)驗(yàn)”估算，在車(chē)輛限重的背景下，車(chē)輛加減料頻繁直接影響轉(zhuǎn)運(yùn)效率、增加環(huán)境污染。④人機(jī)交叉隱患多。理貨員、裝車(chē)工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，不可避免形成人機(jī)交叉，易發(fā)生人身傷害事故。

針對(duì)上述問(wèn)題，如何充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，在卸船裝車(chē)環(huán)節(jié)中降低風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約成本、提高安全性成為急需解決的問(wèn)題。

2 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

本成果在傳統(tǒng)漏斗裝車(chē)工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)RFID 車(chē)輛識(shí)別、4G 無(wú)線通信、PLC 自動(dòng)控制、車(chē)輛定位監(jiān)測(cè)、物料自動(dòng)判斷、車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)引等技術(shù)，對(duì)裝車(chē)漏斗實(shí)施了智能控制改造，取消了理貨員、裝車(chē)工配備，實(shí)現(xiàn)了智能理貨、智能裝車(chē)，實(shí)現(xiàn)了卸船裝車(chē)“無(wú)人化”。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

自動(dòng)化裝車(chē)系統(tǒng)主要由三個(gè)子系統(tǒng)組成：①車(chē)輛識(shí)別子系統(tǒng)。通過(guò)RFID 識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了漏斗裝車(chē)與集疏運(yùn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)聯(lián)控，提高了貨運(yùn)質(zhì)量安全，實(shí)現(xiàn)了理貨無(wú)人化。②自動(dòng)裝車(chē)子系統(tǒng)。改進(jìn)裝車(chē)漏斗結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)漏斗倉(cāng)門(mén)開(kāi)關(guān)液壓控制單元；以PLC控制器為核心，通過(guò)超聲波傳感器、微波雷達(dá)料位等采集單元，實(shí)現(xiàn)裝車(chē)漏斗料位、倒運(yùn)車(chē)輛箱斗料位檢測(cè)以及門(mén)機(jī)抓斗位置監(jiān)測(cè)；自動(dòng)控制漏斗倉(cāng)門(mén)開(kāi)、關(guān)及狀態(tài)監(jiān)測(cè)，完成物料自動(dòng)裝車(chē)。③手動(dòng)裝車(chē)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)為原漏斗自帶功能，通過(guò)2.4G 無(wú)線遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了漏斗的本地控制。

2.2 設(shè)備布置

根據(jù)系統(tǒng)功能需求，按照用戶體驗(yàn)好、運(yùn)行穩(wěn)定性高、防損壞、易維護(hù)的原則，合理布置設(shè)備設(shè)施的位置。設(shè)備布置圖如圖1、2所示。

圖1 設(shè)備布置示意圖（A向）

2.3 控制方式

為減少故障對(duì)生產(chǎn)的影響，充分發(fā)揮無(wú)人裝車(chē)系統(tǒng)效能，該系統(tǒng)設(shè)置四種作業(yè)模式，可自由切換。①智能理貨：僅車(chē)輛識(shí)別子系統(tǒng)運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)智能理貨功能。②智能裝車(chē)：僅自動(dòng)裝車(chē)子系統(tǒng)運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)智能裝車(chē)功能。③全自動(dòng)裝車(chē)：智能理貨+智能裝車(chē)聯(lián)控運(yùn)行，全自動(dòng)裝車(chē)。④手動(dòng)裝車(chē)：手動(dòng)無(wú)線遙控裝車(chē)。

2.4 裝車(chē)工藝

車(chē)輛駛?cè)肼┒费b車(chē)位后，車(chē)輛識(shí)別子系統(tǒng)自動(dòng)判斷車(chē)輛裝車(chē)授權(quán)是否正確；同時(shí)，自動(dòng)裝車(chē)子系統(tǒng)自動(dòng)判斷車(chē)輛位置是否符合裝車(chē)要求；在滿足車(chē)輛識(shí)別、車(chē)輛定位2個(gè)判斷條件后，司機(jī)確認(rèn)“可以裝車(chē)”，裝車(chē)漏斗自動(dòng)開(kāi)啟進(jìn)行裝車(chē)；裝車(chē)過(guò)程中，根據(jù)從集疏運(yùn)系統(tǒng)中獲取到的車(chē)輛數(shù)據(jù)（配載凈重+車(chē)廂尺寸），通過(guò)物料傳感器實(shí)時(shí)判斷物料裝載情況，在防止撒料的同時(shí)，以“容積×密度”的測(cè)算方式實(shí)現(xiàn)定量裝車(chē)；裝車(chē)全過(guò)程通過(guò)信號(hào)燈引導(dǎo)車(chē)輛移動(dòng)。

3 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

本成果基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)研發(fā)了自動(dòng)化裝車(chē)系統(tǒng)，在卸船漏斗裝車(chē)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了理貨、裝車(chē)全自動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人化”。該項(xiàng)目屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

（1）研制車(chē)輛識(shí)別子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能理貨?；赩S 平臺(tái)，采用LTE/4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)UDP、Modbus、TCP 等多種通信協(xié)議，完成了軟硬件的系統(tǒng)集成，研制出了車(chē)輛識(shí)別子系統(tǒng)，通過(guò)與商務(wù)、計(jì)劃、庫(kù)場(chǎng)、車(chē)輛、理貨的實(shí)時(shí)聯(lián)控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)理貨以及對(duì)裝車(chē)作業(yè)的智能監(jiān)管（圖3）。

圖3 車(chē)輛識(shí)別子系統(tǒng)架構(gòu)

（2）研制自動(dòng)裝車(chē)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能裝車(chē)?；赑LC 的自動(dòng)化控制技術(shù)，通過(guò)集成應(yīng)用超聲波距離傳感技術(shù)、信號(hào)燈引導(dǎo)技術(shù)，研制了自動(dòng)裝車(chē)子系統(tǒng)，通過(guò)漏斗倉(cāng)門(mén)自動(dòng)開(kāi)關(guān)、料位自動(dòng)判斷、車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)引等功能，實(shí)現(xiàn)了智能裝車(chē)。裝載過(guò)程中全程自動(dòng)控制，取消了專(zhuān)人操作，人工成本大幅降低。同時(shí)避免了人機(jī)交叉作業(yè)，作業(yè)安全性也大幅提高。

（3）自動(dòng)理貨與裝車(chē)作業(yè)智能聯(lián)控，實(shí)現(xiàn)漏斗“上鎖”。依托集疏運(yùn)系統(tǒng)，采用基于RFID 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，以RFID 卡為標(biāo)識(shí)，與自動(dòng)裝車(chē)子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)理貨與裝車(chē)作業(yè)的智能聯(lián)控，實(shí)現(xiàn)了漏斗“上鎖”。RFID 卡是鑰匙，只有正確匹配的車(chē)輛才能進(jìn)行裝車(chē)作業(yè)。杜絕了裝錯(cuò)車(chē)、發(fā)錯(cuò)貨以及偷盜等情況的發(fā)生，提高了貨運(yùn)質(zhì)量和安全。

圖2 設(shè)備布置示意圖（B向）

（4）智能數(shù)據(jù)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)定量裝車(chē)。根據(jù)倒運(yùn)車(chē)型、物料比重（大小比重模式切換）控制裝車(chē)量，通過(guò)智能算法對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，以車(chē)輛“限重?cái)?shù)據(jù)+容積測(cè)算”比對(duì)聯(lián)控的方式，實(shí)現(xiàn)了定量裝車(chē)。車(chē)輛接單后，通過(guò)舟道網(wǎng)司機(jī)專(zhuān)版APP，錄入車(chē)廂尺寸（長(zhǎng)寬高），空車(chē)檢斤后，根據(jù)限重?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出該車(chē)的配載凈重；自動(dòng)裝車(chē)子系統(tǒng)及時(shí)獲取到車(chē)輛數(shù)據(jù)以及配載數(shù)據(jù)，在裝車(chē)過(guò)程中，根據(jù)物料傳感器實(shí)時(shí)反饋的物料裝載數(shù)據(jù)，通過(guò)智能算法測(cè)算出物料體積，以“容積×密度”的測(cè)算方式實(shí)現(xiàn)了定量裝車(chē)；在車(chē)輛限重的大背景下，大幅提高了裝車(chē)精準(zhǔn)度，減少了車(chē)輛頻繁加減料，提高了轉(zhuǎn)運(yùn)效率，減少了環(huán)境污染。

（5）研制主動(dòng)抑塵系統(tǒng)，提高環(huán)保效果。針對(duì)煤炭、鋁礬土、礦石等貨種，研制自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)抑塵功能，解決了裝卸過(guò)程中粉塵污染的問(wèn)題。自動(dòng)噴淋防塵系統(tǒng)由恒壓供水系統(tǒng)、出水總管、泊位供水管、漏斗供水管路、多組霧化噴頭等組成。超聲波傳感器檢測(cè)到門(mén)機(jī)抓斗進(jìn)入漏斗上方準(zhǔn)備放料時(shí)，電磁閥自動(dòng)開(kāi)啟，在漏斗內(nèi)形成水霧，抓斗卸料結(jié)束并延遲適當(dāng)時(shí)間，電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)抓斗卸料環(huán)節(jié)的粉塵抑制；漏斗在打開(kāi)料倉(cāng)門(mén)下料裝車(chē)時(shí)，開(kāi)啟另外一組電磁閥，可實(shí)現(xiàn)裝車(chē)過(guò)程的粉塵抑制。

針對(duì)散糧貨種，目前正在進(jìn)一步研究負(fù)壓除塵的環(huán)保方案。

4 使用效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)股份三公司煤炭裝卸作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，倒運(yùn)車(chē)輛的裝車(chē)時(shí)間由約6min 縮減為1min 以內(nèi)；傳統(tǒng)的裝車(chē)漏斗可裝車(chē)約420t/h，改造后裝車(chē)可達(dá)600t/h，整體卸船效率提升42%。按照煤炭全年卸船作業(yè)量1 500萬(wàn)t 測(cè)算，每年可節(jié)約各項(xiàng)成本約645萬(wàn)元。

針對(duì)裕廊公司西18泊散糧作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，以全年吞吐量410萬(wàn)t，平均11min/車(chē)，裝載量30t/車(chē)來(lái)測(cè)算，需要裝136 667車(chē)，作業(yè)6263h（4臺(tái)漏斗），應(yīng)用自動(dòng)化裝車(chē)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約成本673萬(wàn)元。

對(duì)于散糧直接發(fā)運(yùn)，4個(gè)漏斗同時(shí)作業(yè)，可減少4個(gè)裝車(chē)工+1個(gè)理貨員（人工成本215元/h），年預(yù)計(jì)節(jié)約人力成本134.7萬(wàn)元。

定量精準(zhǔn)裝車(chē)，杜絕了二次加減料，可減少1臺(tái)裝載機(jī)+1個(gè)司機(jī)。裝載機(jī)油耗按450L/萬(wàn)t、柴油按6.8元/L 計(jì)算，年預(yù)計(jì)節(jié)約燃油費(fèi)125.46萬(wàn)元；司機(jī)成本約60元/h，年預(yù)計(jì)節(jié)約人工成本37.6萬(wàn)元。

4.2 社會(huì)效益

社會(huì)效益主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：①降低了貨運(yùn)質(zhì)量事故，維護(hù)了客戶利益。②避免了人機(jī)交叉作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全。③降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了用工依賴(lài)。④杜絕了加減料二次污染，減少了環(huán)境污染。⑤提升了信息化裝備水平和集疏港能力，對(duì)港口散貨發(fā)運(yùn)及庫(kù)場(chǎng)管理具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

5 推廣應(yīng)用

該項(xiàng)目為港口漏斗卸船工藝系統(tǒng)性的創(chuàng)新改進(jìn)，目前已推廣應(yīng)用到日照港股份三公司煤炭、裕廊公司散糧等貨種的門(mén)機(jī)裝卸作業(yè)，為門(mén)機(jī)自動(dòng)化裝車(chē)提供了樣板，適用于門(mén)機(jī)裝車(chē)作業(yè)的全部情境。