師華東

1 前言

傳統(tǒng)骨料生產(chǎn)線裝車系統(tǒng)基于散裝機或下料閥門設(shè)計，裝車過程需中控室操作員通過語音、攝像頭等指導(dǎo)司機挪車，智能化程度較低；當(dāng)散裝機下料達到預(yù)約重量關(guān)閉時，易出現(xiàn)卡料、閥門關(guān)不嚴(yán)的情況，導(dǎo)致物料沖入車廂造成溢料，增加清掃困難。此外，傳統(tǒng)裝車系統(tǒng)對料倉儲量缺乏精確預(yù)判，當(dāng)料倉缺料、裝車量達不到預(yù)約重量時，司機需在裝車位等待上料膠帶機補料，裝車效率較低。

為解決骨料生產(chǎn)線傳統(tǒng)裝車系統(tǒng)的上述缺陷，我公司設(shè)計開發(fā)了一種基于移動膠帶機的定量自動裝車系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)不挪車、定量裝車不溢料、預(yù)判料倉儲量精準(zhǔn)、補料及時，自動化程度高，減少了工作人員數(shù)量，降低了工作強度和經(jīng)營成本，提高了裝車效率。

2 定量自動裝車系統(tǒng)工藝設(shè)計

我公司設(shè)計開發(fā)的定量自動裝車系統(tǒng)主要由上料膠帶機、緩沖倉、雷達料位計、料位開關(guān)、棒條閥、扇形閥、軟連接、除塵器、除塵風(fēng)機、稱重倉、稱重傳感器、弧形閥、移動膠帶機、散裝頭、汽車衡、激光雷達等組成，其中，移動膠帶機為雙向移動可逆膠帶機，相比于單向移動膠帶機，膠帶機長度較短，節(jié)約了土建廊道建設(shè)成本。稱重倉一般由倉體、稱重傳感器、接線盒、表頭組成，能夠?qū)崟r計量物料重量，實現(xiàn)與裝車系統(tǒng)軟件的通訊。激光雷達能夠掃描測量車輛尺寸及位置信息，為移動膠帶機的控制提供依據(jù)。定量自動裝車系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 定量自動裝車系統(tǒng)工藝流程

2.1 定量自動裝車系統(tǒng)工藝流程

2.1.1 緩沖倉存料

物料通過上料膠帶機進入緩沖倉，緩沖倉上部設(shè)置雷達料位計和料位開關(guān)控料，緩沖倉一般可存料200～300t。當(dāng)緩沖倉達低料位時，料位計反饋DCS系統(tǒng)補料或由裝車系統(tǒng)軟件控制其自行補料；當(dāng)緩沖倉裝滿料時，物料觸及料位開關(guān)，上料膠帶機自動停止上料。

緩沖倉下設(shè)置棒條閥和扇形閥，控制出緩沖倉的物料進入稱重倉。進入稱重倉的下料溜子處加軟連接，避免下料溜子影響稱重倉計量。

2.1.2 稱重倉定量稱重物料

稱重倉是定量自動裝車系統(tǒng)的核心設(shè)備，儲量一般為100t左右，配置3個稱重傳感器。司機通過裝車軟件預(yù)約車輛裝載量，刷卡或掃碼進入廠區(qū)后，裝車系統(tǒng)自動讀取車輛信息，控制扇形閥放料，當(dāng)稱重倉物料達到預(yù)約裝載量，扇形閥關(guān)閉，完成定量稱重。

緩沖倉和稱重倉共用一臺布袋除塵器收塵，除塵器布置在緩沖倉頂部。

2.1.3 移動膠帶機卸料

稱重倉下部設(shè)置棒條閥和弧形閥，出弧形閥的物料進入移動膠帶機。雙向可逆移動膠帶機下部加裝散裝頭卸料，可防止物料噴濺和揚塵。

弧形閥下料及移動膠帶機卸料裝車時可采用布袋除塵或水除塵方式[1-2]。

2.1.4 庫底汽車衡計量控制車輛裝載物料

骨料裝車載重量采用庫底汽車衡進行計量。車輛到達裝車位后，汽車衡計量車輛皮重，激光雷達對車輛進行掃描，根據(jù)掃描結(jié)果計算車廂大小輪廓、車廂側(cè)翼高度、車廂前擋板和尾廂板高度、車廂容積。裝車系統(tǒng)根據(jù)激光雷達掃描計算結(jié)果，確定裝車起始位置和停止位置，同時根據(jù)車廂尺寸、預(yù)約裝載物料重量、下料速度，確定膠帶機移動速度。

移動膠帶機移動到裝車起始位置后，散裝頭開始下降，與車廂頂部平齊后，開始下料。系統(tǒng)檢測到裝載物料與車廂頂部平齊或稍低時，移動膠帶機開始從車廂頭部到尾部勻速移動裝車，直至裝滿車廂。車輛裝載量到達提貨重量時，系統(tǒng)自動關(guān)閉弧形閥，移動膠帶機，停止放料并復(fù)位散裝頭；系統(tǒng)自動采集車輛毛重數(shù)據(jù)，調(diào)取車輛對應(yīng)的皮重數(shù)據(jù)，計算凈重并保存數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫中，裝車完畢。

2.2 定量自動裝車工藝設(shè)備選型

骨料生產(chǎn)線定量自動裝車系統(tǒng)的設(shè)備選型應(yīng)基于生產(chǎn)線規(guī)模、工作制度、骨料品種、市場情況等綜合考慮，一般按生產(chǎn)線規(guī)模及工作制度→骨料品種→每天的發(fā)運量總量→每個品種骨料每天的發(fā)運量→裝車位的數(shù)量→單個裝車位每天發(fā)運量的先后順序考慮。以常見的單個裝車位，輸送能力500t/h為例，自動裝車系統(tǒng)設(shè)備選型如下：

2.2.1 汽車衡選型

按常見運載貨車最大車長17.5m，車廂長13m考慮，汽車衡選3.2m×18m，載重120t或150t。

2.2.2 移動膠帶機選型

雙向可逆移動膠帶機選DTⅡ（A）B1 200mm×6 000mm，輸送能力500t/h，帶寬1 200mm，長6 000mm，帶速0.8m/s，驅(qū)動電機功率11kW，行走電機功率2.2kW。移動膠帶機需帶編碼器，實時測量移動距離，為自動裝車系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，選型基本原則如下：

（1）在滿足輸送能力的情況下，盡量選擇更大的帶寬，以保證輸送的塊狀物料不會太靠近輸送皮帶邊緣，不會造成不必要的撒料。

（2）盡量選用較低的帶速，帶速一般＜1.25m/s，若帶速較高，皮帶上的物料穩(wěn)定性較差，裝車過程中易造成物料飛濺。

（3）移動膠帶機使用頻率較高,需選用耐磨膠帶，以延長膠帶的使用壽命。

2.2.3 散裝頭選型

選擇輸送能力500t/h、內(nèi)徑?500mm、伸縮行程3m、功率5.5kW的散裝頭，散裝頭與移動膠帶機下料口用法蘭連接，移動膠帶機設(shè)計時需考慮散裝頭的荷載。

2.2.4 稱重倉選型

稱重倉下部分別設(shè)置600mm×600mm 棒條閥和弧形閥。稱重倉儲量約100t，可設(shè)計為?4～6m的圓形鋼板倉，鋼板倉配置3 個稱重傳感器（均布），錐部角度＞60°，以方便下料。

2.2.5 緩沖倉選型

緩沖倉儲量約200～300t，可設(shè)計為?6～8m圓形鋼板倉，鋼板倉錐部角度＞60°。緩沖倉上部配置雷達料位計和料位開關(guān)，雷達料位計實時監(jiān)測料位信息，料位開關(guān)與上料膠帶機聯(lián)鎖，補料達到高料位時，上料膠帶機停機。緩沖倉下部分別設(shè)置600mm×600mm 棒條閥和扇形閥，扇形閥至稱重倉的下料溜子處設(shè)置軟連接，以保證計量精度。

2.2.6 除塵器選型

統(tǒng)一考慮上料膠帶機、緩沖倉、稱重倉的除塵點布置，參考GB 51186-2016《機制砂石骨料工廠設(shè)計規(guī)范》[3]，上料膠帶機至緩沖倉下料點的除塵風(fēng)量為4 000m3/h，每個扇形閥至稱重倉下料點的除塵風(fēng)量為2 000m3/h。綜合考慮富裕除塵量，除塵器型號選擇PPW32-4，風(fēng)量9 200m3/h，凈過濾面積192m2，風(fēng)速0.8m/min，出口含塵濃度＜10mg/m3。風(fēng)機型號選擇9-26No.8D，風(fēng)量11 320m3/h，風(fēng)壓3 638Pa，功率18.5kW。除塵器的除塵灰進入稱重倉，下料溜子處設(shè)置軟連接，以保證計量精度。

2.3 工藝設(shè)備布置

工藝設(shè)備的布置應(yīng)遵循“安全緊湊、節(jié)約空間、簡潔順暢”的設(shè)計原則，采用集中布置方式并合理設(shè)置功能分區(qū)。本定量自動裝車系統(tǒng)設(shè)備布置按照從上到下的順序，依次為上料膠帶機和除塵器、緩沖倉、稱重倉、移動膠帶機、汽車衡。設(shè)備布置時，應(yīng)盡可能地降低裝車樓的高度，節(jié)約土建投資。定量自動裝車系統(tǒng)設(shè)備布置見圖2。

圖2 定量自動裝車系統(tǒng)設(shè)備布置

如圖2所示，上料膠帶機的下料口布置在緩沖倉的正中間。緩沖倉、稱重倉上下垂直布置，選擇相同的倉筒直徑。除塵器及除塵風(fēng)機放置于緩沖倉頂，收塵風(fēng)管靠近緩沖倉下料口。緩沖倉設(shè)置兩個下料口，扇形閥對稱布置。稱重倉下方依次布置棒條閥、弧形閥、移動膠帶機，弧形閥處設(shè)置檢修平臺。裝車樓二層平臺保證≮5.5m 的標(biāo)高，散裝頭收回后，保證4.5m的車輛通行凈高。

汽車衡采用地中衡的布置方式，地中衡中心與裝車樓中心的偏移量，根據(jù)最長車型確定；秤臺與零平面水平，能夠降低整個裝車樓的高度；裝車位需密封，以滿足環(huán)保要求。

3 定量自動裝車控制系統(tǒng)設(shè)計

骨料生產(chǎn)線定量自動裝車控制系統(tǒng)主要由操作員站、視頻工作站、服務(wù)器、工業(yè)交換機、光纖收發(fā)器、光纖網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)線、PLC系統(tǒng)等組成。定量自動裝車控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 定量自動裝車控制系統(tǒng)架構(gòu)

定量自動裝車控制系統(tǒng)可以分為定量裝車PLC、下料裝車PLC、物流一卡/碼通系統(tǒng)PLC、中控室四大部分。其中，定量裝車PLC可實現(xiàn)物料的定量控制，下料裝車PLC可實現(xiàn)下料設(shè)備的啟停及定位，物流一卡/碼通系統(tǒng)PLC 可實現(xiàn)物料的計量及結(jié)算，中控室可實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的集中管理。

3.1 控制系統(tǒng)操作模式

自動裝車控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程自動、遠(yuǎn)程手動和就地控制三種操作模式。遠(yuǎn)程自動控制模式為主要的操作模式，其他兩種控制模式為特定工況下的操作模式。

（1）當(dāng)控制柜上的遠(yuǎn)程/就地旋鈕切換至遠(yuǎn)程檔位、上位機選擇自動控制模式時，為遠(yuǎn)程自動控制模式。遠(yuǎn)程自動控制模式下，上料膠帶機下料、閥門啟停、車輛定位掃描、料倉底部下料、移動膠帶機的轉(zhuǎn)動及移動均為自動控制，全程無需人工操作。此模式下，車輛停車到位，系統(tǒng)自動下料裝車，裝車完畢后，系統(tǒng)自動停止下料并提示司機將車輛駛出車道。

（2）當(dāng)控制柜上的遠(yuǎn)程/就地旋鈕切換至遠(yuǎn)程檔位，上位機選擇手動控制模式時，為遠(yuǎn)程手動控制模式。遠(yuǎn)程手動控制模式下，設(shè)備的操作由上位機手動完成。如，上位機手動控制料倉底部閥門的開、關(guān)，控制膠帶機轉(zhuǎn)動的啟、停，控制膠帶行走機構(gòu)的正向、反向和停止行走。

（3）當(dāng)控制柜上的遠(yuǎn)程/就地旋鈕切換至就地檔位，此時為就地控制模式。就地控制模式下，設(shè)備操作通過控制柜上的按鈕完成。

3.2 控制系統(tǒng)工作流程

定量自動裝車控制系統(tǒng)的工作流程主要包括稱重倉定量、緩沖倉補料、上磅、掃描及定位、啟動下料設(shè)備、裝車、計量、下磅八個步驟。每個步驟的作用如下：

（1）稱重倉定量

控制系統(tǒng)根據(jù)司機預(yù)約的車輛裝載量，對稱重倉進行定量充裝。

（2）緩沖倉補料

根據(jù)雷達料位計的數(shù)據(jù)顯示，實現(xiàn)緩沖倉的自動補料。

（3）上磅

車輛停車到位后，司機刷卡/掃碼，啟動一卡/碼通系統(tǒng)，系統(tǒng)驗證車輛是否處在地磅兩側(cè)對射光柵內(nèi)。若在范圍內(nèi)，則對射光柵系統(tǒng)啟動；若不在范圍內(nèi)，將語音提示司機挪車。

（4）掃描及定位

激光雷達對車輛掃描及定位，獲取車輛的基準(zhǔn)位置信息、車廂裝料區(qū)域坐標(biāo)信息、車輛預(yù)約裝料重量、車輛額定荷載等信息，發(fā)送至定量自動裝車控制系統(tǒng)，并向自動下料設(shè)備發(fā)出啟動信號。

（5）啟動下料設(shè)備

移動膠帶機行走驅(qū)動機構(gòu)動作，將移動膠帶機移動至初始下料位置；散裝頭下降到車廂頂部，散裝頭驅(qū)動裝置自帶編碼器，測量散裝頭下降距離，距離可調(diào)；打開弧形閥，開始下料。

（6）裝車

移動膠帶機啟動并恒定頻率，移動至車廂頭部開始給料，車廂頭部第一堆裝滿后，散裝頭下料口處的料位開關(guān)向裝車系統(tǒng)反饋信號；膠帶機開始勻速移動裝車，當(dāng)移動到車廂中部時，弧形閥、移動膠帶機、散裝頭停機；膠帶機重新定位，另一個散裝頭開始從車廂尾部往車廂中部裝車，重復(fù)上述過程至裝車完畢。

（7）計量

裝車完畢后，一卡/碼通系統(tǒng)自動采集車輛毛重數(shù)據(jù)，并調(diào)取該車輛對應(yīng)的皮重數(shù)據(jù)，計算得出物料凈重并保存數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫中。

（8）下磅

計量完畢后，道閘自動抬桿，司機駛離汽車衡，汽車衡重量回零，系統(tǒng)復(fù)位。一卡/碼通系統(tǒng)向司機提供電子磅單或領(lǐng)取紙質(zhì)磅單。

4 結(jié)語

砂石骨料企業(yè)發(fā)運量大，對裝車系統(tǒng)自動化和智能化要求越來越高。我公司設(shè)計開發(fā)的基于移動膠帶機的定量自動裝車系統(tǒng)，實現(xiàn)了更高水平的自動化和智能化，解決了傳統(tǒng)裝車系統(tǒng)需司機挪車、定量裝車?yán)щy、設(shè)備故障易溢料等不足?；谝苿幽z帶機的定量自動裝車系統(tǒng)與傳統(tǒng)的散裝機裝車系統(tǒng)相比，具有如下特點：

（1）司機不參與裝車過程，不需要挪車，實現(xiàn)了骨料裝車中控智能化的要求。

（2）稱重倉根據(jù)司機預(yù)約載重量進行定量充填，能夠?qū)崿F(xiàn)定量裝車，同時能夠避免裝車過程中，因散裝機故障或弧形閥卡料、關(guān)不嚴(yán)造成撒料。

（3）基于雷達料位計及料位開關(guān)與上料膠帶機聯(lián)鎖，能夠?qū)崿F(xiàn)自動補料的功能。