◎ 蘇亞洲

（鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450001）

移動(dòng)卸料小車應(yīng)用于機(jī)械化平房倉(cāng)進(jìn)倉(cāng)卸料生產(chǎn)線上，是卸料過(guò)程中的一種重要的輔助設(shè)備，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工作性能以及定位系統(tǒng)的好壞直接影響整個(gè)卸料生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。移動(dòng)卸料小車將膠帶輸送機(jī)上的物料運(yùn)送至不同的設(shè)定位置進(jìn)行卸料，給物料進(jìn)倉(cāng)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的方便。根據(jù)機(jī)械化平房倉(cāng)內(nèi)廊道卸料口的位置設(shè)定等工藝布局特點(diǎn)，移動(dòng)卸料小車從原位置出發(fā)，距目標(biāo)位置有一定的距離，行駛過(guò)程中既要保證小車行走平穩(wěn)，也要精確定位，保證停車時(shí)卸料口伸縮溜管精準(zhǔn)定位并壓緊固定卸料口，以保證物料不泄露，滿足實(shí)際作業(yè)生產(chǎn)要求。

1 原有移動(dòng)卸料小車系統(tǒng)及問(wèn)題

1.1 原有系統(tǒng)功能介紹

糧庫(kù)有兩條進(jìn)倉(cāng)膠帶輸送機(jī)，每條進(jìn)倉(cāng)膠帶輸送機(jī)各配備一臺(tái)移動(dòng)卸料小車進(jìn)行卸料，對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)糧堆進(jìn)行加高作業(yè)。原有卸料小車的控制方式為工頻控制和機(jī)旁手動(dòng)控制，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常發(fā)生各類混料錯(cuò)倉(cāng)等質(zhì)量事故和生產(chǎn)安全事故[1]。

原有卸料小車的控制采用現(xiàn)場(chǎng)按鈕箱控制，由于小車不能精準(zhǔn)定位停車，每次卸料小車移動(dòng)位置，需要2 ～3 個(gè)工作人員現(xiàn)場(chǎng)旁站操作及觀察，防止出現(xiàn)跑過(guò)卸料口或未到位情況，不僅效率低下，且容易出現(xiàn)安全問(wèn)題，同時(shí)操作人員長(zhǎng)期處于高粉塵工作環(huán)境中[2]，對(duì)操作人員健康影響較大。

1.2 主要問(wèn)題

①原有卸料小車無(wú)法遠(yuǎn)程操作，需要人員在小車旁現(xiàn)場(chǎng)操作，危險(xiǎn)性高。②原有卸料小車無(wú)法精準(zhǔn)定位需要?？康奈恢茫覠o(wú)剎車功能，要在滿足條件的卸料口位置反復(fù)前后移動(dòng)才能停到合適位置滿足作業(yè)要求，效率低。③原有卸料小車未配備除塵系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)灰塵很大，存在安全隱患。④原有卸料小車和膠帶輸送機(jī)無(wú)聯(lián)鎖功能，且無(wú)保護(hù)傳感器，膠帶輸送機(jī)或者小車出現(xiàn)故障時(shí)，不能互相聯(lián)鎖，存在安全隱患。⑤原有卸料小車工作區(qū)域無(wú)視頻監(jiān)控，中控人員無(wú)法直觀查看小車行走及位置?？壳闆r[3]，給卸料作業(yè)帶來(lái)了隱患。

2 改造方案與系統(tǒng)功能

2.1 改造方案

為節(jié)約成本，不對(duì)原動(dòng)力電纜進(jìn)行更新，但對(duì)原卸料小車進(jìn)行了全面的改造升級(jí)，包括行走電機(jī)、定位銷電機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、絞龍、空壓機(jī)、閘門、編碼器、現(xiàn)場(chǎng)操作箱、觸摸屏及保護(hù)開(kāi)關(guān)傳感器、增加小車的變頻功能、定位功能、多傳感器保護(hù)功能以及除塵功能，并通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和工作區(qū)域視頻監(jiān)控的功能。

卸料小車膠帶輸送機(jī)通廊底部安裝料倉(cāng)高料位底座，將高料位感應(yīng)桿深入倉(cāng)內(nèi)3 m，每?jī)蓚€(gè)卸料口安裝一個(gè)。在卸料過(guò)程中，沒(méi)有出現(xiàn)高料位報(bào)警信號(hào)，說(shuō)明該位置可以繼續(xù)卸料，當(dāng)出現(xiàn)高料位報(bào)警信號(hào)時(shí)，表明該位置已經(jīng)達(dá)到料倉(cāng)存儲(chǔ)高度，需要更換進(jìn)倉(cāng)位置。卸料小車在全自動(dòng)行走模式下，經(jīng)中控室操作員確認(rèn)，卸料小車關(guān)閉閘門、停止除塵器、抬起定位銷至行走位，報(bào)警燈閃爍，卸料小車通過(guò)比較目標(biāo)位置和當(dāng)前位置判斷是前進(jìn)或后退，自動(dòng)行走到目標(biāo)卸料口，到達(dá)后，執(zhí)行卸料前準(zhǔn)備動(dòng)作，準(zhǔn)備卸料。

本次改造可以實(shí)現(xiàn)該糧庫(kù)倉(cāng)上膠帶輸送機(jī)移動(dòng)卸料小車全自動(dòng)化生產(chǎn)作業(yè)。改造后現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)卸料小車作業(yè)圖如圖1 所示。

圖1 改造后現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)監(jiān)控圖

2.2 電控系統(tǒng)功能

移動(dòng)卸料小車電控系統(tǒng)由行走系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成。

2.2.1 行走系統(tǒng)

行走系統(tǒng)由行走電機(jī)及變頻器、定位銷電機(jī)及機(jī)頭機(jī)尾限位開(kāi)關(guān)等組成。行走電機(jī)由變頻器控制實(shí)現(xiàn)小車方向轉(zhuǎn)換及速度變化，同時(shí)提高定位精度；定位銷電機(jī)負(fù)責(zé)控制定位銷的上升下降，起到固定小車的作用。

行走電機(jī)的控制方面，需根據(jù)設(shè)定目標(biāo)位置和當(dāng)前位置的相對(duì)關(guān)系自動(dòng)判斷前進(jìn)或后退，并通過(guò)兩者位置距離調(diào)節(jié)速度。當(dāng)前位置和目標(biāo)位置距離較遠(yuǎn)時(shí)，小車先采取高速模式運(yùn)行，接近目標(biāo)卸料口位置時(shí)，調(diào)整為低速模式運(yùn)行，減小慣性以便精準(zhǔn)定位停車；當(dāng)前位置和目標(biāo)位置距離較近時(shí)，小車將直接采用低速模式運(yùn)行。

2.2.2 定位系統(tǒng)

定位功能主要采用編碼器和定位接近開(kāi)關(guān)結(jié)合的方式，系統(tǒng)自動(dòng)確認(rèn)小車下料口與料倉(cāng)的入料口位置是否準(zhǔn)確定位[4]。編碼器安裝在小車橫梁位置，編碼器滾輪和小車從動(dòng)輪接觸，通過(guò)小車行走帶動(dòng)編碼器計(jì)數(shù)。編碼器在每個(gè)卸料口停車位有對(duì)應(yīng)數(shù)值，統(tǒng)計(jì)出每個(gè)卸料口的位置值，取一定余量，作為卸料口停車卸料的目標(biāo)值范圍。

卸料小車車身上安裝接近開(kāi)關(guān)，每個(gè)卸料口停車位置安裝一個(gè)感應(yīng)裝置，在卸料小車接近感應(yīng)裝置時(shí)，會(huì)向控制系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)。當(dāng)編碼器數(shù)值在卸料口停車卸料的目標(biāo)值范圍，且接收到感應(yīng)信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)判定準(zhǔn)確識(shí)別到目標(biāo)卸料口立即停車。在小車控制界面，設(shè)置編碼器清零復(fù)位功能，規(guī)避了編碼器長(zhǎng)時(shí)間工作產(chǎn)生的累計(jì)誤差。

2.2.3 除塵系統(tǒng)

卸料小車增加一套除塵系統(tǒng)，包括除塵風(fēng)機(jī)、灰絞龍、空壓機(jī)等。在卸料小車行走過(guò)程中，除塵系統(tǒng)不工作；在卸料小車停止，卸料口對(duì)準(zhǔn)，閘門打開(kāi)之后，除塵系統(tǒng)延時(shí)30 s 開(kāi)始運(yùn)行。此方式可實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰啟動(dòng)，且具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)。卸料小車在卸料過(guò)程中，物料的粉塵被除塵系統(tǒng)吸入，粉塵和物料通過(guò)絞龍落至卸料口閘門從而進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)料堆。

2.2.4 通信系統(tǒng)

移動(dòng)卸料小車與主控系統(tǒng)通過(guò)Profibus dp 通訊方式，實(shí)現(xiàn)中控室遠(yuǎn)程操控小車行走停止功能。移動(dòng)卸料小車控制系統(tǒng)采用西門子CPU1212 控制，主控系統(tǒng)通過(guò)GE PAC3i CPE305 控制。在卸料小車端增加從站模塊，在主控系統(tǒng)端增加主控模塊。

2.2.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為卸料小車自動(dòng)控制系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，在卸料小車行走、停止、卸料的同時(shí)，中控人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制和調(diào)整[5]。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置中，在小車行走通廊安裝4 臺(tái)監(jiān)控?cái)z像頭，通過(guò)光纖方式接入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以投到中控室監(jiān)控大屏，供相關(guān)人員查看。同時(shí)在中控生產(chǎn)操作系統(tǒng)界面，也可以實(shí)現(xiàn)調(diào)取監(jiān)控?cái)z像頭功能，實(shí)時(shí)監(jiān)視小車行走及卸料過(guò)程。

2.2.6 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)分本地控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。卸料小車控制系統(tǒng)由西門子PLC 及觸摸屏組成，在卸料小車本地可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備手動(dòng)及小車定位自動(dòng)控制。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由GE PLC 及IFIX 組態(tài)系統(tǒng)組成，遠(yuǎn)程可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備單機(jī)及小車定位自動(dòng)控制。

PLC 軟件控制程序采用結(jié)構(gòu)化、模塊化和標(biāo)簽化編程，設(shè)備程序分為單機(jī)控制層和聯(lián)鎖控制層。單機(jī)程序控制層只負(fù)責(zé)各自的設(shè)備，聯(lián)鎖程序控制層根據(jù)工藝要求設(shè)定了設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系，設(shè)備的啟動(dòng)和停止均按照設(shè)定的聯(lián)鎖關(guān)系執(zhí)行。

組態(tài)畫(huà)面顯示卸料小車可監(jiān)控設(shè)備，通過(guò)設(shè)備顏色變化直觀反映設(shè)備狀態(tài)，如運(yùn)行、故障、單機(jī)、聯(lián)鎖和遙控等。同時(shí)將卸料小車設(shè)備的報(bào)警及動(dòng)作記錄保存，以便后期查看。數(shù)據(jù)記錄包含的設(shè)備名稱、報(bào)警種類、報(bào)警出現(xiàn)的時(shí)間、是否由操作員確認(rèn)、報(bào)警消失的時(shí)間等信息均詳細(xì)列出，同時(shí)以不同的顏色表明報(bào)警的狀態(tài)。所有報(bào)告都存檔并可以通過(guò)打印機(jī)實(shí)時(shí)打印。遠(yuǎn)程控制畫(huà)面如圖2 所示。

圖2 遠(yuǎn)控生產(chǎn)操作界面圖

3 運(yùn)行效果

①改造保留原有供電線路及小車運(yùn)行導(dǎo)軌，改造為自動(dòng)化程度更高的移動(dòng)卸料小車，節(jié)約投資，實(shí)施難度小。②采用編碼器和定位感應(yīng)裝置結(jié)合的定位方式，行走電機(jī)通過(guò)變頻器高低速切換的模式，能準(zhǔn)確將卸料小車停在目標(biāo)卸料口，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的功能。③通過(guò)中控遠(yuǎn)程控制和卸料小車本地控制結(jié)合的方式，提高了小車行走安全性和更換卸料口的工作效率。同時(shí)，增加了卸料小車和膠帶輸送機(jī)之間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免因卸料小車故障而引起膠帶輸送機(jī)堵料情況發(fā)生，減少扒料。④增加除塵系統(tǒng)，卸料過(guò)程中粉塵隨料流進(jìn)入糧倉(cāng)，通廊粉塵濃度降低明顯。⑤增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)，中控人員可以全程監(jiān)控生產(chǎn)卸料及移動(dòng)卸料小車的過(guò)程，大大降低了生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。⑥遠(yuǎn)控上位機(jī)可記錄中控員的操作記錄、設(shè)備啟停、運(yùn)行以及故障等信息，對(duì)事后問(wèn)題排查、數(shù)據(jù)追溯起到很大的幫助。

4 結(jié)論

卸料小車改造后已投入使用，通過(guò)遠(yuǎn)程控制方式，已經(jīng)卸料超過(guò)10 萬(wàn)t，系統(tǒng)運(yùn)行良好。通過(guò)此次改造，解決了機(jī)械化平房倉(cāng)移動(dòng)卸料小車精準(zhǔn)定位及遠(yuǎn)程監(jiān)控問(wèn)題，減少了現(xiàn)場(chǎng)移車及監(jiān)控人員現(xiàn)場(chǎng)操作的頻次，大大提高了生產(chǎn)效率及人員安全性，為企業(yè)安全生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。