一種基于水泥廠骨料自動(dòng)裝車的智能化裝置的研究

包曉東

（成縣祁連山水泥有限公司，甘肅 隴南 742500）

0 引言

本文所談及的敞口卡車自動(dòng)裝車系統(tǒng)是一種針對(duì)敞口卡車裝車設(shè)計(jì)制造的智能控制裝置，敞口卡車是常見的原料生產(chǎn)企業(yè)，或者說是原料中轉(zhuǎn)站點(diǎn)的主要配置車輛。數(shù)量之多、種類之多是我們比較關(guān)切的地方。如何合理的規(guī)范這些卡車的裝車以及運(yùn)輸、如何合理的實(shí)現(xiàn)這些卡車的裝料智能化就成了大家都比較關(guān)心的地方。本文自動(dòng)裝車系統(tǒng)其控制對(duì)象為電氣化裝車機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)下料口升降、下料口高度自動(dòng)配置、放料閘門自動(dòng)啟停、放料量自動(dòng)計(jì)算的精確智能控制，同時(shí)配置與智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)接口，與智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)共同構(gòu)成智能化物流系統(tǒng)。該裝置可裝塊狀及粉狀物料，可廣泛應(yīng)用于砂石骨料、石粉、熟料、煤炭、礦石等物料的卡車或火車裝車。

1 自動(dòng)裝車實(shí)施背景以及主要組成部分

我公司目前的骨料裝車系統(tǒng)為人工控制，由人工喊話來(lái)提醒司機(jī)操作車輛的前進(jìn)和后退。考慮到裝車現(xiàn)場(chǎng)的條件以及灰塵等問題，會(huì)對(duì)人工的作業(yè)以及身體健康造成不小的影響，并且存在一定的安全隱患。遂決定采用自動(dòng)裝車的方式來(lái)進(jìn)行裝車活動(dòng)。與人工控制相比，系統(tǒng)投入使用后，在車輛裝載過程中無(wú)組織排放大大減少，減少了工人的工作量，讓工人空出雙手檢查設(shè)備和清潔設(shè)備，自動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的精確控制，基本消除骨料裝車中的誤差，提高骨料裝車的運(yùn)輸速度和裝車效率。自動(dòng)裝車裝置主要由以下部分組成：1）自動(dòng)裝車控制箱：自動(dòng)裝車控制箱包含智能控制器、控制元器件、控制電路等。智能控制器是自動(dòng)裝車裝置的核心，包含數(shù)據(jù)采集處理、控制算法計(jì)算、控制輸出等核心功能。2）自動(dòng)裝車傳感系統(tǒng)：自動(dòng)裝車傳感器系統(tǒng)包含紅外、雷達(dá)、激光等多種高精度傳感裝置，用于完成車身測(cè)量及精度控制。3）智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)掃碼器：智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)掃碼器用于和SAP 系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，讀取車牌號(hào)、預(yù)裝量、物料品種等信息，并回寫裝車代碼。4）LED 顯示屏與聲光警示器：LED 顯示屏與聲光警示器是人機(jī)交互媒介，用于向使用人員提示裝車進(jìn)度、錯(cuò)誤及故障信息等。

2 骨料自動(dòng)裝車裝置簡(jiǎn)介以及功能

傳統(tǒng)骨料裝車系統(tǒng)，是廠區(qū)通過原有實(shí)際情況的升級(jí)，將下料口進(jìn)行改造升級(jí)，然后進(jìn)行可控制化下料作業(yè)。對(duì)于司機(jī)而言，需要自行將車輛開到指定的下料區(qū)域，然后通過肉眼的觀察，將車停到對(duì)應(yīng)的位置，以便于下料口下料過程中實(shí)現(xiàn)骨料的平鋪以及均勻化分布。但是，考慮到實(shí)際情況，以及司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)水平層次不齊，在具體實(shí)施的時(shí)候，不少司機(jī)還是會(huì)遇到停車位置不準(zhǔn)確，與下料口的配合程度不是那么高的情況，所以還是需要人工在現(xiàn)場(chǎng)智慧，無(wú)論是通過喇叭喊話還是自行指揮的方式，效率都沒有那么高，更甚至，有的時(shí)候，還會(huì)出現(xiàn)司機(jī)和廠里工作人員言語(yǔ)矛盾的情況，這對(duì)于廠區(qū)和司機(jī)而言，都是不好的現(xiàn)象。因此就想通過智能化的手段，將這一現(xiàn)象逐步優(yōu)化甚至最后避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，以達(dá)到智慧工廠最初的初衷---減少用工成本，提高作業(yè)效率[1-3]。

通過智能化骨料裝車系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制裝車機(jī)和收塵裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝車動(dòng)作；讀取智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)小程序內(nèi)裝車信息并自動(dòng)識(shí)別物料以及自動(dòng)判斷物料代碼，物料不符時(shí)不放料，并提示司機(jī)物料不對(duì)應(yīng)，防止拉錯(cuò)物料；自動(dòng)識(shí)別滿載、定量裝車要求。一方面自動(dòng)識(shí)別滿載要求，并自動(dòng)完成滿載裝車，裝載平整、美觀。滿載裝載精 度小于±1%。另一方面自動(dòng)識(shí)別標(biāo)載要求，自動(dòng)完成裝車；并根據(jù)車型及裝載量不同進(jìn)行拉平裝車和分堆裝車。拉平裝車平整美觀，分堆裝車每堆均勻一致。標(biāo)載裝車誤差小于±3%。裝車自動(dòng)提示包括掃碼提示、提車提示、裝滿提示。提示包括聲光報(bào)警和 LED 顯示。裝車車輛進(jìn)入控制，不具備裝車條件時(shí)紅燈亮起，禁止駛?cè)?，具備條件時(shí)綠燈亮起，允許駛?cè)?。設(shè)備故障智能判斷和提示。對(duì)于直接電氣故障，系統(tǒng)會(huì)迅速停止動(dòng)作，并給出故障報(bào)警；對(duì)于機(jī)械故障，系統(tǒng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)判斷故障，停止設(shè)備動(dòng)作，以免對(duì)設(shè)備造成損壞，并在 LED 顯示屏顯示設(shè)備故障。遠(yuǎn)程報(bào)警功能：輸出故障報(bào)警信號(hào)給 DCS 系統(tǒng)，及時(shí)通知維護(hù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。并通過現(xiàn)場(chǎng)視頻顯示來(lái)幫助司機(jī)糾正停車位置，記錄裝車過程，并可通過錄像對(duì)事故進(jìn)行追溯。

3 骨料自動(dòng)裝車裝置構(gòu)成

3.1 控制模塊

控制模塊以控制器為核心，包含電源、繼電器、斷路器等，這些部分附件共同構(gòu)成整個(gè)控制模塊，并且放置在控制箱內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)主要完成系統(tǒng)功能的整合處理，模型算法的計(jì)算，控制輸出動(dòng)作等功能。通過對(duì)實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行建模以及智能計(jì)算，給出輸出信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制模塊的完整化[4-5]。

3.2 傳感器模塊

傳感器模塊包含車身測(cè)量傳感器系統(tǒng)、裝車機(jī)檢測(cè)傳感器系統(tǒng)等組成。通過傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛位置的精準(zhǔn)判斷，以及對(duì)車輛動(dòng)作的精準(zhǔn)識(shí)別，完成車輛及裝車機(jī)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，以達(dá)到對(duì)整個(gè)車輛信息在系統(tǒng)模型中的合理計(jì)算。

3.3 掃碼器模塊

掃碼器模塊是智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)車輛信息與廠區(qū)SAP 后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)接的重要媒介。讀取智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)里面的裝車信息，包括車牌號(hào)、物料號(hào)、預(yù)裝量、車型參數(shù)等信息。自動(dòng)判斷物料是否相符，并起到防作弊功能。

3.4 裝車提示模塊

裝車提示部分包括聲光報(bào)警器和文字提示大屏，這兩塊系統(tǒng)，通過語(yǔ)音和文字的方式，來(lái)實(shí)時(shí)提示司機(jī)進(jìn)行相應(yīng)操作。提示大屏包括顯示只能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)的司機(jī)信息與提貨信息是否正確、開車提示、停車提示、提貨距離提示、裝車完成提示等。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)視頻模塊

在裝車機(jī)下料口安裝視頻攝像頭，在卡車初始停車頭尾安裝視頻顯示器（32 寸），用于輔 助司機(jī)停車糾偏。同時(shí)視頻可錄像，用于事故追溯等。

3.6 裝車車輛進(jìn)入控制模塊

主要由紅綠燈組成，不具備裝車條件時(shí)紅燈亮起，禁止駛?cè)?，具備條件時(shí)綠燈亮起，允許駛?cè)搿?/p>

3.7 故障報(bào)警模塊

由現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器、遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)等組成，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警指示，遠(yuǎn)程提示維護(hù)人員及時(shí)對(duì)故障 設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

4 自動(dòng)裝車裝置于其他裝置的關(guān)聯(lián)

與裝車機(jī)的關(guān)聯(lián)：自動(dòng)裝車裝置與裝車機(jī)共同構(gòu)成一套完整的自動(dòng)裝車裝置，兩者密切關(guān)聯(lián)，對(duì)裝車機(jī)的要求如下：裝車機(jī)需自帶電氣系統(tǒng)，能夠獨(dú)立完成手動(dòng)裝車，并裝車過程順暢無(wú)卡頓；裝車機(jī)由手自動(dòng)切換功能，切換到自動(dòng)時(shí)由自動(dòng)裝車裝置控制裝車機(jī)動(dòng)作；裝車機(jī)需要有良好的電氣及機(jī)械保護(hù)，包括過載、短路、開閉限位、升降限位等保護(hù)功能；為自動(dòng)裝車裝置所有電機(jī)運(yùn)行信號(hào)、故障信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)限位信號(hào)、手自動(dòng)信號(hào)等，信號(hào)形式干接點(diǎn)，信號(hào)要接到獨(dú)立端子排。自動(dòng)模式下接受自動(dòng)系統(tǒng)的控制，完成啟停放料、上升、下降等動(dòng)作，信號(hào)形式干接點(diǎn)，信號(hào)要接到獨(dú)立端子排。

與智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)：自動(dòng)裝車裝置與智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)共同構(gòu)成無(wú)人值守物流系統(tǒng)，兩者關(guān)系密切。智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)向自動(dòng)裝車裝置提供預(yù)裝物料號(hào)、預(yù)裝量、車牌號(hào)、車身信息等數(shù)據(jù)。自動(dòng)裝車裝置向一智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)提供自動(dòng)裝載信息，用于確認(rèn)自動(dòng)裝車完成。

4.1 與 DCS 系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)

向 DCS 系統(tǒng)提供故障報(bào)警信號(hào)，DCS 畫面需要作出明顯的報(bào)警提示，提示操作員通知維護(hù) 人員及時(shí)維護(hù)故障設(shè)備。信號(hào)形式干接點(diǎn)。向 DCS 提供正在裝車信號(hào)，方便中控掌握裝車情況，并可作出相關(guān)連鎖動(dòng)作。信號(hào)形式干接點(diǎn)。DCS 系統(tǒng)提供收塵器啟動(dòng)接口信號(hào)給自動(dòng)裝車裝置，使自動(dòng)裝車裝置能自動(dòng)開啟收塵設(shè)備。信號(hào)形式干接點(diǎn)。DCS 系統(tǒng)提供對(duì)應(yīng)倉(cāng)位信號(hào)給自動(dòng)裝車裝置，用于優(yōu)化裝車控制，信號(hào)形式為4-20mA 電流。

4.2 土建及電氣條件

土建和電氣為自動(dòng)裝車裝置的安裝和實(shí)現(xiàn)提供條件。土建為自動(dòng)裝車裝置提供控制箱、傳感器、顯示屏的安裝基礎(chǔ)。土建需做好相關(guān)停車標(biāo)識(shí)，輔助司機(jī)停車位置整齊。電氣為自動(dòng)裝車裝置提供電源。

4.3 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

ERP 接口系統(tǒng)是借助于ERP 外部數(shù)據(jù)交換平臺(tái)進(jìn)行單據(jù)交換并進(jìn)行集成。為了保證數(shù)據(jù)一致性，利用外部數(shù)據(jù)交換平臺(tái)將 ERP 基本檔案及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（發(fā)貨單數(shù)據(jù)）導(dǎo)出，可直接向水泥智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

4.4 使用前的準(zhǔn)備

使用前確認(rèn)智能裝車控制箱全部斷路器已合閘，控制箱電源指示燈亮起，LED 顯示屏滾動(dòng)顯示“歡迎使用”字樣。手動(dòng)控制裝車機(jī)，確認(rèn)升降下料口動(dòng)作正常、放料停料動(dòng)作正常、收塵設(shè)備正常。以上條件正常后，將裝車選擇到自動(dòng)（遠(yuǎn)程）模式，自動(dòng)裝車裝置準(zhǔn)備就緒。

5 實(shí)施過程中的操作步驟

5.1 司機(jī)動(dòng)作流程

開戶：裝車需提供車廂內(nèi)長(zhǎng)、寬尺寸。車入位：停車到相應(yīng)位置，下料口對(duì)齊車廂。掃碼：二維碼對(duì)齊掃碼區(qū)掃碼，直到啟動(dòng)按鈕綠燈亮起。啟動(dòng)：按下綠色啟動(dòng)按鈕，下料口自動(dòng)下降放料，司機(jī)上車按打鈴挪車。LED 顯示：LED 安裝在裝車道左前方綠地中，整個(gè)裝車過程LED 會(huì)輔助提示，司機(jī)注意觀察。挪車：司機(jī)按照提示時(shí)刻挪車，根據(jù)LED 提示距離挪車，挪車要慢，隨時(shí)觀察車輛是否跑偏。當(dāng)裝車至車尾部時(shí)，LED 屏?xí)刑崾?，?qǐng)注意縮短提車間距，以免少裝料。放料結(jié)束：當(dāng)LED 提示裝車結(jié)束、鈴聲長(zhǎng)響后，請(qǐng)駛離裝車區(qū)域。

5.2 操作注意事項(xiàng)

車身尺寸為車廂內(nèi)的長(zhǎng)和寬，務(wù)必提供正確的尺寸，否則將影響到裝車效果，造成撒料或少料。裝車量以“噸”為單位，可以含一位小數(shù)，范圍為10.0-99.0 噸。車輛務(wù)必從指定方向駛?cè)?，車廂以下料口為參照兩邊?duì)齊，車幫（前、后、左、右）與下料口邊保持大于10 厘米的距離，以防影響下料口的升降。掃碼時(shí)，若超過10 秒綠色指示燈未亮，請(qǐng)觀察LED 顯示屏的顯示，會(huì)有物料不正確、空車未過皮、預(yù)裝量或車身尺寸有誤等提示，請(qǐng)按提示信息確認(rèn)所持二維碼的信息是否有誤，如無(wú)法判定，請(qǐng)記好提示信息，并將信息完整準(zhǔn)確的告知工作人員，交由應(yīng)急處理處處理。提車間距按屏幕提示提車，提車間距不能過大或過小，間距過大會(huì)導(dǎo)致少裝料及揚(yáng)塵較大，過小會(huì)導(dǎo)致裝車速度慢。紅燈聲光報(bào)警馬上停車熄火，并通知工作人員處理。操作終端上有紅色急停開關(guān)，緊急情況時(shí)拍下急停開關(guān)，裝料停止。緊急情況解除后，拔起緊急開關(guān)。當(dāng)LED 顯示設(shè)備故障時(shí)，請(qǐng)通知工作人員進(jìn)行檢修。在自動(dòng)裝車過程中長(zhǎng)時(shí)間未提示提車時(shí)，很可能料倉(cāng)已沒料，可下車詢問工作人員。

6 結(jié)束語(yǔ)

不僅僅是骨料裝車，全國(guó)范圍內(nèi)，原材料工業(yè)的一線生產(chǎn)工況條件都較為惡劣，很多人都不愿意去一線作業(yè)。因此如何實(shí)現(xiàn)小范圍的減員增效，以及如何實(shí)現(xiàn)特定條件下的廠區(qū)智能化、無(wú)人化，成了大家都很關(guān)注的問題。本文通過對(duì)骨料裝車系統(tǒng)及其可行性的研究，為水泥工業(yè)領(lǐng)域的智能化做出小范圍的貢獻(xiàn)。