15#庫房倉物料高度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探討和研究

師清華

（深圳赤灣港航股份有限公司，廣東 深圳 518000）

1 現(xiàn)狀

15#庫是港區(qū)房倉的重要組成部分，分A，B，C，D 4個(gè)倉位，每個(gè)倉容約22 000 t。物料進(jìn)倉流程主要分為前期通過流機(jī)自卸車接卸作業(yè)，后期通過筒倉輸送設(shè)備進(jìn)行加高作業(yè)。加高作業(yè)過程中，筒倉崗位巡查人員必須時(shí)刻關(guān)注物料高度，以防物料高度超出倉壁承重墻高度，造成倉體坍塌。由于物料進(jìn)倉加高作業(yè)時(shí)，隨著拋料小車將物料拋出，糧食與粉塵分離，大部分粉塵懸浮在空氣中，繼而在一定程度上嚴(yán)重影響崗位巡查人員的視線，使其不能準(zhǔn)確地把握物料實(shí)時(shí)高度。為了減少乃至杜絕物料高度給倉體帶來的安全隱患，特提出15#庫房倉物料高度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 方案選擇

2.1 方案一

在A，B，C，D四倉倉壁高度12 m處（承重墻高度）加裝UZK型阻旋料位開關(guān)，根據(jù)拋料小車加大糧堆覆蓋直徑范圍，每個(gè)倉倉壁需加裝6個(gè)阻旋料位開關(guān)，共計(jì)加裝24個(gè)料位開關(guān)。

工作原理：阻旋料位開關(guān)電機(jī)帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)到達(dá)葉片位置時(shí)，葉片受阻停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而觸動(dòng)后面的微動(dòng)開關(guān)輸出開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)下降離開葉片時(shí)，葉片在彈簧的作用下恢復(fù)原位繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 方案二

在拋料小車頭部下方裝設(shè)SIEMENS LR560系列微波雷達(dá)物位計(jì)，根據(jù)拋料小車移動(dòng)位置，雷達(dá)物位計(jì)隨之移動(dòng)，由于每倉進(jìn)倉流程有2個(gè)拋料小車，因此15#庫內(nèi)需加裝4個(gè)微波雷達(dá)物位計(jì)。

工作原理：高頻微波脈沖通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收，雷達(dá)波以光速運(yùn)行，遇到被測(cè)介質(zhì)表面，其部分能量被反射回來，被同一天線接收，發(fā)射脈沖與接收的脈沖的時(shí)間間隔與天線到被測(cè)介質(zhì)表面的距離是成正比的。運(yùn)行時(shí)間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)。

3 方案論證

3.1 方案一

優(yōu)點(diǎn)：UZK阻旋開關(guān)可應(yīng)用于幾乎所有潮濕的、黏性的或油性的散裝物料的滿倉、空倉和需求指標(biāo)的測(cè)量中，并且在最惡劣的條件下也能正常使用。

缺點(diǎn)：①阻旋料位開關(guān)采用AC220 V 50 Hz供電方式；②安裝阻旋料位開關(guān)需要PLC 24個(gè)輸入輸出點(diǎn)，需增加PLC輸入輸出模塊；③使用阻旋料位開關(guān)，需要加裝倉壁維修平臺(tái)，為以后日常檢修保養(yǎng)作準(zhǔn)備（15#庫單側(cè)倉壁長(zhǎng)度129.6 m）。

3.2 方案二

優(yōu)點(diǎn)：①SIEMENS LR560系列微波雷達(dá)物位計(jì)采用安全電壓DC24 V電源；②安裝LR560系列微波雷達(dá)物位計(jì)需要PLC 4個(gè)輸入輸出點(diǎn)，節(jié)省PLC輸入輸出模塊；③微波雷達(dá)物位計(jì)安裝在拋料小車頭部，易于檢修維保操作。

缺點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)缺少DC24 V電源，加裝AC220 V轉(zhuǎn)換DC24 V電源電箱。

綜合上述優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，方案二更加適合15#庫料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

4 方案設(shè)計(jì)

本方案是以筒倉配電房現(xiàn)有GE PLC為核心，現(xiàn)場(chǎng)采用SIEMENS LR560微波雷達(dá)物位計(jì)對(duì)15#庫料位高度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，中控室采用TFT真彩觸摸屏實(shí)時(shí)顯示某倉料位高度，當(dāng)料位高度達(dá)到某種物料預(yù)先設(shè)置預(yù)警值時(shí)，中控室蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒中控操作人員移動(dòng)拋料小車，以確保庫內(nèi)物料高度不超過倉體承重墻高度。本方案中料位計(jì)檢測(cè)料位高度數(shù)值信號(hào)不直接參與15#庫流程輸送設(shè)備控制。

5 系統(tǒng)方案硬件組成及相關(guān)參數(shù)的確定

本系統(tǒng)主要由SIEMENS LR560微波雷達(dá)物位計(jì)、GE PLC、TFT真彩觸摸屏、AC220 V轉(zhuǎn)DC24 V電箱等基本硬件組合而成。

5.1 微波雷達(dá)物位計(jì)

SIEMENS LR560微波雷達(dá)物位計(jì)為兩線制，波長(zhǎng)為78 GHz，幾乎在所有的固體材料中都能產(chǎn)生極好的信號(hào)反射，在極度粉塵與高溫下具有良好的穩(wěn)定性，同時(shí)在料位計(jì)內(nèi)部標(biāo)配粉塵防護(hù)裝置，發(fā)射極完全密封在表體內(nèi)部，對(duì)極度黏附的固體粉料有吹掃作用，可實(shí)現(xiàn)自清潔。本產(chǎn)品主要應(yīng)用在水泥粉料、塑料粉末/顆粒、谷物、煤倉、木屑等粉塵環(huán)境下。

5.2 TFT真彩觸摸屏

TFT（Thin Film Transistor）即TFT液晶真彩觸摸屏，它可以“主動(dòng)地”對(duì)屏幕上各個(gè)獨(dú)立的像素進(jìn)行控制。本次選用TFT真彩觸摸屏，需要自帶12個(gè)數(shù)字量輸入，6個(gè)數(shù)字量輸出及4通道模擬量輸入。

4通道模擬量與料位計(jì)連接，測(cè)量出物料高度，并在觸摸屏上顯示實(shí)際高度，同時(shí)由于各種物料的自溜角度不同，則每種物料所能達(dá)到高處的高度值（設(shè)置預(yù)警值）也就不同，因此隨著物料的改變，需通過真彩觸摸屏修改每種物料高度預(yù)警值。

5.3 微波雷達(dá)物位計(jì)電纜的敷設(shè)

由于SIEMENS LR560微波雷達(dá)物位計(jì)安裝位置在拋料小車頭部下方，因此物位計(jì)是隨著拋料小車一起沿著軌道前后移動(dòng)的，物位計(jì)庫內(nèi)信號(hào)電纜和電源電纜必須與拋料小車動(dòng)力電纜一起固定于垂纜滑車上，同時(shí)要求庫內(nèi)物位計(jì)信號(hào)和電源電纜必須具有較強(qiáng)的柔韌性。為了節(jié)省電纜成本，可以在15#庫AC220 V轉(zhuǎn)DC24 V電源箱內(nèi)加裝轉(zhuǎn)換端子排，將倉外SIEMENS LR560微波雷達(dá)物位計(jì)信號(hào)電纜和電源電纜更換為普通電纜，同時(shí)要求庫外電纜全部一一穿鍍鋅水管敷設(shè)，防止老鼠帶來的安全隱患。

5.4 微波雷達(dá)物位計(jì)反射點(diǎn)的選取

經(jīng)查閱15#庫房倉倉體體土建施工結(jié)構(gòu)圖紙，倉壁承重墻高度約為12 m，每個(gè)倉庫寬度L＝38.4 m，每臺(tái)拋料小車拋料的范圍寬度為19.2 m，拋料小車距地面高度h＝21.5 m，皮帶帶速v＝3.1 m/s。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出拋料小車的拋料點(diǎn)（物料最高點(diǎn)位置），有關(guān)計(jì)算如下：

上式中：g為重力加速度；v為拋料小車水平帶速，取3.1 m/s；t為物料下落時(shí)間；θ為假設(shè)物料內(nèi)摩擦角。

方程（3）為物料自拋料小車拋出下落的拋物線方程，方程（4）為物料自承重墻高度至物料最高點(diǎn)直線方程。方程（3）與方程（4）交叉點(diǎn)坐標(biāo)（x，y）為物料最高點(diǎn)坐標(biāo)。通過以上計(jì)算可以確定某個(gè)倉位微波雷達(dá)物位計(jì)的具體反射點(diǎn)坐標(biāo)，為以后安裝完畢后調(diào)試時(shí)提供有效的理論依據(jù)。

6 系統(tǒng)不足之處

此系統(tǒng)料位計(jì)檢測(cè)料位高度數(shù)值信號(hào)不直接參與15#庫流程皮帶機(jī)控制，需要中控操作員根據(jù)TFT真彩觸摸屏畫面顯示高度或者聽到蜂鳴器預(yù)警聲音之后，在中控組態(tài)王監(jiān)控畫面進(jìn)行拋料小車移動(dòng)控制。不直接控制的主要原因有高度預(yù)警值達(dá)到時(shí)不清楚前方流程輸送設(shè)備中是否有物料存在，若突然停機(jī)，則會(huì)造成輸送設(shè)備壓死。