散裝水泥中轉站
——智能倉儲物流系統展望

袁錫康張亞剛袁 東陳 攀盧德林

（1.杭州奧拓機電技術股份有限公司，浙江杭州311107；2.浙江省機械工業聯合會，浙江杭州310009；3.浙江省機械工業情報研究所，浙江杭州310009）

改革開放40年來，我國散裝水泥中轉站從無到有，特別是近10年來散裝水泥行業發展勢頭非常迅猛。2017年，全國共有散裝水泥中轉庫1733個、專用運輸船3245艘；2018年，全國散裝水泥累計供應量145 043.53萬噸，同比增加267.23萬噸，同比增長0.18%；2018年，全國水泥平均散裝率達到66.92%，同比提高4.24個百分點。散裝水泥中轉站在水泥流通環節中起著舉足輕重的作用。隨著水泥集中度的進一步提高和國家“一帶一路”戰略的穩健推進，散裝水泥中轉站建設需求呈現逐年提高趨勢，大型化趨勢更明顯，同時，對成套裝備的性能要求（尤其是智能化水平）和綠色產業發展的要求也不斷提高。

散裝水泥中轉站按照所在布點位置和相對規模依次分為海港站、河港站、鐵路站、公路站等多種型式，海港站相對規模較大。下面談談未來的海港型散裝水泥中轉站——智能倉儲物流系統，也供其他型式的中轉站參考。

1 未來海港站特點

現有傳統海港站采用水尺計重誤差較大，運行效率低，安全性差，對操作員依賴度大，存在舞弊行為，污染嚴重，設備管理難度大、故障率高。未來海港站將徹底改變現狀。

1.1 創新點

運用干散物料專用立體智能視覺、5G通訊、物聯網、大數據分析云計算等成熟技術，實現散裝水泥中轉站智能化、無人值守、遠程運維。

1.2 基本構成

由無人值守智能環保卸船系統、無人值守智能計量輸送進庫系統、無人值守庫內在線監測與智能均化卸料系統、無人值守智能定量裝車（船）系統、出入庫數字化管控系統、設備遠程操作（運維）及狀態監管系統等六大分系統構成。充分體現了環保型、無人化、智能化、信息化等。

1.3 意義

利用各類傳感、計量、干散物料專用立體智能視覺系統、視頻監控、定位等技術來采集實時信息，通過物聯網把碼頭裝卸作業、物流工藝與裝備、進出庫等業務信息有機整合，提升裝卸船、輸送、計量、儲存、發運系統等環節的智能化水平，提高運行效率和管理水平，增加經濟效益和社會效益。

1.4 規模

設計年吞吐量為≥300萬噸散裝水泥，設計進港船型為≥50 000 DWT散貨船（實現水泥制造廠至中轉站的遠程低成本運輸），設計出港船型為≤5000 DWT散貨船（內河船為主，分銷到當地中小商戶和終端大用戶），設計陸路運輸車型為無人（或有人）駕駛散裝水泥專用運輸車（分銷到終端用戶如攪拌站、砂漿站、PC工廠、新農村建設工地等），設計倉儲容量為≥15萬噸散裝水泥。

2 工藝流程及系統之間關系

3 系統介紹

3.1 無人值守智能環保卸船系統

該系統由大型卸船機輔以智能粉料探測儀、干散物料專用立體智能視覺系統和工業自動化控制系統等組成，實現智能化無人值守。

海港型散裝水泥中轉站卸船主機宜采用高效螺旋卸船機，卸船能力可達3000 t/h以上，具有原理先進、節能環保、高效穩定、經濟實用、適應性強、自動化程度高、易于維護的特點，實現船艙全覆蓋無死角取料，尤其是該類卸船設備采用全封閉管式螺旋輸送機作為取料和輸送的核心部件，效率高，無粉塵、油污、廢氣、廢水污染，實現清潔生產。

智能粉料探測儀能適應各種形狀復雜的船艙、儲罐、料倉、堆場等，且測量值不受粉塵、進料噪音、溫度變化、氣相介質的影響，測量穩定可靠，測量距離大。該儀器安裝于卸船機上，對船艙內物料進行非接觸式的連續測量，即使船艙內存在障礙，物依然能夠準確測量；測量數據無縫集成到控制和管理系統。

卸船機通過干散物料專用立體智能視覺系統對掃描到的船艙和料堆的輪廓信息進行三維成像、建模，通過5G通訊與中控室進行數據通訊，經系統分析計算形成優化的卸船作業方案。系統會根據當前料堆形狀特征，自動規劃合適的卸船策略，進行相應機構的運動，完成連續均勻的卸船作業，實現長時間全天候無人值守智能環保卸船作業。卸船過程中，如出現異常情況，操作員可在中控室的監視系統界面上隨時干預，系統則自動退出無人值守模式，進入人機交互狀態。

卸船機配置無人清艙機，進入清艙階段后清艙機自動與卸船機配合，實現安全、無塵、均勻的連續清艙。

3.2 無人值守智能計量輸送進庫系統

該系統為卸船機后續輸送進庫（亦或直接裝車）系統，一般由管式螺旋輸送機、接料小車、環保型全封閉帶式輸送機、高效斗式提升機或高效垂直螺旋提升機、空氣輸送斜槽、計量設備、除塵器等設備和工業自動化控制系統組成。

采用管式螺旋輸送機或空氣輸送斜槽與卸船機對接，物料閉式輸送，出料均勻連續，無跑冒滴漏現象。

采用接料小車起承上啟下作用，將物料從管式螺旋輸送機或空氣輸送斜槽轉運至環保型全封閉帶式輸送機；接料小車自帶除塵器，并在帶式輸送機上方與卸船機同步移動，以實現卸船機邊移邊卸連續卸船，有效地減少了卸船機的空載運行時間并實現無塵轉運。

帶式輸送機為環保全封閉型式，具備輸送帶自動調心糾偏、自動張緊功能和打滑、跑偏、超速、超溫、縱向撕裂、急停等綜合保護，帶速快、運力大，對物料適應性強，無粉塵外逸現象，智能化程度高。

采用高效斗式提升機或高效垂直螺旋提升機將物料提升到需要的高度，便于后續工藝的靈活布置。高效斗式提升機設置欠速、堵料、回料、過載、防逆保護；高效垂直螺旋提升機設置防異物進入及急停保護，具防堵反轉吐料功能；以上提升機在必要時選用智能驅動裝置。

所用空氣輸送斜槽系高箱型，配置智能閥門、清渣器、差壓和堵料檢測儀，出力大、排氣流暢、智能化運行。當布置于碼頭接料時，設置多個進料點；當布置于庫頂卸料時，設置多個出料點（一庫一點或多點）；可根據被卸的水泥品種分別向單點或同時向多點分流進庫；系統根據差壓和堵料檢測儀反饋數據，在堵料發生前即自動采取切換料流方向、分流、排渣、啟用備用除塵器等措施。

根據工藝布置及輸送設備類型選用合適的輸送進庫計量設備，有電子皮帶秤、核子秤、固體流量秤、轉子秤、失重秤等供選擇，計量精度達±0.5%，控制精度達±1.0%，部分可達到貿易結算精度。利用工業自動化和通訊技術對計量數據進行管理，可通過管理控制系統實現管理控制一體化及近、遠程運維，便于對生產實時監控。

采用單機脈沖袋式除塵器或氣箱袋式除塵器，對各揚塵點進行分布式除塵或集中除塵。粉塵排放濃度遠低于國家標準要求，回灰及時返回到同規格的水泥品種輸送設備或庫內。

控制系統根據船運水泥品種規格作出選擇，一鍵啟動進庫系統。系統自動選擇庫位有序布料，布料至設定庫位高度后，布料系統在不停機狀態下自動切換同品種庫位布料直至庫位滿，再自動切換至下一同品種庫位布料。智能進庫系統具有記憶功能，在斷電或停機重啟后自動接續前期工作。

3.3 無人值守庫內在線監測與智能均化卸料系統

該系統由數座大型儲庫（或儲庫群）和庫頂、庫內、庫底設備及工業自動化控制系統等組成。海港站的儲庫其單庫儲量一般在1.5萬噸（c22.5 m）以上，庫的數量和總儲量需綜合考慮水泥品種規格、港口費用、進港船型、裝卸船能力、年中轉量、銷售能力、儲存時間、中轉站總投資和回收期等諸多因素。隨著建筑技術、鋼結構施工技術的發展，儲存庫已發展為以庫底板為界的組合式結構，即庫底板（含）以下部分采用混凝土結構，上部采用鋼板焊接結構，具有承載物料能力大、外形美觀、建設周期短、造價低、后期殘值高的優點，將二者優點發揮到極致。

庫頂為穹頂結構，自身不積水，庫頂除塵器、輸送機等設備均為防水型露天布置。庫頂設置欠壓超壓自動補氣泄壓裝置、智能粉料探測儀。

庫內底板上布置粉料流態化設備，根據庫規格分成若干個區域。

庫底布置氣源及閥門管路系統、壓力傳感等檢測儀、均化卸料設備。

控制系統將各類設備、儀表及傳感器有機地結合起來，組成一個安全、嚴密的智能化系統。系統接到出料指令后自動選擇庫位，庫內各區域的水泥在循環氣流作用下依次呈現局部流態化后輪流出庫；由于分區域依次出料+垂直切取物料機理，使出站水泥富裕標號的均齊性更佳。

3.4 無人值守智能定量裝車（船）系統

根據發運需求，無人（或有人）駕駛散裝水泥專用運輸車進站并在裝車庫位就位后，系統自動識別發貨單，按照應發水泥品種規格和發貨量自動選擇發放庫位，并按照“先進先出”的原則有序出庫，以防止物料積壓時間過長而積料板結。散裝機在自動對接運輸車進料口后即自動快速裝車，車位安裝有高精度智能地磅，當裝車量接近設定發放量時，系統自動切換到慢速裝車狀態，直至到達設定發放量后自動關閉卸料，裝車完畢。整個裝車過程中，車輛不需要移動。

本文系統的闡述了青海柴達木盆地周緣殘山地球化學景觀區地形、地貌、水系發育程度；水系沉積物、土壤、鈣積層和風成物的分布特點；風成物和鈣積層的分布對水系沉積物樣品的干擾程度等。通過采樣對比分析，認為排除干擾最有效的辦法是剔除表層干擾物，直接采集基巖風化的巖屑物質代替水系沉積物。在野外采樣過程中應用水系沉積物采樣有效控制匯水域的思想，用放射的樹枝狀結構多點組合、主副點結合的化探采樣方法，盡可能的提高每個樣品的有效性和代表性，野外采用化探采樣航跡監控系統對主副點進行監控，確保采樣到位率，使得所采集的巖屑組合樣能有效代替控制匯水域范圍內下伏基巖的化學成份，保證獲得質量可靠的第一手資料。

出庫發放設備和散裝機均配置布袋除塵器，確保出庫發放和裝車過程無揚塵，回灰卸入運輸車內。

裝船系統同理。

無人值守智能定量裝車（船）系統除硬件外，應用了DCS控制系統、銷售管理系統、車牌識別管理系統、發放數據管理系統、排隊叫號系統等多個管理系統。

3.5 出入庫數字化管控系統

管控系統由工業自動控制系統、5G通訊、云存儲、銷售管理系統和外圍設備構成，具有智能船舶管理、裝卸船管理、進出庫管理、門禁管理、電子數據交換等功能。

（1）管控系統可動態獲取進出港船舶的船號、船型尺度、實時位置、航速、運輸貨物、載重量、預計到港和出港時間等基本信息。

（2）管控系統通過5G通訊分別與無人值守智能環保卸船系統、計量輸送進庫系統、庫內在線監測與智能均化卸料系統、定量裝車（船）系統進行通訊，實時掌握進港船的剩余量、出港船的待裝量、進庫高精度秤瞬時流量、儲存庫存量、出庫地磅計重數據和主要設備的運行狀態等參數，通過預置的各種算法實現自動恒流裝卸船、恒流進庫、自動恒流出庫、先進先出定量發貨等多項功能，恒流也能確保提高進庫計量設備的控制精度，全面實現對作業過程的控制及保護，并可通過軟件反饋調整作業計劃。

（3）管控系統可實時獲取無人值守運行信息及數據自動上傳，實行全程無死角監控，杜絕人為舞弊行為。

3.6 設備遠程操作（運維）及狀態監管系統

監管系統由工業自動化控制系統、物聯網技術、云服務器、數據庫系統、負載平衡、算法分析模型、傳感器技術和外圍設備構成，具有遠程通訊功能，可以實現設備遠程診斷維護、故障預測等功能。

（1）可在線查看設備的各類技術參數，包括設備信息、日常保養、故障與檢修記錄等數據。

（2）建立數字驅動的運營體系，應用物聯網、傳感器、視覺識別等技術，使主要零部件智能化，獲取實時數據，對數據進行采集、存儲、計算、分析并在終端上準確呈現，如設備運行狀態、產能動態、保養維護、故障預測等信息。

（3）通過邊緣計算、云存儲、大數據分析等，將有價值的信息準確地反饋給客戶，提醒客戶進行設備保養，參照故障預測合理進行故障排除，根據產能分析優化產業等管理活動。

（4）監管系統具有PC端和APP版本，根據角色進行劃分權限等級，領導、主管、操作員、維修人員及其他相關人員按照相應的權限實時掌握運行狀態。

以上各系統綜合應用，并通過智能化運營管理，沉淀自有的數字資產，不斷優化數字驅動的運營體系，精細化運營，實現降本增效，推動產業持續創新發展。

4 結語

技術進步日新月異，可以預見,散裝水泥中轉站行業的智能信息化、數字化運營、無人值守、環保、高效、低耗、遠程運維將是必由之路，實現行業的高效、經濟、安全和綠色運行，發展前景廣闊。