瀝青拌合站冷料運輸存儲的筒倉智能管控系統設計

楊 梅 李宜澄 嵇廣宇 林進郅 陳胤吉

（河海大學，江蘇 南京210000）

2019 年9 月19 日，黨中央、國務院批準印發的《交通強國建設綱要》將智能化環保化作為其中九大重點任務之一，要求國家的發展要立足交通、著眼全局、面向未來。“智慧+環保”是未來環保產業發展的必然趨勢，其市場潛力十分巨大[1]。作為大交通中的組成部分，公路建設的新要求也需與時俱進。本文針對公路建設中的首要環節——瀝青拌合站冷料運輸和存儲，將傳統的方式進行更新，結合智能環保思想，達到“操作室總控，各環節執行，運輸線連續”的目標。

1 系統設計概況

當前，絕大多數瀝青混凝土拌和站多以煤和燃油為主生產拌合料，使用這些燃料，由于燃燒不充分等原因不僅造成產能低，而且污染嚴重，在燃燒過程中會排放大量溫室和有害氣體和粉塵，還會產生大量噪音和廢料。這些越來越不符合國家有關普通公路的各項節能減排要求，對其進行改造升級，意義重大。瀝青拌和站的改造，使其在生產和運營過程中，以實現“零廢棄、低排放、低能耗”為目標，采用高效節能環保的設備設施，選用清潔能源燃料和廣泛應用溫拌和再生技術，有效降低生產過程中生產的二氧化硫、二氧化碳、粉塵、噪聲、廢水和廢料排放對周邊環境的影響，同時建立完善的節能減排檢測體系，考核體系和責任體系，把拌和站建設成產品質量優良、技術裝備精良、管理手段先進、環境優美、社會現象良好的普通公路窗口單位結合本系統所要實現的功能，以及操作系統順序等[2]。

因此本系統組成包括筒倉的設計研究、智能筒倉進、儲、出料管控系統、智能皮帶運輸系統、智能環保除塵系統四個組成，在整個筒倉冷料存儲自動運載系統中相互結合，彼此聯系，協同工作。

圖1 筒倉冷料存儲自動運載系統

2 智能筒倉管控系統設計

2.1 筒倉的設計

國內外學者對筒倉存儲進行了大量的研究，如從預應力筒倉設計方案、預應力和非預應力鋼筋的估算、實際有效預應力的計算、溫度作用、地震作用、貯料壓力荷載等方面對預應力混凝土圓形筒倉進行了研究[3]；對中美鋼筋混凝土筒倉規范進行了對比研究，通過理論分析研究了筒倉水平壓力、豎向壓力和摩擦力的不同[4]；對不同筒倉結構類型從筒倉外形，筒倉組成材料以及筒倉承重構件等方面進行了分析和比較[5]。本文根據瀝青拌合站的冷料運輸的生產流程，筒倉主要由集料小車卸料區（見圖2a）、布料小車布料區（見圖2b）、筒倉倉底卸料區域（見圖2c）三個部分組成。集料小車卸料區：考慮到環保和自動化的因素，集料卸料區域采用直通式、半封閉式卸料，前后設置防塵門（見圖2d），運輸車輛可通過地下鋼板格柵（見圖2e）落料口實現集料的傳送。設計兩個卸料口。布料小車布料區：由于設置了兩個卸料口，布料小車（見圖2f）也設置為兩個，布料小車位于筒倉上部（見圖2g），每個倉均設置定點卸料口（見圖2h），且行走皮帶機上按照環保要求設置除塵系統，使得在集料運輸的過程中減少粉塵含量。筒倉倉底卸料區：以40000 噸儲量設置20 個存儲小倉，在倉底需要配套設置40 個出料口，且出料口下方設置三級皮帶機（見圖2i），能夠實現無人操作，快速傳運。

2.2 智能筒倉進、儲、出料智能管控系統設計

2.2.1 系統綜述

智能筒倉進、儲、出料管控系統包括集料進倉管控、集料存儲管控、集料出倉管控三個部分。利用地埋式冷料添加系統、RFID 系統（無線觸射頻設備）、粉塵濃度傳感器、數據采集系統、智能稱重系統、云端數據庫、LED 顯示系統等實現該系統相應的功能。

2.2.2 功能設計

本系統是整個系統的主控系統，最重要的作用是實現整個系統的智能化操作，使得整個工作環境能通過無人操作，達到精準高效的解決集料的傳輸、智能稱量、統計、除塵。

操作室內PC 端總控，瀝青混合料遠程監控系統，通過數據采集和計算機數據分析相結合，得到每盤瀝青混合料中各種骨料、粉料和瀝青的重量[2]。當過磅后的小車在卸料處卸料時，通過位置地理信息的采集實現防塵門開啟和關閉，同時為達到除塵目的，整個卸料區域設置除塵裝備。集料通過柵格落料口進入地埋式受料斗，皮帶將其運輸至提升機，提升機到達布料小車處后，布料小車根據PC 端傳遞的集料信息，在對應的受料口定點卸料，皮帶機自帶除塵系統，因此在整個傳輸的過程中均能使得粉塵含量達到較低水平。

圖2 筒倉設計

在集料存儲的過程中，倉內數據采集系統（如料位計、監控器、溫濕度傳感器等）將集料的狀態、含量等信息實時更新傳遞至操作室內PC 端，能實時監控，同時根據常用的生產配合比，對集料進行生產的分析和預測，滿足正常生產需要。

進行生產時，在PC 端輸入相應集料用量，通過倉底部出料口進行出料，皮帶機稱重，能實現對數據的校核。

表1 筒倉進、儲、出料管控系統

2.3 智能皮帶輸送系統

2.3.1 系統綜述

智能皮帶運輸系統主要通過皮帶運輸對筒倉進出料智能管控。生產當中，根據配方產量的重量AI 學習計算電機電流，根據電流情況掌握缺料、電機生產情況、皮帶運轉情況，并結合視頻來輔助了解情況。通過皮帶對進倉物料進行智能傳送管控，對出倉物料通過皮帶進行智能稱重和智能傳送。確進料類型后，布料小車自動牽引皮帶到指定料倉上卸料。

2.3.2 功能設計

在整個傳輸過程中皮帶機是重要部件，根據要求，皮帶機自帶除塵系統使得操作過程中能降低粉塵含量，同時實現無裝載機的全自動化卸料。三級皮帶機，含有給料、稱量、傳輸三個功能，對集料進行智能稱重，實時反饋數據至PC 端。

表2 智能皮帶輸送系統

2.4 智能環保除塵系統

2.4.1 系統綜述

料倉智能除塵管理系統對筒倉產生的粉塵進行智能除塵管理，并實現對粉塵的回收利用，對粉塵量進行預警和展示。骨料上料皮帶配備單獨的除塵系統，皮帶上料時，除塵檢測裝置檢測到皮帶運轉，對應料倉風門閥自動開啟，料倉除塵裝置對皮帶運輸和卸料產生的揚塵進行負壓采集處理收集。對于整個料倉同時可以實現集料入倉過程中的自動噴霧除塵，實現對粉塵的預警分析和實時展示。

2.4.2 功能設計

粉塵是本系統在生產過程中的首要污染物，在瀝青的加熱升溫、使用及儲存的過程中，會在瀝青攪拌設備瀝青儲存罐口等處散發大量的瀝青煙氣，氧化碳除了生成一、二氧化硫和氮氧化合物之外還會產生焦油顆粒和瀝青煙霧等[6]。因此本系統功能主要為對粉塵進行收集、處理和預警三個方面。對于粉塵，最優的處理方法是能達到它的再利用，在處理污染的同時能實現資源的節約。皮帶機本身自帶除塵裝置，同時在卸料區域和筒倉內部通過安裝噴霧器等處理裝置和收集裝置，與皮帶機除塵裝置實現一體化除塵。在整個生產過程中，無裝載機的裝卸對于粉塵含量的降低也是一個重要舉措，加上無人操作，也能在較大程度上保證施工人員的健康和安全，封閉式生產，使得粉塵無法擴散，保護了生態環境。

表3 智能環保除塵系統

3 結論

本文所提出的智能化控制進出料的筒倉冷料存儲系統能實現瀝青拌合站工藝中冷料存儲和運輸關鍵環節的升級。其筒倉工藝和瀝青拌合站的結合，有效的解決了冷料儲存過程中存在的問題，為瀝青拌合站智能環保的發展提出了新理念，有效改善了工作環境，并且根據生產配合比實現了智能化技術在傳統工藝中的融合。本文通過有效控制污染源頭的方法，在保證施工人員的安全和健康的同時，能夠提升生產效率。