一種基于水泥廠骨料自動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裝車系統是一種針對敞口卡車裝車設計制造的智能控制裝置，敞口卡車是常見的原料生產企業，或者說是原料中轉站點的主要配置車輛。數量之多、種類之多是我們比較關切的地方。如何合理的規范這些卡車的裝車以及運輸、如何合理的實現這些卡車的裝料智能化就成了大家都比較關心的地方。本文自動裝車系統其控制對象為電氣化裝車機，可以實現下料口升降、下料口高度自動配置、放料閘門自動啟停、放料量自動計算的精確智能控制，同時配置與智能發運系統相關的數據接口，與智能發運系統共同構成智能化物流系統。該裝置可裝塊狀及粉狀物料，可廣泛應用于砂石骨料、石粉、熟料、煤炭、礦石等物料的卡車或火車裝車。

1 自動裝車實施背景以及主要組成部分

我公司目前的骨料裝車系統為人工控制，由人工喊話來提醒司機操作車輛的前進和后退?？紤]到裝車現場的條件以及灰塵等問題，會對人工的作業以及身體健康造成不小的影響，并且存在一定的安全隱患。遂決定采用自動裝車的方式來進行裝車活動。與人工控制相比，系統投入使用后，在車輛裝載過程中無組織排放大大減少，減少了工人的工作量，讓工人空出雙手檢查設備和清潔設備，自動控制系統可實現一定范圍內的精確控制，基本消除骨料裝車中的誤差，提高骨料裝車的運輸速度和裝車效率。自動裝車裝置主要由以下部分組成：1）自動裝車控制箱：自動裝車控制箱包含智能控制器、控制元器件、控制電路等。智能控制器是自動裝車裝置的核心，包含數據采集處理、控制算法計算、控制輸出等核心功能。2）自動裝車傳感系統：自動裝車傳感器系統包含紅外、雷達、激光等多種高精度傳感裝置，用于完成車身測量及精度控制。3）智能發運系統掃碼器：智能發運系統掃碼器用于和SAP 系統交互數據，讀取車牌號、預裝量、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交互媒介，用于向使用人員提示裝車進度、錯誤及故障信息等。

2 骨料自動裝車裝置簡介以及功能

傳統骨料裝車系統，是廠區通過原有實際情況的升級，將下料口進行改造升級，然后進行可控制化下料作業。對于司機而言，需要自行將車輛開到指定的下料區域，然后通過肉眼的觀察，將車停到對應的位置，以便于下料口下料過程中實現骨料的平鋪以及均勻化分布。但是，考慮到實際情況，以及司機的經驗水平層次不齊，在具體實施的時候，不少司機還是會遇到停車位置不準確，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場智慧，無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，有的時候，還會出現司機和廠里工作人員言語矛盾的情況，這對于廠區和司機而言，都是不好的現象。因此就想通過智能化的手段，將這一現象逐步優化甚至最后避免這一現象的發生，以達到智慧工廠最初的初衷---減少用工成本，提高作業效率[1-3]。

通過智能化骨料裝車系統，可實現自動控制裝車機和收塵裝置，實現自動裝車動作；讀取智能發運系統小程序內裝車信息并自動識別物料以及自動判斷物料代碼，物料不符時不放料，并提示司機物料不對應，防止拉錯物料；自動識別滿載、定量裝車要求。一方面自動識別滿載要求，并自動完成滿載裝車，裝載平整、美觀。滿載裝載精 度小于±1%。另一方面自動識別標載要求，自動完成裝車；并根據車型及裝載量不同進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。標載裝車誤差小于±3%。裝車自動提示包括掃碼提示、提車提示、裝滿提示。提示包括聲光報警和 LED 顯示。裝車車輛進入控制，不具備裝車條件時紅燈亮起，禁止駛入，具備條件時綠燈亮起，允許駛入。設備故障智能判斷和提示。對于直接電氣故障，系統會迅速停止動作，并給出故障報警；對于機械故障，系統會在短時間內自動判斷故障，停止設備動作，以免對設備造成損壞，并在 LED 顯示屏顯示設備故障。遠程報警功能：輸出故障報警信號給 DCS 系統，及時通知維護人員對設備進行維護。并通過現場視頻顯示來幫助司機糾正停車位置，記錄裝車過程，并可通過錄像對事故進行追溯。

3 骨料自動裝車裝置構成

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成整個控制模塊，并且放置在控制箱內。控制系統主要完成系統功能的整合處理，模型算法的計算，控制輸出動作等功能。通過對實際場景進行建模以及智能計算，給出輸出信號，以實現整個控制模塊的完整化[4-5]。

3.2 傳感器模塊

傳感器模塊包含車身測量傳感器系統、裝車機檢測傳感器系統等組成。通過傳感器，實現對車輛位置的精準判斷，以及對車輛動作的精準識別，完成車輛及裝車機的實時檢測，以達到對整個車輛信息在系統模型中的合理計算。

3.3 掃碼器模塊

掃碼器模塊是智能發運系統的重要組成部分，是實現車輛信息與廠區SAP 后臺系統對接的重要媒介。讀取智能發運系統里面的裝車信息，包括車牌號、物料號、預裝量、車型參數等信息。自動判斷物料是否相符，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警器和文字提示大屏，這兩塊系統，通過語音和文字的方式，來實時提示司機進行相應操作。提示大屏包括顯示只能發運系統內的司機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 現場視頻模塊

在裝車機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 助司機停車糾偏。同時視頻可錄像，用于事故追溯等。

3.6 裝車車輛進入控制模塊

主要由紅綠燈組成，不具備裝車條件時紅燈亮起，禁止駛入，具備條件時綠燈亮起，允許駛入。

3.7 故障報警模塊

由現場聲光報警器、遠程報警系統等組成，現場報警指示，遠程提示維護人員及時對故障 設備進行維護。

4 自動裝車裝置于其他裝置的關聯

與裝車機的關聯：自動裝車裝置與裝車機共同構成一套完整的自動裝車裝置，兩者密切關聯，對裝車機的要求如下：裝車機需自帶電氣系統，能夠獨立完成手動裝車，并裝車過程順暢無卡頓；裝車機由手自動切換功能，切換到自動時由自動裝車裝置控制裝車機動作；裝車機需要有良好的電氣及機械保護，包括過載、短路、開閉限位、升降限位等保護功能；為自動裝車裝置所有電機運行信號、故障信號、現場限位信號、手自動信號等，信號形式干接點，信號要接到獨立端子排。自動模式下接受自動系統的控制，完成啟停放料、上升、下降等動作，信號形式干接點，信號要接到獨立端子排。

與智能發運系統的關聯：自動裝車裝置與智能發運系統共同構成無人值守物流系統，兩者關系密切。智能發運系統向自動裝車裝置提供預裝物料號、預裝量、車牌號、車身信息等數據。自動裝車裝置向一智能發運系統提供自動裝載信息，用于確認自動裝車完成。

4.1 與 DCS 系統的關聯

向 DCS 系統提供故障報警信號，DCS 畫面需要作出明顯的報警提示，提示操作員通知維護 人員及時維護故障設備。信號形式干接點。向 DCS 提供正在裝車信號，方便中控掌握裝車情況，并可作出相關連鎖動作。信號形式干接點。DCS 系統提供收塵器啟動接口信號給自動裝車裝置，使自動裝車裝置能自動開啟收塵設備。信號形式干接點。DCS 系統提供對應倉位信號給自動裝車裝置，用于優化裝車控制，信號形式為4-20mA 電流。

4.2 土建及電氣條件

土建和電氣為自動裝車裝置的安裝和實現提供條件。土建為自動裝車裝置提供控制箱、傳感器、顯示屏的安裝基礎。土建需做好相關停車標識，輔助司機停車位置整齊。電氣為自動裝車裝置提供電源。

4.3 系統接口設計

ERP 接口系統是借助于ERP 外部數據交換平臺進行單據交換并進行集成。為了保證數據一致性，利用外部數據交換平臺將 ERP 基本檔案及業務數據（發貨單數據）導出，可直接向水泥智能發運系統導出數據。

4.4 使用前的準備

使用前確認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 顯示屏滾動顯示“歡迎使用”字樣。手動控制裝車機，確認升降下料口動作正常、放料停料動作正常、收塵設備正常。以上條件正常后，將裝車選擇到自動（遠程）模式，自動裝車裝置準備就緒。

5 實施過程中的操作步驟

5.1 司機動作流程

開戶：裝車需提供車廂內長、寬尺寸。車入位：停車到相應位置，下料口對齊車廂。掃碼：二維碼對齊掃碼區掃碼，直到啟動按鈕綠燈亮起。啟動：按下綠色啟動按鈕，下料口自動下降放料，司機上車按打鈴挪車。LED 顯示：LED 安裝在裝車道左前方綠地中，整個裝車過程LED 會輔助提示，司機注意觀察。挪車：司機按照提示時刻挪車，根據LED 提示距離挪車，挪車要慢，隨時觀察車輛是否跑偏。當裝車至車尾部時，LED 屏會有提示，請注意縮短提車間距，以免少裝料。放料結束：當LED 提示裝車結束、鈴聲長響后，請駛離裝車區域。

5.2 操作注意事項

車身尺寸為車廂內的長和寬，務必提供正確的尺寸，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，范圍為10.0-99.0 噸。車輛務必從指定方向駛入，車廂以下料口為參照兩邊對齊，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，若超過10 秒綠色指示燈未亮，請觀察LED 顯示屏的顯示，會有物料不正確、空車未過皮、預裝量或車身尺寸有誤等提示，請按提示信息確認所持二維碼的信息是否有誤，如無法判定，請記好提示信息，并將信息完整準確的告知工作人員，交由應急處理處處理。提車間距按屏幕提示提車，提車間距不能過大或過小，間距過大會導致少裝料及揚塵較大，過小會導致裝車速度慢。紅燈聲光報警馬上停車熄火，并通知工作人員處理。操作終端上有紅色急停開關，緊急情況時拍下急停開關，裝料停止。緊急情況解除后，拔起緊急開關。當LED 顯示設備故障時，請通知工作人員進行檢修。在自動裝車過程中長時間未提示提車時，很可能料倉已沒料，可下車詢問工作人員。

6 結束語

不僅僅是骨料裝車，全國范圍內，原材料工業的一線生產工況條件都較為惡劣，很多人都不愿意去一線作業。因此如何實現小范圍的減員增效，以及如何實現特定條件下的廠區智能化、無人化，成了大家都很關注的問題。本文通過對骨料裝車系統及其可行性的研究，為水泥工業領域的智能化做出小范圍的貢獻。