糧庫機械化平房倉移動卸料小車自動化改造及優化

◎ 蘇亞洲

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450001）

移動卸料小車應用于機械化平房倉進倉卸料生產線上，是卸料過程中的一種重要的輔助設備，其設計特點、工作性能以及定位系統的好壞直接影響整個卸料生產線的生產效率。移動卸料小車將膠帶輸送機上的物料運送至不同的設定位置進行卸料，給物料進倉生產帶來了極大的方便。根據機械化平房倉內廊道卸料口的位置設定等工藝布局特點，移動卸料小車從原位置出發，距目標位置有一定的距離，行駛過程中既要保證小車行走平穩，也要精確定位，保證停車時卸料口伸縮溜管精準定位并壓緊固定卸料口，以保證物料不泄露，滿足實際作業生產要求。

1 原有移動卸料小車系統及問題

1.1 原有系統功能介紹

糧庫有兩條進倉膠帶輸送機，每條進倉膠帶輸送機各配備一臺移動卸料小車進行卸料，對糧倉內糧堆進行加高作業。原有卸料小車的控制方式為工頻控制和機旁手動控制，在實際生產過程中，常發生各類混料錯倉等質量事故和生產安全事故[1]。

原有卸料小車的控制采用現場按鈕箱控制，由于小車不能精準定位停車，每次卸料小車移動位置，需要2 ～3 個工作人員現場旁站操作及觀察，防止出現跑過卸料口或未到位情況，不僅效率低下，且容易出現安全問題，同時操作人員長期處于高粉塵工作環境中[2]，對操作人員健康影響較大。

1.2 主要問題

①原有卸料小車無法遠程操作，需要人員在小車旁現場操作，危險性高。②原有卸料小車無法精準定位需要停靠的位置，且無剎車功能，要在滿足條件的卸料口位置反復前后移動才能停到合適位置滿足作業要求，效率低。③原有卸料小車未配備除塵系統，現場灰塵很大，存在安全隱患。④原有卸料小車和膠帶輸送機無聯鎖功能，且無保護傳感器，膠帶輸送機或者小車出現故障時，不能互相聯鎖，存在安全隱患。⑤原有卸料小車工作區域無視頻監控，中控人員無法直觀查看小車行走及位置停靠情況[3]，給卸料作業帶來了隱患。

2 改造方案與系統功能

2.1 改造方案

為節約成本，不對原動力電纜進行更新，但對原卸料小車進行了全面的改造升級，包括行走電機、定位銷電機、除塵風機、絞龍、空壓機、閘門、編碼器、現場操作箱、觸摸屏及保護開關傳感器、增加小車的變頻功能、定位功能、多傳感器保護功能以及除塵功能，并通過以太網實現遠程控制和工作區域視頻監控的功能。

卸料小車膠帶輸送機通廊底部安裝料倉高料位底座，將高料位感應桿深入倉內3 m，每兩個卸料口安裝一個。在卸料過程中，沒有出現高料位報警信號，說明該位置可以繼續卸料，當出現高料位報警信號時，表明該位置已經達到料倉存儲高度，需要更換進倉位置。卸料小車在全自動行走模式下，經中控室操作員確認，卸料小車關閉閘門、停止除塵器、抬起定位銷至行走位，報警燈閃爍，卸料小車通過比較目標位置和當前位置判斷是前進或后退，自動行走到目標卸料口，到達后，執行卸料前準備動作，準備卸料。

本次改造可以實現該糧庫倉上膠帶輸送機移動卸料小車全自動化生產作業。改造后現場移動卸料小車作業圖如圖1 所示。

圖1 改造后現場生產監控圖

2.2 電控系統功能

移動卸料小車電控系統由行走系統、定位系統、除塵系統、通信系統、視頻監控系統及控制系統等組成。

2.2.1 行走系統

行走系統由行走電機及變頻器、定位銷電機及機頭機尾限位開關等組成。行走電機由變頻器控制實現小車方向轉換及速度變化，同時提高定位精度；定位銷電機負責控制定位銷的上升下降，起到固定小車的作用。

行走電機的控制方面，需根據設定目標位置和當前位置的相對關系自動判斷前進或后退，并通過兩者位置距離調節速度。當前位置和目標位置距離較遠時，小車先采取高速模式運行，接近目標卸料口位置時，調整為低速模式運行，減小慣性以便精準定位停車；當前位置和目標位置距離較近時，小車將直接采用低速模式運行。

2.2.2 定位系統

定位功能主要采用編碼器和定位接近開關結合的方式，系統自動確認小車下料口與料倉的入料口位置是否準確定位[4]。編碼器安裝在小車橫梁位置，編碼器滾輪和小車從動輪接觸，通過小車行走帶動編碼器計數。編碼器在每個卸料口停車位有對應數值，統計出每個卸料口的位置值，取一定余量，作為卸料口停車卸料的目標值范圍。

卸料小車車身上安裝接近開關，每個卸料口停車位置安裝一個感應裝置，在卸料小車接近感應裝置時，會向控制系統發送信號。當編碼器數值在卸料口停車卸料的目標值范圍，且接收到感應信號時，系統判定準確識別到目標卸料口立即停車。在小車控制界面，設置編碼器清零復位功能，規避了編碼器長時間工作產生的累計誤差。

2.2.3 除塵系統

卸料小車增加一套除塵系統，包括除塵風機、灰絞龍、空壓機等。在卸料小車行走過程中，除塵系統不工作；在卸料小車停止，卸料口對準，閘門打開之后，除塵系統延時30 s 開始運行。此方式可實現錯峰啟動，且具有節能優勢。卸料小車在卸料過程中，物料的粉塵被除塵系統吸入，粉塵和物料通過絞龍落至卸料口閘門從而進入倉內料堆。

2.2.4 通信系統

移動卸料小車與主控系統通過Profibus dp 通訊方式，實現中控室遠程操控小車行走停止功能。移動卸料小車控制系統采用西門子CPU1212 控制，主控系統通過GE PAC3i CPE305 控制。在卸料小車端增加從站模塊，在主控系統端增加主控模塊。

2.2.5 視頻監控系統

視頻監控系統作為卸料小車自動控制系統的輔助系統，在卸料小車行走、停止、卸料的同時，中控人員根據現場的實時視頻情況對設備進行監視、控制和調整[5]。

視頻監控系統設置中，在小車行走通廊安裝4 臺監控攝像頭，通過光纖方式接入視頻監控系統，可以投到中控室監控大屏，供相關人員查看。同時在中控生產操作系統界面，也可以實現調取監控攝像頭功能，實時監視小車行走及卸料過程。

2.2.6 控制系統

控制系統分本地控制系統及遠程控制系統。卸料小車控制系統由西門子PLC 及觸摸屏組成，在卸料小車本地可以實現設備手動及小車定位自動控制。遠程控制系統由GE PLC 及IFIX 組態系統組成，遠程可以實現設備單機及小車定位自動控制。

PLC 軟件控制程序采用結構化、模塊化和標簽化編程，設備程序分為單機控制層和聯鎖控制層。單機程序控制層只負責各自的設備，聯鎖程序控制層根據工藝要求設定了設備間聯鎖關系，設備的啟動和停止均按照設定的聯鎖關系執行。

組態畫面顯示卸料小車可監控設備，通過設備顏色變化直觀反映設備狀態，如運行、故障、單機、聯鎖和遙控等。同時將卸料小車設備的報警及動作記錄保存，以便后期查看。數據記錄包含的設備名稱、報警種類、報警出現的時間、是否由操作員確認、報警消失的時間等信息均詳細列出，同時以不同的顏色表明報警的狀態。所有報告都存檔并可以通過打印機實時打印。遠程控制畫面如圖2 所示。

圖2 遠控生產操作界面圖

3 運行效果

①改造保留原有供電線路及小車運行導軌，改造為自動化程度更高的移動卸料小車，節約投資，實施難度小。②采用編碼器和定位感應裝置結合的定位方式，行走電機通過變頻器高低速切換的模式，能準確將卸料小車停在目標卸料口，實現精準定位的功能。③通過中控遠程控制和卸料小車本地控制結合的方式，提高了小車行走安全性和更換卸料口的工作效率。同時，增加了卸料小車和膠帶輸送機之間的聯鎖關系，避免因卸料小車故障而引起膠帶輸送機堵料情況發生，減少扒料。④增加除塵系統，卸料過程中粉塵隨料流進入糧倉，通廊粉塵濃度降低明顯。⑤增加視頻監控系統，中控人員可以全程監控生產卸料及移動卸料小車的過程，大大降低了生產安全風險。⑥遠控上位機可記錄中控員的操作記錄、設備啟停、運行以及故障等信息，對事后問題排查、數據追溯起到很大的幫助。

4 結論

卸料小車改造后已投入使用，通過遠程控制方式，已經卸料超過10 萬t，系統運行良好。通過此次改造，解決了機械化平房倉移動卸料小車精準定位及遠程監控問題，減少了現場移車及監控人員現場操作的頻次，大大提高了生產效率及人員安全性，為企業安全生產帶來了巨大的經濟效益。