一种基于水泥厂骨料自动装车的智能化装置的研究

包晓东

（成县祁连山水泥有限公司，甘肃 陇南 742500）

0 引言

本文所谈及的敞口卡车自动装车系统是一种针对敞口卡车装车设计制造的智能控制装置，敞口卡车是常见的原料生产企业，或者说是原料中转站点的主要配置车辆。数量之多、种类之多是我们比较关切的地方。如何合理的规范这些卡车的装车以及运输、如何合理的实现这些卡车的装料智能化就成了大家都比较关心的地方。本文自动装车系统其控制对象为电气化装车机，可以实现下料口升降、下料口高度自动配置、放料闸门自动启停、放料量自动计算的精确智能控制，同时配置与智能发运系统相关的数据接口，与智能发运系统共同构成智能化物流系统。该装置可装块状及粉状物料，可广泛应用于砂石骨料、石粉、熟料、煤炭、矿石等物料的卡车或火车装车。

1 自动装车实施背景以及主要组成部分

我公司目前的骨料装车系统为人工控制，由人工喊话来提醒司机操作车辆的前进和后退。考虑到装车现场的条件以及灰尘等问题，会对人工的作业以及身体健康造成不小的影响，并且存在一定的安全隐患。遂决定采用自动装车的方式来进行装车活动。与人工控制相比，系统投入使用后，在车辆装载过程中无组织排放大大减少，减少了工人的工作量，让工人空出双手检查设备和清洁设备，自动控制系统可实现一定范围内的精确控制，基本消除骨料装车中的误差，提高骨料装车的运输速度和装车效率。自动装车装置主要由以下部分组成：1）自动装车控制箱：自动装车控制箱包含智能控制器、控制元器件、控制电路等。智能控制器是自动装车装置的核心，包含数据采集处理、控制算法计算、控制输出等核心功能。2）自动装车传感系统：自动装车传感器系统包含红外、雷达、激光等多种高精度传感装置，用于完成车身测量及精度控制。3）智能发运系统扫码器：智能发运系统扫码器用于和SAP 系统交互数据，读取车牌号、预装量、物料品种等信息，并回写装车代码。4）LED 显示屏与声光警示器：LED 显示屏与声光警示器是人机交互媒介，用于向使用人员提示装车进度、错误及故障信息等。

2 骨料自动装车装置简介以及功能

传统骨料装车系统，是厂区通过原有实际情况的升级，将下料口进行改造升级，然后进行可控制化下料作业。对于司机而言，需要自行将车辆开到指定的下料区域，然后通过肉眼的观察，将车停到对应的位置，以便于下料口下料过程中实现骨料的平铺以及均匀化分布。但是，考虑到实际情况，以及司机的经验水平层次不齐，在具体实施的时候，不少司机还是会遇到停车位置不准确，与下料口的配合程度不是那么高的情况，所以还是需要人工在现场智慧，无论是通过喇叭喊话还是自行指挥的方式，效率都没有那么高，更甚至，有的时候，还会出现司机和厂里工作人员言语矛盾的情况，这对于厂区和司机而言，都是不好的现象。因此就想通过智能化的手段，将这一现象逐步优化甚至最后避免这一现象的发生，以达到智慧工厂最初的初衷---减少用工成本，提高作业效率[1-3]。

通过智能化骨料装车系统，可实现自动控制装车机和收尘装置，实现自动装车动作；读取智能发运系统小程序内装车信息并自动识别物料以及自动判断物料代码，物料不符时不放料，并提示司机物料不对应，防止拉错物料；自动识别满载、定量装车要求。一方面自动识别满载要求，并自动完成满载装车，装载平整、美观。满载装载精 度小于±1%。另一方面自动识别标载要求，自动完成装车；并根据车型及装载量不同进行拉平装车和分堆装车。拉平装车平整美观，分堆装车每堆均匀一致。标载装车误差小于±3%。装车自动提示包括扫码提示、提车提示、装满提示。提示包括声光报警和 LED 显示。装车车辆进入控制，不具备装车条件时红灯亮起，禁止驶入，具备条件时绿灯亮起，允许驶入。设备故障智能判断和提示。对于直接电气故障，系统会迅速停止动作，并给出故障报警；对于机械故障，系统会在短时间内自动判断故障，停止设备动作，以免对设备造成损坏，并在 LED 显示屏显示设备故障。远程报警功能：输出故障报警信号给 DCS 系统，及时通知维护人员对设备进行维护。并通过现场视频显示来帮助司机纠正停车位置，记录装车过程，并可通过录像对事故进行追溯。

3 骨料自动装车装置构成

3.1 控制模块

控制模块以控制器为核心，包含电源、继电器、断路器等，这些部分附件共同构成整个控制模块，并且放置在控制箱内。控制系统主要完成系统功能的整合处理，模型算法的计算，控制输出动作等功能。通过对实际场景进行建模以及智能计算，给出输出信号，以实现整个控制模块的完整化[4-5]。

3.2 传感器模块

传感器模块包含车身测量传感器系统、装车机检测传感器系统等组成。通过传感器，实现对车辆位置的精准判断，以及对车辆动作的精准识别，完成车辆及装车机的实时检测，以达到对整个车辆信息在系统模型中的合理计算。

3.3 扫码器模块

扫码器模块是智能发运系统的重要组成部分，是实现车辆信息与厂区SAP 后台系统对接的重要媒介。读取智能发运系统里面的装车信息，包括车牌号、物料号、预装量、车型参数等信息。自动判断物料是否相符，并起到防作弊功能。

3.4 装车提示模块

装车提示部分包括声光报警器和文字提示大屏，这两块系统，通过语音和文字的方式，来实时提示司机进行相应操作。提示大屏包括显示只能发运系统内的司机信息与提货信息是否正确、开车提示、停车提示、提货距离提示、装车完成提示等。

3.5 现场视频模块

在装车机下料口安装视频摄像头，在卡车初始停车头尾安装视频显示器（32 寸），用于辅 助司机停车纠偏。同时视频可录像，用于事故追溯等。

3.6 装车车辆进入控制模块

主要由红绿灯组成，不具备装车条件时红灯亮起，禁止驶入，具备条件时绿灯亮起，允许驶入。

3.7 故障报警模块

由现场声光报警器、远程报警系统等组成，现场报警指示，远程提示维护人员及时对故障 设备进行维护。

4 自动装车装置于其他装置的关联

与装车机的关联：自动装车装置与装车机共同构成一套完整的自动装车装置，两者密切关联，对装车机的要求如下：装车机需自带电气系统，能够独立完成手动装车，并装车过程顺畅无卡顿；装车机由手自动切换功能，切换到自动时由自动装车装置控制装车机动作；装车机需要有良好的电气及机械保护，包括过载、短路、开闭限位、升降限位等保护功能；为自动装车装置所有电机运行信号、故障信号、现场限位信号、手自动信号等，信号形式干接点，信号要接到独立端子排。自动模式下接受自动系统的控制，完成启停放料、上升、下降等动作，信号形式干接点，信号要接到独立端子排。

与智能发运系统的关联：自动装车装置与智能发运系统共同构成无人值守物流系统，两者关系密切。智能发运系统向自动装车装置提供预装物料号、预装量、车牌号、车身信息等数据。自动装车装置向一智能发运系统提供自动装载信息，用于确认自动装车完成。

4.1 与 DCS 系统的关联

向 DCS 系统提供故障报警信号，DCS 画面需要作出明显的报警提示，提示操作员通知维护 人员及时维护故障设备。信号形式干接点。向 DCS 提供正在装车信号，方便中控掌握装车情况，并可作出相关连锁动作。信号形式干接点。DCS 系统提供收尘器启动接口信号给自动装车装置，使自动装车装置能自动开启收尘设备。信号形式干接点。DCS 系统提供对应仓位信号给自动装车装置，用于优化装车控制，信号形式为4-20mA 电流。

4.2 土建及电气条件

土建和电气为自动装车装置的安装和实现提供条件。土建为自动装车装置提供控制箱、传感器、显示屏的安装基础。土建需做好相关停车标识，辅助司机停车位置整齐。电气为自动装车装置提供电源。

4.3 系统接口设计

ERP 接口系统是借助于ERP 外部数据交换平台进行单据交换并进行集成。为了保证数据一致性，利用外部数据交换平台将 ERP 基本档案及业务数据（发货单数据）导出，可直接向水泥智能发运系统导出数据。

4.4 使用前的准备

使用前确认智能装车控制箱全部断路器已合闸，控制箱电源指示灯亮起，LED 显示屏滚动显示“欢迎使用”字样。手动控制装车机，确认升降下料口动作正常、放料停料动作正常、收尘设备正常。以上条件正常后，将装车选择到自动（远程）模式，自动装车装置准备就绪。

5 实施过程中的操作步骤

5.1 司机动作流程

开户：装车需提供车厢内长、宽尺寸。车入位：停车到相应位置，下料口对齐车厢。扫码：二维码对齐扫码区扫码，直到启动按钮绿灯亮起。启动：按下绿色启动按钮，下料口自动下降放料，司机上车按打铃挪车。LED 显示：LED 安装在装车道左前方绿地中，整个装车过程LED 会辅助提示，司机注意观察。挪车：司机按照提示时刻挪车，根据LED 提示距离挪车，挪车要慢，随时观察车辆是否跑偏。当装车至车尾部时，LED 屏会有提示，请注意缩短提车间距，以免少装料。放料结束：当LED 提示装车结束、铃声长响后，请驶离装车区域。

5.2 操作注意事项

车身尺寸为车厢内的长和宽，务必提供正确的尺寸，否则将影响到装车效果，造成撒料或少料。装车量以“吨”为单位，可以含一位小数，范围为10.0-99.0 吨。车辆务必从指定方向驶入，车厢以下料口为参照两边对齐，车帮（前、后、左、右）与下料口边保持大于10 厘米的距离，以防影响下料口的升降。扫码时，若超过10 秒绿色指示灯未亮，请观察LED 显示屏的显示，会有物料不正确、空车未过皮、预装量或车身尺寸有误等提示，请按提示信息确认所持二维码的信息是否有误，如无法判定，请记好提示信息，并将信息完整准确的告知工作人员，交由应急处理处处理。提车间距按屏幕提示提车，提车间距不能过大或过小，间距过大会导致少装料及扬尘较大，过小会导致装车速度慢。红灯声光报警马上停车熄火，并通知工作人员处理。操作终端上有红色急停开关，紧急情况时拍下急停开关，装料停止。紧急情况解除后，拔起紧急开关。当LED 显示设备故障时，请通知工作人员进行检修。在自动装车过程中长时间未提示提车时，很可能料仓已没料，可下车询问工作人员。

6 结束语

不仅仅是骨料装车，全国范围内，原材料工业的一线生产工况条件都较为恶劣，很多人都不愿意去一线作业。因此如何实现小范围的减员增效，以及如何实现特定条件下的厂区智能化、无人化，成了大家都很关注的问题。本文通过对骨料装车系统及其可行性的研究，为水泥工业领域的智能化做出小范围的贡献。