毛 磊 孫 巖

1 廣州港集團(tuán)股份有限公司南沙糧食通用碼頭分公司2 日照港股份嵐山港務(wù)有限公司

1 引言

散糧漏斗作為糧食通用碼頭主要的轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，其正常運(yùn)行是安全作業(yè)的保障[1]。傳統(tǒng)的散糧漏斗一般通過(guò)手動(dòng)控制，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期作業(yè)可能對(duì)人員身體健康造成危害，同時(shí)作業(yè)人員工作難度高、能見度低，還存在漏裝、誤裝等問(wèn)題[2]。由于散糧漏斗本身的特點(diǎn)，其危險(xiǎn)性不容忽視，一旦出現(xiàn)生產(chǎn)安全問(wèn)題，可能導(dǎo)致整個(gè)散糧輸送系統(tǒng)毀于一旦，造成及其嚴(yán)重的損失。

為此，研發(fā)了移動(dòng)式除塵漏斗的自動(dòng)控制技術(shù)，通過(guò)工業(yè)級(jí)測(cè)量與監(jiān)控方式，結(jié)合智能通信與控制對(duì)除塵漏斗裝料進(jìn)行精確科學(xué)的自動(dòng)化控制。

2 散糧漏斗裝車無(wú)人值守技術(shù)方案

2.1 散糧漏斗裝車無(wú)人值守工作原理

通過(guò)設(shè)計(jì)車廂內(nèi)糧食料位測(cè)量的算法，結(jié)合光學(xué)高精度高速掃描、高精度超聲波測(cè)距、IO-LINK通信技術(shù)、PLC控制等先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)一種應(yīng)用于散糧漏斗裝車的高精度測(cè)量及自動(dòng)化控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由高精度測(cè)量光柵、超聲波測(cè)距傳感器、IO-LINK網(wǎng)關(guān)、氣動(dòng)閘門、現(xiàn)場(chǎng)控制箱、測(cè)量算法、位置算法、語(yǔ)音廣播系統(tǒng)和聲光報(bào)警系統(tǒng)組成。

漏斗裝車無(wú)人值守工藝在車輛駛?cè)氩僮鲄^(qū)內(nèi)時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)裝置掃描車廂位置與車廂內(nèi)物料的實(shí)際狀況，獲取廂內(nèi)裝料的實(shí)時(shí)信息、車輛的位置信息，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)經(jīng)控制中心反饋相對(duì)應(yīng)的操作要求給貨車司機(jī)，貨車司機(jī)則依靠控制中心的實(shí)時(shí)指引完成整個(gè)裝車流程。應(yīng)用該系統(tǒng)，可以對(duì)歷史裝車數(shù)據(jù)、裝車效率進(jìn)行記錄，從而更加精確地優(yōu)化工藝，提高生產(chǎn)效率。

2.2 漏斗裝車無(wú)人值守系統(tǒng)邏輯原理與系統(tǒng)組成

2.2.1 邏輯原理

漏斗裝車無(wú)人值守的系統(tǒng)邏輯原理見圖1，具體步驟如下。

圖1 系統(tǒng)邏輯原理圖

(1)當(dāng)漏斗下方?jīng)]有任何車輛，測(cè)量光幕無(wú)法檢測(cè)到有效數(shù)據(jù)，指示燈為黃色，控制箱無(wú)操作，此時(shí)可輛可以駛?cè)搿?/p>

(2)當(dāng)裝卸車輛駛?cè)肼┒废路?，車廂在遮蔽?條光幕、未遮蔽第2條光幕時(shí)，指示燈為黃色，控制箱無(wú)操作，司機(jī)可繼續(xù)行駛。

(3)當(dāng)車廂同時(shí)遮蔽2條光幕，表明車輛已到位，同時(shí)，超聲波傳感器開始檢測(cè)有效數(shù)據(jù)，得到車廂內(nèi)實(shí)時(shí)料位數(shù)據(jù)。當(dāng)料位數(shù)據(jù)大于光幕的算法數(shù)據(jù)時(shí)，反饋料位不足?？刂葡漭敵?組信號(hào)：指示燈變更為紅色，司機(jī)應(yīng)該停車等待；閥門打開，漏斗開始持續(xù)下料。

(4)在漏斗持續(xù)下料，料位逐漸升高的過(guò)程中，控制箱的超聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)降低，直至檢測(cè)到已經(jīng)裝滿車廂?？刂葡漭敵?組信號(hào)：指示燈變更為綠色，司機(jī)應(yīng)低速向前行駛；閥門關(guān)閉，漏斗停止下料。

(5)當(dāng)車輛向前行駛后，如檢測(cè)料位不滿，控制箱控制漏斗繼續(xù)下料，返回步驟4；直至裝滿，轉(zhuǎn)到步驟6。

(6)當(dāng)漏斗與車廂尾部相對(duì)接近時(shí)，車廂已被裝滿，車輛繼續(xù)向前行駛，則車廂尾部離開測(cè)量光幕檢測(cè)區(qū)域。當(dāng)測(cè)量光幕無(wú)法檢測(cè)到有效數(shù)據(jù)時(shí)，控制箱輸出兩組信號(hào)：停止工作；指示燈變?yōu)辄S色，司機(jī)離開作業(yè)區(qū)，下一輛裝卸車依次駛?cè)耄^續(xù)作業(yè)。

2.2.2 系統(tǒng)組成

在散糧漏斗下方的作業(yè)區(qū)兩側(cè)分別安裝2套高精度測(cè)量光柵，并做好防水防塵的保護(hù)工作，其檢測(cè)精度不低于20 mm，用于檢測(cè)作業(yè)車輛與漏斗卸料口的相對(duì)高度。在漏斗下料口側(cè)方，安裝2個(gè)高精度、高防護(hù)、抗干擾的超聲波測(cè)距傳感器，在作業(yè)期間通過(guò)超聲波信號(hào)檢測(cè)準(zhǔn)確獲取作業(yè)車輛車廂內(nèi)的實(shí)際料位，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸回控制箱。

所有的檢測(cè)設(shè)備均使用IO-LINK協(xié)議進(jìn)行通信，達(dá)到高效能、高可靠性的通信效果，同時(shí)確保遠(yuǎn)程配置與監(jiān)測(cè)，在部署與實(shí)施過(guò)程中更加穩(wěn)定便捷，其高可用性與多樣的通信方式更利于數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 漏斗裝車無(wú)人值守拓?fù)鋱D

在漏斗前方安裝1套紅黃綠3色指示燈裝置，通過(guò)控制箱控制該設(shè)備，用于提示裝卸車司機(jī)操作。當(dāng)指示燈為黃色，表示車輛未到位或者應(yīng)該駛離，請(qǐng)檢查當(dāng)前位置或者已裝滿料請(qǐng)駛離漏斗；當(dāng)指示燈為紅色，表明漏斗正在作業(yè)，應(yīng)駐車；當(dāng)指示燈為綠色，表示當(dāng)前位置已經(jīng)滿料，應(yīng)向前緩行，直至指示燈轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。

2.3 檢測(cè)技術(shù)方案及其實(shí)現(xiàn)

2.3.1 測(cè)量光柵檢測(cè)技術(shù)

使用的測(cè)量光柵由成對(duì)的光電發(fā)射器和接收器構(gòu)成，所有發(fā)射器包含在一個(gè)外殼中，所有接收器包含在另一個(gè)外殼中(見圖3)。放置在發(fā)射器和接收器之間的目標(biāo)物體將會(huì)阻擋一部分光線使其不能到達(dá)它們相應(yīng)的接收器，測(cè)量光幕使用同步掃描識(shí)別哪些通道被擋住。光幕每一根光束的分辨率為20 mm，即遮擋每一根光束計(jì)數(shù)20 mm，依此可以測(cè)量出裝卸車輛車廂的高度。

圖3 測(cè)量光柵的檢測(cè)原理

2.3.2 車廂料位檢測(cè)技術(shù)

2對(duì)測(cè)量光幕平行于裝卸車車廂安裝，當(dāng)車輛進(jìn)入后，取其從漏斗下料口至車廂頂部的檢測(cè)數(shù)值。2條超聲波測(cè)距傳感器安裝在漏斗側(cè)方，且與漏斗下料口水平，當(dāng)車廂位于漏斗正下方時(shí)，開始檢測(cè)，獲取漏斗下料口至物料位置的料位檢測(cè)數(shù)據(jù)。將以上2個(gè)數(shù)據(jù)求差，即可獲得車廂內(nèi)實(shí)際的物料位置信息。

3 結(jié)語(yǔ)

散糧漏斗無(wú)人化技術(shù)具有自動(dòng)化、智能化的特點(diǎn)，不需要人員操作就可以完成啟動(dòng)與監(jiān)控作業(yè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了散糧裝車的全自動(dòng)操作，一方面減少了人員的投入，另一方面也降低了因操作人員失誤操作產(chǎn)生的多裝、冒裝現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)效率。散糧漏斗的作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，長(zhǎng)期作業(yè)會(huì)對(duì)工作人員的身體健康造成一定程度的危害。新技術(shù)的應(yīng)用使得生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不再需要配備工作人員，能有效地保障職工身體健康。實(shí)際應(yīng)用證明，該技術(shù)的研發(fā)使用具有較強(qiáng)的可操作性和可移植性，可在類似應(yīng)用場(chǎng)景中進(jìn)行推廣。