散料卸船自動化裝車系統研發與應用

劉兆陽，解慶功，申 鵬

（日照港集團有限公司，山東日照 276800）

散貨指的是在運輸過程中沒有包裝而進行散運的貨物。散貨船是比較大型和專業化的船只。散貨卸船的關鍵點是具有高效率的取料和怎樣將貨物從艙內以垂直的方式進行提升。散貨卸船作業初期的生產率是比較高的，而清艙部分的生產率相對較慢。要將清艙部分的生產率加以提高，這樣才能使卸船平均作業的生產率整體提高。

1 創新背景

近年來，面對日趨嚴峻的成本及環保壓力，日照港不斷探索港口散貨卸船裝卸作業新工藝，在2013年率先研制推廣了“天圓地方”式超大容量漏斗卸船裝車新工藝，采用“門機+裝車漏斗”的作業方式，大大節省了料場作業環節，具有成本低、效率高、污染小等優點，在船舶裝卸作業中得到了普遍應用。然而這種裝車漏斗缺乏自動化、智能化的系統控制，傳統的裝卸模式由理貨員核對裝車單后，裝車工操作裝車漏斗無線遙控裝置放料，同時通過“旗語”引導車輛移動，完成裝車作業。人機缺乏互動，轉運車輛與裝車漏斗、門機與裝車漏斗之間不能實現信息交互。易出現反復移車和相互碰撞等問題，影響作業效率和作業的安全可靠性。主要存在以下問題：①人工核對風險大。人工核對裝車單存在較高的不確定性，易發生裝錯車、發錯貨的情況，貨運安全風險大。②人工操作成本高。一個漏斗需配一名裝車工，一個區域需配一名理貨員，對人力依賴程度高，人力成本高。③人工裝車精度低。對于直接發運的貨物，裝載量完全由裝車工憑“經驗”估算，在車輛限重的背景下，車輛加減料頻繁直接影響轉運效率、增加環境污染。④人機交叉隱患多。理貨員、裝車工現場作業，不可避免形成人機交叉，易發生人身傷害事故。

針對上述問題，如何充分利用現代信息技術和自動控制技術，在卸船裝車環節中降低風險、節約成本、提高安全性成為急需解決的問題。

2 項目內容

本成果在傳統漏斗裝車工藝的基礎上，通過RFID 車輛識別、4G 無線通信、PLC 自動控制、車輛定位監測、物料自動判斷、車輛自動導引等技術，對裝車漏斗實施了智能控制改造，取消了理貨員、裝車工配備，實現了智能理貨、智能裝車，實現了卸船裝車“無人化”。

2.1 系統構架

自動化裝車系統主要由三個子系統組成：①車輛識別子系統。通過RFID 識別等技術，實現了漏斗裝車與集疏運系統的實時聯控，提高了貨運質量安全，實現了理貨無人化。②自動裝車子系統。改進裝車漏斗結構、設計漏斗倉門開關液壓控制單元；以PLC控制器為核心，通過超聲波傳感器、微波雷達料位等采集單元，實現裝車漏斗料位、倒運車輛箱斗料位檢測以及門機抓斗位置監測；自動控制漏斗倉門開、關及狀態監測，完成物料自動裝車。③手動裝車子系統。該系統為原漏斗自帶功能，通過2.4G 無線遙控技術，實現了漏斗的本地控制。

2.2 設備布置

根據系統功能需求，按照用戶體驗好、運行穩定性高、防損壞、易維護的原則，合理布置設備設施的位置。設備布置圖如圖1、2所示。

圖1 設備布置示意圖（A向）

2.3 控制方式

為減少故障對生產的影響，充分發揮無人裝車系統效能，該系統設置四種作業模式，可自由切換。①智能理貨：僅車輛識別子系統運行，可實現智能理貨功能。②智能裝車：僅自動裝車子系統運行，可實現智能裝車功能。③全自動裝車：智能理貨+智能裝車聯控運行，全自動裝車。④手動裝車：手動無線遙控裝車。

2.4 裝車工藝

車輛駛入漏斗裝車位后，車輛識別子系統自動判斷車輛裝車授權是否正確；同時，自動裝車子系統自動判斷車輛位置是否符合裝車要求；在滿足車輛識別、車輛定位2個判斷條件后，司機確認“可以裝車”，裝車漏斗自動開啟進行裝車；裝車過程中，根據從集疏運系統中獲取到的車輛數據（配載凈重+車廂尺寸），通過物料傳感器實時判斷物料裝載情況，在防止撒料的同時，以“容積×密度”的測算方式實現定量裝車；裝車全過程通過信號燈引導車輛移動。

3 項目創新點

本成果基于物聯網技術、移動互聯網以及自動控制技術，設計研發了自動化裝車系統，在卸船漏斗裝車環節，實現了理貨、裝車全自動，實現了“無人化”。該項目屬國內首創，在國內處于領先水平。

（1）研制車輛識別子系統，實現智能理貨。基于VS 平臺，采用LTE/4G 無線網絡技術，通過UDP、Modbus、TCP 等多種通信協議，完成了軟硬件的系統集成，研制出了車輛識別子系統，通過與商務、計劃、庫場、車輛、理貨的實時聯控，實現自動理貨以及對裝車作業的智能監管（圖3）。

圖3 車輛識別子系統架構

（2）研制自動裝車子系統，實現智能裝車。基于PLC 的自動化控制技術，通過集成應用超聲波距離傳感技術、信號燈引導技術，研制了自動裝車子系統，通過漏斗倉門自動開關、料位自動判斷、車輛自動導引等功能，實現了智能裝車。裝載過程中全程自動控制，取消了專人操作，人工成本大幅降低。同時避免了人機交叉作業，作業安全性也大幅提高。

（3）自動理貨與裝車作業智能聯控，實現漏斗“上鎖”。依托集疏運系統，采用基于RFID 自動識別技術，以RFID 卡為標識，與自動裝車子系統聯動，實現了自動理貨與裝車作業的智能聯控，實現了漏斗“上鎖”。RFID 卡是鑰匙，只有正確匹配的車輛才能進行裝車作業。杜絕了裝錯車、發錯貨以及偷盜等情況的發生，提高了貨運質量和安全。

圖2 設備布置示意圖（B向）

（4）智能數據比對，實現定量裝車。根據倒運車型、物料比重（大小比重模式切換）控制裝車量，通過智能算法對數據的實時處理，以車輛“限重數據+容積測算”比對聯控的方式，實現了定量裝車。車輛接單后，通過舟道網司機專版APP，錄入車廂尺寸（長寬高），空車檢斤后，根據限重數據自動計算出該車的配載凈重；自動裝車子系統及時獲取到車輛數據以及配載數據，在裝車過程中，根據物料傳感器實時反饋的物料裝載數據，通過智能算法測算出物料體積，以“容積×密度”的測算方式實現了定量裝車；在車輛限重的大背景下，大幅提高了裝車精準度，減少了車輛頻繁加減料，提高了轉運效率，減少了環境污染。

（5）研制主動抑塵系統，提高環保效果。針對煤炭、鋁礬土、礦石等貨種，研制自動噴淋系統，實現主動抑塵功能，解決了裝卸過程中粉塵污染的問題。自動噴淋防塵系統由恒壓供水系統、出水總管、泊位供水管、漏斗供水管路、多組霧化噴頭等組成。超聲波傳感器檢測到門機抓斗進入漏斗上方準備放料時，電磁閥自動開啟，在漏斗內形成水霧，抓斗卸料結束并延遲適當時間，電磁閥自動關閉，實現抓斗卸料環節的粉塵抑制；漏斗在打開料倉門下料裝車時，開啟另外一組電磁閥，可實現裝車過程的粉塵抑制。

針對散糧貨種，目前正在進一步研究負壓除塵的環保方案。

4 使用效益

4.1 經濟效益

經股份三公司煤炭裝卸作業現場實測，倒運車輛的裝車時間由約6min 縮減為1min 以內；傳統的裝車漏斗可裝車約420t/h，改造后裝車可達600t/h，整體卸船效率提升42%。按照煤炭全年卸船作業量1 500萬t 測算，每年可節約各項成本約645萬元。

針對裕廊公司西18泊散糧作業現場實測，以全年吞吐量410萬t，平均11min/車，裝載量30t/車來測算，需要裝136 667車，作業6263h（4臺漏斗），應用自動化裝車系統，預計每年可節約成本673萬元。

對于散糧直接發運，4個漏斗同時作業，可減少4個裝車工+1個理貨員（人工成本215元/h），年預計節約人力成本134.7萬元。

定量精準裝車，杜絕了二次加減料，可減少1臺裝載機+1個司機。裝載機油耗按450L/萬t、柴油按6.8元/L 計算，年預計節約燃油費125.46萬元；司機成本約60元/h，年預計節約人工成本37.6萬元。

4.2 社會效益

社會效益主要包括以下幾個內容：①降低了貨運質量事故，維護了客戶利益。②避免了人機交叉作業，實現了本質安全。③降低了員工勞動強度，減少了用工依賴。④杜絕了加減料二次污染，減少了環境污染。⑤提升了信息化裝備水平和集疏港能力，對港口散貨發運及庫場管理具有很好的推廣應用價值。

5 推廣應用

該項目為港口漏斗卸船工藝系統性的創新改進，目前已推廣應用到日照港股份三公司煤炭、裕廊公司散糧等貨種的門機裝卸作業，為門機自動化裝車提供了樣板，適用于門機裝車作業的全部情境。