散貨料斗自動裝車系統(tǒng)開發(fā)與應用

◎ 曾欽堅，王文龍，全曉軍，馬賢富

（深圳赤灣港口發(fā)展有限公司，廣東 深圳 518062）

散貨料斗是門機散貨卸船作業(yè)的主要轉運設備，目前國內外的散貨裝車基本是通過料斗操作人員與司機的配合來完成，存在裝車效率不高、耗費人力較大的問題，且現場環(huán)境惡劣，長期作業(yè)可能有較大的職業(yè)健康風險，國內也出現過料斗作業(yè)過程坍塌導致人員傷亡的事故。當前，港口散貨裝卸設備自動化正在飛速發(fā)展，門機散貨自動化系統(tǒng)已經在各港口碼頭開始應用，散貨料斗裝車作為門機散貨卸船轉運流程的重要環(huán)節(jié)，實現其自動化有著重大意義和價值。為減少料斗卸船作業(yè)粉塵和實現自動化裝車，2022 年，深圳赤灣港口（以下簡稱赤灣港）開展基于無人放料模式的自動裝車系統(tǒng)技術開發(fā)項目，采用料斗上部動力除塵、漏斗卸料口無動力等抑塵方案，有效降低了門機到料斗及料斗裝車作業(yè)環(huán)節(jié)的粉塵污染。料斗通過精準的檢測與智能識別，結合自動裝車策略和算法，實現全自動裝車，并與門機散貨自動化作業(yè)聯動，實現門機散貨卸船轉運流程無人化，能夠有效減少碼頭現場作業(yè)人員，提高作業(yè)效率，提升作業(yè)安全性，為港口全面智能化控制與智慧港口建設奠定基礎[1]。

1 散貨料斗自動裝車系統(tǒng)工作原理

散糧料斗抑塵工藝部分主要包含上斗口動力除塵、下料口無動力除塵及上斗口無動力閉塵裝置3部分。料斗的除塵器安裝于料斗進口處，包括噴吹系統(tǒng)和內置多個可方便拆卸的濾塵布袋，可快速、高效地捕集粉塵，自帶防雨結構設計，與斗體做成一體式結構。料斗下料口安裝有無動力抑塵斗，作業(yè)時形成密實料柱，減少裝車粉塵的產生；電控系統(tǒng)控制漏斗除塵器運行邏輯、裝車閘門開關等，并為漏斗自動化改造保留控制接口。料斗上部斗口采用閉塵裝置，橫梁及隔板相互交叉固定連接組成網格狀骨架，骨架四周固定連接有鋼格柵，網格狀骨架的每個網格內均設置導流閉塵組件，導流閉塵組件包括護板、導流板及閉塵板，護板之間設置多個傾斜布置的導流板，相鄰的導流板形成散糧滑落通道，通道內設置豎直布置的閉塵板，閉塵板將散糧滑落通道下端出口封閉。抓斗抓取的散糧在重力作用下沿導流板滑落，沖擊閉塵板，使閉塵板偏轉打開，散糧落入收發(fā)料斗內，散糧滑落完畢，閉塵板在重力作用下閉合，散糧下落過程中產生的揚塵被封閉在收發(fā)料斗內，從而有效防止粉塵外溢[2]。

散糧料斗自動裝車工藝部分通過機器視覺攝像機、高精度激光傳感器和超聲波傳感器等多感知融合檢測技術，實現對作業(yè)車輛和作業(yè)過程的精準檢測，結合車廂識別算法、車廂內料位檢測算法、自動裝車策略算法、語音廣播系統(tǒng)和信號指示燈系統(tǒng)，實現全自動裝車，料斗結構見圖1。當車輛駛入料斗自動裝車區(qū)域時，系統(tǒng)自動檢測車廂尺寸信息、車輛位置信息和車廂內物料信息，通過信號指示燈和語音廣播系統(tǒng)告知貨車司機操作指令，貨車司機只需按照指令要求停車或者移車，即可完成整個自動裝車流程。該系統(tǒng)通過以太網通信方式與門機自動化系統(tǒng)進行數據交互，實現連鎖控制。

圖1 料斗結構示意圖

2 散貨料斗自動裝車系統(tǒng)組成

散貨料斗自動裝車系統(tǒng)包括車輛檢測系統(tǒng)和語音播報系統(tǒng)。車輛檢測系統(tǒng)包括4 臺攝像機、6 臺激光傳感器、4 臺超聲波雷達、1 臺工控機和1 套PLC 系統(tǒng)，語音播報系統(tǒng)包括1 臺紅綠信號指示燈、1 臺語音功放和1 臺大功率揚聲器。

現場作業(yè)車輛結構形式如圖2 所示。為了適配現場所有作業(yè)車輛，且便于車輛出入，在料斗內側安裝6 臺激光傳感器，其中有5 臺是鏡反射式，1 臺是漫射式，用于檢測車廂長度和高度；在料斗下方3 個放料口的前面、中間和后面共安裝4 臺超聲波傳感器，在料斗下方四角各安裝1 臺攝像機，通過超聲波傳感器和視覺AI 識別共同檢測車廂內物料；在料斗電控室安裝1 臺語音功放，在料斗下面車輛出口附近安裝1 臺大功率揚聲器和1 臺紅綠信號指示燈，向貨車司機發(fā)送操作指令，從而控制車輛移動或停止[3]。

圖2 車輛結構示意圖

3 散貨料斗自動裝車作業(yè)流程

散貨料斗自動裝車系統(tǒng)控制流程圖見圖3，具體作業(yè)流程如下：

圖3 控制流程圖

①車輛未進入自動裝車區(qū)域，所有的激光傳感器按均未遮擋，作為控制系統(tǒng)正常工作的初始化條件。②車輛進入自動裝車區(qū)域，激光傳感器按設定的順序依次被遮擋。③在滿足條件2 后，靠車廂前段激光傳感器如未遮擋，表示車輛未行駛到位，需繼續(xù)向前行駛。④前段激光傳感器一個未遮擋，另一個被遮擋，且4個超聲波傳感器均未檢測到物料達到高度，表示停車位置合適，提示停車，3 個放料閘門打開，開始放料。⑤3 個放料閘門打開后，若相鄰2 個超聲波傳感器均檢測到信號，且視覺AI 識別判斷該放料點物料高度達到要求，則這2 個超聲波傳感器中間的放料閘門自動關閉。⑥放料閘門全部關閉后，通過激光傳感器檢測到的車廂長度判斷，車廂長度小于設定值的車輛裝車已完成，信號指示燈變綠，語音廣播告知司機可以駛離。但是對于車廂長度大于設定值的車輛，當前僅第1 階段裝車完成，信號指示燈變綠，語音廣播告知司機向前移動車輛，當激光傳感器檢測車輛到位時，信號指示燈變紅，語音廣播告知司機停車，然后3 個放料閘門再次全部開啟放料，按照第5 條的方法完成第2 階段裝車，信號指示燈變綠，語音廣播告知司機可以駛離。

4 散貨料斗自動裝車系統(tǒng)與門機自動化系統(tǒng)聯動

散貨料斗自動裝車系統(tǒng)通過以太網通信，將自動裝車信息發(fā)送到中控室門機自動化系統(tǒng)，門機自動化系統(tǒng)接收到對應料斗裝車信息和料斗內料位信息后，與抓斗到料斗自動卸料流程聯動，當料斗內料位高或者車輛駛入作業(yè)區(qū)域時，禁止開斗放料。系統(tǒng)架構如圖4。

圖4 架構示意圖

通過將料斗控制信號發(fā)送到中控室，還可以實現散貨料斗自動裝車系統(tǒng)遠程控制功能，當自動裝車系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以在中控室操作臺進行遠程操作，通過攝像機觀察裝車情況，通過控制按鈕操作放料閘門開閉，通過語音喊話功能通知司機停車或者駛離[4]。

5 應用效果

散貨料斗自動裝車系統(tǒng)應用近一年以來，運行良好，相比其他傳統(tǒng)料斗，自動放料斗不但有較好的抑塵效果，能有效減少門機卸船作業(yè)粉塵，并實現自動控制料斗無人放料，有效減少了碼頭現場作業(yè)人員。目前，4 臺自動裝車料斗的投入使用可減少裝卸工定編人數4 人，年節(jié)省人工費用36 萬元。港區(qū)內多數車輛可實現不移車一次性裝滿料，提高了作業(yè)效率，裝車效率實測達900 t/h，結合赤灣港已投入使用的門機智能化作業(yè)項目，真正實現了門機散貨卸船轉運流程無人化，提升了作業(yè)安全性，以下是典型的工作場景，見圖5[5]。

圖5 現場工作場景圖