李勝德 常中龍 趙麗媛

北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100007

0 引言

隨著科技的發(fā)展，越來越多的自動化、智能化應(yīng)用場景遍布社會各個角落，機(jī)器人餐廳，自動化車間已不再是停留在概念階段，而是已經(jīng)付諸實(shí)施加以應(yīng)用。工廠的自動化進(jìn)程也在快馬加鞭的進(jìn)行著。作為工廠內(nèi)的物料搬運(yùn)設(shè)備，也需要適應(yīng)形勢的發(fā)展，適應(yīng)工廠的自動化進(jìn)程，加之環(huán)保的日趨嚴(yán)格，聯(lián)合儲庫用自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)需求強(qiáng)烈。

1 聯(lián)合儲庫

聯(lián)合儲庫是環(huán)保嚴(yán)格要求下物料非露天儲存的常用形式，通常聯(lián)合儲庫將兩種以上物料，均存放在一個儲庫內(nèi)，物料用隔墻進(jìn)行隔離區(qū)分，聯(lián)合儲庫便于存儲和調(diào)配物料進(jìn)行生產(chǎn)配比，對濕粘等物料性能有一定的改善作用。聯(lián)合儲庫與堆棚物料存儲方式相比，具有單位面積儲量大的優(yōu)勢，并且易于管理，聯(lián)合儲庫在水泥企業(yè)已應(yīng)用非常廣泛。

2 自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)的組成和功能

物料搬運(yùn)系統(tǒng)是聯(lián)合儲庫內(nèi)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)搬運(yùn)物料或投料到指定位置，通常做點(diǎn)到點(diǎn)的搬運(yùn)動作，并由此形成密集的矩陣式物料分布結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有效管理聯(lián)合儲庫內(nèi)物料存放。自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)不同于普通的物料搬運(yùn)系統(tǒng)，主要在于能夠結(jié)合廠內(nèi)其他設(shè)備，根據(jù)運(yùn)行指令自動運(yùn)行，減少操作人員數(shù)量，降低操作人員成本，提高了物料搬運(yùn)自動化水平。

自動物料搬運(yùn)系統(tǒng)由機(jī)械部分和電氣部分組成，機(jī)械部分又涵蓋了各分支機(jī)構(gòu)，電氣部分負(fù)責(zé)驅(qū)動各機(jī)構(gòu)運(yùn)行，并提供必要的檢測和保護(hù)，其中自動電控是物料搬運(yùn)系統(tǒng)的控制中樞，結(jié)合儲庫工藝進(jìn)行自動控制，自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)組成和功能簡圖見圖1。

圖1 自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)組成和功能簡圖

2.1 機(jī)械部分

物料搬運(yùn)系統(tǒng)機(jī)械部分主要由大車機(jī)構(gòu)、小車機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)和抓具構(gòu)成。大車機(jī)構(gòu)主要由主梁、端梁、大車三合一驅(qū)動部件組成；小車機(jī)構(gòu)主要由小車架、稱量部件、小車三合一驅(qū)動部件組成；起升機(jī)構(gòu)主要由起升電機(jī)、起升減速器、閉合電機(jī)、閉合減速器、鋼絲繩卷筒等組成。機(jī)械部分保障了物料搬運(yùn)系統(tǒng)的主體架構(gòu)，承載著各種載荷的磨礪，保障著物料搬運(yùn)系統(tǒng)的順暢運(yùn)行。

抓具是物料搬運(yùn)系統(tǒng)中重要的機(jī)械部件，一個靈活、穩(wěn)定、可靠的抓具，保障著整個物料搬運(yùn)系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，抓具可根據(jù)不同應(yīng)用場合進(jìn)行物料適配性選用。聯(lián)合儲庫用自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)采用了四繩機(jī)械雙瓣抓斗，抓斗底刃與邊刃材質(zhì)采用了高強(qiáng)度耐磨材料，以增加抓斗的耐用性，同時，滑輪組配有導(dǎo)板和鋼絲繩保護(hù)罩，以防鋼絲繩跳槽，進(jìn)一步保障了抓斗使用中的穩(wěn)定性。

2.2 電氣部分

電氣部分是物料搬運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分，主要分為本地電控、遠(yuǎn)程電控、自動電控、三維物料識別、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷。本地電控主要由本地移動司機(jī)室、電控房、電氣檢測元件、電氣保護(hù)元件等組成；遠(yuǎn)程電控主要由遠(yuǎn)程操作臺、遠(yuǎn)程電控柜、遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備、起重機(jī)視頻監(jiān)控等組成；自動控制主要由自動控制臺、服務(wù)器、WCS、自動傳輸設(shè)備、起重機(jī)視頻監(jiān)控等組成。

1)本地電控

本地電控是物料搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)行的基本保障，其中移動司機(jī)室進(jìn)行了保溫設(shè)計(jì)，采用鋼骨架、雙層鋼化玻璃鋁塑門窗，三面安裝玻璃窗，加裝冷暖空調(diào)，并具有滅火器、應(yīng)急照明、火災(zāi)報(bào)警裝置，移動司機(jī)室安裝在起重機(jī)主梁下方，有較好的視野，司機(jī)能夠觀察到聯(lián)合儲庫內(nèi)物料布置情況，司機(jī)室內(nèi)集成了本地操作臺、人機(jī)交互界面，司機(jī)可就地準(zhǔn)確操作起重機(jī)；電控房設(shè)計(jì)為保溫防塵形式，可適應(yīng)高低溫環(huán)境，自動調(diào)節(jié)溫度防止凝露，電控房安裝在起重機(jī)走臺上，電控房內(nèi)集成了PLC、變頻器等驅(qū)動起重機(jī)運(yùn)行的所有需要的元器件，起重機(jī)上各種電氣保護(hù)元件和電氣檢測元件信號返回電控房接入本地電控。本地電控具有抓具防搖擺功能，有效降低了抓具的擺動幅度，減少了故障率，提高了物料搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2)遠(yuǎn)程電控

遠(yuǎn)程電控可設(shè)置在聯(lián)合儲庫附近的地面控制室，控制室內(nèi)設(shè)有遠(yuǎn)程操作臺和人機(jī)交互界面，功能可選擇與本地操作臺相同，司機(jī)可在地面控制室內(nèi)遠(yuǎn)程操作起重機(jī)；地面控制室內(nèi)設(shè)置有遠(yuǎn)程電控柜，連接DCS系統(tǒng)，同時架設(shè)有工控機(jī)可對起重機(jī)進(jìn)行稱量統(tǒng)計(jì)；遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備連接本地電控和自動電控，傳輸信號和視頻等；地面控制室配置起重機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時采集起重機(jī)運(yùn)行圖像，保證司機(jī)能及時觀察到聯(lián)合儲庫內(nèi)起重機(jī)運(yùn)行情況。遠(yuǎn)程電控的設(shè)置，保障了操作人員的工作環(huán)境，避免了粉塵、噪聲等對人的損害，方便了操作人員的生活，也可一人操作多臺設(shè)備，節(jié)省了人力資源。

3)自動電控

自動電控可設(shè)置在集中控制室內(nèi)，配備有自動控制臺，控制臺通過自動傳輸設(shè)備建立與本地電控和遠(yuǎn)程電控的通訊，控制臺架設(shè)有服務(wù)器，服務(wù)器安裝有WCS自動控制系統(tǒng)軟件，集中控制室操作人員通過軟件進(jìn)行起重機(jī)自動運(yùn)行的控制，自動控制臺配置有起重機(jī)視頻監(jiān)控顯示器，實(shí)時顯示起重機(jī)運(yùn)行狀況，保障集中控制室操作人員能及時觀察到聯(lián)合儲庫內(nèi)起重機(jī)運(yùn)行情況并進(jìn)行控制。

聯(lián)合儲庫用自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)為本地、遠(yuǎn)程、自動多點(diǎn)控制起重機(jī)運(yùn)行，多點(diǎn)之間進(jìn)行了必要的聯(lián)鎖控制，保障起重機(jī)在任一時刻只允許一個控制點(diǎn)工作，并且每一控制點(diǎn)均裝設(shè)有緊急斷電裝置。

4)三維物料識別

物料識別是物料搬運(yùn)系統(tǒng)能自動運(yùn)行的重要因素之一，通過激光物料識別設(shè)備對物料進(jìn)行識別，配合起重機(jī)位置系統(tǒng)形成物料的精準(zhǔn)三維坐標(biāo)，自動電控獲取三維坐標(biāo)信息，提供給WCS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，WCS將數(shù)據(jù)進(jìn)行排列分析，最終獲得物料抓放點(diǎn)位置信息，并發(fā)送給本地電控，控制物料搬運(yùn)系統(tǒng)自動運(yùn)行；同時對三維物料識別數(shù)據(jù)采用計(jì)算機(jī)高級語言進(jìn)行編程，將數(shù)據(jù)以圖形界面形式進(jìn)行顯示，便于自動操作人員直觀了解聯(lián)合儲庫內(nèi)物料分布情況，進(jìn)行控制指令的預(yù)設(shè)置。三維物料識別圖形界面如圖2所示。

圖2 三維物料識別圖形界面

5)視頻監(jiān)控

物料搬運(yùn)系統(tǒng)通常配備有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)由大車視頻裝置、小車視頻裝置、車載移動網(wǎng)絡(luò)、地面無線轉(zhuǎn)接、地面控制站組成。每臺物料搬運(yùn)設(shè)備配有多個監(jiān)控點(diǎn)，可監(jiān)控物料搬運(yùn)設(shè)備運(yùn)行情況，監(jiān)控抓具運(yùn)行情況。視頻通過無線裝置進(jìn)行傳輸，便于安裝和布置，也便于維護(hù)。監(jiān)控畫面可在遠(yuǎn)程電控、自動電控進(jìn)行顯示，也可接入廠內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全局監(jiān)控。

6)遠(yuǎn)程在線故障診斷

遠(yuǎn)程在線故障診斷只需引入互聯(lián)網(wǎng)接口到起重機(jī)控制室的VPN路由器或通過5G網(wǎng)絡(luò)直接連接VPN路由器，售后服務(wù)人員即可在任何地方通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對發(fā)生故障的現(xiàn)場起重機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，快速判斷故障位置和狀態(tài)，配合業(yè)主方便地進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)和故障處理，極大地保障了自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)可靠運(yùn)行。遠(yuǎn)程在線故障診斷如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程在線故障診斷

3 應(yīng)用情況

聯(lián)合儲庫用自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多個項(xiàng)目，自動運(yùn)行情況良好，同時適用于多種物料抓取。物料適用于水泥行業(yè)聯(lián)合儲庫內(nèi)的砂巖、鐵礦、頁巖等高密度物料的抓取，也可抓取粘土、石灰石、原煤、石膏、雙摻石灰石、混合材料等低密度物料，或進(jìn)行多物料不同比重的粗配比上料。自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)根據(jù)抓具的不同可拓展適應(yīng)多種物料，可用于生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的散秸稈或打包秸稈；也可用于環(huán)保垃圾發(fā)電行業(yè)的生活垃圾抓取和投放，燃料焚燒后的灰渣抓取等；其他如糧食、紙卷、鋼卷、煤礦、固體廢棄物、工業(yè)危廢等物料均可采用自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行搬運(yùn)，提高物料搬運(yùn)系統(tǒng)的自動化水平，提高工廠的自動化水平。

4 結(jié)語

隨著聯(lián)合儲庫用自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)不斷應(yīng)用于各個工廠，工廠內(nèi)大幅減少了操作人員的數(shù)量，為企業(yè)節(jié)省了較多人力成本和負(fù)擔(dān)，大幅提高了工廠物料搬運(yùn)設(shè)備的自動化水平，適應(yīng)了工廠智能化、自動化的發(fā)展趨勢。聯(lián)合儲庫用自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)已獲得用戶的高度認(rèn)可，并申請國家專利進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。聯(lián)合儲庫用自動運(yùn)行物料搬運(yùn)系統(tǒng)適應(yīng)了自動化發(fā)展的趨勢和需求，但同樣需要維護(hù)和保養(yǎng)，完備的維護(hù)保養(yǎng)，將會發(fā)揮出自動運(yùn)行的優(yōu)勢，同時，也需要人員的監(jiān)督管理，觀察設(shè)備運(yùn)行情況，保障設(shè)備安全運(yùn)行。