楊麗華，徐錫偉，趙云龍

（日照港集團嵐山港務有限公司，山東 日照 276800）

引言

堆料機是專業(yè)性較強的散料裝卸機械，是集機械、電氣和液壓于一體的大型高效連續(xù)作業(yè)的裝卸設備，適用于大中型碼頭、礦山、冶金等工礦企業(yè)。傳統(tǒng)的堆料機作業(yè)一般采用人工操作的方式實現(xiàn)，由堆料機司機根據(jù)生產(chǎn)指令進行對垛、堆料作業(yè)，用工人數(shù)多、勞動強度大、作業(yè)環(huán)境差、安全風險高、作業(yè)持續(xù)穩(wěn)定性差。自動化散貨碼頭因其安全可靠性高、作業(yè)效率穩(wěn)定、場地利用率高、人工成本低等優(yōu)點成為碼頭優(yōu)先發(fā)展方向。

山東港口日照港嵐山港區(qū)南作業(yè)區(qū)11號泊位后方自動化堆場主要功能是礦石的卸船、取裝、輸送，主要服務于山東鋼鐵和日照鋼鐵兩大鋼鐵企業(yè)。目前，配置的2臺堆料機，額定堆料能力9 000 t/h，最大生產(chǎn)能力10 800 t/h。為滿足客戶不斷攀升的礦石輸送需求，加快建設國際領先的智慧綠色港，嵐山公司利用新技術重點攻堅堆料機遠程全自動化控制技術的研究，用自動化、信息化手段大幅提高堆料機安全管控水平和作業(yè)效率。

1 技術原理及創(chuàng)新點

1）施工簡單、工期短、可靠性高，為“堆料機無人化改造”提供了第二方案。重新設計開發(fā)自動堆料PLC程序，通過地面位置校正系統(tǒng)、現(xiàn)場堆料掃描系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、大機全自動化堆料控制系統(tǒng)，實現(xiàn)堆料機全自動操控、料場動態(tài)管理、自動避障防護、遠程運行調(diào)整等功能，兩臺大機僅用3個月完成改造，是同行業(yè)“堆料機無人化改造”低投入、成功有效的第二方案。

2）低成本實現(xiàn)大機精確定位、堆料模型分析，運行可靠性高。行走位置校正系統(tǒng)通過在地面鋪設RFID位置檢測設備與行走編碼器互補實現(xiàn)位置校正；俯仰位置通過角度儀和編碼器互補實現(xiàn)角度檢測；料位測距同時安裝檢測激光測距和微波雷達，可實時切換任意一種測距模式，在提高測距精度的同時，起到故障快速切除的作用。自動化系統(tǒng)能夠根據(jù)作業(yè)指令建立模型分析，根據(jù)作業(yè)物料屬性，選擇物料后自動形成堆料模型并進行自動對位。系統(tǒng)具備自學習功能，對首次作業(yè)貨種形成記憶進入數(shù)據(jù)庫，無需人工干預實現(xiàn)自動堆料，能夠比人工操作更精確地控制料位距離，料位距離由原先5 m減少為3.8 m，大幅提高了堆場利用率，如圖1所示。

3）對堆場進行網(wǎng)格化管理，替代GPS功能，實現(xiàn)料場動態(tài)管理。對堆場進行網(wǎng)格化劃線管理，替代GPS功能，通過堆料機遠程自動操控系統(tǒng)畫面對料場布局一目了然，從而實現(xiàn)料場動態(tài)管理，更合理地安排作業(yè)，充分利用堆場。在作業(yè)過程中，通過皮帶秤對作業(yè)量實時監(jiān)測，系統(tǒng)自動計算作業(yè)進度與剩余量，提高了堆料作業(yè)的可控性與計劃性。

4）實時監(jiān)控運行狀態(tài)，激光雷達實現(xiàn)自動避障防護。系統(tǒng)充分利用傳感器、限位開關、激光雷達檢測技術等，對設備運行信號和故障進行實時顯示。通過在大臂兩側(cè)安裝激光雷達料堆防撞裝置實現(xiàn)防撞保護，設置預報警區(qū)域和緊停報警區(qū)域的二級報警，能夠預防或及時處理事故。擴大視頻監(jiān)控覆蓋面，利用高清數(shù)字監(jiān)控，具備夜視作業(yè)功能，操作人員通過視頻監(jiān)控畫面進行設備作業(yè)過程中的運動監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)控，降低了大風、大霧及雨雪天氣的影響，保障了人員和設備的作業(yè)安全。

5）實現(xiàn)設備運行遠程調(diào)控，最大限度減少現(xiàn)場人員干預。系統(tǒng)將臂架皮帶電動糾偏控制、振動器控制、遠程照明控制、遠程通話功能等功能均納入自動控制系統(tǒng)，結合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員在集控室就可實現(xiàn)對皮帶跑偏的遠程調(diào)控，最大限度地減少現(xiàn)場人員干預。

6）“堆料機遠程全自動控制技術的研究”小投入實現(xiàn)大變革，160萬元改造兩臺堆料機，比同行業(yè)節(jié)約改造成本約60%。經(jīng)濟性方面，系統(tǒng)沒有運用GPS定位、三維仿真等功能，節(jié)省了大量成本的同時達到了大機無人自動堆料的效果。一臺堆料機無人化改造一般需200萬元左右，日照港嵐山公司160萬元改造兩臺堆料機，實現(xiàn)遠程全自動控制，比同行業(yè)節(jié)約改造成本約60%。改造后，在集控室增加遠程監(jiān)控操作臺和服務器，最終實現(xiàn)遠程全自動化監(jiān)控作業(yè)，一人可操作多臺設備，達到減員增效的目的。同時，員工作業(yè)環(huán)境大大改善，作業(yè)風險大幅降低，如圖2所示。

7）投入產(chǎn)出時間短，效果顯著，補足了港口至山鋼、日鋼的全自動化直通聯(lián)運最后1 km。日照港嵐山公司僅用3個月完成2臺堆料機改造，為同行業(yè)低投入“堆料機無人化改造”提供了經(jīng)驗，投入產(chǎn)出時間短，成功有效。

2 成效

堆料機遠程全自動控制改造后，以“全自動化、智能化”運行和“遠程操控”替代“人工操作”，大大提高了礦石卸船堆料效率和安全管控水平。

2.1 經(jīng)濟效益

2.1.1 降低了用工成本

傳統(tǒng)人工操作堆料機，每臺堆料機每個班次至少需要2名司機操作，按照三班倒機制，每臺堆料機需要配備6名司機。對堆料機全自動化改造后，可以實現(xiàn)一人操作多臺設備。根據(jù)目前2臺堆料機計算，現(xiàn)在只需要配備6名。年度節(jié)省用工成本36萬元。

2.1.2 提高了生產(chǎn)效益

改造前，人工操作堆料機堆料，貨垛位置及大小的可控性差，堆場利用率低。堆料機堆料料位距離約5 m，堆場儲存能力為500 t/m；改造后，安裝了激光、雷達監(jiān)測裝置，料位距離減少為3.8 m，堆場儲存能力增加為560 t/m。每個月大約增加1條開普船（約17萬t）的卸船量，提高貨場周轉(zhuǎn)率，全年增加204萬t礦砂周轉(zhuǎn)量，按照5.5元/t計算，全年增加效益1 100萬元左右，如圖3所示。

堆料機全自動改造后，系統(tǒng)按照設定的參數(shù)自動化堆料運行，堆料效率和料堆平整性大幅提升。貨垛頂層礦砂占貨垛的10%，通常頂層取料較難操作，耗時長、效率低，為2 500 t/h；堆料機改造之后，貨垛較為平整，頂層取料效率高達3 000 t/h。管帶機輸送年度任務量為2 000萬t，頂層礦砂約200萬t，根據(jù)不同作業(yè)效率的千噸耗電量計算，每年節(jié)約電費40萬元，如圖4所示。

同時，節(jié)約作業(yè)時間20 000 000/2 500-20 000 000/3 000=586.7 h。

綜上，堆料機遠程全自動控制技術應用后，年度創(chuàng)造的經(jīng)濟效益預計可達1 176萬元。

2.2 社會效益

堆料機全自動改造后，堆料機司機只需坐在中控室內(nèi)對堆料過程進行監(jiān)督，職工工作環(huán)境大大改善，同時實現(xiàn)了人機分離，人身安全隱患也隨之消除，如圖5所示。

同時，堆料機安裝各類安全檢測裝置，能夠提前預警，現(xiàn)場圖像可遠程監(jiān)控，系統(tǒng)的兼容性、安全性和完整性達到更高層次，特殊情況下人工可以參與，有效預防設備事故的發(fā)生，最大限度的保護設備財產(chǎn)安全。

3 應用推廣

日照港嵐山公司堆料機遠程全自動技術的研究為國內(nèi)堆料機無人化改造提供第二方案，解決了用戶（港口、礦山、電廠）受資金、人員方面的限制；首次實現(xiàn)了堆料機全自動化、智能化操作，目前已成功應用在嵐山公司兩臺堆料機作業(yè)過程中，上述技術的應用，解決了許多行業(yè)內(nèi)存在的突出問題，使堆料機的運行管理水平得到較大提升，推動了設備在遠程化、智能化、信息化、人性化方向的發(fā)展。