散装水泥中转站——智能仓储物流系统展望

袁锡康张亚刚袁 东陈 攀卢德林

（1.杭州奥拓机电技术股份有限公司，浙江杭州311107；2.浙江省机械工业联合会，浙江杭州310009；3.浙江省机械工业情报研究所，浙江杭州310009）

改革开放40年来，我国散装水泥中转站从无到有，特别是近10年来散装水泥行业发展势头非常迅猛。2017年，全国共有散装水泥中转库1733个、专用运输船3245艘；2018年，全国散装水泥累计供应量145 043.53万吨，同比增加267.23万吨，同比增长0.18%；2018年，全国水泥平均散装率达到66.92%，同比提高4.24个百分点。散装水泥中转站在水泥流通环节中起着举足轻重的作用。随着水泥集中度的进一步提高和国家“一带一路”战略的稳健推进，散装水泥中转站建设需求呈现逐年提高趋势，大型化趋势更明显，同时，对成套装备的性能要求（尤其是智能化水平）和绿色产业发展的要求也不断提高。

散装水泥中转站按照所在布点位置和相对规模依次分为海港站、河港站、铁路站、公路站等多种型式，海港站相对规模较大。下面谈谈未来的海港型散装水泥中转站——智能仓储物流系统，也供其他型式的中转站参考。

1 未来海港站特点

现有传统海港站采用水尺计重误差较大，运行效率低，安全性差，对操作员依赖度大，存在舞弊行为，污染严重，设备管理难度大、故障率高。未来海港站将彻底改变现状。

1.1 创新点

运用干散物料专用立体智能视觉、5G通讯、物联网、大数据分析云计算等成熟技术，实现散装水泥中转站智能化、无人值守、远程运维。

1.2 基本构成

由无人值守智能环保卸船系统、无人值守智能计量输送进库系统、无人值守库内在线监测与智能均化卸料系统、无人值守智能定量装车（船）系统、出入库数字化管控系统、设备远程操作（运维）及状态监管系统等六大分系统构成。充分体现了环保型、无人化、智能化、信息化等。

1.3 意义

利用各类传感、计量、干散物料专用立体智能视觉系统、视频监控、定位等技术来采集实时信息，通过物联网把码头装卸作业、物流工艺与装备、进出库等业务信息有机整合，提升装卸船、输送、计量、储存、发运系统等环节的智能化水平，提高运行效率和管理水平，增加经济效益和社会效益。

1.4 规模

设计年吞吐量为≥300万吨散装水泥，设计进港船型为≥50 000 DWT散货船（实现水泥制造厂至中转站的远程低成本运输），设计出港船型为≤5000 DWT散货船（内河船为主，分销到当地中小商户和终端大用户），设计陆路运输车型为无人（或有人）驾驶散装水泥专用运输车（分销到终端用户如搅拌站、砂浆站、PC工厂、新农村建设工地等），设计仓储容量为≥15万吨散装水泥。

2 工艺流程及系统之间关系

3 系统介绍

3.1 无人值守智能环保卸船系统

该系统由大型卸船机辅以智能粉料探测仪、干散物料专用立体智能视觉系统和工业自动化控制系统等组成，实现智能化无人值守。

海港型散装水泥中转站卸船主机宜采用高效螺旋卸船机，卸船能力可达3000 t/h以上，具有原理先进、节能环保、高效稳定、经济实用、适应性强、自动化程度高、易于维护的特点，实现船舱全覆盖无死角取料，尤其是该类卸船设备采用全封闭管式螺旋输送机作为取料和输送的核心部件，效率高，无粉尘、油污、废气、废水污染，实现清洁生产。

智能粉料探测仪能适应各种形状复杂的船舱、储罐、料仓、堆场等，且测量值不受粉尘、进料噪音、温度变化、气相介质的影响，测量稳定可靠，测量距离大。该仪器安装于卸船机上，对船舱内物料进行非接触式的连续测量，即使船舱内存在障碍，物依然能够准确测量；测量数据无缝集成到控制和管理系统。

卸船机通过干散物料专用立体智能视觉系统对扫描到的船舱和料堆的轮廓信息进行三维成像、建模，通过5G通讯与中控室进行数据通讯，经系统分析计算形成优化的卸船作业方案。系统会根据当前料堆形状特征，自动规划合适的卸船策略，进行相应机构的运动，完成连续均匀的卸船作业，实现长时间全天候无人值守智能环保卸船作业。卸船过程中，如出现异常情况，操作员可在中控室的监视系统界面上随时干预，系统则自动退出无人值守模式，进入人机交互状态。

卸船机配置无人清舱机，进入清舱阶段后清舱机自动与卸船机配合，实现安全、无尘、均匀的连续清舱。

3.2 无人值守智能计量输送进库系统

该系统为卸船机后续输送进库（亦或直接装车）系统，一般由管式螺旋输送机、接料小车、环保型全封闭带式输送机、高效斗式提升机或高效垂直螺旋提升机、空气输送斜槽、计量设备、除尘器等设备和工业自动化控制系统组成。

采用管式螺旋输送机或空气输送斜槽与卸船机对接，物料闭式输送，出料均匀连续，无跑冒滴漏现象。

采用接料小车起承上启下作用，将物料从管式螺旋输送机或空气输送斜槽转运至环保型全封闭带式输送机；接料小车自带除尘器，并在带式输送机上方与卸船机同步移动，以实现卸船机边移边卸连续卸船，有效地减少了卸船机的空载运行时间并实现无尘转运。

带式输送机为环保全封闭型式，具备输送带自动调心纠偏、自动张紧功能和打滑、跑偏、超速、超温、纵向撕裂、急停等综合保护，带速快、运力大，对物料适应性强，无粉尘外逸现象，智能化程度高。

采用高效斗式提升机或高效垂直螺旋提升机将物料提升到需要的高度，便于后续工艺的灵活布置。高效斗式提升机设置欠速、堵料、回料、过载、防逆保护；高效垂直螺旋提升机设置防异物进入及急停保护，具防堵反转吐料功能；以上提升机在必要时选用智能驱动装置。

所用空气输送斜槽系高箱型，配置智能阀门、清渣器、差压和堵料检测仪，出力大、排气流畅、智能化运行。当布置于码头接料时，设置多个进料点；当布置于库顶卸料时，设置多个出料点（一库一点或多点）；可根据被卸的水泥品种分别向单点或同时向多点分流进库；系统根据差压和堵料检测仪反馈数据，在堵料发生前即自动采取切换料流方向、分流、排渣、启用备用除尘器等措施。

根据工艺布置及输送设备类型选用合适的输送进库计量设备，有电子皮带秤、核子秤、固体流量秤、转子秤、失重秤等供选择，计量精度达±0.5%，控制精度达±1.0%，部分可达到贸易结算精度。利用工业自动化和通讯技术对计量数据进行管理，可通过管理控制系统实现管理控制一体化及近、远程运维，便于对生产实时监控。

采用单机脉冲袋式除尘器或气箱袋式除尘器，对各扬尘点进行分布式除尘或集中除尘。粉尘排放浓度远低于国家标准要求，回灰及时返回到同规格的水泥品种输送设备或库内。

控制系统根据船运水泥品种规格作出选择，一键启动进库系统。系统自动选择库位有序布料，布料至设定库位高度后，布料系统在不停机状态下自动切换同品种库位布料直至库位满，再自动切换至下一同品种库位布料。智能进库系统具有记忆功能，在断电或停机重启后自动接续前期工作。

3.3 无人值守库内在线监测与智能均化卸料系统

该系统由数座大型储库（或储库群）和库顶、库内、库底设备及工业自动化控制系统等组成。海港站的储库其单库储量一般在1.5万吨（c22.5 m）以上，库的数量和总储量需综合考虑水泥品种规格、港口费用、进港船型、装卸船能力、年中转量、销售能力、储存时间、中转站总投资和回收期等诸多因素。随着建筑技术、钢结构施工技术的发展，储存库已发展为以库底板为界的组合式结构，即库底板（含）以下部分采用混凝土结构，上部采用钢板焊接结构，具有承载物料能力大、外形美观、建设周期短、造价低、后期残值高的优点，将二者优点发挥到极致。

库顶为穹顶结构，自身不积水，库顶除尘器、输送机等设备均为防水型露天布置。库顶设置欠压超压自动补气泄压装置、智能粉料探测仪。

库内底板上布置粉料流态化设备，根据库规格分成若干个区域。

库底布置气源及阀门管路系统、压力传感等检测仪、均化卸料设备。

控制系统将各类设备、仪表及传感器有机地结合起来，组成一个安全、严密的智能化系统。系统接到出料指令后自动选择库位，库内各区域的水泥在循环气流作用下依次呈现局部流态化后轮流出库；由于分区域依次出料+垂直切取物料机理，使出站水泥富裕标号的均齐性更佳。

3.4 无人值守智能定量装车（船）系统

根据发运需求，无人（或有人）驾驶散装水泥专用运输车进站并在装车库位就位后，系统自动识别发货单，按照应发水泥品种规格和发货量自动选择发放库位，并按照“先进先出”的原则有序出库，以防止物料积压时间过长而积料板结。散装机在自动对接运输车进料口后即自动快速装车，车位安装有高精度智能地磅，当装车量接近设定发放量时，系统自动切换到慢速装车状态，直至到达设定发放量后自动关闭卸料，装车完毕。整个装车过程中，车辆不需要移动。

本文系统的阐述了青海柴达木盆地周缘残山地球化学景观区地形、地貌、水系发育程度；水系沉积物、土壤、钙积层和风成物的分布特点；风成物和钙积层的分布对水系沉积物样品的干扰程度等。通过采样对比分析，认为排除干扰最有效的办法是剔除表层干扰物，直接采集基岩风化的岩屑物质代替水系沉积物。在野外采样过程中应用水系沉积物采样有效控制汇水域的思想，用放射的树枝状结构多点组合、主副点结合的化探采样方法，尽可能的提高每个样品的有效性和代表性，野外采用化探采样航迹监控系统对主副点进行监控，确保采样到位率，使得所采集的岩屑组合样能有效代替控制汇水域范围内下伏基岩的化学成份，保证获得质量可靠的第一手资料。

出库发放设备和散装机均配置布袋除尘器，确保出库发放和装车过程无扬尘，回灰卸入运输车内。

装船系统同理。

无人值守智能定量装车（船）系统除硬件外，应用了DCS控制系统、销售管理系统、车牌识别管理系统、发放数据管理系统、排队叫号系统等多个管理系统。

3.5 出入库数字化管控系统

管控系统由工业自动控制系统、5G通讯、云存储、销售管理系统和外围设备构成，具有智能船舶管理、装卸船管理、进出库管理、门禁管理、电子数据交换等功能。

（1）管控系统可动态获取进出港船舶的船号、船型尺度、实时位置、航速、运输货物、载重量、预计到港和出港时间等基本信息。

（2）管控系统通过5G通讯分别与无人值守智能环保卸船系统、计量输送进库系统、库内在线监测与智能均化卸料系统、定量装车（船）系统进行通讯，实时掌握进港船的剩余量、出港船的待装量、进库高精度秤瞬时流量、储存库存量、出库地磅计重数据和主要设备的运行状态等参数，通过预置的各种算法实现自动恒流装卸船、恒流进库、自动恒流出库、先进先出定量发货等多项功能，恒流也能确保提高进库计量设备的控制精度，全面实现对作业过程的控制及保护，并可通过软件反馈调整作业计划。

（3）管控系统可实时获取无人值守运行信息及数据自动上传，实行全程无死角监控，杜绝人为舞弊行为。

3.6 设备远程操作（运维）及状态监管系统

监管系统由工业自动化控制系统、物联网技术、云服务器、数据库系统、负载平衡、算法分析模型、传感器技术和外围设备构成，具有远程通讯功能，可以实现设备远程诊断维护、故障预测等功能。

（1）可在线查看设备的各类技术参数，包括设备信息、日常保养、故障与检修记录等数据。

（2）建立数字驱动的运营体系，应用物联网、传感器、视觉识别等技术，使主要零部件智能化，获取实时数据，对数据进行采集、存储、计算、分析并在终端上准确呈现，如设备运行状态、产能动态、保养维护、故障预测等信息。

（3）通过边缘计算、云存储、大数据分析等，将有价值的信息准确地反馈给客户，提醒客户进行设备保养，参照故障预测合理进行故障排除，根据产能分析优化产业等管理活动。

（4）监管系统具有PC端和APP版本，根据角色进行划分权限等级，领导、主管、操作员、维修人员及其他相关人员按照相应的权限实时掌握运行状态。

以上各系统综合应用，并通过智能化运营管理，沉淀自有的数字资产，不断优化数字驱动的运营体系，精细化运营，实现降本增效，推动产业持续创新发展。

4 结语

技术进步日新月异，可以预见,散装水泥中转站行业的智能信息化、数字化运营、无人值守、环保、高效、低耗、远程运维将是必由之路，实现行业的高效、经济、安全和绿色运行，发展前景广阔。