散料卸船自动化装车系统研发与应用

刘兆阳，解庆功，申 鹏

（日照港集团有限公司，山东日照 276800）

散货指的是在运输过程中没有包装而进行散运的货物。散货船是比较大型和专业化的船只。散货卸船的关键点是具有高效率的取料和怎样将货物从舱内以垂直的方式进行提升。散货卸船作业初期的生产率是比较高的，而清舱部分的生产率相对较慢。要将清舱部分的生产率加以提高，这样才能使卸船平均作业的生产率整体提高。

1 创新背景

近年来，面对日趋严峻的成本及环保压力，日照港不断探索港口散货卸船装卸作业新工艺，在2013年率先研制推广了“天圆地方”式超大容量漏斗卸船装车新工艺，采用“门机+装车漏斗”的作业方式，大大节省了料场作业环节，具有成本低、效率高、污染小等优点，在船舶装卸作业中得到了普遍应用。然而这种装车漏斗缺乏自动化、智能化的系统控制，传统的装卸模式由理货员核对装车单后，装车工操作装车漏斗无线遥控装置放料，同时通过“旗语”引导车辆移动，完成装车作业。人机缺乏互动，转运车辆与装车漏斗、门机与装车漏斗之间不能实现信息交互。易出现反复移车和相互碰撞等问题，影响作业效率和作业的安全可靠性。主要存在以下问题：①人工核对风险大。人工核对装车单存在较高的不确定性，易发生装错车、发错货的情况，货运安全风险大。②人工操作成本高。一个漏斗需配一名装车工，一个区域需配一名理货员，对人力依赖程度高，人力成本高。③人工装车精度低。对于直接发运的货物，装载量完全由装车工凭“经验”估算，在车辆限重的背景下，车辆加减料频繁直接影响转运效率、增加环境污染。④人机交叉隐患多。理货员、装车工现场作业，不可避免形成人机交叉，易发生人身伤害事故。

针对上述问题，如何充分利用现代信息技术和自动控制技术，在卸船装车环节中降低风险、节约成本、提高安全性成为急需解决的问题。

2 项目内容

本成果在传统漏斗装车工艺的基础上，通过RFID 车辆识别、4G 无线通信、PLC 自动控制、车辆定位监测、物料自动判断、车辆自动导引等技术，对装车漏斗实施了智能控制改造，取消了理货员、装车工配备，实现了智能理货、智能装车，实现了卸船装车“无人化”。

2.1 系统构架

自动化装车系统主要由三个子系统组成：①车辆识别子系统。通过RFID 识别等技术，实现了漏斗装车与集疏运系统的实时联控，提高了货运质量安全，实现了理货无人化。②自动装车子系统。改进装车漏斗结构、设计漏斗仓门开关液压控制单元；以PLC控制器为核心，通过超声波传感器、微波雷达料位等采集单元，实现装车漏斗料位、倒运车辆箱斗料位检测以及门机抓斗位置监测；自动控制漏斗仓门开、关及状态监测，完成物料自动装车。③手动装车子系统。该系统为原漏斗自带功能，通过2.4G 无线遥控技术，实现了漏斗的本地控制。

2.2 设备布置

根据系统功能需求，按照用户体验好、运行稳定性高、防损坏、易维护的原则，合理布置设备设施的位置。设备布置图如图1、2所示。

图1 设备布置示意图（A向）

2.3 控制方式

为减少故障对生产的影响，充分发挥无人装车系统效能，该系统设置四种作业模式，可自由切换。①智能理货：仅车辆识别子系统运行，可实现智能理货功能。②智能装车：仅自动装车子系统运行，可实现智能装车功能。③全自动装车：智能理货+智能装车联控运行，全自动装车。④手动装车：手动无线遥控装车。

2.4 装车工艺

车辆驶入漏斗装车位后，车辆识别子系统自动判断车辆装车授权是否正确；同时，自动装车子系统自动判断车辆位置是否符合装车要求；在满足车辆识别、车辆定位2个判断条件后，司机确认“可以装车”，装车漏斗自动开启进行装车；装车过程中，根据从集疏运系统中获取到的车辆数据（配载净重+车厢尺寸），通过物料传感器实时判断物料装载情况，在防止撒料的同时，以“容积×密度”的测算方式实现定量装车；装车全过程通过信号灯引导车辆移动。

3 项目创新点

本成果基于物联网技术、移动互联网以及自动控制技术，设计研发了自动化装车系统，在卸船漏斗装车环节，实现了理货、装车全自动，实现了“无人化”。该项目属国内首创，在国内处于领先水平。

（1）研制车辆识别子系统，实现智能理货。基于VS 平台，采用LTE/4G 无线网络技术，通过UDP、Modbus、TCP 等多种通信协议，完成了软硬件的系统集成，研制出了车辆识别子系统，通过与商务、计划、库场、车辆、理货的实时联控，实现自动理货以及对装车作业的智能监管（图3）。

图3 车辆识别子系统架构

（2）研制自动装车子系统，实现智能装车。基于PLC 的自动化控制技术，通过集成应用超声波距离传感技术、信号灯引导技术，研制了自动装车子系统，通过漏斗仓门自动开关、料位自动判断、车辆自动导引等功能，实现了智能装车。装载过程中全程自动控制，取消了专人操作，人工成本大幅降低。同时避免了人机交叉作业，作业安全性也大幅提高。

（3）自动理货与装车作业智能联控，实现漏斗“上锁”。依托集疏运系统，采用基于RFID 自动识别技术，以RFID 卡为标识，与自动装车子系统联动，实现了自动理货与装车作业的智能联控，实现了漏斗“上锁”。RFID 卡是钥匙，只有正确匹配的车辆才能进行装车作业。杜绝了装错车、发错货以及偷盗等情况的发生，提高了货运质量和安全。

图2 设备布置示意图（B向）

（4）智能数据比对，实现定量装车。根据倒运车型、物料比重（大小比重模式切换）控制装车量，通过智能算法对数据的实时处理，以车辆“限重数据+容积测算”比对联控的方式，实现了定量装车。车辆接单后，通过舟道网司机专版APP，录入车厢尺寸（长宽高），空车检斤后，根据限重数据自动计算出该车的配载净重；自动装车子系统及时获取到车辆数据以及配载数据，在装车过程中，根据物料传感器实时反馈的物料装载数据，通过智能算法测算出物料体积，以“容积×密度”的测算方式实现了定量装车；在车辆限重的大背景下，大幅提高了装车精准度，减少了车辆频繁加减料，提高了转运效率，减少了环境污染。

（5）研制主动抑尘系统，提高环保效果。针对煤炭、铝矾土、矿石等货种，研制自动喷淋系统，实现主动抑尘功能，解决了装卸过程中粉尘污染的问题。自动喷淋防尘系统由恒压供水系统、出水总管、泊位供水管、漏斗供水管路、多组雾化喷头等组成。超声波传感器检测到门机抓斗进入漏斗上方准备放料时，电磁阀自动开启，在漏斗内形成水雾，抓斗卸料结束并延迟适当时间，电磁阀自动关闭，实现抓斗卸料环节的粉尘抑制；漏斗在打开料仓门下料装车时，开启另外一组电磁阀，可实现装车过程的粉尘抑制。

针对散粮货种，目前正在进一步研究负压除尘的环保方案。

4 使用效益

4.1 经济效益

经股份三公司煤炭装卸作业现场实测，倒运车辆的装车时间由约6min 缩减为1min 以内；传统的装车漏斗可装车约420t/h，改造后装车可达600t/h，整体卸船效率提升42%。按照煤炭全年卸船作业量1 500万t 测算，每年可节约各项成本约645万元。

针对裕廊公司西18泊散粮作业现场实测，以全年吞吐量410万t，平均11min/车，装载量30t/车来测算，需要装136 667车，作业6263h（4台漏斗），应用自动化装车系统，预计每年可节约成本673万元。

对于散粮直接发运，4个漏斗同时作业，可减少4个装车工+1个理货员（人工成本215元/h），年预计节约人力成本134.7万元。

定量精准装车，杜绝了二次加减料，可减少1台装载机+1个司机。装载机油耗按450L/万t、柴油按6.8元/L 计算，年预计节约燃油费125.46万元；司机成本约60元/h，年预计节约人工成本37.6万元。

4.2 社会效益

社会效益主要包括以下几个内容：①降低了货运质量事故，维护了客户利益。②避免了人机交叉作业，实现了本质安全。③降低了员工劳动强度，减少了用工依赖。④杜绝了加减料二次污染，减少了环境污染。⑤提升了信息化装备水平和集疏港能力，对港口散货发运及库场管理具有很好的推广应用价值。

5 推广应用

该项目为港口漏斗卸船工艺系统性的创新改进，目前已推广应用到日照港股份三公司煤炭、裕廊公司散粮等货种的门机装卸作业，为门机自动化装车提供了样板，适用于门机装车作业的全部情境。