綠色智能水泥散裝地磅計量一體化技術(shù)裝備開發(fā)與應(yīng)用

1.水泥散裝的現(xiàn)狀與問題

近年來，在政策和市場雙重推動下，我國水泥散裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。 目前，水泥總產(chǎn)量超過 24 億 t/a，其中水泥散裝量超過 13.8 億 t/a。 雖然總量巨大，但散裝環(huán)節(jié)基本沿用傳統(tǒng)工藝和技術(shù)裝備，管理粗放，自動化和智能化水平較低。

目前大部分工廠在散裝工段沒有在線計量裝備，散裝、計量及發(fā)運過程包括：①散裝罐車空載靜態(tài)稱重；②散裝機(jī)灌裝水泥；③重載靜態(tài)稱重除皮重；④電子記錄出廠。 這種傳統(tǒng)的散裝水泥發(fā)運方式存在以下問題，成為制約水泥廠低碳減排綠色發(fā)展的瓶頸。

1）水泥散裝與計量分離，管理環(huán)節(jié)多、效率低、易受人為因素干擾。

2） 水泥散裝環(huán)節(jié)自動化程度低， 以人工操作為主，勞動強(qiáng)度高，工作環(huán)境差，存在安全事故隱患。

3）計量手段滯后，靠經(jīng)驗估值。 為避免超載，單車重復(fù)裝卸的情況較為普遍，特別是在道路限載檢查嚴(yán)格地區(qū)，這種現(xiàn)象格外突出，造成二次污染。

4） 水泥散裝工段的粗放控制和管理帶來揚塵污染，并且造成資源浪費。

5）水泥散裝工藝裝備發(fā)展緩慢，先進(jìn)技術(shù)集成度低。

2.綠色智能水泥散裝計量一體化系統(tǒng)的開發(fā)

2.1系統(tǒng)構(gòu)架及功能

我公司創(chuàng)新開發(fā)的綠色智能水泥散裝地磅計量一體化技術(shù)裝備，為用戶提供了先進(jìn)可靠的水泥散裝發(fā)運全套解決方案。 其系統(tǒng)構(gòu)架如圖 1 所示。

該系統(tǒng)實現(xiàn)了散裝水泥的儲存、 卸料、 計量、控制、裝車、結(jié)算等環(huán)節(jié)智能化集成式管理。 主要有如下功能：

1）可按“定量裝車“和“計量裝車”兩種方式裝車。

2）實現(xiàn)散裝在線精確計量 ，避免單車重復(fù)裝卸，提高效率。

3）實現(xiàn)車輛定位、卸料、計量、控制、裝車、收塵等相關(guān)環(huán)節(jié)觸摸屏一鍵式操作。

4）實現(xiàn)上下限報警，斷電長期數(shù)據(jù)保存。

5）與 ERP 管理軟件結(jié)合 ，實現(xiàn)整個散裝水泥發(fā)運過程的自動化控制和現(xiàn)代化管理。

6）避免環(huán)境污染與資源浪費，促進(jìn)節(jié)能減排。

2.2散裝定值灌裝系統(tǒng)

2.2.1大流量粉體物料在線計量秤

綠色智能水泥散裝計量一體化系統(tǒng)的核心裝備是基于科里奧利力學(xué)原理的高精度 （ 計量準(zhǔn)確度±0.5%）、大流量（超過 1 000 m3/h）、全密封 、通過式粉體物料在線計量秤，其結(jié)構(gòu)示意見圖 2。 計量秤與卸料閥組、助流裝置等前級給料設(shè)備形成閉環(huán)，達(dá)到對流量的動態(tài)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)滿載裝車或按設(shè)定裝車量進(jìn)行裝車的目的。

2.2.2新型智能散裝機(jī)

如圖 3 所示，新型智能散裝機(jī)由水平行走機(jī)構(gòu)和散裝頭組成。 水平行走機(jī)構(gòu)由氣缸驅(qū)動散裝機(jī)，可在較大范圍內(nèi)四向水平移動，實現(xiàn)精確定位。 散裝頭卸料能力大，散裝速度快。 采用特殊的雙層套管系統(tǒng)，實現(xiàn)料氣分流，避免揚塵污染。 散裝頭內(nèi)筒采用斜錐形金屬套筒，可在一定范圍內(nèi)擺動，方便操作人員準(zhǔn)確定位下料口。 內(nèi)筒與皮老虎（一種除塵工具）之間為收塵空間，除塵器將散裝揚塵收走，避免下料過程中的揚塵污染。 散裝機(jī)料位計為旋轉(zhuǎn)料位計，當(dāng)料滿后，料位計的旋轉(zhuǎn)運動被物料阻礙，從而輸出一個開關(guān)量信號，提醒操作人員物料已滿停止裝料，料位計可避免散裝結(jié)束時冒料溢料的問題。

2.2.3  散裝控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)支持對開關(guān)閥、流量閥、羅茨風(fēng)機(jī)、計量秤、除塵器、移動散裝車、限位報警等設(shè)備進(jìn)行連鎖閉環(huán)控制。 既可中控操作，也可現(xiàn)場控制。 系統(tǒng)操作界面見圖4.

操作工可以在觸摸屏上設(shè)定裝車量，一鍵操作完成整個裝車過程，系統(tǒng)自動記錄裝車數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)具有報表功能，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計并導(dǎo)出報表。 報表界面見圖 5。

2.3智能發(fā)運管理系統(tǒng)

智能發(fā)運管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D 6。 該系統(tǒng)基于ERP 管理信息系統(tǒng)平臺，通過在水泥廠建立大宗物料進(jìn)出廠物流 IC 卡智能管理系統(tǒng)， 解決了傳統(tǒng)水泥散裝管理環(huán)節(jié)多、效率低、易受人為因素干擾等問題。

智能發(fā)運系統(tǒng)工作流程為： 對入廠司機(jī)發(fā)放 IC卡，到指定的散裝頭處刷卡，系統(tǒng)讀取卡內(nèi)信息，根據(jù)設(shè)置的裝車量定值裝車，裝車完成后，至出廠地中衡核實重量，打印票據(jù)，交卡出廠。 配合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫備查。

2.4地磅稱量系統(tǒng)

地磅稱量系統(tǒng)是在現(xiàn)有地磅的基礎(chǔ)上，增加配置高清防塵攝像頭與智能刷卡系統(tǒng), 并與 ERP 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。 該系統(tǒng)也可以對進(jìn)廠的大宗原材料進(jìn)行稱量、拍照并將所有數(shù)據(jù)錄入計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 另外，該系統(tǒng)還可與財務(wù)聯(lián)網(wǎng)，用于輔助結(jié)算。

2.5負(fù)壓清潔系統(tǒng)

負(fù)壓清潔系統(tǒng)主要是由負(fù)壓抽吸設(shè)備和過濾器組成，采用兩種方式清理粉塵：①集中清潔系統(tǒng)：各吸塵點通過管道與主負(fù)壓抽吸設(shè)備連接，各吸塵點配有快速接頭，操作手持式吸塵頭即可清掃積灰。 ②移動清理系統(tǒng)：側(cè)重于清理地坑及較多的跑漏粉料。

2.6視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成見圖 7。

該智能發(fā)運系統(tǒng)配備了高清防塵攝像監(jiān)控存儲設(shè)備，將廠區(qū)各個區(qū)域的音像資料傳輸?shù)街锌?/span>，操作人員在中控即可方便地實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。 視頻系統(tǒng)極大地減少了工作人員的操作量，降低了工人勞動強(qiáng)度。

2.7遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)

中控多條散裝線的散裝計量系統(tǒng)， 其發(fā)卡系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、地磅通訊系統(tǒng)、控制器、觸摸屏、3G 路由器和交換機(jī)采用以太網(wǎng)通訊， 組成局域網(wǎng)實現(xiàn)交互，并且可以和 DCS 進(jìn)行以太網(wǎng)、RS485 和 RS232 通訊。

該局域網(wǎng)的 3G 路由器，通過 3G 網(wǎng)絡(luò)或者 2G 網(wǎng)絡(luò)接入 Internet,與遠(yuǎn)端 VPN 服務(wù)器建立專用隧道，通過 IPSec 協(xié)議，使各系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器形成局域網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)備之間的互相訪問和實施監(jiān)控。 遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)組成示意見圖 8。

3.應(yīng)用案例

1)寧夏青銅峽太陽山水泥有限責(zé)任公司該公司原裝車過程全部采用現(xiàn)場操作，系統(tǒng)改造后，實現(xiàn)現(xiàn)場自動控制，在散裝車灌裝水泥的過程中同步完成計量，定值定量灌裝，是集散裝和計重于一體的智能灌裝系統(tǒng)。

改造從下料工藝出發(fā)，為實現(xiàn)下料穩(wěn)定需要對原下料工藝進(jìn)行改造增加設(shè)備安裝的空間。 設(shè)計中保持散裝庫的庫側(cè)開口和原主流設(shè)備，通過控制氣動開關(guān)閥和電動流量閥經(jīng)空氣斜槽將水泥送至散裝秤，物料經(jīng)計量后再經(jīng)過散裝頭進(jìn)行裝車。 設(shè)計方案中采用的除塵設(shè)備仍為原設(shè)計中的除塵器，改造除增加計量秤外，整體設(shè)計基本上保持了原有的工藝，節(jié)省了大量的設(shè)備投資。

2）福建謀成水泥有限責(zé)任公司

改造從經(jīng)濟(jì)角度和實際應(yīng)用出發(fā)，在散裝庫側(cè)開口安裝助流設(shè)備。 通過氣動開關(guān)閥和電動流量閥及斜槽將水泥輸送至計量秤，計量后水泥經(jīng)斜槽輸送至各散裝頭。 下料散裝頭的選擇可通過各個散裝頭前面進(jìn)料口上的氣動開關(guān)閥來選擇。 除塵設(shè)備仍然使用原有的各個散裝頭專用除塵器，基本上保持了原有的工藝現(xiàn)狀，避免了更多的設(shè)備投資。

3）系統(tǒng)優(yōu)勢

該系統(tǒng)的核心設(shè)備是新型科氏力秤，其優(yōu)點有：

①計量精度高 。  系統(tǒng)的正常工作的灌裝精度≤±1.0%。 ②計量穩(wěn)定性高。 與傳統(tǒng)計量相比，該計量秤不受任何外力的影響，計量結(jié)果安全可靠。 ③測量原理先進(jìn)。 計量秤通過被計量的物料經(jīng)過秤盤產(chǎn)生的科里奧利” 力和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來精確測量物料的實際瞬時流量。④系統(tǒng)具有良好的密封性。⑤投資小，維護(hù)量少。 設(shè)備體積小，不需做設(shè)備基礎(chǔ)，設(shè)備安裝費用低。 ⑥該系統(tǒng)可對整個散裝過程進(jìn)行全程監(jiān)控，具有存儲數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)的功能， 可與工廠內(nèi)部的 ERP管理軟件交互， 從而實現(xiàn)散裝過程整體的自動化控制，不僅提高了散裝效率，還有效地杜絕作弊現(xiàn)象。 ⑦即時服務(wù)。

4）使用效果

①散裝車在入場時讀卡，車號、裝載量等數(shù)據(jù)即時輸入系統(tǒng)。 操作員只要放好散裝頭后，通過一鍵操作，系統(tǒng)即可自動完成放料、計量、停料的整個裝車過程，并且將車號、設(shè)定裝載量、實際裝車量、裝車時間等數(shù)據(jù)記錄在案；②現(xiàn)場安裝攝像頭，用來觀察停車位置和進(jìn)行散裝頭的上下控制；③在散裝控制室里一個人可以控制多臺散裝機(jī)，提高了散裝效率；④散裝車過磅時，系統(tǒng)對該車的過磅重量和計量重量進(jìn)行比對， 若發(fā)現(xiàn)相差過大就對整個散裝過程進(jìn)行核查，從而杜絕作弊的現(xiàn)象。

該系統(tǒng)投運后， 97%的灌裝精度都控制在 1%以內(nèi)， 操作員在控制室通過鼠標(biāo)即可完成整個散裝操作，現(xiàn)場環(huán)境得到較大改善，得到了用戶的認(rèn)可。