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

1.水泥散裝的現(xiàn)狀與問(wèn)題

近年來(lái)，在政策和市場(chǎng)雙重推動(dòng)下，我國(guó)水泥散裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。 目前，水泥總產(chǎn)量超過(guò) 24 億 t/a，其中水泥散裝量超過(guò) 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(dòng)化和智能化水平較低。

目前大部分工廠在散裝工段沒(méi)有在線計(jì)量裝備，散裝、計(jì)量及發(fā)運(yùn)過(guò)程包括：①散裝罐車(chē)空載靜態(tài)稱(chēng)重；②散裝機(jī)灌裝水泥；③重載靜態(tài)稱(chēng)重除皮重；④電子記錄出廠。 這種傳統(tǒng)的散裝水泥發(fā)運(yùn)方式存在以下問(wèn)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(jì)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(dòng)化程度低， 以人工操作為主，勞動(dòng)強(qiáng)度高，工作環(huán)境差，存在安全事故隱患。

3）計(jì)量手段滯后，靠經(jīng)驗(yàn)估值。 為避免超載，單車(chē)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(lái)?yè)P(yáng)塵污染，并且造成資源浪費(fèi)。

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(jì)量一體化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

2.1系統(tǒng)構(gòu)架及功能

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

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了散裝水泥的儲(chǔ)存、 卸料、 計(jì)量、控制、裝車(chē)、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(chē)“和“計(jì)量裝車(chē)”兩種方式裝車(chē)。

2）實(shí)現(xiàn)散裝在線精確計(jì)量 ，避免單車(chē)重復(fù)裝卸，提高效率。

3）實(shí)現(xiàn)車(chē)輛定位、卸料、計(jì)量、控制、裝車(chē)、收塵等相關(guān)環(huán)節(jié)觸摸屏一鍵式操作。

4）實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警，斷電長(zhǎng)期數(shù)據(jù)保存。

5）與 ERP 管理軟件結(jié)合 ，實(shí)現(xiàn)整個(gè)散裝水泥發(fā)運(yùn)過(guò)程的自動(dòng)化控制和現(xiàn)代化管理。

6）避免環(huán)境污染與資源浪費(fèi)，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(jì)量秤

綠色智能水泥散裝計(jì)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(jì)量準(zhǔn)確度±0.5%）、大流量（超過(guò) 1 000 m3/h）、全密封 、通過(guò)式粉體物料在線計(jì)量秤，其結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖 2。 計(jì)量秤與卸料閥組、助流裝置等前級(jí)給料設(shè)備形成閉環(huán)，達(dá)到對(duì)流量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)載裝車(chē)或按設(shè)定裝車(chē)量進(jìn)行裝車(chē)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(dòng)散裝機(jī)，可在較大范圍內(nèi)四向水平移動(dòng)，實(shí)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(shí)現(xiàn)料氣分流，避免揚(yáng)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(dòng)，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(yáng)塵收走，避免下料過(guò)程中的揚(yáng)塵污染。 散裝機(jī)料位計(jì)為旋轉(zhuǎn)料位計(jì)，當(dāng)料滿(mǎn)后，料位計(jì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被物料阻礙，從而輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，提醒操作人員物料已滿(mǎn)停止裝料，料位計(jì)可避免散裝結(jié)束時(shí)冒料溢料的問(wèn)題。

2.2.3  散裝控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)支持對(duì)開(kāi)關(guān)閥、流量閥、羅茨風(fēng)機(jī)、計(jì)量秤、除塵器、移動(dòng)散裝車(chē)、限位報(bào)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(chǎng)控制。 系統(tǒng)操作界面見(jiàn)圖4.

操作工可以在觸摸屏上設(shè)定裝車(chē)量，一鍵操作完成整個(gè)裝車(chē)過(guò)程，系統(tǒng)自動(dòng)記錄裝車(chē)數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)具有報(bào)表功能，方便用戶(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并導(dǎo)出報(bào)表。 報(bào)表界面見(jiàn)圖 5。

2.3智能發(fā)運(yùn)管理系統(tǒng)

智能發(fā)運(yùn)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?jiàn)圖 6。 該系統(tǒng)基于ERP 管理信息系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)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(wèn)題。

智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)工作流程為： 對(duì)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(chē)量定值裝車(chē)，裝車(chē)完成后，至出廠地中衡核實(shí)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(kù)備查。

2.4地磅稱(chēng)量系統(tǒng)

地磅稱(chēng)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(duì)進(jìn)廠的大宗原材料進(jìn)行稱(chēng)量、拍照并將所有數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 另外，該系統(tǒng)還可與財(cái)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(guò)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(diǎn)通過(guò)管道與主負(fù)壓抽吸設(shè)備連接，各吸塵點(diǎn)配有快速接頭，操作手持式吸塵頭即可清掃積灰。 ②移動(dòng)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(jiàn)圖 7。

該智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)配備了高清防塵攝像監(jiān)控存儲(chǔ)設(shè)備，將廠區(qū)各個(gè)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(shí)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(dòng)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(jì)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(shí)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(guò) 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(zhuān)用隧道，通過(guò) 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(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互相訪問(wèn)和實(shí)施監(jiān)控。 遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)組成示意見(jiàn)圖 8。

3.應(yīng)用案例

1)寧夏青銅峽太陽(yáng)山水泥有限責(zé)任公司該公司原裝車(chē)過(guò)程全部采用現(xiàn)場(chǎng)操作，系統(tǒng)改造后，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制，在散裝車(chē)灌裝水泥的過(guò)程中同步完成計(jì)量，定值定量灌裝，是集散裝和計(jì)重于一體的智能灌裝系統(tǒng)。

改造從下料工藝出發(fā)，為實(shí)現(xiàn)下料穩(wěn)定需要對(duì)原下料工藝進(jìn)行改造增加設(shè)備安裝的空間。 設(shè)計(jì)中保持散裝庫(kù)的庫(kù)側(cè)開(kāi)口和原主流設(shè)備，通過(guò)控制氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥和電動(dòng)流量閥經(jīng)空氣斜槽將水泥送至散裝秤，物料經(jīng)計(jì)量后再經(jīng)過(guò)散裝頭進(jìn)行裝車(chē)。 設(shè)計(jì)方案中采用的除塵設(shè)備仍為原設(shè)計(jì)中的除塵器，改造除增加計(jì)量秤外，整體設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用出發(fā)，在散裝庫(kù)側(cè)開(kāi)口安裝助流設(shè)備。 通過(guò)氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥和電動(dòng)流量閥及斜槽將水泥輸送至計(jì)量秤，計(jì)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(guò)各個(gè)散裝頭前面進(jìn)料口上的氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥來(lái)選擇。 除塵設(shè)備仍然使用原有的各個(gè)散裝頭專(zhuān)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(shì)

該系統(tǒng)的核心設(shè)備是新型科氏力秤，其優(yōu)點(diǎn)有：

①計(jì)量精度高 。  系統(tǒng)的正常工作的灌裝精度≤±1.0%。 ②計(jì)量穩(wěn)定性高。 與傳統(tǒng)計(jì)量相比，該計(jì)量秤不受任何外力的影響，計(jì)量結(jié)果安全可靠。 ③測(cè)量原理先進(jìn)。 計(jì)量秤通過(guò)被計(jì)量的物料經(jīng)過(guò)秤盤(pán)產(chǎn)生的科里奧利” 力和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)精確測(cè)量物料的實(shí)際瞬時(shí)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(fèi)用低。 ⑥該系統(tǒng)可對(duì)整個(gè)散裝過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)控，具有存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)散裝過(guò)程整體的自動(dòng)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(shí)服務(wù)。

4）使用效果

①散裝車(chē)在入場(chǎng)時(shí)讀卡，車(chē)號(hào)、裝載量等數(shù)據(jù)即時(shí)輸入系統(tǒng)。 操作員只要放好散裝頭后，通過(guò)一鍵操作，系統(tǒng)即可自動(dòng)完成放料、計(jì)量、停料的整個(gè)裝車(chē)過(guò)程，并且將車(chē)號(hào)、設(shè)定裝載量、實(shí)際裝車(chē)量、裝車(chē)時(shí)間等數(shù)據(jù)記錄在案；②現(xiàn)場(chǎng)安裝攝像頭，用來(lái)觀察停車(chē)位置和進(jìn)行散裝頭的上下控制；③在散裝控制室里一個(gè)人可以控制多臺(tái)散裝機(jī)，提高了散裝效率；④散裝車(chē)過(guò)磅時(shí)，系統(tǒng)對(duì)該車(chē)的過(guò)磅重量和計(jì)量重量進(jìn)行比對(duì)， 若發(fā)現(xiàn)相差過(guò)大就對(duì)整個(gè)散裝過(guò)程進(jìn)行核查，從而杜絕作弊的現(xiàn)象。

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