自动定量装车料斗系统 | 港口科技

文摘 2024-10-29 15:13 上海

摘要

为解决内河散货码头料斗对散装车无法定量装车问题和传统地磅人工称重值守工作烦琐易于出错等问题，对散货料斗装车物料连续累计计量进行研究，采用滑槽称技术对散货料斗口增加封闭式滑槽秤装置，解决料斗装车计量和装车粉尘大等问题；对散货料斗装车系统作业流程进行分析，采用RFID射频识别技术，实现料斗装车流程自动化、电子化作业。通过以上技术在装车料斗系统运用，快速实现散装车“直取过驳”，有效提高港口码头生产效率。

引言

随着《推进多式联运发展优化调整运输结构工作方案（2021—2025 年）》《推进铁水联运高质量发展行动方案（2023—2025 年）》等多项国家政策文件的发布和“船边直提”“抵港直装”“直取过驳”等铁公水多式联运模式的试点推进，对港口企业的作业程序、装卸作业效率提出更高的要求。在铁公水转运装卸的过程中，散装物料需要尽快完成基于物料装卸量精确计量的贸易结算、作业量计算、工时费用计算、自动定量装车等作业程序。

近年来，面对绿色环保、安全管理、数字高效的监管趋势和实际生产需要，集环保除尘系统、动态电子料斗称重和单斗自动定量装车系统三合一的计量环保料斗应运而生。散货料斗成为内河港口码头散料装卸作业的主力生产设备。散装车装载量不得超过车辆的额定载荷，但为了提高转运效率，每辆散装车辆的装载量要尽可能接近车辆额定载荷。若散货料斗无法实现定量装车，散装车将面临多装物料后需要卸载、少装后需要补装的问题。此外，散装车也是内河码头实现“直取过驳”的重要工具。传统内河码头的车辆管理主要通过信息管理系统结合人工录入非实时性数据来实现，其管理和调度方法存在效率低、人力成本高、出错率高、实时性差等问题，散装车在称重环节还存在装车舞弊等问题。这显然无法满足港口安全管理、数字高效的监管趋势和实际生产需要。

自动定量装车料斗系统组成

自动定量装车流程见图1。自动定量装车料斗系统主要由RFID标签系统、电子地磅系统、料斗超载保护系统、定量装车系统、自助服务系统等组成。

图1 自动定量装车流程

料斗定量装车流程

2.1　车辆业务绑定

对首次来码头作业的散装车辆定制1张专属RFID电子标签卡并固定在散装车前挡风玻璃处。该RFID电子标签为车辆装卸业务的“电子凭证”，详细记录车辆的基本信息、报关信息、货物信息等。进入码头时，RFID读写器对车辆RFID电子标签进行业务绑定，形成电子作业指令指引散装车辆按电子指令作业。

2.2　空车称重

当散装车空车根据电子指令到电子地磅区称重时，地磅前端雷达感应到散装车车头位置后，地磅RFID读写器向车辆RFID电子标签识别系统发送运行信号，地磅系统自动读取车辆RFID电子标签携带的数据。当车辆完成空车过磅后，系统自动将空车过磅数据写入散装车RFID电子标签中。最后提示确认空车称重，车辆根据系统电子指令进入下一作业环节。

2.3　料斗定量装车

料斗定量装车装置见图2。自动定量装车系统基于滑槽称原理进行精确装车计量，使料斗装车装载误差控制在0.5%以内。散货装车料斗下方配置1块LED显示屏，LED屏幕显示定量装车系统收集的散装车动态装车过程信息，主要包括即时流量、设定装车质量、已经装车质量、剩余装车质量等信息。

图2 料斗定量装车装置

当车辆行驶至散货料斗卸料口处，由司机通过手操器输入待装车辆的额定装车值，确认车辆就位后，按手操器启动按钮，开始装车。装车时，由司机观察显示屏装车量和车厢的装车情况，开往下一个装车点（前进或后退），直到达到设定的装车量后车辆装满，系统给出停止信号，控制阀门关闭自动停止装料，完成1次装车。在装车过程中发生突发情况需要紧急停止装车时，可通过操作手操器停止按钮或柜门面板上的急停按钮停止装车，此时电动阀门根据急停指令关闭。当散货料斗对散装车辆完成设定的装载量后，RFID读写器将已经装车信息写入车辆RFID电子标签中。

2.4　重车称重

已完成定量装车的车辆根据系统电子指令来到地磅处进行重车称重。电子地磅RFID读写器将重车称重数据写入车辆RFID电子标签。港口自动生产服务系统获取车辆作业完整信息并上传。

自动生产服务系统调取车辆的电子地磅重车和空车称重数据，计算得出散装货物净重M1，将M1与定量装车系统中累计装车量M2对比，须满足|M1-M2|≤允许范围。同时，自动生产服务系统调取车辆RFID电子标签数据车辆额定装载质量M3，同时将M1与车辆额定装载量M3对比，须满足M1≤M3。只有同时满足上述2个条件，车辆才能被放行出港，有效避免车辆装载过程作弊和超载出港。

系统技术方案

3.1　RFID数据采集系统

3.1.1　技术原理

射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。

3.1.2　技术方案

RFID数据采集系统主要由RFID电子标签、RFID读写器、RFID天线、网络交换机、防作弊红外感应和视频监控系统等组成。车辆进出港称重RFID运用示意图见图3。通过RFID电子标签将每一辆进出港口的车辆进行业务绑定，RFID电子标签详细记录车辆的基本信息、报关信息、货物信息等，通过RFID读写器、RFID天线等的综合布设实时自动采集散装车进出港口的数据，实现称重信息和车辆电子指令数据读取和写入。防作弊红外感应和视频监控主要实现防止散装车辆称重环节作弊和过程监控。

图3 车辆进出港称重RFID运用示意图

3.2　定量装车系统

3.2.1　技术原理

物料通过引导滑槽进入重力滑槽，从重力滑槽流出后冲到冲力滑槽，最后自然落下去。通过数学运算可得到物料的流量，进而得到物料的累计质量。由于滑槽秤没有秤架、电机、减速器、皮带等机构和部件，主要由引导滑槽、称重滑槽、称重传感器和安装支架等组成，剔除容易影响计量稳定性和计量准确性的因素，所以滑槽秤有稳定性好、计量精度高等特点，更适合用于散装物料的连续累计计量。

3.2.2　技术方案

料斗定量装车系统主要由散货料斗、料斗闸门、封闭式滑槽称、LED电子显示屏等组成。料斗装车计量示意图见图4。散货料斗是港口车船协同作业的纽带，主要实现协同门机作业储存物料、协同散装车卸料装车功能。料斗闸门主要实现料斗物料闸门的开闭和斗口物料流量的调节。封闭式滑槽称实现对料斗卸料装车过程中散装物料的连续称重和准确计量。LED电子显示屏用于指挥车辆前后移动和掌握动态装车信息。

图4 料斗装车计量示意图

常见料斗计量方式优缺点见表1。由表1可知，滑槽称连续计量称重精度和稳定性都有一定优势，料斗下斗口装车卸料作业与料斗上斗口门机协同作业可以做到互不干扰。

表1 常见料斗计量方式优缺点

3.3　料斗超载保护系统

3.3.1　技术原理

质量传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。通过承载器将重力传递至称重传感器，使称重传感器弹性体产生变形，黏附在弹性体上的应变计桥路失去平衡，输出与质量数值成正比例的电信号，经线性放大器将信号放大。再经A/D转换为数字信号，由仪表的微处理机（CPU）对质量信号进行处理后直接显示质量数据。

3.3.2　技术方案

在料斗体与门架之间设置4组质量传感器，仪表的微处理机（CPU）对质量信号进行处理后直接显示质量数据，对散货料斗装储量进行监测并将料斗装储量数据与门机抓斗和料斗闸门做动作联锁。

料斗的设计容积、额定载荷和机械强度都具有确定的安全上限，可以避免超载，同时也可以避免因物料过多堵塞料斗除尘系统的风道。当散货料斗储料达到额定量的80%时，料斗司机室内发出报警信号。当散货料斗储料达到额定量的100%时，位于料斗上方与之联锁的抓斗无法打开，料斗超载保护信号和多种声光报警信号可以提醒门机司机和料斗司机不再对料斗继续装料，实现料斗的超载保护功能。当散货料斗储料小于额定量的20%时，料斗下方的闸门关闭，停止计量装车工作，避免抓斗作业物料直接卸料冲底。

3.4　电子地磅系统

电子地磅原理与上述质量传感器原理相同，地磅的计量精度高，可用于贸易结算。电子地磅系统可实现称重计量信息自动化，通过电子地磅器输出的称重数据与RFID电子标签绑定，自动计算散装车空车称重前后的质量差，快速计算散装车辆装载净重信息。系统将散装车装载净重信息与料斗定量装车累计质量进行比较，可以有效杜绝装车过程的舞弊行为。电子地磅系统一方面有效解决人员劳动强度大、容易操作失误等问题，另一方面配合料斗装车有效解决车辆“多装少装”等问题。

系统应用效果

自动定量装车料斗系统采用RFID数据采集系统和自动定量装车技术，对内河散货港口码头智慧化、无人化和能效提升有重大指导作用。一是系统为内河港口料斗散装作业首次实现无人化作业管理，为内河港口装卸智慧化提供一种技术方案。二是料斗自动精确定量装车有效解决散装车多装上路超载以及少装不经济性等行业痛点。三是料斗精确定量装车系统和地磅防作弊系统配合，解决传统散装车过磅作弊和粮食装运损失等问题。

文章刊发于《港口科技》2024年第6期；

原文标题：自动定量装车料斗系统

作者：张维友；湖南中铁五新重工有限公司

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