袋裝智能裝車機(jī)在我公司的技改實(shí)踐
王向陽(yáng) 郝向東
山西長(zhǎng)鋼瑞昌水泥有限公司
摘要：對(duì)原ZQD120Y-11/11移動(dòng)式液壓升降袋裝水泥裝車機(jī)進(jìn)行改造，采用智能裝車系統(tǒng)，并不斷完善改進(jìn)，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高，檢測(cè)設(shè)備精準(zhǔn)，裝車全過(guò)程實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。解決了人員緊缺、職工職業(yè)健康問(wèn)題，效果良好。技改指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，
關(guān)鍵詞：智能裝車；技術(shù)改造；設(shè)備升級(jí)
山西長(zhǎng)鋼瑞昌水泥有限公司現(xiàn)有2臺(tái)BHYW-8型旋轉(zhuǎn)式包裝機(jī)，兩臺(tái)ZQD120Y-11/11移動(dòng)式液壓升降袋裝水泥裝車機(jī)，兩線均采用人工接袋碼垛的方式，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且裝車過(guò)程中的粉塵嚴(yán)重影響工人的身體健康。為滿足水泥市場(chǎng)的需求，解決工人的職業(yè)健康問(wèn)題，節(jié)約勞動(dòng)成本，公司于2021年初與智能裝備公司聯(lián)合對(duì)2#裝車線進(jìn)行了改造，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次勘查及現(xiàn)有車輛類型討論，設(shè)計(jì)了一套適用我單位的懸掛式袋裝智能裝車機(jī)。由于懸掛式袋裝智能裝車機(jī)系統(tǒng)在前期設(shè)計(jì)時(shí)方案有點(diǎn)欠缺，投產(chǎn)后對(duì)生產(chǎn)造成一定的影響，但經(jīng)過(guò)我公司與智能公司在生產(chǎn)中對(duì)部分設(shè)備的改進(jìn)優(yōu)化，現(xiàn)完全達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
1技改內(nèi)容
智能裝車機(jī)改造從出包機(jī)長(zhǎng)皮帶的轉(zhuǎn)彎溜子開(kāi)始至裝車機(jī)裝袋結(jié)束。包括廠房、收塵管、軌道等基礎(chǔ)設(shè)施改造，與原一卡通及銷售平臺(tái)業(yè)務(wù)對(duì)接、設(shè)備安裝、電纜及橋架安裝、調(diào)試，與配套土建及鋼結(jié)構(gòu)改造滿足智能裝車系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能裝車。
1.1技改要求
1.1.1包裝機(jī)連續(xù)均勻放料臺(tái)時(shí)裝車量不小于 100t/h，滿足75g 現(xiàn)有編織袋，適合車廂寬度在 2.5-3m，高度不大于 3m 所有車型，裝車機(jī)破包率≦1‰， 連包處理率≥ 95%以上，連續(xù) 4 袋不停機(jī)。
1.1.2具有 T 型包、連包的處理功能，保證裝車過(guò)程中不掉包、保證包裝袋不歪斜。
1.1.3轉(zhuǎn)彎溜子實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎溜子處堵袋后報(bào)警、關(guān)停相關(guān)前道工序設(shè)備功能。
1.1.4利用現(xiàn)有收塵系統(tǒng)，采用移動(dòng)式收塵風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，裝車機(jī)頭部具有揚(yáng)塵吸取功能，通過(guò)移動(dòng)收塵風(fēng)箱將落包產(chǎn)生的揚(yáng)塵負(fù)壓吸走，下部具有收集粉料功能，裝車區(qū)域滿足無(wú)組織排放要求，收塵量不低于逸散量的 95%，裝車機(jī)旋轉(zhuǎn)部位設(shè)置防護(hù)設(shè)施，且車間內(nèi)噪音不大于 85db。
1.1.5電氣部分
1、電器元件采用 ABB 或施耐德產(chǎn)品。
2、與我公司一卡通和銷售平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互推。
3、與智能插袋機(jī)數(shù)據(jù)互推。
4、預(yù)留與原 DCS 系統(tǒng)通訊接口。
5、PLC 系統(tǒng)采用西門子品牌；伺服控制、變頻器采用匯川品牌。
6、裝車機(jī)實(shí)現(xiàn)日、月、年的包裝數(shù)量統(tǒng)計(jì)功能。
7、5 分鐘內(nèi)無(wú)車輛入道發(fā)出停機(jī)命令。
8、裝車機(jī)處設(shè)置一 800mm×600mm 液晶顯示屏，顯示內(nèi)容分四行，分別為“裝
車品種”、“車牌號(hào)”、“裝車袋數(shù)”、“已裝車袋數(shù)”，數(shù)量裝夠后語(yǔ)音提示。
1.2原裝車機(jī)結(jié)構(gòu)改造
1.2.1平皮帶輪距改造，原行走平皮帶 P18 軌道，中心距 1300mm，自動(dòng)裝車機(jī)使用軌道P38，中心距 1510mm，軌道改造完后，同樣位于主承重梁上，強(qiáng)度無(wú)影響，為適應(yīng)自動(dòng)裝車機(jī)軌道中心距，替換平皮帶輪組。
1.2.2行走皮帶前端推車框架改造，適應(yīng)自動(dòng)裝車機(jī)，與裝車機(jī)行走推車相連。斜皮帶下端，新增滾筒過(guò)渡裝置，適應(yīng)與自動(dòng)裝車機(jī)機(jī)頭連接。
1.2.3裝車機(jī)地面低于零平面 400mm 有效長(zhǎng)度 16.5 米，在原土壓實(shí)后鋪設(shè) 300mm 厚積配碎石并壓實(shí)，澆筑 300mm 厚 C30 混凝土，澆筑后進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。
2設(shè)備的性能
該系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)裝車全過(guò)程無(wú)人值守。待裝車輛按要求停止待裝點(diǎn)，利用刷卡器獲取車輛信息后，控制系統(tǒng)啟動(dòng)車輛檢測(cè)模塊自動(dòng)獲取車輛外形尺寸、位置、類型等基本信息。系統(tǒng)根據(jù)車輛掃描信息規(guī)劃碼放垛型，并將車輛信息通過(guò)一卡通系統(tǒng)傳遞給自動(dòng)包裝機(jī)，開(kāi)紿進(jìn)行裝車。裝車機(jī)系統(tǒng)并同步進(jìn)行精準(zhǔn)袋料碼放。系統(tǒng)在工作過(guò)程中可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)報(bào)警可自動(dòng)停機(jī)。故障處理后自繼續(xù)裝車。該系統(tǒng)可將設(shè)備運(yùn)行中的數(shù)據(jù)傳回企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，并可執(zhí)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)修改、停車等操作。裝車完成后，自動(dòng)裝車機(jī)自動(dòng)回到待機(jī)點(diǎn)，進(jìn)入下一車的等待模式。
2.1系統(tǒng)構(gòu)造
智能袋裝水泥裝車機(jī)主要由行走小車、機(jī)頭框架、自動(dòng)翻板滾筒、袋料分流換向擺臂、RGV碼垛小車、袋料異常處理機(jī)構(gòu)、安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)、平、斜皮帶輸送機(jī)、除塵系統(tǒng)、上位機(jī)、180°轉(zhuǎn)彎溜槽、下料導(dǎo)包器等組成。
2.2工作流程
智能裝車機(jī)實(shí)行全自動(dòng)裝車運(yùn)行，本機(jī)在使用過(guò)程中操作簡(jiǎn)單，使用方便，用戶只需將待裝車輛按要求停到待裝位，在讀卡器上插入身份證，在上位機(jī)上進(jìn)行信息確認(rèn)后，設(shè)備即可開(kāi)紿進(jìn)行自動(dòng)裝車。
圖1自動(dòng)裝車流程工藝圖
2.3工作原理
1）自動(dòng)裝車系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
待裝車輛進(jìn)入裝車區(qū)域，司機(jī)刷卡后，自動(dòng)裝車系統(tǒng)通過(guò)雷達(dá)掃描儀對(duì)車輛信息進(jìn)行識(shí)別，自動(dòng)匹配裝車方案，司機(jī)在上位機(jī)上二次信息確認(rèn)后，自動(dòng)裝車機(jī)啟動(dòng)前行至待裝車輛上方，設(shè)備內(nèi)的進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)，導(dǎo)包機(jī)構(gòu)及除塵系統(tǒng)同步啟動(dòng)，進(jìn)入裝車待命。裝車時(shí)RGV碼垛小車按照車廂寬度、長(zhǎng)度，從右向左，逐行、逐列、逐層連續(xù)式碼放袋料，RGV碼垛左右小車初始位車廂前端左右兩側(cè)，擺臂位于左側(cè)，右側(cè)小車開(kāi)紿放包。
自動(dòng)包裝機(jī)在接收到車輛信息后，開(kāi)始進(jìn)行包裝掉袋作業(yè)，袋裝水泥經(jīng)接包機(jī)進(jìn)入皮帶輸送機(jī)（皮帶輸送機(jī)上安裝有異形包處理機(jī)構(gòu)，防止轉(zhuǎn)彎溜子處堵包，給RGV碼垛小車碼垛時(shí)間隔距離），經(jīng)導(dǎo)包器進(jìn)入180度轉(zhuǎn)彎溜子，袋料進(jìn)入自動(dòng)裝車機(jī)進(jìn)、出料輸送皮帶機(jī)，進(jìn)入RGV碼垛小車機(jī)頭內(nèi)，（機(jī)頭入料口安裝有兩個(gè)對(duì)立的光電開(kāi)關(guān)，檢測(cè)袋料通過(guò)）擺臂向右撥動(dòng)袋料進(jìn)入右小車翻板，同時(shí)第二袋袋料進(jìn)入機(jī)頭內(nèi)，擺臂向左撥動(dòng)袋料進(jìn)入左小車，同步右小車放料。左右小車根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算的擺放方案重復(fù)以上動(dòng)作完成裝車任務(wù)。
2）智能控制系統(tǒng)
能控制系統(tǒng)可以分為4個(gè)模塊：通訊、視覺(jué)、算法及電氣控制系統(tǒng)。
通訊模塊主要負(fù)責(zé)一卡通系統(tǒng)、上位機(jī)系統(tǒng)、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)之間的信息流數(shù)據(jù)交互。實(shí)現(xiàn)一卡通與上位機(jī)系統(tǒng)之間的訂單信息數(shù)據(jù)交互，將視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果傳送至上位機(jī)系統(tǒng)以及上位機(jī)系統(tǒng)的跺行算法結(jié)果傳送至PLC控制系統(tǒng)。
算法模塊主要集成在上位機(jī)系統(tǒng)中，將獲取的車輛輪廓尺寸和訂單信息結(jié)果進(jìn)行處理，進(jìn)行每一包水泥的坐標(biāo)計(jì)算得出該訂單最優(yōu)的裝車跺型，合理化配置裝車層數(shù)、尾部縮進(jìn)、水泥包疊加系數(shù)、層數(shù)補(bǔ)償?shù)取?/p>
視覺(jué)模塊是視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)控制激光轉(zhuǎn)動(dòng)掃描，實(shí)時(shí)獲取IMU傾角數(shù)據(jù)（或者通過(guò)積分獲取角度）組建形成車輛的3D點(diǎn)云模型，該點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)基于局部特征對(duì)點(diǎn)云去噪、濾波、分割、壓縮、配準(zhǔn)、檢測(cè)，通過(guò)算法獲取車輛輪廓尺寸并錄入數(shù)據(jù)庫(kù)存檔信息。
PLC控制系統(tǒng)通過(guò)Scoket通訊實(shí)時(shí)獲得上位機(jī)計(jì)算的物料坐標(biāo)信息，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，將結(jié)果通過(guò)profinet協(xié)議發(fā)送至控制器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)及外部IO設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，控制設(shè)備的提升、左右、前后定位及氣缸的打開(kāi)關(guān)閉實(shí)現(xiàn)物料的碼垛，在裝車碼垛過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)停機(jī)報(bào)警人為進(jìn)行異常處理后切換至自動(dòng)模式設(shè)備可繼續(xù)自動(dòng)碼垛。該控制系統(tǒng)支持的外部設(shè)備包括:西門子S7-1500（CPU）、支持PN通訊的伺服驅(qū)動(dòng)器、PNP型輸入傳感器，HMI界面友好、人性化，包括管理員信息、裝車進(jìn)度、手動(dòng)操作、異常處理、報(bào)警瀏覽以I/O狀態(tài)監(jiān)視等模塊。
3主要設(shè)備改造前后對(duì)比圖
圖2裝車機(jī)改造前后對(duì)比圖
圖3轉(zhuǎn)彎溜子改造前后對(duì)比圖
4設(shè)備運(yùn)行中的優(yōu)化
經(jīng)過(guò)二個(gè)多月的安裝和設(shè)備調(diào)試，于3月15日開(kāi)始發(fā)貨裝車。在技改投產(chǎn)運(yùn)行一段時(shí)間后由于當(dāng)初設(shè)計(jì)方案的缺失，人員的操作技能不熟練，設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)造成一定的影響，為此對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。
4.1對(duì)皮帶輸送機(jī)架進(jìn)行了改善：原來(lái)進(jìn)料平皮帶與出料斜皮帶兩行走輪間距過(guò)大，斜皮帶機(jī)頭部又安裝了懸掛式袋裝移動(dòng)小車升降機(jī)構(gòu)，在裝車過(guò)程中出現(xiàn)平、斜皮帶機(jī)滾筒聯(lián)接處斷裂故障三次。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)裝車時(shí)觀察及與智能公司的溝通，在兩皮帶聯(lián)接處增設(shè)一組行走平輪（見(jiàn)圖4），增加平、斜皮帶間的支撐力，避免機(jī)架聯(lián)接處開(kāi)裂，造成停機(jī)故障。
圖4皮帶輸送機(jī)改善前后對(duì)比
4.2對(duì)裝車機(jī)移動(dòng)電源線進(jìn)行了改善：由于原來(lái)設(shè)計(jì)失誤，電源線采用吊掛移動(dòng)式，在小車頻繁的移動(dòng)過(guò)程中，發(fā)生掛鉤脫落故障，由于崗位人員沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成小車移動(dòng)時(shí)對(duì)電源線，氣管、信號(hào)線壓斷，造成停機(jī)故障。采用托鏈?zhǔn)教娲鯍焓揭苿?dòng)小車主電源（見(jiàn)圖5）。
圖5電源線改善前后對(duì)比
4.3對(duì)進(jìn)料口動(dòng)力滾筒支架及滾筒固定方式進(jìn)行了改善：滾筒支架在制作過(guò)程中采用氬弧焊焊接時(shí)未對(duì)支架焊口處焊接牢固，在生產(chǎn)過(guò)程中由于袋裝水泥的頻繁施壓，焊口開(kāi)裂，致使?jié)L筒掉下，動(dòng)力滾筒電源線損壞，造成生產(chǎn)停機(jī)。改變滾筒的原來(lái)安裝方式，對(duì)支架邊緣增加肋板加固焊接，固定片安裝滾筒里面，外面增加墊片，兩面緊固，避免支架變形使?jié)L筒掉下（見(jiàn)圖6）。
圖6滾筒支架及滾筒固定方式改善前后對(duì)比
4.4對(duì)提升機(jī)構(gòu)的定滑輪組進(jìn)行改善：原小車提升機(jī)構(gòu)定滑輪是3t，鋼絲繩是Ø16，小車升降時(shí)鋼絲繩從卷筒通過(guò)三個(gè)定滑輪作上下移動(dòng)，由于3t定滑輪輪沿間距為20mm，與鋼絲繩摩擦力過(guò)大，造成鋼絲繩與滑輪磨損過(guò)快，設(shè)備運(yùn)行3個(gè)月后，出現(xiàn)鋼絲繩磨損過(guò)半，定滑輪損壞，更換為5t定滑輪，輪沿間距達(dá)30mm，并整體向右移動(dòng) 16mm，減少了鋼絲繩與滑輪的摩擦（見(jiàn)圖7）。
圖7定滑輪及磨損情況改善前后對(duì)比
4.5 2#智能裝車機(jī)運(yùn)行到6個(gè)月后，出現(xiàn)機(jī)頭內(nèi)小車放料翻板運(yùn)行過(guò)程中不放料，安排維護(hù)人員進(jìn)行了排查，是電磁閥的電源線纜不通造成，更換了損壞的電源線纜，恢復(fù)正常生產(chǎn)。在隨后頻繁出現(xiàn)類似故障，更換在線線纜后恢復(fù)正常，一周后又出現(xiàn)翻板打不開(kāi)故障。通過(guò)對(duì)故障的分析，在線電纜不適合頻繁移動(dòng)，造成故障停機(jī)，將原RVV型號(hào)的信號(hào)線纜更換為TRVV信號(hào)線纜，徹底解決了這一故障（見(jiàn)圖8）。
圖8使用的RVV線纜改善前后對(duì)比
5技改效果
將原有 2#人工裝車機(jī)拆除并安裝完成新智能裝車機(jī)，經(jīng)6個(gè)月的完善改進(jìn)，設(shè)備儀器運(yùn)行平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高，檢測(cè)設(shè)備精準(zhǔn)，徹底改變了人工接袋碼垛的方式，為企業(yè)打造成裝車智能數(shù)字化模式奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)水泥企業(yè)裝備技術(shù)升級(jí)，下一步將對(duì)1#裝車機(jī)進(jìn)行改造，裝車系統(tǒng)采用智能化裝車，有效提高公司經(jīng)濟(jì)效益和信息化管理水平。
6存在的不足
由于我公司的皮帶輸送機(jī)長(zhǎng)為101米，帶速為1.5m/s，車輛對(duì)位后激光掃描時(shí)間為1sin，袋料從包裝機(jī)到發(fā)貨車輛上需約2.6min，耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)；5t以下車輛占1/3，掃描對(duì)位時(shí)間長(zhǎng)，發(fā)貨量低。上述兩個(gè)條件嚴(yán)重影響自動(dòng)裝車機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。下一步我公司將優(yōu)化發(fā)貨車輛，并與智能制造公司協(xié)商，改善裝車程序，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)皮帶上留包的控制方式來(lái)提高自動(dòng)裝車機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。
懸掛式袋裝智能裝車機(jī)是未來(lái)水泥發(fā)運(yùn)的方向，隨著水泥行業(yè)從業(yè)人員的老年化趨勢(shì)，勞動(dòng)力越來(lái)越寶貴，水泥從業(yè)朝著自動(dòng)化智能化少人、甚至無(wú)人方向發(fā)展，智能裝車機(jī)的有效運(yùn)用和不斷地完善提高，提升了公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也給同類型生產(chǎn)企業(yè)提供了很好的借鑒。
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