粮库机械化平房仓移动卸料小车自动化改造及优化

移动卸料小车应用于机械化平房仓进仓卸料生产线上，是卸料过程中的一种重要的辅助设备，其设计特点、工作性能以及定位系统的好坏直接影响整个卸料生产线的生产效率。移动卸料小车将胶带输送机上的物料运送至不同的设定位置进行卸料，给物料进仓生产带来了极大的方便。根据机械化平房仓内廊道卸料口的位置设定等工艺布局特点，移动卸料小车从原位置出发，距目标位置有一定的距离，行驶过程中既要保证小车行走平稳，也要精确定位，保证停车时卸料口伸缩溜管精准定位并压紧固定卸料口，以保证物料不泄露，满足实际作业生产要求。1原有移动卸料小车系统及问题1.1原有系统功能介绍粮库有两条进仓胶带输送机，每条进仓胶带输送机各配备一台移动卸料小车进行卸料，对粮仓内粮堆进行加高作业。原有卸料小车的控制方式为工频控制和机旁手动控制，在实际生产过程中，常发生各类混料错仓等质量事故和生产安全事故[1]。原有卸料小车的控制采用现场按钮箱控制，由于小车不能精准定位停车，每次卸料小车移动位置，需要2～3个工作人员现场旁站操作及观察，防止出现跑过卸料口或未到位情况，不仅效率低下，且容易出现安全问题，同时操作人员长期处于高粉尘工作环境中[2]，对操作人员健康影响较大。1.2主要问题①原有卸料小车无法远程操作，需要人员在小车旁现场操作，危险性高。②原有卸料小车无法精准定位需要停靠的位置，且无刹车功能，要在满足条件的卸料口位置反复前后移动才能停到合适位置满足作业要求，效率低。③原有卸料小车未配备除尘系统，现场灰尘很大，存在安全隐患。④原有卸料小车和胶带输送机无联锁功能，且无保护传感器，胶带输送机或者小车出现故障时，不能互相联锁，存在安全隐患。⑤原有卸料小车工作区域无视频监控，中控人员无法直观查看小车行走及位置停靠情况[3]，给卸料作业带来了隐患。2改造方案与系统功能2.1改造方案为节约成本，不对原动力电缆进行更新，但对原卸料小车进行了全面的改造升级，包括行走电机、定位销电机、除尘风机、绞龙、空压机、闸门、编码器、现场操作箱、触摸屏及保护开关传感器、增加小车的变频功能、定位功能、多传感器保护功能以及除尘功能，并通过以太网实现远程控制和工作区域视频监控的功能。卸料小车胶带输送机通廊底部安装料仓高料位底座，将高料位感应杆深入仓内3m，每两个卸料口安装一个。在卸料过程中，没有出现高料位报警信号，说明该位置可以继续卸料，当出现高料位报警信号时，表明该位置已经达到料仓存储高度，需要更换进仓位置。卸料小车在全自动行走模式下，经中控室操作员确认，卸料小车关闭闸门、停止除尘器、抬起定位销至行走位，报警灯闪烁，卸料小车通过比较目标位置和当前位置判断是前进或后退，自动行走到目标卸料口，到达后，执行卸料前准备动作，准备卸料。本次改造可以实现该粮库仓上胶带输送机移动卸料小车全自动化生产作业。改造后现场移动卸料小车作业图如图1所示。图1改造后现场生产监控图2.2电控系统功能移动卸料小车电控系统由行走系统、定位系统、除尘系统、通信系统、视频监控系统及控制系统等组成。2.2.1行走系统行走系统由行走电机及变频器、定位销电机及机头机尾限位开关等组成。行走电机由变频器控制实现小车方向转换及速度变化，同时提高定位精度；定位销电机负责控制定位销的上升下降，起到固定小车的作用。行走电机的控制方面，需根据设定目标位置和当前位置的相对关系自动判断前进或后退，并通过两者位置距离调节速度。当前位置和目标位置距离较远时，小车先采取高速模式运行，接近目标卸料口位置时，调整为低速模式运行，减小惯性以便精准定位停车；当前位置和目标位置距离较近时，小车将直接采用低速模式运行。2.2.2定位系统定位功能主要采用编码器和定位接近开关结合的方式，系统自动确认小车下料口与料仓的入料口位置是否准确定位[4]。编码器安装在小车横梁位置，编码器滚轮和小车从动轮接触，通过小车行走带动编码器计数。编码器在每个卸料口停车位有对应数值，统计出每个卸料口的位置值，取一定余量，作为卸料口停车卸料的目标值范围。卸料小车车身上安装接近开关，每个卸料口停车位置安装一个感应装置，在卸料小车接近感应装置时，会向控制系统发送信号。当编码器数值在卸料口停车卸料的目标值范围，且接收到感应信号时，系统判定准确识别到目标卸料口立即停车。在小车控制界面，设置编码器清零复位功能，规避了编码器长时间工作产生的累计误差。2.2.3除尘系统卸料小车增加一套除尘系统，包括除尘风机、灰绞龙、空压机等。在卸料小车行走过程中，除尘系统不工作；在卸料小车停止，卸料口对准，闸门打开之后，除尘系统延时30s开始运行。此方式可实现错峰启动，且具有节能优势。卸料小车在卸料过程中，物料的粉尘被除尘系统吸入，粉尘和物料通过绞龙落至卸料口闸门从而进入仓内料堆。2.2.4通信系统移动卸料小车与主控系统通过Profibusdp通讯方式，实现中控室远程操控小车行走停止功能。移动卸料小车控制系统采用西门子CPU1212控制，主控系统通过GEPAC3iCPE305控制。在卸料小车端增加从站模块，在主控系统端增加主控模块。2.2.5视频监控系统视频监控系统作为卸料小车自动控制系统的辅助系统，在卸料小车行走、停止、卸料的同时，中控人员根据现场的实时视频情况对设备进行监视、控制和调整[5]。视频监控系统设置中，在小车行走通廊安装4台监控摄像头，通过光纤方式接入视频监控系统，可以投到中控室监控大屏，供相关人员查看。同时在中控生产操作系统界面，也可以实现调取监控摄像头功能，实时监视小车行走及卸料过程。2.2.6控制系统控制系统分本地控制系统及远程控制系统。卸料小车控制系统由西门子PLC及触摸屏组成，在卸料小车本地可以实现设备手动及小车定位自动控制。远程控制系统由GEPLC及IFIX组态系统组成，远程可以实现设备单机及小车定位自动控制。PLC软件控制程序采用结构化、模块化和标签化编程，设备程序分为单机控制层和联锁控制层。单机程序控制层只负责各自的设备，联锁程序控制层根据工艺要求设定了设备间联锁关系，设备的启动和停止均按照设定的联锁关系执行。组态画面显示卸料小车可监控设备，通过设备颜色变化直观反映设备状态，如运行、故障、单机、联锁和遥控等。同时将卸料小车设备的报警及动作记录保存，以便后期查看。数据记录包含的设备名称、报警种类、报警出现的时间、是否由操作员确认、报警消失的时间等信息均详细列出，同时以不同的颜色表明报警的状态。所有报告都存档并可以通过打印机实时打印。远程控制画面如图2所示。图2远控生产操作界面图3运行效果①改造保留原有供电线路及小车运行导轨，改造为自动化程度更高的移动卸料小车，节约投资，实施难度小。②采用编码器和定位感应装置结合的定位方式，行走电机通过变频器高低速切换的模式，能准确将卸料小车停在目标卸料口，实现精准定位的功能。③通过中控远程控制和卸料小车本地控制结合的方式，提高了小车行走安全性和更换卸料口的工作效率。同时，增加了卸料小车和胶带输送机之间的联锁关系，避免因卸料小车故障而引起胶带输送机堵料情况发生，减少扒料。④增加除尘系统，卸料过程中粉尘随料流进入粮仓，通廊粉尘浓度降低明显。⑤增加视频监控系统，中控人员可以全程监控生产卸料及移动卸料小车的过程，大大降低了生产安全风险。⑥远控上位机可记录中控员的操作记录、设备启停、运行以