瀝青拌合站冷料運輸存儲的筒倉智能管控系統(tǒng)設(shè)計

楊 梅 李宜澄 嵇廣宇 林進郅 陳胤吉

（河海大學，江蘇 南京210000）

2019 年9 月19 日，黨中央、國務(wù)院批準印發(fā)的《交通強國建設(shè)綱要》將智能化環(huán)保化作為其中九大重點任務(wù)之一，要求國家的發(fā)展要立足交通、著眼全局、面向未來。“智慧+環(huán)?！笔俏磥憝h(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，其市場潛力十分巨大[1]。作為大交通中的組成部分，公路建設(shè)的新要求也需與時俱進。本文針對公路建設(shè)中的首要環(huán)節(jié)——瀝青拌合站冷料運輸和存儲，將傳統(tǒng)的方式進行更新，結(jié)合智能環(huán)保思想，達到“操作室總控，各環(huán)節(jié)執(zhí)行，運輸線連續(xù)”的目標。

1 系統(tǒng)設(shè)計概況

當前，絕大多數(shù)瀝青混凝土拌和站多以煤和燃油為主生產(chǎn)拌合料，使用這些燃料，由于燃燒不充分等原因不僅造成產(chǎn)能低，而且污染嚴重，在燃燒過程中會排放大量溫室和有害氣體和粉塵，還會產(chǎn)生大量噪音和廢料。這些越來越不符合國家有關(guān)普通公路的各項節(jié)能減排要求，對其進行改造升級，意義重大。瀝青拌和站的改造，使其在生產(chǎn)和運營過程中，以實現(xiàn)“零廢棄、低排放、低能耗”為目標，采用高效節(jié)能環(huán)保的設(shè)備設(shè)施，選用清潔能源燃料和廣泛應(yīng)用溫拌和再生技術(shù)，有效降低生產(chǎn)過程中生產(chǎn)的二氧化硫、二氧化碳、粉塵、噪聲、廢水和廢料排放對周邊環(huán)境的影響，同時建立完善的節(jié)能減排檢測體系，考核體系和責任體系，把拌和站建設(shè)成產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、技術(shù)裝備精良、管理手段先進、環(huán)境優(yōu)美、社會現(xiàn)象良好的普通公路窗口單位結(jié)合本系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，以及操作系統(tǒng)順序等[2]。

因此本系統(tǒng)組成包括筒倉的設(shè)計研究、智能筒倉進、儲、出料管控系統(tǒng)、智能皮帶運輸系統(tǒng)、智能環(huán)保除塵系統(tǒng)四個組成，在整個筒倉冷料存儲自動運載系統(tǒng)中相互結(jié)合，彼此聯(lián)系，協(xié)同工作。

圖1 筒倉冷料存儲自動運載系統(tǒng)

2 智能筒倉管控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 筒倉的設(shè)計

國內(nèi)外學者對筒倉存儲進行了大量的研究，如從預(yù)應(yīng)力筒倉設(shè)計方案、預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的估算、實際有效預(yù)應(yīng)力的計算、溫度作用、地震作用、貯料壓力荷載等方面對預(yù)應(yīng)力混凝土圓形筒倉進行了研究[3]；對中美鋼筋混凝土筒倉規(guī)范進行了對比研究，通過理論分析研究了筒倉水平壓力、豎向壓力和摩擦力的不同[4]；對不同筒倉結(jié)構(gòu)類型從筒倉外形，筒倉組成材料以及筒倉承重構(gòu)件等方面進行了分析和比較[5]。本文根據(jù)瀝青拌合站的冷料運輸?shù)纳a(chǎn)流程，筒倉主要由集料小車卸料區(qū)（見圖2a）、布料小車布料區(qū)（見圖2b）、筒倉倉底卸料區(qū)域（見圖2c）三個部分組成。集料小車卸料區(qū)：考慮到環(huán)保和自動化的因素，集料卸料區(qū)域采用直通式、半封閉式卸料，前后設(shè)置防塵門（見圖2d），運輸車輛可通過地下鋼板格柵（見圖2e）落料口實現(xiàn)集料的傳送。設(shè)計兩個卸料口。布料小車布料區(qū)：由于設(shè)置了兩個卸料口，布料小車（見圖2f）也設(shè)置為兩個，布料小車位于筒倉上部（見圖2g），每個倉均設(shè)置定點卸料口（見圖2h），且行走皮帶機上按照環(huán)保要求設(shè)置除塵系統(tǒng)，使得在集料運輸?shù)倪^程中減少粉塵含量。筒倉倉底卸料區(qū)：以40000 噸儲量設(shè)置20 個存儲小倉，在倉底需要配套設(shè)置40 個出料口，且出料口下方設(shè)置三級皮帶機（見圖2i），能夠?qū)崿F(xiàn)無人操作，快速傳運。

2.2 智能筒倉進、儲、出料智能管控系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 系統(tǒng)綜述

智能筒倉進、儲、出料管控系統(tǒng)包括集料進倉管控、集料存儲管控、集料出倉管控三個部分。利用地埋式冷料添加系統(tǒng)、RFID 系統(tǒng)（無線觸射頻設(shè)備）、粉塵濃度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能稱重系統(tǒng)、云端數(shù)據(jù)庫、LED 顯示系統(tǒng)等實現(xiàn)該系統(tǒng)相應(yīng)的功能。

2.2.2 功能設(shè)計

本系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的主控系統(tǒng)，最重要的作用是實現(xiàn)整個系統(tǒng)的智能化操作，使得整個工作環(huán)境能通過無人操作，達到精準高效的解決集料的傳輸、智能稱量、統(tǒng)計、除塵。

操作室內(nèi)PC 端總控，瀝青混合料遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集和計算機數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，得到每盤瀝青混合料中各種骨料、粉料和瀝青的重量[2]。當過磅后的小車在卸料處卸料時，通過位置地理信息的采集實現(xiàn)防塵門開啟和關(guān)閉，同時為達到除塵目的，整個卸料區(qū)域設(shè)置除塵裝備。集料通過柵格落料口進入地埋式受料斗，皮帶將其運輸至提升機，提升機到達布料小車處后，布料小車根據(jù)PC 端傳遞的集料信息，在對應(yīng)的受料口定點卸料，皮帶機自帶除塵系統(tǒng)，因此在整個傳輸?shù)倪^程中均能使得粉塵含量達到較低水平。

圖2 筒倉設(shè)計

在集料存儲的過程中，倉內(nèi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（如料位計、監(jiān)控器、溫濕度傳感器等）將集料的狀態(tài)、含量等信息實時更新傳遞至操作室內(nèi)PC 端，能實時監(jiān)控，同時根據(jù)常用的生產(chǎn)配合比，對集料進行生產(chǎn)的分析和預(yù)測，滿足正常生產(chǎn)需要。

進行生產(chǎn)時，在PC 端輸入相應(yīng)集料用量，通過倉底部出料口進行出料，皮帶機稱重，能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的校核。

表1 筒倉進、儲、出料管控系統(tǒng)

2.3 智能皮帶輸送系統(tǒng)

2.3.1 系統(tǒng)綜述

智能皮帶運輸系統(tǒng)主要通過皮帶運輸對筒倉進出料智能管控。生產(chǎn)當中，根據(jù)配方產(chǎn)量的重量AI 學習計算電機電流，根據(jù)電流情況掌握缺料、電機生產(chǎn)情況、皮帶運轉(zhuǎn)情況，并結(jié)合視頻來輔助了解情況。通過皮帶對進倉物料進行智能傳送管控，對出倉物料通過皮帶進行智能稱重和智能傳送。確進料類型后，布料小車自動牽引皮帶到指定料倉上卸料。

2.3.2 功能設(shè)計

在整個傳輸過程中皮帶機是重要部件，根據(jù)要求，皮帶機自帶除塵系統(tǒng)使得操作過程中能降低粉塵含量，同時實現(xiàn)無裝載機的全自動化卸料。三級皮帶機，含有給料、稱量、傳輸三個功能，對集料進行智能稱重，實時反饋數(shù)據(jù)至PC 端。

表2 智能皮帶輸送系統(tǒng)

2.4 智能環(huán)保除塵系統(tǒng)

2.4.1 系統(tǒng)綜述

料倉智能除塵管理系統(tǒng)對筒倉產(chǎn)生的粉塵進行智能除塵管理，并實現(xiàn)對粉塵的回收利用，對粉塵量進行預(yù)警和展示。骨料上料皮帶配備單獨的除塵系統(tǒng)，皮帶上料時，除塵檢測裝置檢測到皮帶運轉(zhuǎn)，對應(yīng)料倉風門閥自動開啟，料倉除塵裝置對皮帶運輸和卸料產(chǎn)生的揚塵進行負壓采集處理收集。對于整個料倉同時可以實現(xiàn)集料入倉過程中的自動噴霧除塵，實現(xiàn)對粉塵的預(yù)警分析和實時展示。

2.4.2 功能設(shè)計

粉塵是本系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的首要污染物，在瀝青的加熱升溫、使用及儲存的過程中，會在瀝青攪拌設(shè)備瀝青儲存罐口等處散發(fā)大量的瀝青煙氣，氧化碳除了生成一、二氧化硫和氮氧化合物之外還會產(chǎn)生焦油顆粒和瀝青煙霧等[6]。因此本系統(tǒng)功能主要為對粉塵進行收集、處理和預(yù)警三個方面。對于粉塵，最優(yōu)的處理方法是能達到它的再利用，在處理污染的同時能實現(xiàn)資源的節(jié)約。皮帶機本身自帶除塵裝置，同時在卸料區(qū)域和筒倉內(nèi)部通過安裝噴霧器等處理裝置和收集裝置，與皮帶機除塵裝置實現(xiàn)一體化除塵。在整個生產(chǎn)過程中，無裝載機的裝卸對于粉塵含量的降低也是一個重要舉措，加上無人操作，也能在較大程度上保證施工人員的健康和安全，封閉式生產(chǎn)，使得粉塵無法擴散，保護了生態(tài)環(huán)境。

表3 智能環(huán)保除塵系統(tǒng)

3 結(jié)論

本文所提出的智能化控制進出料的筒倉冷料存儲系統(tǒng)能實現(xiàn)瀝青拌合站工藝中冷料存儲和運輸關(guān)鍵環(huán)節(jié)的升級。其筒倉工藝和瀝青拌合站的結(jié)合，有效的解決了冷料儲存過程中存在的問題，為瀝青拌合站智能環(huán)保的發(fā)展提出了新理念，有效改善了工作環(huán)境，并且根據(jù)生產(chǎn)配合比實現(xiàn)了智能化技術(shù)在傳統(tǒng)工藝中的融合。本文通過有效控制污染源頭的方法，在保證施工人員的安全和健康的同時，能夠提升生產(chǎn)效率。