散貨料斗自動(dòng)裝車系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

◎ 曾欽堅(jiān)，王文龍，全曉軍，馬賢富

（深圳赤灣港口發(fā)展有限公司，廣東 深圳 518062）

散貨料斗是門機(jī)散貨卸船作業(yè)的主要轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，目前國內(nèi)外的散貨裝車基本是通過料斗操作人員與司機(jī)的配合來完成，存在裝車效率不高、耗費(fèi)人力較大的問題，且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，長期作業(yè)可能有較大的職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)，國內(nèi)也出現(xiàn)過料斗作業(yè)過程坍塌導(dǎo)致人員傷亡的事故。當(dāng)前，港口散貨裝卸設(shè)備自動(dòng)化正在飛速發(fā)展，門機(jī)散貨自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)在各港口碼頭開始應(yīng)用，散貨料斗裝車作為門機(jī)散貨卸船轉(zhuǎn)運(yùn)流程的重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化有著重大意義和價(jià)值。為減少料斗卸船作業(yè)粉塵和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝車，2022 年，深圳赤灣港口（以下簡稱赤灣港）開展基于無人放料模式的自動(dòng)裝車系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，采用料斗上部動(dòng)力除塵、漏斗卸料口無動(dòng)力等抑塵方案，有效降低了門機(jī)到料斗及料斗裝車作業(yè)環(huán)節(jié)的粉塵污染。料斗通過精準(zhǔn)的檢測(cè)與智能識(shí)別，結(jié)合自動(dòng)裝車策略和算法，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)裝車，并與門機(jī)散貨自動(dòng)化作業(yè)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)門機(jī)散貨卸船轉(zhuǎn)運(yùn)流程無人化，能夠有效減少碼頭現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，提高作業(yè)效率，提升作業(yè)安全性，為港口全面智能化控制與智慧港口建設(shè)奠定基礎(chǔ)[1]。

1 散貨料斗自動(dòng)裝車系統(tǒng)工作原理

散糧料斗抑塵工藝部分主要包含上斗口動(dòng)力除塵、下料口無動(dòng)力除塵及上斗口無動(dòng)力閉塵裝置3部分。料斗的除塵器安裝于料斗進(jìn)口處，包括噴吹系統(tǒng)和內(nèi)置多個(gè)可方便拆卸的濾塵布袋，可快速、高效地捕集粉塵，自帶防雨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與斗體做成一體式結(jié)構(gòu)。料斗下料口安裝有無動(dòng)力抑塵斗，作業(yè)時(shí)形成密實(shí)料柱，減少裝車粉塵的產(chǎn)生；電控系統(tǒng)控制漏斗除塵器運(yùn)行邏輯、裝車閘門開關(guān)等，并為漏斗自動(dòng)化改造保留控制接口。料斗上部斗口采用閉塵裝置，橫梁及隔板相互交叉固定連接組成網(wǎng)格狀骨架，骨架四周固定連接有鋼格柵，網(wǎng)格狀骨架的每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)均設(shè)置導(dǎo)流閉塵組件，導(dǎo)流閉塵組件包括護(hù)板、導(dǎo)流板及閉塵板，護(hù)板之間設(shè)置多個(gè)傾斜布置的導(dǎo)流板，相鄰的導(dǎo)流板形成散糧滑落通道，通道內(nèi)設(shè)置豎直布置的閉塵板，閉塵板將散糧滑落通道下端出口封閉。抓斗抓取的散糧在重力作用下沿導(dǎo)流板滑落，沖擊閉塵板，使閉塵板偏轉(zhuǎn)打開，散糧落入收發(fā)料斗內(nèi)，散糧滑落完畢，閉塵板在重力作用下閉合，散糧下落過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵被封閉在收發(fā)料斗內(nèi)，從而有效防止粉塵外溢[2]。

散糧料斗自動(dòng)裝車工藝部分通過機(jī)器視覺攝像機(jī)、高精度激光傳感器和超聲波傳感器等多感知融合檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)車輛和作業(yè)過程的精準(zhǔn)檢測(cè)，結(jié)合車廂識(shí)別算法、車廂內(nèi)料位檢測(cè)算法、自動(dòng)裝車策略算法、語音廣播系統(tǒng)和信號(hào)指示燈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)裝車，料斗結(jié)構(gòu)見圖1。當(dāng)車輛駛?cè)肓隙纷詣?dòng)裝車區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)車廂尺寸信息、車輛位置信息和車廂內(nèi)物料信息，通過信號(hào)指示燈和語音廣播系統(tǒng)告知貨車司機(jī)操作指令，貨車司機(jī)只需按照指令要求停車或者移車，即可完成整個(gè)自動(dòng)裝車流程。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通信方式與門機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)連鎖控制。

圖1 料斗結(jié)構(gòu)示意圖

2 散貨料斗自動(dòng)裝車系統(tǒng)組成

散貨料斗自動(dòng)裝車系統(tǒng)包括車輛檢測(cè)系統(tǒng)和語音播報(bào)系統(tǒng)。車輛檢測(cè)系統(tǒng)包括4 臺(tái)攝像機(jī)、6 臺(tái)激光傳感器、4 臺(tái)超聲波雷達(dá)、1 臺(tái)工控機(jī)和1 套PLC 系統(tǒng)，語音播報(bào)系統(tǒng)包括1 臺(tái)紅綠信號(hào)指示燈、1 臺(tái)語音功放和1 臺(tái)大功率揚(yáng)聲器。

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)車輛結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。為了適配現(xiàn)場(chǎng)所有作業(yè)車輛，且便于車輛出入，在料斗內(nèi)側(cè)安裝6 臺(tái)激光傳感器，其中有5 臺(tái)是鏡反射式，1 臺(tái)是漫射式，用于檢測(cè)車廂長度和高度；在料斗下方3 個(gè)放料口的前面、中間和后面共安裝4 臺(tái)超聲波傳感器，在料斗下方四角各安裝1 臺(tái)攝像機(jī)，通過超聲波傳感器和視覺AI 識(shí)別共同檢測(cè)車廂內(nèi)物料；在料斗電控室安裝1 臺(tái)語音功放，在料斗下面車輛出口附近安裝1 臺(tái)大功率揚(yáng)聲器和1 臺(tái)紅綠信號(hào)指示燈，向貨車司機(jī)發(fā)送操作指令，從而控制車輛移動(dòng)或停止[3]。

圖2 車輛結(jié)構(gòu)示意圖

3 散貨料斗自動(dòng)裝車作業(yè)流程

散貨料斗自動(dòng)裝車系統(tǒng)控制流程圖見圖3，具體作業(yè)流程如下：

圖3 控制流程圖

①車輛未進(jìn)入自動(dòng)裝車區(qū)域，所有的激光傳感器按均未遮擋，作為控制系統(tǒng)正常工作的初始化條件。②車輛進(jìn)入自動(dòng)裝車區(qū)域，激光傳感器按設(shè)定的順序依次被遮擋。③在滿足條件2 后，靠車廂前段激光傳感器如未遮擋，表示車輛未行駛到位，需繼續(xù)向前行駛。④前段激光傳感器一個(gè)未遮擋，另一個(gè)被遮擋，且4個(gè)超聲波傳感器均未檢測(cè)到物料達(dá)到高度，表示停車位置合適，提示停車，3 個(gè)放料閘門打開，開始放料。⑤3 個(gè)放料閘門打開后，若相鄰2 個(gè)超聲波傳感器均檢測(cè)到信號(hào)，且視覺AI 識(shí)別判斷該放料點(diǎn)物料高度達(dá)到要求，則這2 個(gè)超聲波傳感器中間的放料閘門自動(dòng)關(guān)閉。⑥放料閘門全部關(guān)閉后，通過激光傳感器檢測(cè)到的車廂長度判斷，車廂長度小于設(shè)定值的車輛裝車已完成，信號(hào)指示燈變綠，語音廣播告知司機(jī)可以駛離。但是對(duì)于車廂長度大于設(shè)定值的車輛，當(dāng)前僅第1 階段裝車完成，信號(hào)指示燈變綠，語音廣播告知司機(jī)向前移動(dòng)車輛，當(dāng)激光傳感器檢測(cè)車輛到位時(shí)，信號(hào)指示燈變紅，語音廣播告知司機(jī)停車，然后3 個(gè)放料閘門再次全部開啟放料，按照第5 條的方法完成第2 階段裝車，信號(hào)指示燈變綠，語音廣播告知司機(jī)可以駛離。

4 散貨料斗自動(dòng)裝車系統(tǒng)與門機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)

散貨料斗自動(dòng)裝車系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通信，將自動(dòng)裝車信息發(fā)送到中控室門機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)，門機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)接收到對(duì)應(yīng)料斗裝車信息和料斗內(nèi)料位信息后，與抓斗到料斗自動(dòng)卸料流程聯(lián)動(dòng)，當(dāng)料斗內(nèi)料位高或者車輛駛?cè)胱鳂I(yè)區(qū)域時(shí)，禁止開斗放料。系統(tǒng)架構(gòu)如圖4。

圖4 架構(gòu)示意圖

通過將料斗控制信號(hào)發(fā)送到中控室，還可以實(shí)現(xiàn)散貨料斗自動(dòng)裝車系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制功能，當(dāng)自動(dòng)裝車系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以在中控室操作臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，通過攝像機(jī)觀察裝車情況，通過控制按鈕操作放料閘門開閉，通過語音喊話功能通知司機(jī)停車或者駛離[4]。

5 應(yīng)用效果

散貨料斗自動(dòng)裝車系統(tǒng)應(yīng)用近一年以來，運(yùn)行良好，相比其他傳統(tǒng)料斗，自動(dòng)放料斗不但有較好的抑塵效果，能有效減少門機(jī)卸船作業(yè)粉塵，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制料斗無人放料，有效減少了碼頭現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員。目前，4 臺(tái)自動(dòng)裝車料斗的投入使用可減少裝卸工定編人數(shù)4 人，年節(jié)省人工費(fèi)用36 萬元。港區(qū)內(nèi)多數(shù)車輛可實(shí)現(xiàn)不移車一次性裝滿料，提高了作業(yè)效率，裝車效率實(shí)測(cè)達(dá)900 t/h，結(jié)合赤灣港已投入使用的門機(jī)智能化作業(yè)項(xiàng)目，真正實(shí)現(xiàn)了門機(jī)散貨卸船轉(zhuǎn)運(yùn)流程無人化，提升了作業(yè)安全性，以下是典型的工作場(chǎng)景，見圖5[5]。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)工作場(chǎng)景圖