楊廷帥 楊洪錫 趙 磊 劉 強(qiáng) 嵇境超 王欽斌
山東港口集團(tuán)青島港國(guó)際股份有限公司前港分公司
隨著國(guó)內(nèi)制造業(yè)的飛速發(fā)展,對(duì)各類礦石等干散貨的進(jìn)口需求日益增加,皮帶機(jī)作為干散貨港口運(yùn)輸?shù)暮诵脑O(shè)備,其安全、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)是干散貨碼頭的命脈所在[1]。干散貨碼頭作業(yè)區(qū)域大,上百條皮帶機(jī)組成龐大的流程網(wǎng)絡(luò),在生產(chǎn)作業(yè)繁忙時(shí),需要安排巡檢員調(diào)整轉(zhuǎn)載漏斗擋板進(jìn)行流程切換作業(yè)。巡檢員需在皮帶流程與轉(zhuǎn)載樓間往復(fù)作業(yè),存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低等問(wèn)題。
現(xiàn)階段,干散貨碼頭輸運(yùn)特殊貨種(粘濕貨種、大塊貨物等)的數(shù)量日益增加。在特殊貨種裝卸過(guò)程中,需要巡檢員定點(diǎn)監(jiān)護(hù)皮帶流程運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)出現(xiàn)皮帶跑偏、物料灑漏、漏斗磨損等問(wèn)題時(shí)及時(shí)處置,避免影響生產(chǎn)效率。同時(shí)為避免皮帶機(jī)等設(shè)備由于長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)造成疲勞損壞,需要巡檢員定期檢查驅(qū)動(dòng)部位的異常磨損和發(fā)熱等問(wèn)題。在巡檢員檢查設(shè)備過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)徹底的人機(jī)分離,存在較大的安全隱患[2]。
由于干散貨碼頭作業(yè)區(qū)域較大,進(jìn)行物料裝車或裝船等作業(yè)時(shí),物料需途經(jīng)多條皮帶流程,在此過(guò)程中,極易產(chǎn)生揚(yáng)塵造成空氣污染。現(xiàn)階段,干散貨碼頭針對(duì)揚(yáng)塵問(wèn)題,通常采用灑水方式進(jìn)行抑塵作業(yè)。抑塵作業(yè)時(shí)需要巡檢員在流程沿線揚(yáng)塵嚴(yán)重區(qū)域或貨物堆場(chǎng)手動(dòng)開啟灑水管路開關(guān),巡檢員長(zhǎng)時(shí)間暴露在揚(yáng)塵區(qū),工作環(huán)境惡劣。同時(shí)由于不同堆場(chǎng)的灑水開關(guān)位置不統(tǒng)一,巡檢員無(wú)法及時(shí)關(guān)閉灑水管路開關(guān),常造成水資源浪費(fèi)。
北方港口冬季運(yùn)輸物料時(shí),因天氣嚴(yán)寒,含水量較大的物料在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中經(jīng)常凍結(jié)在滾筒表面形成凍瘤。同時(shí)由于氣溫低,導(dǎo)致皮帶塑性下降,隨著凍瘤不斷變大,常發(fā)生皮帶撕裂問(wèn)題,嚴(yán)重危害設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全。目前,針對(duì)凍瘤問(wèn)題,干散貨碼頭通常安排巡檢員在凍瘤易形成處噴灑防凍液,這種方法雖然有效減少了凍瘤的形成,但存在人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低等問(wèn)題,無(wú)法適應(yīng)港口繁忙的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境[3]。
干散貨碼頭進(jìn)行物料轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)皮帶跑偏、皮帶損傷、漏斗堵塞、漏斗破損、物料灑漏等問(wèn)題,需要巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)監(jiān)護(hù),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即處置,避免影響生產(chǎn)進(jìn)程。同時(shí)港區(qū)生產(chǎn)流程轉(zhuǎn)換頻繁,還需巡檢人員在轉(zhuǎn)載機(jī)房?jī)?nèi)操作翻板進(jìn)行流程轉(zhuǎn)換等作業(yè),巡檢員在皮帶流程與轉(zhuǎn)載樓間來(lái)回穿梭,勞動(dòng)強(qiáng)度大,且存在安全隱患[4]。
干散貨碼頭設(shè)備安全防護(hù)水平較低,多達(dá)上萬(wàn)個(gè)滾筒軸承、減速箱、電機(jī)等運(yùn)轉(zhuǎn)部件均采用人工點(diǎn)檢方式進(jìn)行檢查。巡檢機(jī)進(jìn)行設(shè)備檢查時(shí),需要使用測(cè)溫槍檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)部位溫度情況,并通過(guò)人工觸摸方式確定設(shè)備內(nèi)部有無(wú)異常振動(dòng)。此類設(shè)備檢查方式存在效率低、誤差較大等缺點(diǎn)。同時(shí),由于不能將常年檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比與分析,確定設(shè)備磨損趨勢(shì),進(jìn)而無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的預(yù)控管理[5]。
干散貨碼頭作業(yè)繁忙,由于皮帶機(jī)等作業(yè)設(shè)備自動(dòng)化程度低,大部分工作需要人工完成,對(duì)人力依賴性強(qiáng)。同時(shí),由于碼頭作業(yè)環(huán)境差、戶外作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大,存在人員流失嚴(yán)重、補(bǔ)員困難等問(wèn)題,導(dǎo)致人工成本日益增加,嚴(yán)重制約干散貨碼頭發(fā)展。
根據(jù)干散貨碼頭作業(yè)環(huán)境及設(shè)備情況,借助PLC控制技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)、視覺(jué)識(shí)別技術(shù)等多種信息化手段,研發(fā)智能流程作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、智能設(shè)備監(jiān)護(hù)系統(tǒng),并基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù),將三者互聯(lián)互通,建立智能化流程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。智能化流程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1。
圖1 智能化流程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)組成
3.1.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)
在干散貨碼頭皮帶流程沿線的關(guān)鍵部位安裝數(shù)百個(gè)高清攝像頭,借助工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù),將全部攝像頭接入干散貨碼頭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了在監(jiān)控室內(nèi)進(jìn)行干散貨碼頭流程作業(yè)關(guān)鍵區(qū)域的監(jiān)護(hù)作業(yè)。在此基礎(chǔ)上,在滾筒驅(qū)動(dòng)及其他設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域,加裝人員識(shí)別系統(tǒng)和語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)。巡檢員進(jìn)入設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域時(shí),高清攝像頭自動(dòng)識(shí)別人臉,現(xiàn)場(chǎng)音響立即播放警示語(yǔ)音,提醒巡檢員注意安全。
3.1.2 無(wú)人機(jī)掃描技術(shù)
為了彌補(bǔ)智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)干散貨碼頭的覆蓋面不全面問(wèn)題,采用無(wú)人機(jī)技術(shù),定時(shí)巡視各個(gè)作業(yè)區(qū)域。通過(guò)在無(wú)人機(jī)機(jī)架處加裝高清攝像頭和三維掃描雷達(dá),對(duì)干散貨碼頭進(jìn)行圖片采集和三維模型掃描,運(yùn)用合成系統(tǒng)將采集的圖片與掃描的三維模型相擬合,生成整個(gè)干散貨碼頭的三維形貌圖,實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)干散貨碼頭的全方位監(jiān)控,動(dòng)態(tài)掌控作業(yè)區(qū)域人員、設(shè)備、貨垛的情況(見(jiàn)圖2)。同時(shí)借助合成系統(tǒng)中的質(zhì)量計(jì)算模塊,根據(jù)貨垛三維模型和貨物比重、含水量等相關(guān)參數(shù),可準(zhǔn)確計(jì)算出單個(gè)貨垛的貨物質(zhì)量,為堆場(chǎng)管理提供數(shù)據(jù)支持。
圖2 港區(qū)三維形貌圖
3.2.1 翻板遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
為避免巡檢員上下攀爬轉(zhuǎn)載樓調(diào)整翻板進(jìn)行流程轉(zhuǎn)換作業(yè),借助PLC控制技術(shù),編寫遠(yuǎn)程控制程序,將PLC控制程序接入翻板控制系統(tǒng),建立翻板遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)?;诠I(yè)以太網(wǎng)技術(shù),將翻板遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)接入干散貨碼頭內(nèi)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)了在監(jiān)控室內(nèi)進(jìn)行翻板控制作業(yè),降低了巡檢員進(jìn)行流程轉(zhuǎn)換作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。為了確保翻板遠(yuǎn)程控制的準(zhǔn)確性,在翻板動(dòng)力缸對(duì)面加裝高清攝像頭,在監(jiān)控室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控翻板狀態(tài),出現(xiàn)異常情況可及時(shí)處置,避免因翻板控制系統(tǒng)失效造成設(shè)備隱患。
3.2.2 灑水遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
灑水遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過(guò)在港區(qū)原有灑水管路基礎(chǔ)上,加裝防凍液噴灑管路,并使用電磁閥控制替代手動(dòng)開關(guān),借助PLC控制技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)將電磁閥開關(guān)控制系統(tǒng)接入干散貨碼頭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)灑水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。巡檢員可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)其他作業(yè)人員反饋的揚(yáng)塵區(qū)域和易形成凍瘤的滾筒區(qū)域,選擇指定水槍進(jìn)行灑水抑塵和防凍液噴灑作業(yè),有效解決揚(yáng)塵和凍瘤問(wèn)題,大大提高作業(yè)效率,并解決灑水開關(guān)不及時(shí)的問(wèn)題,節(jié)約了水資源。
同時(shí),為提高灑水噴淋控制系統(tǒng)使用的便攜性,基于JAVA技術(shù),開發(fā)了灑水噴淋控制系統(tǒng)手機(jī)APP,巡檢員可使用手機(jī)操縱指定位置的灑水設(shè)備進(jìn)行灑水噴淋作業(yè),操作更加便捷。
3.2.3 皮帶糾偏遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
干散貨碼頭進(jìn)行物料轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中,由于物料比重、物料體積、物料含水量等參數(shù)不同,在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)載漏斗時(shí),物料的落料點(diǎn)存在較大差異,若不及時(shí)調(diào)整皮帶機(jī)位置,將導(dǎo)致物料在皮帶流程中偏載進(jìn)而造成皮帶跑偏、物料灑漏等問(wèn)題。現(xiàn)階段,干散貨碼頭常用手動(dòng)鏈條式糾偏托輥進(jìn)行皮帶機(jī)位置調(diào)整,該裝置需要巡檢員拽動(dòng)鐵鏈進(jìn)行位置調(diào)整,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且調(diào)整精度低。
在現(xiàn)有手動(dòng)鏈條式糾偏托輥基礎(chǔ)上,對(duì)糾偏裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),加裝電動(dòng)推桿代替鏈條,并將電動(dòng)缸控制系統(tǒng)接入港區(qū)內(nèi)網(wǎng),在接收到跑偏信號(hào)后,遠(yuǎn)程控制電動(dòng)缸推桿調(diào)整糾偏托輥位置,及時(shí)糾正皮帶跑偏,防止物料灑漏。
3.2.4 皮帶防撕裂系統(tǒng)
干散貨碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)貨種種類繁多,部分貨種體積較大且有明顯棱角,對(duì)皮帶機(jī)沖擊性較強(qiáng),在長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)過(guò)程中,易造成皮帶撕裂,若停機(jī)不及時(shí),撕裂部分不斷擴(kuò)大,會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的物料灑漏,對(duì)皮帶機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p害。
皮帶防撕裂系統(tǒng)由防撕裂拉線裝置和回程落料擋板裝置組成(見(jiàn)圖3)。當(dāng)存在利物穿透皮帶隨皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),利物會(huì)拉動(dòng)皮帶機(jī)承載托輥下方設(shè)置的防撕裂拉線,皮帶機(jī)將自動(dòng)報(bào)警并立即急停,防止皮帶進(jìn)一步損傷;當(dāng)皮帶因物料沖擊而破損時(shí),物料會(huì)從皮帶撕裂處灑落到回程皮帶表面,灑落的物料推動(dòng)回程落料擋板擺動(dòng),傳感器接受擋板擺動(dòng)信號(hào),并將信號(hào)反饋于皮帶機(jī)控制系統(tǒng),發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)急停。通過(guò)以上兩種裝置,可在皮帶撕裂時(shí)及時(shí)報(bào)警急停,有效減少皮帶撕裂。
圖3 回程落料擋板裝置
3.3.1 光纖測(cè)溫系統(tǒng)
原干散貨碼頭針對(duì)流程沿線電纜、驅(qū)動(dòng)滾筒、減速箱、電機(jī)軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)部位因異常磨損而導(dǎo)致摩擦升溫造成的消防隱患問(wèn)題,主要采用人工檢查方式進(jìn)行設(shè)備巡檢。隨著信息化手段不斷發(fā)展,通過(guò)在皮帶流程關(guān)鍵部位安裝光纖測(cè)溫設(shè)備,并將測(cè)溫系統(tǒng)接入港口內(nèi)網(wǎng),建立了光纖測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)上百條皮帶流程進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè),出現(xiàn)異常溫度時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警,并精準(zhǔn)定位異常溫度所在位置,可有效預(yù)防現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備摩擦生熱引起的消防問(wèn)題。同時(shí)光纖測(cè)溫系統(tǒng)具備信息儲(chǔ)存分析模塊,可對(duì)設(shè)備長(zhǎng)期溫度變化情況進(jìn)行分析,獲得設(shè)備溫度變化趨勢(shì),為設(shè)備更換保養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支持。
3.3.2 智能異物檢測(cè)系統(tǒng)
干散貨碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)礦石種類繁多,部分塊狀礦石體積較大,在運(yùn)輸過(guò)程中常對(duì)皮帶機(jī)及轉(zhuǎn)載漏斗造成嚴(yán)重的沖擊磨損。為解決大塊異物識(shí)別問(wèn)題,基于智能識(shí)別系統(tǒng)與AI分析技術(shù),建立智能異物檢測(cè)系統(tǒng)。設(shè)定大塊異物識(shí)別尺寸,當(dāng)皮帶流程中出現(xiàn)大塊異物時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別定位,并向巡檢員報(bào)警提示,由巡檢員確定是否停機(jī)清理,有效提高了大塊異物識(shí)別效率,保證了皮帶機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.3.3 智能聲音識(shí)別系統(tǒng)
皮帶機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部位出現(xiàn)磨損、老化等問(wèn)題時(shí),還會(huì)產(chǎn)生噪聲。智能聲音識(shí)別系統(tǒng)將聽(tīng)覺(jué)識(shí)別技術(shù)與AI分析技術(shù)相融合,通過(guò)設(shè)定異常聲響的聲波,借助智能監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái),對(duì)皮帶驅(qū)動(dòng)部位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),當(dāng)出現(xiàn)異常噪聲時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警,并定位噪聲所在位置,有效保障了設(shè)備的安全運(yùn)行。
4.1 降低巡檢員勞動(dòng)強(qiáng)度
智能化流程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用,改變了人員現(xiàn)有的作業(yè)巡檢方式,實(shí)現(xiàn)了在監(jiān)控室內(nèi)進(jìn)行流程作業(yè)監(jiān)護(hù)、皮帶流程轉(zhuǎn)換、灑水抑塵開關(guān)、關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)測(cè)等作業(yè),大大降低了巡檢員的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了巡檢員的作業(yè)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離,避免了巡檢員檢查設(shè)備所存在的安全隱患。
4.2 節(jié)省人工成本
通過(guò)視頻監(jiān)控巡視、輔助作業(yè)遠(yuǎn)程控制(灑水、翻板控制、皮帶糾偏控制)、無(wú)人機(jī)定時(shí)巡視等智能化改造,提高了巡檢員的作業(yè)效率,降低了干散貨碼頭對(duì)人力的依賴性,節(jié)省了人工成本。
4.3 提高干散貨碼頭貨物轉(zhuǎn)運(yùn)效率
智能化流程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)提高了流程轉(zhuǎn)換效率,可在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中進(jìn)行安全檢測(cè)作業(yè),提高了干散貨碼頭的生產(chǎn)效率。
智能化流程監(jiān)護(hù)系統(tǒng),可提高巡檢員的作業(yè)效率和勞動(dòng)強(qiáng)度,改善工作環(huán)境,降低干散貨碼頭的人工成本。特別在粘濕貨種(如鋁土、煤炭等貨種)作業(yè)時(shí),1.6 m皮帶機(jī)作業(yè)量由改造前的1 800 t/h提高到2 500 t/h以上,貨物轉(zhuǎn)運(yùn)效率大大提升。