袋装智能装车机在我公司的技改实践
王向阳 郝向东
山西长钢瑞昌水泥有限公司
摘要：对原ZQD120Y-11/11移动式液压升降袋装水泥装车机进行改造，采用智能装车系统，并不断完善改进，设备运行平稳，自动化程度高，检测设备精准，装车全过程实现无人值守。解决了人员紧缺、职工职业健康问题，效果良好。技改指标均达到预期目标，
关键词：智能装车；技术改造；设备升级
山西长钢瑞昌水泥有限公司现有2台BHYW-8型旋转式包装机，两台ZQD120Y-11/11移动式液压升降袋装水泥装车机，两线均采用人工接袋码垛的方式，工人劳动强度大，并且装车过程中的粉尘严重影响工人的身体健康。为满足水泥市场的需求，解决工人的职业健康问题，节约劳动成本，公司于2021年初与智能装备公司联合对2#装车线进行了改造，经现场多次勘查及现有车辆类型讨论，设计了一套适用我单位的悬挂式袋装智能装车机。由于悬挂式袋装智能装车机系统在前期设计时方案有点欠缺，投产后对生产造成一定的影响，但经过我公司与智能公司在生产中对部分设备的改进优化，现完全达到了预期的目标。
1技改内容
智能装车机改造从出包机长皮带的转弯溜子开始至装车机装袋结束。包括厂房、收尘管、轨道等基础设施改造，与原一卡通及销售平台业务对接、设备安装、电缆及桥架安装、调试，与配套土建及钢结构改造满足智能装车系统，实现智能装车。
1.1技改要求
1.1.1包装机连续均匀放料台时装车量不小于 100t/h，满足75g 现有编织袋，适合车厢宽度在 2.5-3m，高度不大于 3m 所有车型，装车机破包率≦1‰， 连包处理率≥ 95%以上，连续 4 袋不停机。
1.1.2具有 T 型包、连包的处理功能，保证装车过程中不掉包、保证包装袋不歪斜。
1.1.3转弯溜子实现转弯溜子处堵袋后报警、关停相关前道工序设备功能。
1.1.4利用现有收尘系统，采用移动式收尘风箱结构，装车机头部具有扬尘吸取功能，通过移动收尘风箱将落包产生的扬尘负压吸走，下部具有收集粉料功能，装车区域满足无组织排放要求，收尘量不低于逸散量的 95%，装车机旋转部位设置防护设施，且车间内噪音不大于 85db。
1.1.5电气部分
1、电器元件采用 ABB 或施耐德产品。
2、与我公司一卡通和销售平台实现数据互推。
3、与智能插袋机数据互推。
4、预留与原 DCS 系统通讯接口。
5、PLC 系统采用西门子品牌；伺服控制、变频器采用汇川品牌。
6、装车机实现日、月、年的包装数量统计功能。
7、5 分钟内无车辆入道发出停机命令。
8、装车机处设置一 800mm×600mm 液晶显示屏，显示内容分四行，分别为“装
车品种”、“车牌号”、“装车袋数”、“已装车袋数”，数量装够后语音提示。
1.2原装车机结构改造
1.2.1平皮带轮距改造，原行走平皮带 P18 轨道，中心距 1300mm，自动装车机使用轨道P38，中心距 1510mm，轨道改造完后，同样位于主承重梁上，强度无影响，为适应自动装车机轨道中心距，替换平皮带轮组。
1.2.2行走皮带前端推车框架改造，适应自动装车机，与装车机行走推车相连。斜皮带下端，新增滚筒过渡装置，适应与自动装车机机头连接。
1.2.3装车机地面低于零平面 400mm 有效长度 16.5 米，在原土压实后铺设 300mm 厚积配碎石并压实，浇筑 300mm 厚 C30 混凝土，浇筑后进行保温养护。
2设备的性能
该系统完全实现装车全过程无人值守。待装车辆按要求停止待装点，利用刷卡器获取车辆信息后，控制系统启动车辆检测模块自动获取车辆外形尺寸、位置、类型等基本信息。系统根据车辆扫描信息规划码放垛型，并将车辆信息通过一卡通系统传递给自动包装机，开绐进行装车。装车机系统并同步进行精准袋料码放。系统在工作过程中可实时监控设备运行情况，发现报警可自动停机。故障处理后自继续装车。该系统可将设备运行中的数据传回企业中心数据库，并可执行远程数据修改、停车等操作。装车完成后，自动装车机自动回到待机点，进入下一车的等待模式。
2.1系统构造
智能袋装水泥装车机主要由行走小车、机头框架、自动翻板滚筒、袋料分流换向摆臂、RGV码垛小车、袋料异常处理机构、安全检测机构、平、斜皮带输送机、除尘系统、上位机、180°转弯溜槽、下料导包器等组成。
2.2工作流程
智能装车机实行全自动装车运行，本机在使用过程中操作简单，使用方便，用户只需将待装车辆按要求停到待装位，在读卡器上插入身份证，在上位机上进行信息确认后，设备即可开绐进行自动装车。
图1自动装车流程工艺图
2.3工作原理
1）自动装车系统机械运动机构
待装车辆进入装车区域，司机刷卡后，自动装车系统通过雷达扫描仪对车辆信息进行识别，自动匹配装车方案，司机在上位机上二次信息确认后，自动装车机启动前行至待装车辆上方，设备内的进、出料机构，导包机构及除尘系统同步启动，进入装车待命。装车时RGV码垛小车按照车厢宽度、长度，从右向左，逐行、逐列、逐层连续式码放袋料，RGV码垛左右小车初始位车厢前端左右两侧，摆臂位于左侧，右侧小车开绐放包。
自动包装机在接收到车辆信息后，开始进行包装掉袋作业，袋装水泥经接包机进入皮带输送机（皮带输送机上安装有异形包处理机构，防止转弯溜子处堵包，给RGV码垛小车码垛时间隔距离），经导包器进入180度转弯溜子，袋料进入自动装车机进、出料输送皮带机，进入RGV码垛小车机头内，（机头入料口安装有两个对立的光电开关，检测袋料通过）摆臂向右拨动袋料进入右小车翻板，同时第二袋袋料进入机头内，摆臂向左拨动袋料进入左小车，同步右小车放料。左右小车根据系统计算的摆放方案重复以上动作完成装车任务。
2）智能控制系统
能控制系统可以分为4个模块：通讯、视觉、算法及电气控制系统。
通讯模块主要负责一卡通系统、上位机系统、视觉检测系统、PLC控制系统之间的信息流数据交互。实现一卡通与上位机系统之间的订单信息数据交互，将视觉检测系统的检测结果传送至上位机系统以及上位机系统的跺行算法结果传送至PLC控制系统。
算法模块主要集成在上位机系统中，将获取的车辆轮廓尺寸和订单信息结果进行处理，进行每一包水泥的坐标计算得出该订单最优的装车跺型，合理化配置装车层数、尾部缩进、水泥包叠加系数、层数补偿等。
视觉模块是视觉检测系统，该系统通过电机控制激光转动扫描，实时获取IMU倾角数据（或者通过积分获取角度）组建形成车辆的3D点云模型，该点云模型数据基于局部特征对点云去噪、滤波、分割、压缩、配准、检测，通过算法获取车辆轮廓尺寸并录入数据库存档信息。
PLC控制系统通过Scoket通讯实时获得上位机计算的物料坐标信息，进行逻辑运算，将结果通过profinet协议发送至控制器驱动伺服电机及外部IO设备的驱动，控制设备的提升、左右、前后定位及气缸的打开关闭实现物料的码垛，在装车码垛过程中出现问题及时停机报警人为进行异常处理后切换至自动模式设备可继续自动码垛。该控制系统支持的外部设备包括:西门子S7-1500（CPU）、支持PN通讯的伺服驱动器、PNP型输入传感器，HMI界面友好、人性化，包括管理员信息、装车进度、手动操作、异常处理、报警浏览以I/O状态监视等模块。
3主要设备改造前后对比图
图2装车机改造前后对比图
图3转弯溜子改造前后对比图
4设备运行中的优化
经过二个多月的安装和设备调试，于3月15日开始发货装车。在技改投产运行一段时间后由于当初设计方案的缺失，人员的操作技能不熟练，设备故障对生产造成一定的影响，为此对部分设备进行了改进。
4.1对皮带输送机架进行了改善：原来进料平皮带与出料斜皮带两行走轮间距过大，斜皮带机头部又安装了悬挂式袋装移动小车升降机构，在装车过程中出现平、斜皮带机滚筒联接处断裂故障三次。通过现场装车时观察及与智能公司的沟通，在两皮带联接处增设一组行走平轮（见图4），增加平、斜皮带间的支撑力，避免机架联接处开裂，造成停机故障。
图4皮带输送机改善前后对比
4.2对装车机移动电源线进行了改善：由于原来设计失误，电源线采用吊挂移动式，在小车频繁的移动过程中，发生挂钩脱落故障，由于岗位人员没有及时发现，造成小车移动时对电源线，气管、信号线压断，造成停机故障。采用托链式替代吊挂式移动小车主电源（见图5）。
图5电源线改善前后对比
4.3对进料口动力滚筒支架及滚筒固定方式进行了改善：滚筒支架在制作过程中采用氩弧焊焊接时未对支架焊口处焊接牢固，在生产过程中由于袋装水泥的频繁施压，焊口开裂，致使滚筒掉下，动力滚筒电源线损坏，造成生产停机。改变滚筒的原来安装方式，对支架边缘增加肋板加固焊接，固定片安装滚筒里面，外面增加垫片，两面紧固，避免支架变形使滚筒掉下（见图6）。
图6滚筒支架及滚筒固定方式改善前后对比
4.4对提升机构的定滑轮组进行改善：原小车提升机构定滑轮是3t，钢丝绳是Ø16，小车升降时钢丝绳从卷筒通过三个定滑轮作上下移动，由于3t定滑轮轮沿间距为20mm，与钢丝绳摩擦力过大，造成钢丝绳与滑轮磨损过快，设备运行3个月后，出现钢丝绳磨损过半，定滑轮损坏，更换为5t定滑轮，轮沿间距达30mm，并整体向右移动 16mm，减少了钢丝绳与滑轮的摩擦（见图7）。
图7定滑轮及磨损情况改善前后对比
4.5 2#智能装车机运行到6个月后，出现机头内小车放料翻板运行过程中不放料，安排维护人员进行了排查，是电磁阀的电源线缆不通造成，更换了损坏的电源线缆，恢复正常生产。在随后频繁出现类似故障，更换在线线缆后恢复正常，一周后又出现翻板打不开故障。通过对故障的分析，在线电缆不适合频繁移动，造成故障停机，将原RVV型号的信号线缆更换为TRVV信号线缆，彻底解决了这一故障（见图8）。
图8使用的RVV线缆改善前后对比
5技改效果
将原有 2#人工装车机拆除并安装完成新智能装车机，经6个月的完善改进，设备仪器运行平稳，自动化程度高，检测设备精准，彻底改变了人工接袋码垛的方式，为企业打造成装车智能数字化模式奠定基础，促进水泥企业装备技术升级，下一步将对1#装车机进行改造，装车系统采用智能化装车，有效提高公司经济效益和信息化管理水平。
6存在的不足
由于我公司的皮带输送机长为101米，带速为1.5m/s，车辆对位后激光扫描时间为1sin，袋料从包装机到发货车辆上需约2.6min，耗时过长；5t以下车辆占1/3，扫描对位时间长，发货量低。上述两个条件严重影响自动装车机的台时产量。下一步我公司将优化发货车辆，并与智能制造公司协商，改善装车程序，实现长皮带上留包的控制方式来提高自动装车机的台时产量。
悬挂式袋装智能装车机是未来水泥发运的方向，随着水泥行业从业人员的老年化趋势，劳动力越来越宝贵，水泥从业朝着自动化智能化少人、甚至无人方向发展，智能装车机的有效运用和不断地完善提高，提升了公司的市场竞争力，同时也给同类型生产企业提供了很好的借鉴。
参考文献：
【1】谢萌：工业机器人在水泥装车系统的应用实践【J】.水泥，2021，（10）：60-62.
【2】褚建伟, 苏 伟, 姬忠全：智能袋装水泥装车机器人系统的介绍及应用【J】.水泥，2019，（8）：55-57.