绿色智能水泥散装地磅计量一体化技术装备开发与应用

绿色智能水泥散装地磅计量一体化技术装备开发与应用

1.水泥散装的现状与问题

近年来，在政策和市场双重推动下，我国水泥散装产业发展迅速。 目前，水泥总产量超过 24 亿 t/a，其中水泥散装量超过 13.8 亿 t/a。 虽然总量巨大，但散装环节基本沿用传统工艺和技术装备，管理粗放，自动化和智能化水平较低。

目前大部分工厂在散装工段没有在线计量装备，散装、计量及发运过程包括：①散装罐车空载静态称重；②散装机灌装水泥；③重载静态称重除皮重；④电子记录出厂。 这种传统的散装水泥发运方式存在以下问题，成为制约水泥厂低碳减排绿色发展的瓶颈。

1）水泥散装与计量分离，管理环节多、效率低、易受人为因素干扰。

2） 水泥散装环节自动化程度低， 以人工操作为主，劳动强度高，工作环境差，存在安全事故隐患。

3）计量手段滞后，靠经验估值。 为避免超载，单车重复装卸的情况较为普遍，特别是在道路限载检查严格地区，这种现象格外突出，造成二次污染。

4） 水泥散装工段的粗放控制和管理带来扬尘污染，并且造成资源浪费。

5）水泥散装工艺装备发展缓慢，先进技术集成度低。

2.绿色智能水泥散装计量一体化系统的开发

2.1系统构架及功能

我公司创新开发的绿色智能水泥散装地磅计量一体化技术装备，为用户提供了先进可靠的水泥散装发运全套解决方案。 其系统构架如图 1 所示。

该系统实现了散装水泥的储存、 卸料、 计量、控制、装车、结算等环节智能化集成式管理。 主要有如下功能：

1）可按“定量装车“和“计量装车”两种方式装车。

2）实现散装在线精确计量 ，避免单车重复装卸，提高效率。

3）实现车辆定位、卸料、计量、控制、装车、收尘等相关环节触摸屏一键式操作。

4）实现上下限报警，断电长期数据保存。

5）与 ERP 管理软件结合 ，实现整个散装水泥发运过程的自动化控制和现代化管理。

6）避免环境污染与资源浪费，促进节能减排。

2.2散装定值灌装系统

2.2.1大流量粉体物料在线计量秤

绿色智能水泥散装计量一体化系统的核心装备是基于科里奥利力学原理的高精度 （ 计量准确度±0.5%）、大流量（超过 1 000 m3/h）、全密封 、通过式粉体物料在线计量秤，其结构示意见图 2。 计量秤与卸料阀组、助流装置等前级给料设备形成闭环，达到对流量的动态调节，实现满载装车或按设定装车量进行装车的目的。

2.2.2新型智能散装机

如图 3 所示，新型智能散装机由水平行走机构和散装头组成。 水平行走机构由气缸驱动散装机，可在较大范围内四向水平移动，实现精确定位。 散装头卸料能力大，散装速度快。 采用特殊的双层套管系统，实现料气分流，避免扬尘污染。 散装头内筒采用斜锥形金属套筒，可在一定范围内摆动，方便操作人员准确定位下料口。 内筒与皮老虎（一种除尘工具）之间为收尘空间，除尘器将散装扬尘收走，避免下料过程中的扬尘污染。 散装机料位计为旋转料位计，当料满后，料位计的旋转运动被物料阻碍，从而输出一个开关量信号，提醒操作人员物料已满停止装料，料位计可避免散装结束时冒料溢料的问题。

2.2.3  散装控制系统

控制系统支持对开关阀、流量阀、罗茨风机、计量秤、除尘器、移动散装车、限位报警等设备进行连锁闭环控制。 既可中控操作，也可现场控制。 系统操作界面见图4.

操作工可以在触摸屏上设定装车量，一键操作完成整个装车过程，系统自动记录装车数据。 系统具有报表功能，方便用户进行数据统计并导出报表。 报表界面见图 5。

2.3智能发运管理系统

智能发运管理系统网络拓扑见图 6。 该系统基于ERP 管理信息系统平台，通过在水泥厂建立大宗物料进出厂物流 IC 卡智能管理系统， 解决了传统水泥散装管理环节多、效率低、易受人为因素干扰等问题。

智能发运系统工作流程为： 对入厂司机发放 IC卡，到指定的散装头处刷卡，系统读取卡内信息，根据设置的装车量定值装车，装车完成后，至出厂地中衡核实重量，打印票据，交卡出厂。 配合视频监控系统，所有相关数据进入数据库备查。

2.4地磅称量系统

地磅称量系统是在现有地磅的基础上，增加配置高清防尘摄像头与智能刷卡系统, 并与 ERP 系统联网。 该系统也可以对进厂的大宗原材料进行称量、拍照并将所有数据录入计算机系统进行联网。 另外，该系统还可与财务联网，用于辅助结算。

2.5负压清洁系统

负压清洁系统主要是由负压抽吸设备和过滤器组成，采用两种方式清理粉尘：①集中清洁系统：各吸尘点通过管道与主负压抽吸设备连接，各吸尘点配有快速接头，操作手持式吸尘头即可清扫积灰。 ②移动清理系统：侧重于清理地坑及较多的跑漏粉料。

2.6视频监控系统

视频监控系统组成见图 7。

该智能发运系统配备了高清防尘摄像监控存储设备，将厂区各个区域的音像资料传输到中控，操作人员在中控即可方便地实现远程操作。 视频系统极大地减少了工作人员的操作量，降低了工人劳动强度。

2.7远程服务系统

中控多条散装线的散装计量系统， 其发卡系统、视频系统、地磅通讯系统、控制器、触摸屏、3G 路由器和交换机采用以太网通讯， 组成局域网实现交互，并且可以和 DCS 进行以太网、RS485 和 RS232 通讯。

该局域网的 3G 路由器，通过 3G 网络或者 2G 网络接入 Internet,与远端 VPN 服务器建立专用隧道，通过 IPSec 协议，使各系统和数据采集服务器形成局域网，实现设备之间的互相访问和实施监控。 远程服务系统组成示意见图 8。

3.应用案例

1)宁夏青铜峡太阳山水泥有限责任公司该公司原装车过程全部采用现场操作，系统改造后，实现现场自动控制，在散装车灌装水泥的过程中同步完成计量，定值定量灌装，是集散装和计重于一体的智能灌装系统。

改造从下料工艺出发，为实现下料稳定需要对原下料工艺进行改造增加设备安装的空间。 设计中保持散装库的库侧开口和原主流设备，通过控制气动开关阀和电动流量阀经空气斜槽将水泥送至散装秤，物料经计量后再经过散装头进行装车。 设计方案中采用的除尘设备仍为原设计中的除尘器，改造除增加计量秤外，整体设计基本上保持了原有的工艺，节省了大量的设备投资。

2）福建谋成水泥有限责任公司

改造从经济角度和实际应用出发，在散装库侧开口安装助流设备。 通过气动开关阀和电动流量阀及斜槽将水泥输送至计量秤，计量后水泥经斜槽输送至各散装头。 下料散装头的选择可通过各个散装头前面进料口上的气动开关阀来选择。 除尘设备仍然使用原有的各个散装头专用除尘器，基本上保持了原有的工艺现状，避免了更多的设备投资。

3）系统优势

该系统的核心设备是新型科氏力秤，其优点有：

①计量精度高 。  系统的正常工作的灌装精度≤±1.0%。 ②计量稳定性高。 与传统计量相比，该计量秤不受任何外力的影响，计量结果安全可靠。 ③测量原理先进。 计量秤通过被计量的物料经过秤盘产生的科里奥利” 力和电动机的转速来精确测量物料的实际瞬时流量。④系统具有良好的密封性。⑤投资小，维护量少。 设备体积小，不需做设备基础，设备安装费用低。 ⑥该系统可对整个散装过程进行全程监控，具有存储数据和传输数据的功能， 可与工厂内部的 ERP管理软件交互， 从而实现散装过程整体的自动化控制，不仅提高了散装效率，还有效地杜绝作弊现象。 ⑦即时服务。

4）使用效果

①散装车在入场时读卡，车号、装载量等数据即时输入系统。 操作员只要放好散装头后，通过一键操作，系统即可自动完成放料、计量、停料的整个装车过程，并且将车号、设定装载量、实际装车量、装车时间等数据记录在案；②现场安装摄像头，用来观察停车位置和进行散装头的上下控制；③在散装控制室里一个人可以控制多台散装机，提高了散装效率；④散装车过磅时，系统对该车的过磅重量和计量重量进行比对， 若发现相差过大就对整个散装过程进行核查，从而杜绝作弊的现象。

该系统投运后， 97%的灌装精度都控制在 1%以内， 操作员在控制室通过鼠标即可完成整个散装操作，现场环境得到较大改善，得到了用户的认可。