綠色智能水泥散裝地磅計量一體化技術裝備開發與應用

1.水泥散裝的現狀與問題

近年來，在政策和市場雙重推動下，我國水泥散裝產業發展迅速。 目前，水泥總產量超過 24 億 t/a，其中水泥散裝量超過 13.8 億 t/a。 雖然總量巨大，但散裝環節基本沿用傳統工藝和技術裝備，管理粗放，自動化和智能化水平較低。

目前大部分工廠在散裝工段沒有在線計量裝備，散裝、計量及發運過程包括：①散裝罐車空載靜態稱重；②散裝機灌裝水泥；③重載靜態稱重除皮重；④電子記錄出廠。 這種傳統的散裝水泥發運方式存在以下問題，成為制約水泥廠低碳減排綠色發展的瓶頸。

1）水泥散裝與計量分離，管理環節多、效率低、易受人為因素干擾。

2） 水泥散裝環節自動化程度低， 以人工操作為主，勞動強度高，工作環境差，存在安全事故隱患。

3）計量手段滯后，靠經驗估值。 為避免超載，單車重復裝卸的情況較為普遍，特別是在道路限載檢查嚴格地區，這種現象格外突出，造成二次污染。

4） 水泥散裝工段的粗放控制和管理帶來揚塵污染，并且造成資源浪費。

5）水泥散裝工藝裝備發展緩慢，先進技術集成度低。

2.綠色智能水泥散裝計量一體化系統的開發

2.1系統構架及功能

我公司創新開發的綠色智能水泥散裝地磅計量一體化技術裝備，為用戶提供了先進可靠的水泥散裝發運全套解決方案。 其系統構架如圖 1 所示。

該系統實現了散裝水泥的儲存、 卸料、 計量、控制、裝車、結算等環節智能化集成式管理。 主要有如下功能：

1）可按“定量裝車“和“計量裝車”兩種方式裝車。

2）實現散裝在線精確計量 ，避免單車重復裝卸，提高效率。

3）實現車輛定位、卸料、計量、控制、裝車、收塵等相關環節觸摸屏一鍵式操作。

4）實現上下限報警，斷電長期數據保存。

5）與 ERP 管理軟件結合 ，實現整個散裝水泥發運過程的自動化控制和現代化管理。

6）避免環境污染與資源浪費，促進節能減排。

2.2散裝定值灌裝系統

2.2.1大流量粉體物料在線計量秤

綠色智能水泥散裝計量一體化系統的核心裝備是基于科里奧利力學原理的高精度 （ 計量準確度±0.5%）、大流量（超過 1 000 m3/h）、全密封 、通過式粉體物料在線計量秤，其結構示意見圖 2。 計量秤與卸料閥組、助流裝置等前級給料設備形成閉環，達到對流量的動態調節，實現滿載裝車或按設定裝車量進行裝車的目的。

2.2.2新型智能散裝機

如圖 3 所示，新型智能散裝機由水平行走機構和散裝頭組成。 水平行走機構由氣缸驅動散裝機，可在較大范圍內四向水平移動，實現精確定位。 散裝頭卸料能力大，散裝速度快。 采用特殊的雙層套管系統，實現料氣分流，避免揚塵污染。 散裝頭內筒采用斜錐形金屬套筒，可在一定范圍內擺動，方便操作人員準確定位下料口。 內筒與皮老虎（一種除塵工具）之間為收塵空間，除塵器將散裝揚塵收走，避免下料過程中的揚塵污染。 散裝機料位計為旋轉料位計，當料滿后，料位計的旋轉運動被物料阻礙，從而輸出一個開關量信號，提醒操作人員物料已滿停止裝料，料位計可避免散裝結束時冒料溢料的問題。

2.2.3  散裝控制系統

控制系統支持對開關閥、流量閥、羅茨風機、計量秤、除塵器、移動散裝車、限位報警等設備進行連鎖閉環控制。 既可中控操作，也可現場控制。 系統操作界面見圖4.

操作工可以在觸摸屏上設定裝車量，一鍵操作完成整個裝車過程，系統自動記錄裝車數據。 系統具有報表功能，方便用戶進行數據統計并導出報表。 報表界面見圖 5。

2.3智能發運管理系統

智能發運管理系統網絡拓撲見圖 6。 該系統基于ERP 管理信息系統平臺，通過在水泥廠建立大宗物料進出廠物流 IC 卡智能管理系統， 解決了傳統水泥散裝管理環節多、效率低、易受人為因素干擾等問題。

智能發運系統工作流程為： 對入廠司機發放 IC卡，到指定的散裝頭處刷卡，系統讀取卡內信息，根據設置的裝車量定值裝車，裝車完成后，至出廠地中衡核實重量，打印票據，交卡出廠。 配合視頻監控系統，所有相關數據進入數據庫備查。

2.4地磅稱量系統

地磅稱量系統是在現有地磅的基礎上，增加配置高清防塵攝像頭與智能刷卡系統, 并與 ERP 系統聯網。 該系統也可以對進廠的大宗原材料進行稱量、拍照并將所有數據錄入計算機系統進行聯網。 另外，該系統還可與財務聯網，用于輔助結算。

2.5負壓清潔系統

負壓清潔系統主要是由負壓抽吸設備和過濾器組成，采用兩種方式清理粉塵：①集中清潔系統：各吸塵點通過管道與主負壓抽吸設備連接，各吸塵點配有快速接頭，操作手持式吸塵頭即可清掃積灰。 ②移動清理系統：側重于清理地坑及較多的跑漏粉料。

2.6視頻監控系統

視頻監控系統組成見圖 7。

該智能發運系統配備了高清防塵攝像監控存儲設備，將廠區各個區域的音像資料傳輸到中控，操作人員在中控即可方便地實現遠程操作。 視頻系統極大地減少了工作人員的操作量，降低了工人勞動強度。

2.7遠程服務系統

中控多條散裝線的散裝計量系統， 其發卡系統、視頻系統、地磅通訊系統、控制器、觸摸屏、3G 路由器和交換機采用以太網通訊， 組成局域網實現交互，并且可以和 DCS 進行以太網、RS485 和 RS232 通訊。

該局域網的 3G 路由器，通過 3G 網絡或者 2G 網絡接入 Internet,與遠端 VPN 服務器建立專用隧道，通過 IPSec 協議，使各系統和數據采集服務器形成局域網，實現設備之間的互相訪問和實施監控。 遠程服務系統組成示意見圖 8。

3.應用案例

1)寧夏青銅峽太陽山水泥有限責任公司該公司原裝車過程全部采用現場操作，系統改造后，實現現場自動控制，在散裝車灌裝水泥的過程中同步完成計量，定值定量灌裝，是集散裝和計重于一體的智能灌裝系統。

改造從下料工藝出發，為實現下料穩定需要對原下料工藝進行改造增加設備安裝的空間。 設計中保持散裝庫的庫側開口和原主流設備，通過控制氣動開關閥和電動流量閥經空氣斜槽將水泥送至散裝秤，物料經計量后再經過散裝頭進行裝車。 設計方案中采用的除塵設備仍為原設計中的除塵器，改造除增加計量秤外，整體設計基本上保持了原有的工藝，節省了大量的設備投資。

2）福建謀成水泥有限責任公司

改造從經濟角度和實際應用出發，在散裝庫側開口安裝助流設備。 通過氣動開關閥和電動流量閥及斜槽將水泥輸送至計量秤，計量后水泥經斜槽輸送至各散裝頭。 下料散裝頭的選擇可通過各個散裝頭前面進料口上的氣動開關閥來選擇。 除塵設備仍然使用原有的各個散裝頭專用除塵器，基本上保持了原有的工藝現狀，避免了更多的設備投資。

3）系統優勢

該系統的核心設備是新型科氏力秤，其優點有：

①計量精度高 。  系統的正常工作的灌裝精度≤±1.0%。 ②計量穩定性高。 與傳統計量相比，該計量秤不受任何外力的影響，計量結果安全可靠。 ③測量原理先進。 計量秤通過被計量的物料經過秤盤產生的科里奧利” 力和電動機的轉速來精確測量物料的實際瞬時流量。④系統具有良好的密封性。⑤投資小，維護量少。 設備體積小，不需做設備基礎，設備安裝費用低。 ⑥該系統可對整個散裝過程進行全程監控，具有存儲數據和傳輸數據的功能， 可與工廠內部的 ERP管理軟件交互， 從而實現散裝過程整體的自動化控制，不僅提高了散裝效率，還有效地杜絕作弊現象。 ⑦即時服務。

4）使用效果

①散裝車在入場時讀卡，車號、裝載量等數據即時輸入系統。 操作員只要放好散裝頭后，通過一鍵操作，系統即可自動完成放料、計量、停料的整個裝車過程，并且將車號、設定裝載量、實際裝車量、裝車時間等數據記錄在案；②現場安裝攝像頭，用來觀察停車位置和進行散裝頭的上下控制；③在散裝控制室里一個人可以控制多臺散裝機，提高了散裝效率；④散裝車過磅時，系統對該車的過磅重量和計量重量進行比對， 若發現相差過大就對整個散裝過程進行核查，從而杜絕作弊的現象。

該系統投運后， 97%的灌裝精度都控制在 1%以內， 操作員在控制室通過鼠標即可完成整個散裝操作，現場環境得到較大改善，得到了用戶的認可。