散货料斗自动装车系统开发与应用

◎ 曾钦坚，王文龙，全晓军，马贤富

（深圳赤湾港口发展有限公司，广东 深圳 518062）

散货料斗是门机散货卸船作业的主要转运设备，目前国内外的散货装车基本是通过料斗操作人员与司机的配合来完成，存在装车效率不高、耗费人力较大的问题，且现场环境恶劣，长期作业可能有较大的职业健康风险，国内也出现过料斗作业过程坍塌导致人员伤亡的事故。当前，港口散货装卸设备自动化正在飞速发展，门机散货自动化系统已经在各港口码头开始应用，散货料斗装车作为门机散货卸船转运流程的重要环节，实现其自动化有着重大意义和价值。为减少料斗卸船作业粉尘和实现自动化装车，2022 年，深圳赤湾港口（以下简称赤湾港）开展基于无人放料模式的自动装车系统技术开发项目，采用料斗上部动力除尘、漏斗卸料口无动力等抑尘方案，有效降低了门机到料斗及料斗装车作业环节的粉尘污染。料斗通过精准的检测与智能识别，结合自动装车策略和算法，实现全自动装车，并与门机散货自动化作业联动，实现门机散货卸船转运流程无人化，能够有效减少码头现场作业人员，提高作业效率，提升作业安全性，为港口全面智能化控制与智慧港口建设奠定基础[1]。

1 散货料斗自动装车系统工作原理

散粮料斗抑尘工艺部分主要包含上斗口动力除尘、下料口无动力除尘及上斗口无动力闭尘装置3部分。料斗的除尘器安装于料斗进口处，包括喷吹系统和内置多个可方便拆卸的滤尘布袋，可快速、高效地捕集粉尘，自带防雨结构设计，与斗体做成一体式结构。料斗下料口安装有无动力抑尘斗，作业时形成密实料柱，减少装车粉尘的产生；电控系统控制漏斗除尘器运行逻辑、装车闸门开关等，并为漏斗自动化改造保留控制接口。料斗上部斗口采用闭尘装置，横梁及隔板相互交叉固定连接组成网格状骨架，骨架四周固定连接有钢格栅，网格状骨架的每个网格内均设置导流闭尘组件，导流闭尘组件包括护板、导流板及闭尘板，护板之间设置多个倾斜布置的导流板，相邻的导流板形成散粮滑落通道，通道内设置竖直布置的闭尘板，闭尘板将散粮滑落通道下端出口封闭。抓斗抓取的散粮在重力作用下沿导流板滑落，冲击闭尘板，使闭尘板偏转打开，散粮落入收发料斗内，散粮滑落完毕，闭尘板在重力作用下闭合，散粮下落过程中产生的扬尘被封闭在收发料斗内，从而有效防止粉尘外溢[2]。

散粮料斗自动装车工艺部分通过机器视觉摄像机、高精度激光传感器和超声波传感器等多感知融合检测技术，实现对作业车辆和作业过程的精准检测，结合车厢识别算法、车厢内料位检测算法、自动装车策略算法、语音广播系统和信号指示灯系统，实现全自动装车，料斗结构见图1。当车辆驶入料斗自动装车区域时，系统自动检测车厢尺寸信息、车辆位置信息和车厢内物料信息，通过信号指示灯和语音广播系统告知货车司机操作指令，货车司机只需按照指令要求停车或者移车，即可完成整个自动装车流程。该系统通过以太网通信方式与门机自动化系统进行数据交互，实现连锁控制。

图1 料斗结构示意图

2 散货料斗自动装车系统组成

散货料斗自动装车系统包括车辆检测系统和语音播报系统。车辆检测系统包括4 台摄像机、6 台激光传感器、4 台超声波雷达、1 台工控机和1 套PLC 系统，语音播报系统包括1 台红绿信号指示灯、1 台语音功放和1 台大功率扬声器。

现场作业车辆结构形式如图2 所示。为了适配现场所有作业车辆，且便于车辆出入，在料斗内侧安装6 台激光传感器，其中有5 台是镜反射式，1 台是漫射式，用于检测车厢长度和高度；在料斗下方3 个放料口的前面、中间和后面共安装4 台超声波传感器，在料斗下方四角各安装1 台摄像机，通过超声波传感器和视觉AI 识别共同检测车厢内物料；在料斗电控室安装1 台语音功放，在料斗下面车辆出口附近安装1 台大功率扬声器和1 台红绿信号指示灯，向货车司机发送操作指令，从而控制车辆移动或停止[3]。

图2 车辆结构示意图

3 散货料斗自动装车作业流程

散货料斗自动装车系统控制流程图见图3，具体作业流程如下：

图3 控制流程图

①车辆未进入自动装车区域，所有的激光传感器按均未遮挡，作为控制系统正常工作的初始化条件。②车辆进入自动装车区域，激光传感器按设定的顺序依次被遮挡。③在满足条件2 后，靠车厢前段激光传感器如未遮挡，表示车辆未行驶到位，需继续向前行驶。④前段激光传感器一个未遮挡，另一个被遮挡，且4个超声波传感器均未检测到物料达到高度，表示停车位置合适，提示停车，3 个放料闸门打开，开始放料。⑤3 个放料闸门打开后，若相邻2 个超声波传感器均检测到信号，且视觉AI 识别判断该放料点物料高度达到要求，则这2 个超声波传感器中间的放料闸门自动关闭。⑥放料闸门全部关闭后，通过激光传感器检测到的车厢长度判断，车厢长度小于设定值的车辆装车已完成，信号指示灯变绿，语音广播告知司机可以驶离。但是对于车厢长度大于设定值的车辆，当前仅第1 阶段装车完成，信号指示灯变绿，语音广播告知司机向前移动车辆，当激光传感器检测车辆到位时，信号指示灯变红，语音广播告知司机停车，然后3 个放料闸门再次全部开启放料，按照第5 条的方法完成第2 阶段装车，信号指示灯变绿，语音广播告知司机可以驶离。

4 散货料斗自动装车系统与门机自动化系统联动

散货料斗自动装车系统通过以太网通信，将自动装车信息发送到中控室门机自动化系统，门机自动化系统接收到对应料斗装车信息和料斗内料位信息后，与抓斗到料斗自动卸料流程联动，当料斗内料位高或者车辆驶入作业区域时，禁止开斗放料。系统架构如图4。

图4 架构示意图

通过将料斗控制信号发送到中控室，还可以实现散货料斗自动装车系统远程控制功能，当自动装车系统发生故障时，可以在中控室操作台进行远程操作，通过摄像机观察装车情况，通过控制按钮操作放料闸门开闭，通过语音喊话功能通知司机停车或者驶离[4]。

5 应用效果

散货料斗自动装车系统应用近一年以来，运行良好，相比其他传统料斗，自动放料斗不但有较好的抑尘效果，能有效减少门机卸船作业粉尘，并实现自动控制料斗无人放料，有效减少了码头现场作业人员。目前，4 台自动装车料斗的投入使用可减少装卸工定编人数4 人，年节省人工费用36 万元。港区内多数车辆可实现不移车一次性装满料，提高了作业效率，装车效率实测达900 t/h，结合赤湾港已投入使用的门机智能化作业项目，真正实现了门机散货卸船转运流程无人化，提升了作业安全性，以下是典型的工作场景，见图5[5]。

图5 现场工作场景图