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摘 要：随着现代信息技术的发展，港口作业自动化程度越来越高，无人化自动操作是发展的大趋势，不仅可以节省大量的人力资源，降低企业发展成本，还可以实现现场全天候精准操作，大大减少了人为失误造成的损失。黄骅港是一个以煤炭中转为主业的现代化港口，年吞吐量已经达到1.5亿吨，在册职工不到一千人，自动化程度在全国领先，其部分机型已经实现无人化自动操作，其中筒仓自动化操作是现代港口中一大亮点，包括筒仓自动化卸料储煤及筒仓自动化取料。本文主要叙述筒仓卸料小车无人自动卸料技术及其优化改进。
关键词：卸料小车；自动布料；刻度标尺；雷达料位计；水银开关
随着现代信息技术的发展，港口作业自动化程度越来越高，无人化自动操作是发展的大趋势，不仅可以节省大量的人力资源，降低企业发展成本，还可以实现现场全天候精准操作，大大减少了人为失误造成的损失。黄骅港是一个以煤炭中转为主业的现代化港口，年吞吐量已经达到1.5亿吨，在册职工不到一千人，自动化程度在全国领先，其部分机型已经实现无人化自动操作，其中筒仓自动化操作是现代港口中一大亮点，包括筒仓自动化卸料储煤及筒仓自动化取料。
本文主要叙述筒仓卸料小车无人自动卸料技术及其优化改进。
要想实现筒仓卸料小车无人化自动堆料，必须要有精准的轨道车定位系统、筒仓内料位检测系统及完善的自动布料工艺。
（1） 小车轨道定位系统
黄骅港现有卸料小车八台，每台卸料小车可做轨道行走对六个筒仓分别作业，为了实现卸料小车自动、精准、安全作业，我们必须有精准的轨道行走定位系统；目前黄骅港卸料小车行走采用刻度标尺定位和绝对值旋转编码器定位两种方式，由于刻度标尺定位相对准确，所以现场定位以刻度标尺为主要定位方式，在刻度标尺出现问题时自动切换到绝对值旋转编码器定位方式。
① 刻度标尺定位原理
刻度标尺精确定位系统采用电磁感应原理来检测移动设备的位移量，包括一台地面电气柜（含刻度分析仪等）、一台车载电气柜（含刻度生成仪等）、刻度标尺以及游尺指针等。其中刻度标尺是由扁平状的PVC合成材质外壳材料和内部按照8421码规律编制的芯线构成，类似一把有刻度的标尺，安装在沿移动卸料车运行轨道单侧边；游尺指针安装在卸料车上，游尺指针相对刻度标尺平行非接触移动；其构造及原理如下：
现场原理图
編码原理图
刻度生成仪产生一个39KHZ频率的正旋波信号，游尺指针通过谐振电路把39KHZ的信号进行放大，对其他频段的信号进行减小，有效的防止工业现场其他设备工作时产生的杂波信号对本设备信号的影响。
刻度标尺通过电磁耦合原理，对游尺指针上39KHZ的正旋波信号，产生一个感应电流；刻度标尺里面是有多组线圈组成的，每一段位置的线圈绕线方向排列组合都不一样，这样每一段位置的线圈感应出来的电流方向排列组合也不一样；例如当指针通过G0线1号位子时；由于G0，G1，G2， R0线都是平行的，在上面感应的电流方向是一至的，假设都是顺时针，带通滤波后把信号传给鉴相器，鉴相把R0线分别和G0，G1，G2线上的信号比较。电流方向相同的输出值为0，这样得到在G0线1位子时，G0，G1，G2线和R0线比较后输出值都是0；得到数值：000；当指针通过G0线2号位子时；由于G0交叉了一次；在G0上面感应的电流就会是逆时针方向；而R0，G1，G2线没有交叉，所以感应电流还是顺时针；鉴相器把他们信号比较；电流方向相反的输出值为1；得到数值：100；当指针通过G0线3号位子时；由于G0第一次交叉，G1第一次交叉，感应电流都逆时针；其他的不变感应电流方向也是顺时针；鉴相器把他们信号比较得到数值：110；当指针通过G0线4号位子时；由于G0第二次交叉，感应电流又成了顺时针；而G1第一次交叉没玩，感应电流是逆时针；其他的不变感应电流方向也是顺时针；鉴相器把他们信号比较得到数值：010；当指针通过G0线5号位子时；由于G0还是第二次交叉，感应电流还是顺时针；而G1第一次交叉没玩，感应电流是逆时针；G2在这里第一交叉，感应电流方向是逆时针；鉴相器把他们信号比较得到数值：011；随着G线的数量越多，就可以排列出更多的数据；这样，在刻度标尺的每一个位置都有一个具体的数值，其分辨率为毫米级别。
刻度分析仪通过ST箱得到这些电流的信号；通过CPU对其进行模拟量采集和数字量运算，并把运算的结果转化成人眼可以识别的十进制数，在显示面板上显示出来；
由于刻度标尺里面的线圈位置是固定不变的，所以每当游尺指针反复到达同一位置时得到的电流方都是一个固定的排列！解析出来的地址数据也是固定不变的，不会像其他设备长时间工作后反复到达同一位置时的误差值会越来越大！
刻度分析仪解析完数据后对外输出是标准的自由口RS232协议；但是整个港口的PLC通信都是走的Controlnet现场总线；我们这里为了方便本设备能挂到主站的PLC上面；和方便PLC程序开发人员对本设备地址数据的调用；我们使用网关，其主要作用是把自由口RS232协议的数据转换成PLC-Controlnet协议可识别的数据；
② 绝对值旋转编码器
旋转编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，它是由一个或多个（单圈绝对值编码器或多圈绝对值编码器）光码盘组成，光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），然后通过不同的通讯方式把这些代码读取出来，通过中间换算，就能得到唯一的一个位置数据（可以使旋转角度，也可以是直线位置）。绝对值编码器可分为单圈绝对值编码器和多圈绝对值编码器，当现场检测范围比较小时，光码盘转动范围不超过360度，此时可选用单圈绝对值编码器；当现场检测范围比较大时，光码盘转动范围超过360度，此时单圈绝对值编码器的编码不唯一，不能进行准确定位；如果要测量旋转超过360度范围，就要选用多圈绝对值编码器，其运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的编码器就称为多圈式绝对值编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复。 （2） 筒仓料位检测系统
准确的料位检测是筒仓自动堆料过程极其重要的一部分，它就像眼睛一样，能够判断出筒仓内各点料位的实际情况，然后反馈给PLC控制系统，PLC控制系统经过计算后发出命令给走行系统，卸料小车根据命令行走到合适的位置进行堆料。黄骅港筒仓料位检测有两种方式，一种是雷达物位计（主要用于布料过程控制），一种是水银料位开关（主要用于安全防护）。其检测原理如下：
① 雷达物位计检测
雷达料位计运用先进的雷达测量技术，以其优良的性能，尤其是在槽罐中有搅拌、温度高、蒸汽大、介质腐蚀性强、易结疤等恶劣的测量条件下，显示出其卓越的性能，在工业生产中发挥着重要的作用；雷达波是一种特殊形式的电磁波，雷达物位计利用了电磁波的特殊性能来进行物位检测，它的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速，频率为300MHz～3000GHz，可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介质常数越大回波信号的反射效果越好，雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积上能量（磁通量或场强）越大，波的衰减越小，雷达料位计的测量效果越好；雷达物位计主要由发射和接收装置、信号处理器、指针等级部分组成，指针接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路，微处理器对此信号进行处理，识别出微波脉冲在物料表面所产生的回波，正确的回拨信号识别由智能软件完成，精度可达到毫米级；雷达距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比：
D=C×T/2 其中C为光速
筒仓空仓时雷达检测距离E已知，则物位L=E-D
当雷达物位计测量范围（空仓料位L1满仓料位L2）确定好之后，对雷达相关参数进行设定，应用参数将自动使仪表适应测量环境，对应输出4-20mA，PLC控制经过相关处理后就得到相应的具体测量数据。
（3） 水银料位开关
作为筒倉满仓保护的最后一道防线，水银料位开关在筒仓安全防护中起到至关重要的作用，其原理是利用重力原理，当水银开关碰到料位后会发生倾斜，此时开关容器中的水银会发生流动，倾斜到一定程度后水银会连通开关两级，由于水银具有导电性，相当于开关触点闭合，会使保护回路发生状态改变，导致回路保护动作。
筒仓雷达及水银开关在筒仓上的分布如图：
筒仓平面示意图
其参数设置如下：
？誗 上图为俯视图，上北下南
？誗 P11、P12、P21、P22、P31、P32为筒仓上的6个料位检测雷达；PT1、PT2为小车自带的两个料位检测雷达，分布在两个落料口a1、a2附近
？誗 P1、P2、P3为卸料小车在筒仓上的3个位置
？誗 SK11、SK12、SK21、SK22、SK31、SK32、SK41、SK42 为筒仓上的八个水银料位开关
？誗 PBW为卸料小车后出仓保护位置
？誗 PFW为卸料小车前出仓保护位置
？誗 Ph1为P1点的料位高度，其值取P11与P12实测值的平均值
？誗 Ph2为P2点的料位高度，其值取P21与P22实测值的平均值
？誗 Ph3为P3点的料位高度，其值取P31与P32实测值的平均值
？誗 Pa为Ph1、Ph2、Ph3的平均值
？誗 小车行走方向为东西方向。
小车布料工艺有两种模式，当Pa<=25m时用一种布料工艺，当Pa>25m是用另一种布料工艺，具体如下：
（1） Pa<25m
当自动卸料流程启动后，卸料小车会自动从中央控制处获取所要作业的仓号，根据仓号卸料小车PLC会对当前位置和所指定仓号位置进行对比，并对小车行走系统发出行走指令，直到卸料小车走到所指定位置；同时当仓号给定后卸料小车会自动获取所指定仓号的筒仓上所有料位雷达的当前数据及本筒仓的仓前仓后位置定位（PBW及PFW），并对P1、P2、P3点的料位高度Ph1、Ph2、Ph3进行比较，当确定三点的料位高度差不超过5米时，小车自动选定P1点作为第一轮循环堆料的起始点，当确定三点的料位高度差超过5米时，卸料小车自动选定Pn点（Pn为P1、P2、P3中的最低点）作为第一轮循环堆料的起始点；当Pn点料位高度达到设定值Hnext =HL+5米（HL为流程刚启动时该仓仓内料位平均高度）后小车自动行走到下一个堆料点Pn+1点进行堆料，堆料高度与上个堆料点相同；P3点堆料结束后系统认为本轮循环堆料结束，自动进入下一轮循环，自动走向下一个堆料点P1点，同时重新计算下一轮料位高度设定值Hnext =HL+5（HL为上一轮堆料循环料位高度设定值）；当Hnext>25m时，取Hnext=25。
（2） Pa>=25m
当系统检测到筒仓内料位平均高度大于25米时，系统自动选择另一种布料工艺，具体工艺如下：
当筒仓内P1、P2、P3三点的料位高度Ph1、Ph2、Ph3的平均值Pa>=25m时，卸料小车自动投入第二种布料工艺；首先卸料小车控制系统会判断筒仓内的料位是否平均，判断标准为筒仓内P1、P2、P3三点的料位高度高度差是否大于5米；如果判断出筒仓内P1、P2、P3三点存在料位高度差，则小车先走到最低点位置进行布料，堆料高度为P1、P2、P3三点的料位高度Ph1、Ph2、Ph3的最大值；当筒仓内料位比较均匀时（P1、P2、P3三点的料位高度高度差小于5米），卸料小车先走到仓后位置PBW，并计算出本轮循环堆料的料位高度标准Hnext =HL+2（HL为此布料工艺刚启动且当筒仓内料位比较均匀时时该仓仓内料位平均高度）及下一个堆料点位置Pn+1=Pn+2（Pn为卸料小车当前行走位置<编码器定位距离>）；当Pn+1>PFW时，控制系统强制Pn+1=PFW；当仓前位置PFW点堆料结束后，卸料小车控制系统发出行走后退指令，卸料小车开始匀速后退，同时卸料小车控制系统重新计算下一轮布料料位高度标准Hnext =HL+2米（HL为上一轮循环堆料的料位高度标准值）；当卸料小车行走后退到筒仓卸料后位置PBW后，卸料小车行走后退指令结束，并开始新一轮的循环堆料；当下一轮布料料位高度标准Hnext =HL+2大于35米时，小车进入匀速布料阶段，从筒仓卸料后位置PBW匀速行走到筒仓卸料仓前位置PFW，最后匀速从筒仓卸料仓前位置PFW走到筒仓卸料后位置PBW，当小车行走到筒仓卸料后位置PBW后小车控制系统会向中控反馈自动堆料完成信号，进入待机状态，等待下一流程开始。
经过长期的作业观察，现场工作人员发现卸料小车在堆料过程成中存在一些问题，筒仓报高料位保护后储煤数不能达到满意的要求，还有很大的空间可以利用。主要表现为一下情况：
① 整个筒仓内煤堆高度不均匀，有的点高，有的低，高度差可达到7m左右
② 筒仓内整体料位高度不够，有进一步往上提提升的空间
③ 西边P1点料位偏高（已经触发水银高料位开關），东边P3点料位偏低（有4m左右的高度差）
对以上问题我们进行了专题研究，在作业过程中针对相关问题对相关设备、相关限位及相关程序段进行了仔细观察及分析，找出了关键问题所在，并进行了相关优化，取得了可喜效果。问题分析及优化如下：
（1）针对第一个问题：整个筒仓内煤堆高度不均匀，有的点高，有的低，高度差可达到7m左右。造成此问题的原因是卸料小车在卸料过程中雷达计算数据和水银料位计检测之间存在差异，导致雷达计算数据还未达到计算标准值而水银料位计已经动作，水银料位计动作之后现场流程会紧急停止，系统判断此筒仓已经不能再进行堆料作业，如果是P1点水银开关动作，那么P2、P3点不能在进行自动作业，导致P2、P3点料位偏低，这也是导致第三个问题的一个原因所在；经过分析，造成雷达计算数据和水银料位计检测之间差异的原因如下：
筒仓内南北两侧料位差过大，造成此问题的原因是筒仓底部南北两侧活化取料机从筒仓内取料总量不均（主要是在配煤过程中出现此种情况）；卸料小车在卸料过程中判断走向下一个卸料点的条件是当前卸料点的料位平均值达到预设标准值，由于当前卸料点南北两侧存在高度差，而卸料小车两个卸料口（南北两侧各一个）a1、a2的料流是平均的且不能进行二次分配，结果导致雷达料位计计还没达到判断值筒仓安全保护——水银开关已经动作，本筒仓自动堆料结束。
为了解决筒仓安全保护先于雷达料位正常检测动作的问题，我们对卸料小车堆料工艺做如下调整：
① 当前堆料点的料位高度值取当前堆料点南北两侧料位最大值（取之代替原来的平均值），如在P1点堆料时，料位高度取P11、P12、PT1、PT2的最大值。
② 在取料工艺中加入保护值，如果筒仓南北两侧的料位差大于5m时，提醒中控调整取料流程，使筒仓内部南北两侧料位高度保持平均。
（2） 第二个问题：筒仓内整体料位高度不够，有进一步往上提提升的空间。仔细分析小车布料最后阶段——当下一轮布料料位高度标准Hnext =HL+2大于35米时，小车进入匀速布料阶段，此处存在活动空间，当HL=33.01时Hnext =HL+2=35.01大于35米，小车进入匀速布料阶段；当HL=32.99时Hnext =HL+2=34.99小于35米，小车进入下一轮循环堆料（堆料高度标准Hnext =HL+2=34.99），不能进入匀速布料阶段；也就是说小车可以从33.01米时就可以进入匀速布料阶段，也可以从34.99米时进入匀速布料阶段；当从33.01米进入匀速布料阶段时筒仓最终料位会偏低，为此我们调整相应阶段的工艺，当31 （3） 第三个问题：西边P1点料位偏高（已经触发水银高料位开关），东边P3点料位偏低（有4m左右的高度差）。经过现场仔细观察，造成此问题的原因除了第一个问题分析中提到的筒仓南北侧料位高度差过大外，还有一个原因是当卸料小车匀速布料晚结束后进入待机状态时小车最终停止位置在PBW处（P1点附近），小车行走已经进入待机状态而地面皮带机流程并没有停止，结果导致后面的煤都堆到了P1点处，直至筒仓安全保护开关动作。针对此问题的优化是当卸料小车进入匀速布料阶段时小车控制系统巷中控发出停止给料信号，令翻车机处停止给料；当小车自动堆料流程结束后，小车控制系统巷中控发出地面皮带机流程停止信号，令地面皮带机流程停止，这样不仅大大提高了小车自动布料的安全可靠性，又提高了筒仓的整体仓容。
卸料小车卸料工艺优化之后，筒仓仓容得到了大大提升，由原来的平均仓容33米左右（23000t）提升到的了36米（27000t）；筒仓安全保护也得到了很大提升，由卸料小车控制系统自动结束卸料流程取代了以前的由筒仓安全保护（水银料位开关）来紧急结束流程，有效减少了由流程重载紧急停止引起的小车漏斗堵料及流程重载再启动的频率，不仅保护了设备还降低了其他相关风险（小车堵料走车时造成落料口甚至漏斗变形，地面皮带重载启动时造成驱动电机、滚筒、地面皮带的额外损伤，造成皮带沿线大量撒煤，甚至造成小车“飞车”等等）。■
关键词：卸料小车；自动布料；刻度标尺；雷达料位计；水银开关
随着现代信息技术的发展，港口作业自动化程度越来越高，无人化自动操作是发展的大趋势，不仅可以节省大量的人力资源，降低企业发展成本，还可以实现现场全天候精准操作，大大减少了人为失误造成的损失。黄骅港是一个以煤炭中转为主业的现代化港口，年吞吐量已经达到1.5亿吨，在册职工不到一千人，自动化程度在全国领先，其部分机型已经实现无人化自动操作，其中筒仓自动化操作是现代港口中一大亮点，包括筒仓自动化卸料储煤及筒仓自动化取料。
本文主要叙述筒仓卸料小车无人自动卸料技术及其优化改进。
要想实现筒仓卸料小车无人化自动堆料，必须要有精准的轨道车定位系统、筒仓内料位检测系统及完善的自动布料工艺。
（1） 小车轨道定位系统
黄骅港现有卸料小车八台，每台卸料小车可做轨道行走对六个筒仓分别作业，为了实现卸料小车自动、精准、安全作业，我们必须有精准的轨道行走定位系统；目前黄骅港卸料小车行走采用刻度标尺定位和绝对值旋转编码器定位两种方式，由于刻度标尺定位相对准确，所以现场定位以刻度标尺为主要定位方式，在刻度标尺出现问题时自动切换到绝对值旋转编码器定位方式。
① 刻度标尺定位原理
刻度标尺精确定位系统采用电磁感应原理来检测移动设备的位移量，包括一台地面电气柜（含刻度分析仪等）、一台车载电气柜（含刻度生成仪等）、刻度标尺以及游尺指针等。其中刻度标尺是由扁平状的PVC合成材质外壳材料和内部按照8421码规律编制的芯线构成，类似一把有刻度的标尺，安装在沿移动卸料车运行轨道单侧边；游尺指针安装在卸料车上，游尺指针相对刻度标尺平行非接触移动；其构造及原理如下：
现场原理图
編码原理图
刻度生成仪产生一个39KHZ频率的正旋波信号，游尺指针通过谐振电路把39KHZ的信号进行放大，对其他频段的信号进行减小，有效的防止工业现场其他设备工作时产生的杂波信号对本设备信号的影响。
刻度标尺通过电磁耦合原理，对游尺指针上39KHZ的正旋波信号，产生一个感应电流；刻度标尺里面是有多组线圈组成的，每一段位置的线圈绕线方向排列组合都不一样，这样每一段位置的线圈感应出来的电流方向排列组合也不一样；例如当指针通过G0线1号位子时；由于G0，G1，G2， R0线都是平行的，在上面感应的电流方向是一至的，假设都是顺时针，带通滤波后把信号传给鉴相器，鉴相把R0线分别和G0，G1，G2线上的信号比较。电流方向相同的输出值为0，这样得到在G0线1位子时，G0，G1，G2线和R0线比较后输出值都是0；得到数值：000；当指针通过G0线2号位子时；由于G0交叉了一次；在G0上面感应的电流就会是逆时针方向；而R0，G1，G2线没有交叉，所以感应电流还是顺时针；鉴相器把他们信号比较；电流方向相反的输出值为1；得到数值：100；当指针通过G0线3号位子时；由于G0第一次交叉，G1第一次交叉，感应电流都逆时针；其他的不变感应电流方向也是顺时针；鉴相器把他们信号比较得到数值：110；当指针通过G0线4号位子时；由于G0第二次交叉，感应电流又成了顺时针；而G1第一次交叉没玩，感应电流是逆时针；其他的不变感应电流方向也是顺时针；鉴相器把他们信号比较得到数值：010；当指针通过G0线5号位子时；由于G0还是第二次交叉，感应电流还是顺时针；而G1第一次交叉没玩，感应电流是逆时针；G2在这里第一交叉，感应电流方向是逆时针；鉴相器把他们信号比较得到数值：011；随着G线的数量越多，就可以排列出更多的数据；这样，在刻度标尺的每一个位置都有一个具体的数值，其分辨率为毫米级别。
刻度分析仪通过ST箱得到这些电流的信号；通过CPU对其进行模拟量采集和数字量运算，并把运算的结果转化成人眼可以识别的十进制数，在显示面板上显示出来；
由于刻度标尺里面的线圈位置是固定不变的，所以每当游尺指针反复到达同一位置时得到的电流方都是一个固定的排列！解析出来的地址数据也是固定不变的，不会像其他设备长时间工作后反复到达同一位置时的误差值会越来越大！
刻度分析仪解析完数据后对外输出是标准的自由口RS232协议；但是整个港口的PLC通信都是走的Controlnet现场总线；我们这里为了方便本设备能挂到主站的PLC上面；和方便PLC程序开发人员对本设备地址数据的调用；我们使用网关，其主要作用是把自由口RS232协议的数据转换成PLC-Controlnet协议可识别的数据；
② 绝对值旋转编码器
旋转编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，它是由一个或多个（单圈绝对值编码器或多圈绝对值编码器）光码盘组成，光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），然后通过不同的通讯方式把这些代码读取出来，通过中间换算，就能得到唯一的一个位置数据（可以使旋转角度，也可以是直线位置）。绝对值编码器可分为单圈绝对值编码器和多圈绝对值编码器，当现场检测范围比较小时，光码盘转动范围不超过360度，此时可选用单圈绝对值编码器；当现场检测范围比较大时，光码盘转动范围超过360度，此时单圈绝对值编码器的编码不唯一，不能进行准确定位；如果要测量旋转超过360度范围，就要选用多圈绝对值编码器，其运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的编码器就称为多圈式绝对值编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复。 （2） 筒仓料位检测系统
准确的料位检测是筒仓自动堆料过程极其重要的一部分，它就像眼睛一样，能够判断出筒仓内各点料位的实际情况，然后反馈给PLC控制系统，PLC控制系统经过计算后发出命令给走行系统，卸料小车根据命令行走到合适的位置进行堆料。黄骅港筒仓料位检测有两种方式，一种是雷达物位计（主要用于布料过程控制），一种是水银料位开关（主要用于安全防护）。其检测原理如下：
① 雷达物位计检测
雷达料位计运用先进的雷达测量技术，以其优良的性能，尤其是在槽罐中有搅拌、温度高、蒸汽大、介质腐蚀性强、易结疤等恶劣的测量条件下，显示出其卓越的性能，在工业生产中发挥着重要的作用；雷达波是一种特殊形式的电磁波，雷达物位计利用了电磁波的特殊性能来进行物位检测，它的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速，频率为300MHz～3000GHz，可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介质常数越大回波信号的反射效果越好，雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积上能量（磁通量或场强）越大，波的衰减越小，雷达料位计的测量效果越好；雷达物位计主要由发射和接收装置、信号处理器、指针等级部分组成，指针接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路，微处理器对此信号进行处理，识别出微波脉冲在物料表面所产生的回波，正确的回拨信号识别由智能软件完成，精度可达到毫米级；雷达距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比：
D=C×T/2 其中C为光速
筒仓空仓时雷达检测距离E已知，则物位L=E-D
当雷达物位计测量范围（空仓料位L1满仓料位L2）确定好之后，对雷达相关参数进行设定，应用参数将自动使仪表适应测量环境，对应输出4-20mA，PLC控制经过相关处理后就得到相应的具体测量数据。
（3） 水银料位开关
作为筒倉满仓保护的最后一道防线，水银料位开关在筒仓安全防护中起到至关重要的作用，其原理是利用重力原理，当水银开关碰到料位后会发生倾斜，此时开关容器中的水银会发生流动，倾斜到一定程度后水银会连通开关两级，由于水银具有导电性，相当于开关触点闭合，会使保护回路发生状态改变，导致回路保护动作。
筒仓雷达及水银开关在筒仓上的分布如图：
筒仓平面示意图
其参数设置如下：
？誗 上图为俯视图，上北下南
？誗 P11、P12、P21、P22、P31、P32为筒仓上的6个料位检测雷达；PT1、PT2为小车自带的两个料位检测雷达，分布在两个落料口a1、a2附近
？誗 P1、P2、P3为卸料小车在筒仓上的3个位置
？誗 SK11、SK12、SK21、SK22、SK31、SK32、SK41、SK42 为筒仓上的八个水银料位开关
？誗 PBW为卸料小车后出仓保护位置
？誗 PFW为卸料小车前出仓保护位置
？誗 Ph1为P1点的料位高度，其值取P11与P12实测值的平均值
？誗 Ph2为P2点的料位高度，其值取P21与P22实测值的平均值
？誗 Ph3为P3点的料位高度，其值取P31与P32实测值的平均值
？誗 Pa为Ph1、Ph2、Ph3的平均值
？誗 小车行走方向为东西方向。
小车布料工艺有两种模式，当Pa<=25m时用一种布料工艺，当Pa>25m是用另一种布料工艺，具体如下：
（1） Pa<25m
当自动卸料流程启动后，卸料小车会自动从中央控制处获取所要作业的仓号，根据仓号卸料小车PLC会对当前位置和所指定仓号位置进行对比，并对小车行走系统发出行走指令，直到卸料小车走到所指定位置；同时当仓号给定后卸料小车会自动获取所指定仓号的筒仓上所有料位雷达的当前数据及本筒仓的仓前仓后位置定位（PBW及PFW），并对P1、P2、P3点的料位高度Ph1、Ph2、Ph3进行比较，当确定三点的料位高度差不超过5米时，小车自动选定P1点作为第一轮循环堆料的起始点，当确定三点的料位高度差超过5米时，卸料小车自动选定Pn点（Pn为P1、P2、P3中的最低点）作为第一轮循环堆料的起始点；当Pn点料位高度达到设定值Hnext =HL+5米（HL为流程刚启动时该仓仓内料位平均高度）后小车自动行走到下一个堆料点Pn+1点进行堆料，堆料高度与上个堆料点相同；P3点堆料结束后系统认为本轮循环堆料结束，自动进入下一轮循环，自动走向下一个堆料点P1点，同时重新计算下一轮料位高度设定值Hnext =HL+5（HL为上一轮堆料循环料位高度设定值）；当Hnext>25m时，取Hnext=25。
（2） Pa>=25m
当系统检测到筒仓内料位平均高度大于25米时，系统自动选择另一种布料工艺，具体工艺如下：
当筒仓内P1、P2、P3三点的料位高度Ph1、Ph2、Ph3的平均值Pa>=25m时，卸料小车自动投入第二种布料工艺；首先卸料小车控制系统会判断筒仓内的料位是否平均，判断标准为筒仓内P1、P2、P3三点的料位高度高度差是否大于5米；如果判断出筒仓内P1、P2、P3三点存在料位高度差，则小车先走到最低点位置进行布料，堆料高度为P1、P2、P3三点的料位高度Ph1、Ph2、Ph3的最大值；当筒仓内料位比较均匀时（P1、P2、P3三点的料位高度高度差小于5米），卸料小车先走到仓后位置PBW，并计算出本轮循环堆料的料位高度标准Hnext =HL+2（HL为此布料工艺刚启动且当筒仓内料位比较均匀时
① 整个筒仓内煤堆高度不均匀，有的点高，有的低，高度差可达到7m左右
② 筒仓内整体料位高度不够，有进一步往上提提升的空间
③ 西边P1点料位偏高（已经触发水银高料位开關），东边P3点料位偏低（有4m左右的高度差）
对以上问题我们进行了专题研究，在作业过程中针对相关问题对相关设备、相关限位及相关程序段进行了仔细观察及分析，找出了关键问题所在，并进行了相关优化，取得了可喜效果。问题分析及优化如下：
（1）针对第一个问题：整个筒仓内煤堆高度不均匀，有的点高，有的低，高度差可达到7m左右。造成此问题的原因是卸料小车在卸料过程中雷达计算数据和水银料位计检测之间存在差异，导致雷达计算数据还未达到计算标准值而水银料位计已经动作，水银料位计动作之后现场流程会紧急停止，系统判断此筒仓已经不能再进行堆料作业，如果是P1点水银开关动作，那么P2、P3点不能在进行自动作业，导致P2、P3点料位偏低，这也是导致第三个问题的一个原因所在；经过分析，造成雷达计算数据和水银料位计检测之间差异的原因如下：
筒仓内南北两侧料位差过大，造成此问题的原因是筒仓底部南北两侧活化取料机从筒仓内取料总量不均（主要是在配煤过程中出现此种情况）；卸料小车在卸料过程中判断走向下一个卸料点的条件是当前卸料点的料位平均值达到预设标准值，由于当前卸料点南北两侧存在高度差，而卸料小车两个卸料口（南北两侧各一个）a1、a2的料流是平均的且不能进行二次分配，结果导致雷达料位计计还没达到判断值筒仓安全保护——水银开关已经动作，本筒仓自动堆料结束。
为了解决筒仓安全保护先于雷达料位正常检测动作的问题，我们对卸料小车堆料工艺做如下调整：
① 当前堆料点的料位高度值取当前堆料点南北两侧料位最大值（取之代替原来的平均值），如在P1点堆料时，料位高度取P11、P12、PT1、PT2的最大值。
② 在取料工艺中加入保护值，如果筒仓南北两侧的料位差大于5m时，提醒中控调整取料流程，使筒仓内部南北两侧料位高度保持平均。
（2） 第二个问题：筒仓内整体料位高度不够，有进一步往上提提升的空间。仔细分析小车布料最后阶段——当下一轮布料料位高度标准Hnext =HL+2大于35米时，小车进入匀速布料阶段，此处存在活动空间，当HL=33.01时Hnext =HL+2=35.01大于35米，小车进入匀速布料阶段；当HL=32.99时Hnext =HL+2=34.99小于35米，小车进入下一轮循环堆料（堆料高度标准Hnext =HL+2=34.99），不能进入匀速布料阶段；也就是说小车可以从33.01米时就可以进入匀速布料阶段，也可以从34.99米时进入匀速布料阶段；当从33.01米进入匀速布料阶段时筒仓最终料位会偏低，为此我们调整相应阶段的工艺，当31
卸料小车卸料工艺优化之后，筒仓仓容得到了大大提升，由原来的平均仓容33米左右（23000t）提升到的了36米（27000t）；筒仓安全保护也得到了很大提升，由卸料小车控制系统自动结束卸料流程取代了以前的由筒仓安全保护（水银料位开关）来紧急结束流程，有效减少了由流程重载紧急停止引起的小车漏斗堵料及流程重载再启动的频率，不仅保护了设备还降低了其他相关风险（小车堵料走车时造成落料口甚至漏斗变形，地面皮带重载启动时造成驱动电机、滚筒、地面皮带的额外损伤，造成皮带沿线大量撒煤，甚至造成小车“飞车”等等）。■