一、行業(yè)需求催生自動(dòng)定量裝車發(fā)展

傳統(tǒng)裝車方式弊端重重

在煤炭和砂石行業(yè)中，傳統(tǒng)的裝車方式存在諸多弊端。就煤炭行業(yè)而言，傳統(tǒng)汽車裝煤現(xiàn)場裝車精度不高，容易欠載或者超載。目前煤炭裝車主要通過人工控制閘門或者給煤機(jī)開啟放煤，人工閘門放煤的裝車量純粹靠工人現(xiàn)場估計(jì)，而計(jì)量給煤機(jī)由于放煤過程中人工不斷啟停，導(dǎo)致精度大幅下降，遠(yuǎn)達(dá)不到裝車精度要求。此外，計(jì)量給煤機(jī)裝車方式還難以防止拉煤車輛作弊，目前的裝車計(jì)量系統(tǒng)是先裝煤后稱重，去皮、裝車、稱重三個(gè)流程不是同時(shí)進(jìn)行，空車去皮時(shí)車輛故意裝滿水或者石塊加重空車重量，去皮稱重后再放掉水或石塊，以此多裝半噸到 1 噸煤，給煤炭企業(yè)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。而且傳統(tǒng)裝車流程繁雜，進(jìn)場去皮稱重后司機(jī)需下車拿提煤單排隊(duì)裝車，輪到時(shí)先交提煤單再裝煤，裝好后過磅，裝多了卸，裝少了繼續(xù)排隊(duì)，反復(fù)操作影響裝車效率。

在砂石行業(yè)中，傳統(tǒng)的砂石運(yùn)輸采用手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率低下。企業(yè)運(yùn)輸砂石，傳統(tǒng)靠人工裝卸搬運(yùn)車，靠人的肩扛手抬，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)效率低下，危險(xiǎn)性還高。

自動(dòng)定量裝車必要性凸顯

鑒于傳統(tǒng)裝車方式的種種弊端，自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)在煤炭和砂石行業(yè)的必要性日益凸顯。自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)能夠提高作業(yè)效率，在煤炭行業(yè)，智能無人裝車系統(tǒng)從根本上解決了目前普遍存在的行業(yè)問題，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化無人值守裝車，相比傳統(tǒng)裝車在精度和速度上有質(zhì)的提升。在砂石行業(yè)，自動(dòng)化裝載技術(shù)可以將砂石的裝載過程完全自動(dòng)化，提高裝載速度，減少人為誤差，提高作業(yè)效率。同時(shí)，自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)還能降低人工成本，提高安全性和工作質(zhì)量，為煤炭和砂石行業(yè)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇。

二、技術(shù)原理與應(yīng)用場景

（一）煤炭行業(yè)應(yīng)用

1. 系統(tǒng)組成及功能介紹

• 汽車定量裝車系統(tǒng)在煤炭企業(yè)由生產(chǎn)管理 MES 系統(tǒng)、銷售 ERP 系統(tǒng)、DCS 現(xiàn)場控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程無人值守稱重系統(tǒng)組成。DCS 現(xiàn)場控制系統(tǒng)通過可編程控制器（PLC）、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和裝載控制功能，實(shí)現(xiàn)煤炭智能裝載，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、計(jì)算機(jī)等設(shè)備與現(xiàn)場儀表相連。系統(tǒng)無縫對接，自動(dòng)獲取 ERP 系統(tǒng)中的裝車計(jì)劃信息，通過刷卡、車牌識別等多種驗(yàn)證方式，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過 DCS 現(xiàn)場控制系統(tǒng)上傳到汽車定量裝車系統(tǒng)，完成連續(xù)裝車、定量自動(dòng)裝車、清單打印、動(dòng)態(tài)圖紙顯示等功能。

• 定量裝車系統(tǒng)不僅滿足了定量裝車的基本功能要求，同時(shí)考慮到各方面細(xì)節(jié)流程及安全防范的要素，使客戶裝運(yùn)效率、精度、安全管理得到全方位提升。

1. 優(yōu)勢體現(xiàn)

• 高效快速提升產(chǎn)能：快速定量裝車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了裝車系統(tǒng)的全自動(dòng)運(yùn)行，具有裝載準(zhǔn)確、精度高、速度快等特點(diǎn)，極大地提高了煤炭的裝車速度，從而提升產(chǎn)能。例如，一個(gè)年產(chǎn) 4000 萬的煤礦集團(tuán)，引入定量裝車系統(tǒng)后，為煤炭運(yùn)輸打開了 “綠色通道”，根據(jù)礦方生產(chǎn)、裝車倉內(nèi)儲煤、裝車能力等情況安排裝車計(jì)劃，提高了煤炭的裝車速度和計(jì)量準(zhǔn)確性。

• 精準(zhǔn)計(jì)量減少誤差：快速定量裝車系統(tǒng)作為一種將散裝的物料按規(guī)定質(zhì)量連續(xù)快速的稱重計(jì)量，擁有裝載準(zhǔn)確、精度高的特點(diǎn)，能夠有效減少傳統(tǒng)裝車方式中容易出現(xiàn)的欠載或者超載問題，避免給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。

• 穩(wěn)定可靠降低風(fēng)險(xiǎn)：裝車控制系統(tǒng)在滿足企業(yè)認(rèn)可的同時(shí)，兼顧安全性、可靠性。系統(tǒng)的安全性包括煤礦設(shè)備安全、網(wǎng)絡(luò)及軟件安全等多方面內(nèi)容，確保系統(tǒng)穩(wěn)定。面對突發(fā)情況或設(shè)備故障時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)上傳保存數(shù)據(jù)信息。

• 智能化操作節(jié)省人力：傳統(tǒng)裝車方式現(xiàn)場工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度高，而自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能化操作，減少了人工干預(yù)，節(jié)省了人力成本。

• 環(huán)保節(jié)能符合可持續(xù)發(fā)展要求：響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)，煤礦企業(yè)的發(fā)展更加注重綠色化和信息化，定量裝車系統(tǒng)便是數(shù)字化礦山系統(tǒng)建設(shè)的一個(gè)重要組成部分，符合可持續(xù)發(fā)展要求。

（二）砂石行業(yè)應(yīng)用

1. 系統(tǒng)組成及功能講述

• 砂石骨料智能定量裝車系統(tǒng)由電子汽車衡、成品料倉、緩存料倉、補(bǔ)料輸送執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸送機(jī)、卸料門）、放料電控系統(tǒng)、DCS 控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、料位車位檢測系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、上位機(jī)系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)提前錄入車輛的卸載量，車輛到達(dá)筒倉，識別車號，系統(tǒng)校驗(yàn)物料與筒倉信息一致，開閘上磅，穩(wěn)定保存皮重，司機(jī)可按按鈕或刷卡開啟下料，系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場需要控制的邏輯點(diǎn)位，自動(dòng)控制各設(shè)備間的邏輯控制，到達(dá)提前量，自動(dòng)收窄下料口，到達(dá)裝車量，停止下料，穩(wěn)定保存毛重，車輛離場。

1. 優(yōu)勢體現(xiàn)

• 提高作業(yè)效率：傳統(tǒng)人工操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不好管理同時(shí)極易產(chǎn)生錯(cuò)誤。而智能定量裝車系統(tǒng)可以快速裝車發(fā)運(yùn)，特別是在產(chǎn)銷旺季，能夠幫助企業(yè)增加利潤。例如，企業(yè)運(yùn)輸砂石，傳統(tǒng)靠人工裝卸搬運(yùn)車，勞動(dòng)效率低下，危險(xiǎn)性還高。采用智能定量裝車系統(tǒng)后，從進(jìn)廠稱重到裝車出廠實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，提高了作業(yè)效率。

• 減少人工成本：智能定量管理系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控和異常預(yù)警功能，在重要環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)無人值守，極大地降低企業(yè)的人力成本。

• 提高安全性：系統(tǒng)具備故障自檢功能，偏載、超限、設(shè)備通訊故障報(bào)警等功能，一旦發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)在操作站緊急關(guān)閉閥門、停止泵或緊急停止 / 停止現(xiàn)場的車道或整個(gè)操作場所的裝車作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)直接控制和報(bào)警提示。

• 提高工作質(zhì)量：自動(dòng)控制各設(shè)備間的邏輯控制，到達(dá)提前量，自動(dòng)收窄下料口，到達(dá)裝車量，停止下料，能夠準(zhǔn)確控制裝車量，避免傳統(tǒng)人工操作中容易出現(xiàn)的誤差，提高工作質(zhì)量。

三、關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)

（一）AI 技術(shù)的應(yīng)用

矩陣軟件利用 AI 技術(shù)解決自動(dòng)裝車難題，進(jìn)一步提升管控智能化水平。系統(tǒng)在遠(yuǎn)程集中控制裝車的基礎(chǔ)上，利用 32 線激光雷達(dá)對現(xiàn)場裝車環(huán)境進(jìn)行 3D 建模，自動(dòng)裝車智能檢測算法（Matrix-LoadDetector）對激光雷達(dá)點(diǎn)云動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。除能實(shí)現(xiàn)車廂邊緣和料位高度等常規(guī)檢測外，還可實(shí)現(xiàn)對溜槽位置、車廂擋板、落料位置的 AI 智能檢測，對現(xiàn)場情況檢測更加全面。

以煤炭行業(yè)為例，針對快速裝車站及傳統(tǒng)筒倉裝車，部署激光雷達(dá)對現(xiàn)場裝車環(huán)境實(shí)時(shí)建模，利用 AI 算法分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)，與現(xiàn)場已有設(shè)備及系統(tǒng)對接，替代人工指導(dǎo)現(xiàn)場已有裝車設(shè)備動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)如皮帶控制、定量倉補(bǔ)倉、溜槽自動(dòng)控制、定量給煤機(jī)控制等功能，同時(shí)自動(dòng)提示現(xiàn)場車輛動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量裝車。在砂石骨料行業(yè)，現(xiàn)場裝車設(shè)備比較標(biāo)準(zhǔn)且相對獨(dú)立，主控對象一般為除塵系統(tǒng)、散裝機(jī)、電液平板閥、流量閥、汽車衡、定量皮帶秤（400T 以內(nèi)）等，同樣部署激光雷達(dá)對現(xiàn)場裝車環(huán)境實(shí)時(shí)建模，利用 AI 算法分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)，替代人工指導(dǎo)現(xiàn)場已有裝車設(shè)備動(dòng)作，并提示現(xiàn)場車輛動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量裝車。

（二）智能化功能

1. 無人值守自動(dòng)裝車：實(shí)現(xiàn)裝車的全流程智能化控制，包括空車檢查，挑車，自動(dòng)識別車號，自動(dòng)控制防凍噴淋（自動(dòng)補(bǔ)充配料），自動(dòng)裝車，平煤，超偏載檢測，自動(dòng)控制抑塵，基本無需人員參與。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，截止 2023 年 6 月山東矩陣軟件已累計(jì)落地應(yīng)用汽車智能裝車項(xiàng)目 400 余套，火車智能裝車項(xiàng)目近 20 套，大大提高了裝車效率，降低了人力成本。

1. 優(yōu)化作業(yè)流程：實(shí)現(xiàn)了裝車全流程智能化管理，保證裝車質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，信息實(shí)時(shí)共享，消除信息孤島，使裝車流程規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。真正做到人員少跑腿，智能化多跑路。例如，自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)融合了現(xiàn)代信息通信技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控裝車現(xiàn)場的設(shè)備和物料，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理和分析大量的裝車數(shù)據(jù)，優(yōu)化裝車策略，云計(jì)算技術(shù)為系統(tǒng)提供可靠的、可擴(kuò)展的 IT 基礎(chǔ)設(shè)施，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)確保系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理和控制，信息通信技術(shù)提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度和準(zhǔn)確性，自動(dòng)化控制技術(shù)精確物料計(jì)量和裝載，人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制，進(jìn)一步提高了裝車效率和精度。

1. 確保裝車安全：實(shí)現(xiàn)了裝車全流程安全把控，裝車前的空車車況的 AI 檢查篩選，裝車中 Al 點(diǎn)云雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)控控制，保證裝料連續(xù)性，裝車后對裝車質(zhì)量 AI 檢測，確保了整個(gè)裝車流程的安全。系統(tǒng)具備故障自檢功能，偏載、超限、設(shè)備通訊故障報(bào)警等功能，一旦發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)在操作站緊急關(guān)閉閥門、停止泵或緊急停止 / 停止現(xiàn)場的車道或整個(gè)操作場所的裝車作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)直接控制和報(bào)警提示。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)記錄操作人員和控制時(shí)間以及控制結(jié)果。問題處理后，系統(tǒng)可以在原裝載量下繼續(xù)裝載，業(yè)務(wù)不會(huì)丟失。操作屏幕和定量裝載控制器可以設(shè)置停止按鈕，停止裝載操作。