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中国煤科天地储装:大宗散装物料智能化储装技术的领航者​

863 2020-07-09


中国煤科天地储装:

大宗散装物料智能化储装技术的领航者


煤炭作为支撑国家经济发展的重要能源,北多南少、西多东少的差异化分布决定了煤炭物流西煤东运、北煤南调的基本格局,大量的煤炭自西向东、由北向南、长距离、多次转运成为煤炭物流的基本特点。目前我国60%的煤炭运输依靠铁路外运,而且,为打赢蓝天保卫战,实现‘公转铁’,减少重型货车长途运输,削减能源消耗和污染排放,铁路煤炭运量大幅增加成为必然趋势,为此,需要配套建设大量的煤炭集运站。大型煤炭集运站的建设满足了煤炭收集、存储、配煤、装车外运、转运的运输需求,也是铁路重载运输网络的重要组成部分。


中国煤科天地储装长期致力于大型煤炭集运站(装车基地)的绿色高效智能化储运装系统成套技术与装备的研发和推广,针对目前我国煤炭铁路储运装系统环境污染严重、效率低、智能化程度低等问题,在研究绿色高效智能化煤炭储运装系统生产工艺技术的基础上,以云计算、物联网、智能控制为核心,开发了千万吨级绿色高效智能化煤炭储运装成套技术与装备,并在大型现代化千万吨级全封闭环保型快速煤炭集运站(装车基地)进行示范应用,以提高我国煤炭储运装系统的配套能力和技术水平,满足我国煤炭储运装系统智能化、安全高效、绿色环保的需求。


1


智能化成套装备与工艺技术


煤炭物料储运装系统主要的工艺流程通常包括受煤、储煤、运煤、装车等四个关键环节。这些关键环节的技术水平及各个环节的智能化协调程度决定了大型集运站的煤炭物料外运效率。天地储装聚焦煤炭物料储运装系统的关键技术,重点研究储运装系统智能化成套工艺、大容量封闭式煤炭存储技术、储运装成套装备智能协同控制技术、智能化无人快速定量装车技术、多煤种智能配煤技术、智能化车辆调度技术、储运装机电设备远程运维及预测性维护等技术,在对这些关键技术进行深入研究的基础上开发了煤炭物料储运装系统智能化控制系统,形成年外运量千万吨级煤炭物料储运装系统成套技术与装备,显著提高了大型集运站的煤炭物料外运效率。



02


储运装系统成套设备智能协同控制技术


在集运站大规模设备协同的应用中,一次设备协同作业过程需要大范围内的大量设备共同完成,对设备协同作业过程的安全性、可靠性及协同性要求高,具有设备数量多、种类复杂、协同规模大、时延敏感、运行时序要求高等特点,通过建立设备协同体系结构以及设备协同流程模型实现储运装系统成套设备的智能协同控制。在储运装系统成套设备协同控制系统中,使用不同的任务调度策略对设备资源、计算资源、存储资源进行分配,实现多任务并行执行,提高了系统的执行效率。在建立设备协同体系结构以及设备协同流程模型的基础上,通过对储料系统、输料系统和装车卸料系统进行细化分析建立控制模型,实现集运站储运装系统成套设备的智能协调控制。


储运装系统成套设备智能协同系统模型


03


储运装系统智能化

无人快速定量装车技术


基于散体物料流动性特征分析,采用多传感器信息融合技术、智能控制算法、专家数据库系统等,在掌握装车过程信息的基础上,建立高稳定性、高可靠性、兼容性强的智能化控制系统,实现从物料上料,高精度定重称量配料,到向列车车厢卸料的全工艺流程的智能化无人装车过程。

      

智能化无人快速定量装车系统主要包括三个层次:感知执行层、协同控制层和应用辅助层。感知执行层主要包括高精度称重传感系统,物料检测系统,车辆跟踪与识别系统和液压精准控制系统等;协同控制层主要实现系统中的各个子系统的协作;应用辅助层负责处理和分析来自感知执行层的大量传感器的数据信息,规划卸料和装车流程,并根据车厢动态信息的变化,为控制执行机构的动作提供相应的支持。


智能化装车系统的三个层次


智能化装车框架流程图


04

多煤种智能配煤技术


在对配煤工艺流程进行深入研究的基础上,采用遗传算法建立了优化的配煤方案,并针对系统反馈控制过程具有大时滞,非线性以及难以建立精确的数学模型的特点,研发了基于模糊PID控制的多煤种智能配煤控制系统,把低硫、低灰、低发热量的煤与高硫、高灰、高发热量的煤自动混配,从而生产出适合客户需求的低成本、环保型、高质量的均质煤炭。多煤种智能配煤不但能明显改善煤炭的燃烧效率,还可以减少煤炭燃烧二氧化硫排放量,提高终端用户的整体经济效益并符合环保要求,具有投资少、成本低、高效益、高环保的特点。天地储装研发的多煤种智能配煤技术是整合煤炭资源,节约使用能源、提高能源利用效率的高科技技术,它将为我国经济增长和可持续发展,建设节约型社会提供有力的保障。


多煤种智能配煤原理图


05

集运站智能化无人车辆调度技术


针对集运站生产特性,在卸煤车辆沿途经过地点,建立多处信息采集点,利用先进的信息、电子、数字技术在各个分散的站点之间建立有效的集控连接,研发了智能化无人车辆调度系统,包括车辆运行的路线图规划,车辆卸料的环节设置,车辆的调度管理模式,工艺的数据处理机制等。智能化无人车辆调度系统按照设计的调度算法,通过快速分析计算,控制各设备自动启停,指挥车辆通行、称重和离场,最大限度的减少作业时长,从而提高企业生产运营效率、降低运行成本。


06


储运装系统大容量

封闭式绿色环保存储技术


封闭式集运站储煤系统包括封闭式储煤场和储煤仓,其中封闭式储煤场主要包括圆形储煤场和条形储煤场,封闭式储煤仓主要包括槽仓、圆筒仓和方仓。由于集运站大多沿着铁路线建设,为此采用封闭式条形储煤场为最优方式。


07

基于物料流动性分析的物料防堵技术


大型煤炭集运站、露天储煤场等煤炭储备基地在进行存煤卸料外运时,经常遇到物料阻流、搭拱、落料不畅等问题,影响了煤炭物料的输运效率。为了减少料仓阻流,提高物料的输运效率,在对散体物料的流动特性和流动机理以及振动给料过程中的防堵特性进行分析研究的基础上提出物料防堵技术,以提高给料机的给料性能,从而提高整个系统的工作效率。


给料机振动3s时的物料流动状态图


08


基于诱导气流产尘机理分析的

综合抑尘技术


煤炭散料在输运过程中呈现出散体特征,其物理性质介于固体和液体之间,从单个颗粒的角度来说,它是固体,而多个颗粒形成的集合体又显示出流体的性态,具有流动性,能在一定范围内保持其形状。基于煤炭散料的上述特点,采用离散单元法(DEM)对其进行流动性分析,研究煤炭物料在输运过程以及转载过程中的产尘机理和粉尘逸散规律,提出基于诱导气流分析的产尘机理分析方法以及综合抑尘技术,降低物料下落时的产尘量,满足了煤炭集运站绿色环保的建设需求。



不同诱导风速雾滴分布图


09


储运装成套设备远程运维及

预测性维护技术


将“互联网+”引入到煤炭集运站设备管理中,以煤炭集运站储运装成套设备为核心,利用智能传感器、工业互联网、云计算、人工智能等技术对各设备进行全运行周期的状态监测,并进行数据管理和分析,为用户提供储运装成套设备故障预测、故障诊断与分析、设备劣化趋势、健康状态评估、运行状态监测、远程专家系统、智能巡检、设备管理等安全与可靠性管理服务,有效提高设备运行的安全性、经济性及可靠性。

     

采用先进的云技术手段,使储运装成套设备管理高效、准确,实现“五化”管理,即“位置精确化、过程透明化、信息准确化、管理精细化、行为标准化”,降低现场设备管理成本,减少设备安全隐患,提高设备管理效能。通过部署在云服务器上的软件服务,系统能够接入任何互联网设备(电脑、手机或PAD),实现了随时随地查询各设备的基本参数、实时运行数据、运行报警信息,以及进行工单任务管理等功能。



设备云服务用户界面-生产信息图



设备云服务用户界面-设备参数图


10

煤炭物料储运装信息管理技术


建立集运站铁路运输信息集成平台,以信息化为支撑,实现数据集中与信息共享,形成开放式的信息共享架构和信息共享管理机制,支撑各应用系统间的集成,促进基于平台化的信息资源整合和业务应用开发,推动运输组织流程优化再造,实现运输组织的精确化管理。运输信息集成平台遵循面向服务架构(SOA),采用具有松散耦合和可互操作特征的企业服务总线(ESB)方式构建,系统架构如图所示。



煤炭物料储运装信息管理系统总体架构图


11


智能物流交易综合服务平台技术


在“互联网+”思维的引导下,将互联网化和产业金融一体化作为新时期发展的目标,发挥行业、资源、业务优势,利用互联网和电子商务技术,打造煤炭行业的物流交易综合服务平台,整合煤炭运销的各个环节,服务于煤炭生产、销售企业。综合服务平台汇聚了煤炭行业内生产和销售企业,是一个面向煤炭行业的第三方电子商务平台。平台利用先进的互联网和物联网技术,结合传统贸易方式,实现煤炭供应链物流全程控制和服务。


智能物流交易综合服务平台图