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摘 要：随着我国对外经济贸易的增加，港口机械设备设施自动化运行管理显得略为重要，是保障港口顺利完成年度生产作业目标的重要运作手段。现就我司港口自动化进仓房仓的散粮物料高度监测作进一步探索和研究。
1 现状
15#库是港区房仓的重要组成部分，分 A，B，C，D 4个仓位，每个仓容约 22 000 t。物料进仓流程主要分为前期通过流机自卸车接卸作业，后期通过筒仓输送设备进行加高作业。加高作业过程中，筒仓岗位巡查人员必须时刻关注物料高度，以防物料高度超出仓壁承重墙高度，造成仓体坍塌。由于物料进仓加高作业时，随着抛料小车将物料抛出，粮食与粉尘分离，大部分粉尘悬浮在空气中，继而在一定程度上严重影响岗位巡查人员的视线，使其不能准确地把握物料实时高度。为了减少乃至杜绝物料高度给仓体带来的安全隐患，特提出 15#库房仓物料高度监测系统。
2 方案选择
2.1 方案一
在 A，B，C，D 四仓仓壁高度 12 m 处（承重墙高度）加装 UZK 型阻旋料位开关，根据抛料小车加大粮堆覆盖直径范围，每个仓仓壁需加装 6 个阻旋料位开关，共计加装24 个料位开关。
工作原理：阻旋料位开关电机带动叶片旋转，当被测介质到达叶片位置时，叶片受阻停止转动，从而触动后面的微动开关输出开关信号。当被测介质下降离开叶片时，叶片在弹簧的作用下恢复原位继续转动。
2.2 方案二
在抛料小车头部下方装设 SIEMENS LR560 系列微波雷达物位计，根据抛料小车移动位置，雷达物位计随之移动，由于每仓进仓流程有 2 个抛料小车，因此 15#库内需加装 4个微波雷达物位计。
工作原理：高频微波脉冲通过天线系统发射并接收，雷达波以光速运行，遇到被测介质表面，其部分能量被反射回来，被同一天线接收，发射脉冲与接收的脉冲的时间间隔与天线到被测介质表面的距离是成正比的。运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。
3 方案论证
3.1 方案一
优点：UZK 阻旋开关可应用于几乎所有潮湿的、黏性的或油性的散装物料的满仓、空仓和需求指标的测量中，并且在zui恶劣的条件下也能正常使用。
缺点：①阻旋料位开关采用 AC220 V 50 Hz 供电方式；②安装阻旋料位开关需要 PLC 24 个输入输出点，需增加PLC 输入输出模块；③使用阻旋料位开关，需要加装仓壁维修平台，为以后日常检修保养作准备（15#库单侧仓壁长度129.6 m）。
3.2 方案二
优点：①SIEMENS LR560 系列微波雷达物位计采用安全电压 DC24 V 电源；②安装 LR560 系列微波雷达物位计需要 PLC 4 个输入输出点，节省 PLC 输入输出模块；③微波雷达物位计安装在抛料小车头部，易于检修维保操作。
缺点：现场缺少 DC24 V 电源，加装 AC220 V 转换DC24 V 电源电箱。
综合上述优缺点对比分析，方案二更加适合 15#库料位监测系统实现。
4 方案设计
本方案是以筒仓配电房现有 GE PLC 为核心，现场采用SIEMENS LR560 微波雷达物位计对 15#库料位高度进行数据采集，中控室采用 TFT 真彩触摸屏实时显示某仓料位高度，当料位高度达到某种物料预先设置预警值时，中控室蜂鸣器会发出报警信号提醒中控操作人员移动抛料小车，以确保库内物料高度不超过仓体承重墙高度。本方案中料位计检测料位高度数值信号不直接参与 15#库流程输送设备控制。
5 系统方案硬件组成及相关参数的确定
本系统主要由 SIEMENS LR560 微波雷达物位计、GEPLC、TFT 真彩触摸屏、AC220 V 转 DC24 V 电箱等基本硬件组合而成。
5.1 微波雷达物位计
SIEMENS LR560 微波雷达物位计为两线制，波长为78 GHz，几乎在所有的固体材料中都能产生极好的信号反射，在极度粉尘与高温下具有良好的稳定性，同时在料位计内部标配粉尘防护装置，发射极完全密封在表体内部，对极度黏附的固体粉料有吹扫作用，可实现自清洁。本产品主要应用在水泥粉料、塑料粉末/颗粒、谷物、煤仓、木屑等粉尘环境下。
5.2 TFT 真彩触摸屏
TFT（Thin Film Transistor）即 TFT 液晶真彩触摸屏，它可以“主动地”对屏幕上各个独立的像素进行控制。本次选
用 TFT 真彩触摸屏，需要自带 12 个数字量输入，6 个数字
量输出及 4 通道模拟量输入。
4 通道模拟量与料位计连接，测量出物料高度，并在触摸屏上显示实际高度，同时由于各种物料的自溜角度不同，则每种物料所能达到高处的高度值（设置预警值）也就不同，因此随着物料的改变，需通过真彩触摸屏修改每种物料高度预警值。
5.3 微波雷达物位计电缆的敷设
由于 SIEMENS LR560 微波雷达物位计安装位置在抛料小车头部下方，因此物位计是随着抛料小车一起沿着轨道前后移动的，物位计库内信号电缆和电源电缆必须与抛料小车动力电缆一起固定于垂缆滑车上，同时要求库内物位计信号和电源电缆必须具有较强的柔韧性。为了节省电缆成本，可以在 15#库 AC220 V 转 DC24 V 电源箱内加装转换端子排，将仓外 SIEMENS LR560 微波雷达物位计信号电缆和电源电缆更换为普通电缆，同时要求库外电缆全部一一穿镀锌水管敷设，防止老鼠带来的安全隐患。
5.4 微波雷达物位计反射点的选取
经查阅 15#库房仓仓体体土建施工结构图纸，仓壁承重墙高度约为 12 m，每个仓库宽度 L＝38.4 m，每台抛料小车抛料的范围宽度为 19.2 m，抛料小车距地面高度 h＝21.5 m，皮带带速 v＝3.1 m/s。根据以上数据可以估算出抛料小车的抛料点（物料zui高点位置），有关计算如下：
h＝1/2gt2. （1）
l＝vt. （2）
y＝－ax2. （3）
y＝－tanθx＋k. （4）
上式中：g 为重力加速度；v 为抛料小车水平带速，取 3.1 m/s； t 为物料下落时间；θ为假设物料内摩擦角。
方程（3）为物料自抛料小车抛出下落的抛物线方程，方程（4）为物料自承重墙高度至物料zui高点直线方程。方程（3）与方程（4）交叉点坐标（x，y）为物料zui高点坐标。通过以上计算可以确定某个仓位微波雷达物位计的具体反射点坐标，为以后安装完毕后调试时提供有效的理论依据。
6 系统不足之处
此系统料位计检测料位高度数值信号不直接参与 15#库流程皮带机控制，需要中控操作员根据 TFT 真彩触摸屏画面显示高度或者听到蜂鸣器预警声音之后，在中控组态王监控画面进行抛料小车移动控制。不直接控制的主要原因有高度预警值达到时不清楚前方流程输送设备中是否有物料存在，若突然停机，则会造成输送设备压死。
