建设数字堆场系统调研

一、业务现状

（一）工作痛点

2022年开始， (略) 场剧烈波动，受政府限价和能源保供等政策影响，公司煤炭采购价 (略) 场价格，导致煤炭采购困难。为了保证煤炭供应、增加采购量，公司增加了煤炭采购来源和品种，导致煤炭品种增加、各煤种煤质波动较大，给港口装船质量管理带来很大困难，当前的煤质管控手段在遇到煤质剧烈波动时效果不佳。同时，公司煤炭质量管理数字化转型重点突出在化验室建设和装车、卸车、装船中的第三方检测管理方面，港口煤炭内在质量管理主要服务于结算。数字化转型中对于煤炭堆存、配煤取料等过程研究较少，对于列车煤质波动向装船煤质传导的过程认识不足。为加快推进数字化转型，强化公司煤炭中转环节质量把控能力，实现煤炭卸车、堆存、配煤、装船各环节监管的数字化， (略) 已建成的智能堆场系统研究建设数字堆场系统，细化煤炭中转管控。

（二）港务公司智能堆场建设

(略) 的智能堆场系统改变了堆场单机的运行操作模式，实现了堆场单机的安全自动作业。智能堆场系统主要由7个子系统构成：堆场定位系统、堆场模型系统、单机防碰撞系统、堆场管理系统、取料机自动控制系统、堆料机控制系统以及集控系统，其中影响卸车和装船过程的主要是堆场模型系统、堆料机控制系统和取料机自动控制系统。

堆场模型系统方面。黄骅港采用了基于雷达的数学建模方案，在保证全天候工作与效率的同时，通过优化设计满足了系统运行对于模型精度的要求。在堆场作业管理中对垛位进行严格的分配，黄骅港为减少单机碰撞故障发生，堆场采用作业单机与煤堆一一对应原则，避免同场作业发生。黄骅港对每条堆场进行垛位划分，可根据生产要求调整堆场长度，为保证取料机生产正常运行，每个垛位间距为12 m，这样在取料过程中臂架回转将不受煤堆影响，而垛位长度将由实际生产要求设定。

堆料机自动控制系统方面。黄骅港智能堆场系统中48 m宽的堆场，堆出的平顶垛高度为13.5 m，平顶宽度大约为10 m，6000 t/h取料机和 3 000 t/h取料机都分为三层取料，在第一层取料时，不存在塌垛现象，取料流量稳定，极大地提高了取料机的取料效率和配煤效果。堆料机自动化系统的主要功能是实现自动平顶堆料，平顶堆垛技术采用行走回转折返堆料方式，堆料时不再是东西方向移动，而是通过对堆料机行走与回转位置的精确控制，使其与坐标轴平行，在南北方向上移动。

取料机自动控制系统方面。因为智能堆场系统建模为数学建模，出于全天候实时建模的原因，未采用激光三维扫描方案，需要开发相应的取料控制关键技术，以实现取料机的高精度作业。为此，港务公司开发了基于多重检测的控制技术，应用于取料作业关键环节中，具体包括对垛、换层、到边检测及流量控制等。

二、数字堆场建设建议

港务公司智能堆场建设主要考虑生产效率的提升，未能考虑港口煤质管理的提升，办事处可以依托智能堆场项目开展煤质管理研究，建设数字化堆场，提升煤质管控能力。具体建议如下：

一是建立堆场模型。 (略) 堆场和筒仓的堆料模式、取料模式，建立数字堆场模型。堆料时，堆场模型精确模拟出所堆列车的大小、形状以及在垛位中的位置；取料时可以根据取料皮带秤模拟出所取煤炭的位置、形状，并推算出所取煤炭涉及的列车、数量、煤质情况。根据各垛位的堆取料过程实时形成垛位模拟图，模拟图包含各列车的卸车时间、数量、煤质指标、温度、洒水量等信息。

二是多系统对接。数字化 (略) 管控系统或者自营两港智慧管控系统，获取煤炭卸车信息（堆料时间、皮带秤、轨道衡、卸车垛位）、各垛位取料信息（取料时间、皮带秤数量）、船舶信息（配煤方案）、洒水数量（卸车、堆料、装船各过程中洒水）；对接TSW系统获取车次信息；对接数字化验室系统获取煤质信息，主要包括装车煤质、快灰煤质、卸车煤质、单装方案各垛位取料煤质。

三是实时预警。通过堆存模型，根据堆料、取料作业数据和煤质数据实时测算各装船方案的煤质情况。根据公司各煤种目录或者用户需求设定各煤种的预警阈值，实时测算结果超过预警值时进行报警，由计划员或者调度员调整装船方案，实现装船煤质的精准控制。

三、存在的困难

技术能力不足。数字建模能力和应用人工智能等技术手段对模型进行优化的能力不足，需要外部专业机构协助建设。

协作单位较多。 (略) 一二三部和信息中心沟通，确定堆取料作业模式和部分技术参数；需要办事处货管部利用无人机或者人工等方式对堆场模型进行验证；需要质量管理部安排第三方检测单位对部分取料方案进行采制化，增加第三方的作业量。

优化周期较长。为了保证堆场模型的精度和煤质预测的准确性，需要大量化验数据进行比对或者数据拟合，在垛位较多，不同垛位或者筒仓存在不同作业模式的情况下，存在数据量大、采集周期长的问题。

煤质数据不全。黄骅港煤炭周转速度较快，装船时会存在卸车化验结果和装车化验结果都不存在的情况，尤其在出现较大的煤质波动时，会出现装车化验结果滞后的情况，导致预测的准确度下降，需要强化装车质量管理，加快装车化验数据的传递。

建设数字堆场系统调研

一、业务现状

（一）工作痛点

2022年开始， (略) 场剧烈波动，受政府限价和能源保供等政策影响，公司煤炭采购价 (略) 场价格，导致煤炭采购困难。为了保证煤炭供应、增加采购量，公司增加了煤炭采购来源和品种，导致煤炭品种增加、各煤种煤质波动较大，给港口装船质量管理带来很大困难，当前的煤质管控手段在遇到煤质剧烈波动时效果不佳。同时，公司煤炭质量管理数字化转型重点突出在化验室建设和装车、卸车、装船中的第三方检测管理方面，港口煤炭内在质量管理主要服务于结算。数字化转型中对于煤炭堆存、配煤取料等过程研究较少，对于列车煤质波动向装船煤质传导的过程认识不足。为加快推进数字化转型，强化公司煤炭中转环节质量把控能力，实现煤炭卸车、堆存、配煤、装船各环节监管的数字化， (略) 已建成的智能堆场系统研究建设数字堆场系统，细化煤炭中转管控。

（二）港务公司智能堆场建设

(略) 的智能堆场系统改变了堆场单机的运行操作模式，实现了堆场单机的安全自动作业。智能堆场系统主要由7个子系统构成：堆场定位系统、堆场模型系统、单机防碰撞系统、堆场管理系统、取料机自动控制系统、堆料机控制系统以及集控系统，其中影响卸车和装船过程的主要是堆场模型系统、堆料机控制系统和取料机自动控制系统。

堆场模型系统方面。黄骅港采用了基于雷达的数学建模方案，在保证全天候工作与效率的同时，通过优化设计满足了系统运行对于模型精度的要求。在堆场作业管理中对垛位进行严格的分配，黄骅港为减少单机碰撞故障发生，堆场采用作业单机与煤堆一一对应原则，避免同场作业发生。黄骅港对每条堆场进行垛位划分，可根据生产要求调整堆场长度，为保证取料机生产正常运行，每个垛位间距为12 m，这样在取料过程中臂架回转将不受煤堆影响，而垛位长度将由实际生产要求设定。

堆料机自动控制系统方面。黄骅港智能堆场系统中48 m宽的堆场，堆出的平顶垛高度为13.5 m，平顶宽度大约为10 m，6000 t/h取料机和 3 000 t/h取料机都分为三层取料，在第一层取料时，不存在塌垛现象，取料流量稳定，极大地提高了取料机的取料效率和配煤效果。堆料机自动化系统的主要功能是实现自动平顶堆料，平顶堆垛技术采用行走回转折返堆料方式，堆料时不再是东西方向移动，而是通过对堆料机行走与回转位置的精确控制，使其与坐标轴平行，在南北方向上移动。

取料机自动控制系统方面。因为智能堆场系统建模为数学建模，出于全天候实时建模的原因，未采用激光三维扫描方案，需要开发相应的取料控制关键技术，以实现取料机的高精度作业。为此，港务公司开发了基于多重检测的控制技术，应用于取料作业关键环节中，具体包括对垛、换层、到边检测及流量控制等。

二、数字堆场建设建议

港务公司智能堆场建设主要考虑生产效率的提升，未能考虑港口煤质管理的提升，办事处可以依托智能堆场项目开展煤质管理研究，建设数字化堆场，提升煤质管控能力。具体建议如下：

一是建立堆场模型。 (略) 堆场和筒仓的堆料模式、取料模式，建立数字堆场模型。堆料时，堆场模型精确模拟出所堆列车的大小、形状以及在垛位中的位置；取料时可以根据取料皮带秤模拟出所取煤炭的位置、形状，并推算出所取煤炭涉及的列车、数量、煤质情况。根据各垛位的堆取料过程实时形成垛位模拟图，模拟图包含各列车的卸车时间、数量、煤质指标、温度、洒水量等信息。

二是多系统对接。数字化 (略) 管控系统或者自营两港智慧管控系统，获取煤炭卸车信息（堆料时间、皮带秤、轨道衡、卸车垛位）、各垛位取料信息（取料时间、皮带秤数量）、船舶信息（配煤方案）、洒水数量（卸车、堆料、装船各过程中洒水）；对接TSW系统获取车次信息；对接数字化验室系统获取煤质信息，主要包括装车煤质、快灰煤质、卸车煤质、单装方案各垛位取料煤质。

三是实时预警。通过堆存模型，根据堆料、取料作业数据和煤质数据实时测算各装船方案的煤质情况。根据公司各煤种目录或者用户需求设定各煤种的预警阈值，实时测算结果超过预警值时进行报警，由计划员或者调度员调整装船方案，实现装船煤质的精准控制。

三、存在的困难

技术能力不足。数字建模能力和应用人工智能等技术手段对模型进行优化的能力不足，需要外部专业机构协助建设。

协作单位较多。 (略) 一二三部和信息中心沟通，确定堆取料作业模式和部分技术参数；需要办事处货管部利用无人机或者人工等方式对堆场模型进行验证；需要质量管理部安排第三方检测单位对部分取料方案进行采制化，增加第三方的作业量。

优化周期较长。为了保证堆场模型的精度和煤质预测的准确性，需要大量化验数据进行比对或者数据拟合，在垛位较多，不同垛位或者筒仓存在不同作业模式的情况下，存在数据量大、采集周期长的问题。

煤质数据不全。黄骅港煤炭周转速度较快，装船时会存在卸车化验结果和装车化验结果都不存在的情况，尤其在出现较大的煤质波动时，会出现装车化验结果滞后的情况，导致预测的准确度下降，需要强化装车质量管理，加快装车化验数据的传递。