王文良 連武學(xué) 河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼有限公司物流公司設(shè)備動(dòng)力科
邯鋼一料場作為邯鋼最大的一、二次料場,全料場為封閉料場,其中一次料場有4個(gè)料條,每個(gè)料條分為7個(gè)料倉。
整個(gè)料場的物流作業(yè)都需要操作人員在設(shè)備上進(jìn)行,不僅封閉料場環(huán)境惡劣,而且每臺(tái)設(shè)備至少要配備一名操作人員,整個(gè)料場的物流堆取作業(yè)都需要中控室通過對(duì)講機(jī)來統(tǒng)籌調(diào)度,料條的盤料也需要大量人工和長時(shí)間的工作進(jìn)行。這就使得料場物流運(yùn)營成本居高不下,生產(chǎn)效率低下?;谝陨显蛭覀冞M(jìn)行了4號(hào)料條6#刮板機(jī)的智能化改造項(xiàng)目。
針對(duì)上述問題,我們選用在刮板兩側(cè)安裝激光掃描儀,將料場數(shù)據(jù)采集到三位服務(wù)器中,服務(wù)器再通過數(shù)據(jù)算法計(jì)算出料堆的體積“體積”“重量”“邊界”等數(shù)據(jù),在料場仿真系統(tǒng)中以三維的方式模擬仿真呈現(xiàn)。
本改造的目的是通過激光掃描儀對(duì)料場的整個(gè)料堆進(jìn)行條形掃描;刮板取料機(jī)定位系統(tǒng)確定堆取料機(jī)的行程、卷揚(yáng)角度數(shù)據(jù);系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理單元會(huì)根據(jù)激光掃描出來的料場數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、對(duì)比,數(shù)據(jù)特征提取、計(jì)算,并將最終計(jì)算出來的作業(yè)切入點(diǎn)數(shù)據(jù)傳給圖像處理單元;圖像處理單元對(duì)激光掃描儀、定位數(shù)據(jù)等進(jìn)行處理,轉(zhuǎn)換成料堆的直觀三維圖像,并提供料堆重要邊界點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù);控制人員根據(jù)實(shí)際的作業(yè)任務(wù)建立作業(yè)計(jì)劃,初始化模型參數(shù)后下發(fā)作業(yè)指令,利用料堆模型和PLC模塊控制刮板取料機(jī)自動(dòng)化作業(yè)。從而實(shí)現(xiàn)通過激光掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于刮板取料機(jī)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制,降低操作人員的工作強(qiáng)度,改善其工作環(huán)境,確保刮板機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
本改造包括一臺(tái)工控機(jī)、一套激光掃描服務(wù)器、兩臺(tái)激光掃描儀、刮板取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)、交換機(jī)、用于定位刮板取料機(jī)位置的大車編碼器、卷揚(yáng)編碼器、高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、刮板機(jī)的保護(hù)限位和一對(duì)無線通訊電臺(tái)。
所做的改造是通過對(duì)料場進(jìn)行測(cè)繪并建立料場坐標(biāo)系并將刮板機(jī)的編碼器數(shù)據(jù)與料場坐標(biāo)系相對(duì)應(yīng);
在刮板機(jī)的刮板機(jī)構(gòu)兩側(cè)安裝兩臺(tái)激光掃描儀,并且將兩臺(tái)激光掃描儀的安裝位置也建立在料場的坐標(biāo)系中;
將料場進(jìn)行區(qū)域劃分,將每一個(gè)料場的區(qū)間坐標(biāo)建立數(shù)據(jù)庫;
將刮板機(jī)與中控室通過無線通訊電臺(tái)建立無線通訊;
在上位機(jī)種選擇作業(yè)的料場,服務(wù)器將料場區(qū)間坐標(biāo)發(fā)送給PLC,刮板機(jī)在這區(qū)間進(jìn)行料場掃描;
激光掃描服務(wù)器將采集上來的料場數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、對(duì)比分析、特征提取,計(jì)算出料堆的體積、重量、邊界等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相應(yīng)料場的數(shù)據(jù)庫中;
自動(dòng)取料作業(yè)時(shí),通過對(duì)上位機(jī)進(jìn)行料場選擇,系統(tǒng)會(huì)讀取相應(yīng)料場數(shù)據(jù)庫的料堆數(shù)據(jù),然后將料堆邊界、作業(yè)切入點(diǎn)等數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC,從而實(shí)現(xiàn)刮板機(jī)全自動(dòng)作業(yè)。
本改造的積極效果是:通過實(shí)現(xiàn)刮板機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制,可以大大降低操作人員的工作強(qiáng)度,改善操作人員的工作環(huán)境,可以實(shí)現(xiàn)一人同時(shí)控制多臺(tái)設(shè)備,大大降低了人工成本,同時(shí)規(guī)范了刮板機(jī)的作業(yè)流程,很好的降低了刮板機(jī)因人為暴力操作所帶來的設(shè)備損害,降低了設(shè)備的維修率,激光掃描系統(tǒng)還建立了完備的料場信息數(shù)據(jù)庫,相比于人工盤煤,基于激光掃描的刮板機(jī)控制系統(tǒng)可以做到實(shí)時(shí)盤煤,及時(shí)計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)。
通過實(shí)現(xiàn)刮板機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制,大大降低操作人員的工作強(qiáng)度,改善操作人員的工作環(huán)境,可以實(shí)現(xiàn)一人同時(shí)控制多臺(tái)設(shè)備,大大降低了人工成本,同時(shí)規(guī)范了刮板機(jī)的作業(yè)流程,很好的降低了刮板機(jī)因人為暴力操作所帶來的設(shè)備損害,降低了設(shè)備的維修率,激光掃描系統(tǒng)還建立了完備的料場信息數(shù)據(jù)庫,相比于人工盤煤,基于激光掃描的刮板機(jī)控制系統(tǒng)可以做到實(shí)時(shí)盤煤,及時(shí)計(jì)算等優(yōu)點(diǎn),每年節(jié)約成本費(fèi)用85萬元。
本改造需要先對(duì)料場進(jìn)行測(cè)繪,建立料場坐標(biāo)系,并確定料場的坐標(biāo)原點(diǎn)和刮板機(jī)在坐標(biāo)系中的位置,同時(shí)還要將刮板機(jī)編碼器數(shù)據(jù)和料場坐標(biāo)系進(jìn)行統(tǒng)一;
堆料場進(jìn)行區(qū)域劃分,并且在服務(wù)器中根據(jù)料場劃分的區(qū)間位置建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫,將數(shù)據(jù)庫與上位機(jī)和激光掃描服務(wù)器進(jìn)行通訊,以便上位機(jī)和激光掃描服務(wù)器可以讀取數(shù)據(jù)庫;通過上位機(jī)對(duì)整個(gè)料場進(jìn)行掃描采集料場中料堆的數(shù)據(jù)信息,激光掃描服務(wù)器會(huì)將采集上來的數(shù)據(jù)信息,根據(jù)料場劃分的區(qū)間對(duì)不同料場的數(shù)據(jù)進(jìn)行分別計(jì)算和存儲(chǔ)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中:
料堆數(shù)據(jù)的計(jì)算:
激光掃描儀1位置數(shù)據(jù),激光掃描儀2位置數(shù)據(jù)
通過特征提取算法,系統(tǒng)判定每個(gè)料場料堆最高點(diǎn)的高度為刮板機(jī)初次下放的角度,最高點(diǎn)所在的料場位置為刮板機(jī)的行走位置,這樣就可以讓刮板機(jī)自動(dòng)定位目標(biāo)料堆的初始位置,再根據(jù)料堆的形狀提取料堆的邊界數(shù)據(jù),便可以作為刮板機(jī)的取料邊界設(shè)定;
建立激光掃描服務(wù)器與PLC的Modbus Poll通訊連接,設(shè)置PLC的IP地址:192.168.0.1;
建立激光掃描服務(wù)器與料場數(shù)據(jù)庫的通訊連接;
對(duì)整個(gè)料場進(jìn)行自動(dòng)盤煤,刮板機(jī)將刮板抬到最高位,從料場起點(diǎn)運(yùn)行到終點(diǎn),并將料倉的“體積”“重量”以模擬量類型數(shù)據(jù)存儲(chǔ),物料種類以狀態(tài)字的類型存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。
通過讀取物料種類的狀態(tài)字,刮板機(jī)可以自動(dòng)選擇料倉,選擇料倉后激光掃描系統(tǒng)會(huì)給出料堆邊界數(shù)據(jù)和刮板下放角度,刮板機(jī)接收到邊界數(shù)據(jù)和下放角度后,刮板機(jī)進(jìn)行自動(dòng)取料;在PLC中編寫手動(dòng)干預(yù)功能模塊,當(dāng)刮板機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差時(shí),可以保證設(shè)備在不停機(jī)的狀態(tài)下進(jìn)行人工干預(yù)微調(diào)。
通過這次設(shè)計(jì)改造,大大節(jié)約人工維護(hù)成本,明顯降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度,每年節(jié)約人工費(fèi)用約85萬元,延長了刮板機(jī)的使用壽命。同時(shí)也鍛煉了自己,提高了對(duì)設(shè)備自動(dòng)化知識(shí)的認(rèn)知能力,今后多學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí),努力對(duì)設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新改造,貢獻(xiàn)自己的力量!