安曾華

[摘? ? 要]堆取料機(jī)作為我國(guó)港口物流運(yùn)輸?shù)闹匾M成內(nèi)容，其運(yùn)行效率將會(huì)直接影響港口物流運(yùn)輸?shù)恼w生產(chǎn)效率。因此，在當(dāng)代環(huán)境下，為能夠有效提高堆取料機(jī)的運(yùn)行效果，各港口均開(kāi)始對(duì)堆取料機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制改造，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)提高堆取料機(jī)的整體運(yùn)行效率。據(jù)此，文章將以電廠為例，對(duì)其堆取料機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)所具備的功能及控制系統(tǒng)中所集成的多種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析闡述。

[關(guān)鍵詞]堆取料機(jī);自動(dòng)化控制系統(tǒng);系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–000–02

Research on Key Technology of Control System of Rehearing Machine

An Zeng-hua

[Abstract]As an important part of port logistics transportation in China， the operation efficiency of stacker will directly affect the overall production efficiency of port logistics transportation. Therefore， in the contemporary environment， in order to effectively improve the operation effect of the stacker， each port began to carry out automatic control transformation of the stacker， so as to effectively improve the overall operation efficiency of the stacker through the automatic control system. Therefore， this paper will take the power plant as an example to analyze the functions of the automatic control system of the stacker and the key technologies integrated in the control system.

[Keywords]Stacker; Automatic control system; System key technology

現(xiàn)如今，我國(guó)部分煤炭、礦石等散貨料場(chǎng)主要采用的是斗輪式堆取料機(jī)進(jìn)行堆料和取料，尤其是在部分大型鋼鐵企業(yè)、碼頭和電廠中，由于散貨數(shù)量相對(duì)較大，更是需要配置較大數(shù)量的堆取料機(jī)用于散貨的轉(zhuǎn)運(yùn)和接卸，并配置相應(yīng)的司機(jī)進(jìn)行堆取料機(jī)駕駛。但結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，近些年來(lái)國(guó)外部分發(fā)達(dá)國(guó)家中的堆取料機(jī)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化運(yùn)行，我國(guó)在堆取料機(jī)自動(dòng)化、智能化發(fā)展領(lǐng)域研究雖然起步時(shí)間較晚，但在如今也已經(jīng)取得一定的應(yīng)用成果。

1 堆取料機(jī)的發(fā)展歷程

至今為止，堆取料機(jī)的發(fā)展共經(jīng)歷了手動(dòng)控制模式、半自動(dòng)控制模式以及全自動(dòng)控制模式3個(gè)階段。具體內(nèi)容如下。

1.1 手動(dòng)控制模式

手動(dòng)控制模式實(shí)際上就是指人工控制模式，此種模式中堆取料機(jī)的運(yùn)作完全需要司機(jī)進(jìn)行手動(dòng)操作，其不僅對(duì)于司機(jī)的操作能力有著極高的要求，易受人為因素的影響導(dǎo)致操作事故[1]，而且還會(huì)增加司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人力成本，并且隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，采用手動(dòng)控制模式的堆取料機(jī)被采用半自動(dòng)控制模式和全自動(dòng)控制模式的堆取料機(jī)所取代。

1.2 半自動(dòng)控制模式

在半自動(dòng)控制模式中，原本手動(dòng)控制模式中的部分操作工作將會(huì)交由主控上位機(jī)完成，如堆取料機(jī)啟停流程控制、大車轉(zhuǎn)運(yùn)等操作均可以實(shí)現(xiàn)“一鍵式”或者是通過(guò)輸入一定的指標(biāo)參數(shù)后實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行該些操作時(shí)，司機(jī)只需要監(jiān)督堆取料機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決堆取料機(jī)運(yùn)行中所存在的各類問(wèn)題便可。

1.3 自動(dòng)控制模式

自動(dòng)控制模式中集成了位置定位系統(tǒng)、掃描數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、防撞系統(tǒng)、尾車升降鎖定系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備智能檢測(cè)系統(tǒng)等多種關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)[2]，在該技術(shù)系統(tǒng)的支持下，采用全自動(dòng)控制模式的堆取料機(jī)可在操作人員下達(dá)控制指令以后，自動(dòng)進(jìn)行堆料形狀識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的取料、堆料等作用，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)人全自動(dòng)化管理，不僅可以有效避免因人為操作因素所引發(fā)的各種操作事故，而且還可以有效提高企業(yè)自動(dòng)化、智能化水平，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

2 散貨堆取料機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)

現(xiàn)如今，堆取料機(jī)及自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)堆垛模式、混礦堆垛模式、標(biāo)準(zhǔn)取料模式等諸多自動(dòng)化功能，并且實(shí)際作業(yè)定位標(biāo)準(zhǔn)差可以控制在20 cm以下，堆料效果已經(jīng)初步達(dá)到半自動(dòng)控制模式中人工操作時(shí)的散貨堆取效率，取料效率則可以達(dá)到人工操作模式中取料效率的95%以上，平均流量偏差不超過(guò)5%，由此可以發(fā)現(xiàn)，此碼頭所采用的堆取料機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)可以初步實(shí)現(xiàn)人工操作等諸多功能，不過(guò)仍需要進(jìn)行相關(guān)研究。

在進(jìn)行堆取料機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為保障應(yīng)用控制系統(tǒng)后，堆取料機(jī)自動(dòng)化控制的精確性、安全性以及有效性，相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出以下設(shè)計(jì)方案：在硬件方面，堆取料機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)采用了2D激光掃描儀和3D激光掃描儀、掃描數(shù)據(jù)處理單元、激光防撞傳感器、行車?yán)走_(dá)防撞傳感器、超聲波物料檢測(cè)傳感器、全套的ABB變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及PLC控制系統(tǒng)[3]，其中PLC控制系統(tǒng)作為整個(gè)堆取料機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，其將會(huì)負(fù)責(zé)對(duì)其他系統(tǒng)組成內(nèi)容的數(shù)據(jù)收集、處理以及自動(dòng)化控制;在軟件方面，堆取料機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)采用了具備雙重保護(hù)功能的PLC安全控制程序、嚴(yán)格復(fù)雜但卻可以快速完成物料建模以及路徑規(guī)劃的算法程序以及簡(jiǎn)單實(shí)用的CMS監(jiān)控程序，該些程序是保障各硬件系統(tǒng)得到有效應(yīng)用的基本要求。

堆取料機(jī)控制系統(tǒng)在應(yīng)用前，需要相關(guān)操作人員結(jié)合控制區(qū)域的實(shí)際情況合理設(shè)置作業(yè)堆場(chǎng)、作業(yè)模式、堆場(chǎng)類型、作業(yè)起始點(diǎn)、堆料高度、堆料寬度等諸多基礎(chǔ)參數(shù)信息[4]，操作人員在將相關(guān)參數(shù)輸入完成后，信息將會(huì)直接發(fā)送到PLC控制程序進(jìn)行識(shí)別處理，然后操作人員便可以啟動(dòng)系統(tǒng)對(duì)堆取料機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制。在堆取料機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制下，對(duì)物料機(jī)將會(huì)安裝預(yù)設(shè)程序完成對(duì)堆料的識(shí)別和堆取料作業(yè)，全過(guò)程無(wú)需人工進(jìn)行操作，不過(guò)相關(guān)操作人員和遠(yuǎn)程監(jiān)控人員卻可以隨時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程操作或者本地操作的方式通過(guò)人工操作的方式獲取操作權(quán)限，完成對(duì)設(shè)備的人為控制。

3 堆取料機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 位置定位系統(tǒng)

在堆取料機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，位置定位系統(tǒng)可以有效控制堆取料機(jī)行走過(guò)程中行走位置的累積誤差。為能夠達(dá)成此效果，位置定位系統(tǒng)會(huì)在堆取料機(jī)行走機(jī)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)絕對(duì)值編碼器，若是在堆取料機(jī)行走過(guò)程中兩側(cè)絕對(duì)值編碼器所獲取的數(shù)據(jù)誤差超過(guò)預(yù)設(shè)值，那么位置定位系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警提出，并由PLC控制程序來(lái)調(diào)整堆取料機(jī)行走過(guò)程中的累計(jì)誤差問(wèn)題。物料機(jī)行進(jìn)過(guò)程中臂架也會(huì)因震動(dòng)、晃動(dòng)等情況導(dǎo)致堆取料機(jī)斗輪位置出現(xiàn)累計(jì)誤差情況。對(duì)此，位置定位系統(tǒng)會(huì)在臂架根部位置設(shè)置絕對(duì)值編碼器，在斗輪位置設(shè)置角度儀，以此來(lái)通過(guò)絕對(duì)值編碼器校正累積誤差，通過(guò)角度儀保障斗輪的俯仰角度的精準(zhǔn)性。最后，在斗輪部位還會(huì)設(shè)置有2個(gè)三維激光掃描儀，通過(guò)激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合設(shè)置在行走機(jī)構(gòu)和臂架根部的絕對(duì)值編碼器數(shù)據(jù)[5]，通過(guò)PLC程序進(jìn)行預(yù)處理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)化處理，生產(chǎn)相應(yīng)的數(shù)字高程模型三維數(shù)據(jù)，用于對(duì)堆取料機(jī)行走過(guò)程中的位置進(jìn)行定位和控制。

3.2 掃描數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

堆取料機(jī)臂架兩側(cè)前端將會(huì)分別設(shè)置有1個(gè)二維激光掃描儀，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，2臺(tái)激光掃描儀主要用于手機(jī)堆取料機(jī)作業(yè)過(guò)程中堆料的形狀以及堆料場(chǎng)的物料基礎(chǔ)信息。不過(guò)由于堆料場(chǎng)工作環(huán)境較為惡劣，堆取料機(jī)行進(jìn)過(guò)程中或者作業(yè)過(guò)程中極易造成粉塵飄散的情況，甚至很多時(shí)候該些粉塵會(huì)粘附在掃描儀探測(cè)器表面，導(dǎo)致二維激光掃描儀最終所獲取到的數(shù)據(jù)信息與真實(shí)信息存在較大誤差，從而影響到作業(yè)控制精度效果。掃描數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要用于處理該問(wèn)題，在應(yīng)用過(guò)程中，處理系統(tǒng)會(huì)對(duì)當(dāng)前作業(yè)中所掃描獲取的信息與初始模板信息進(jìn)行匹配，進(jìn)而確定實(shí)際數(shù)據(jù)與初始模板數(shù)據(jù)之間的差值，篩選出可能會(huì)存在的干擾點(diǎn)，并對(duì)干擾點(diǎn)賦予其初始模板值，以此來(lái)保障獲取二維圖像的質(zhì)量。

3.3 防撞系統(tǒng)

堆取料機(jī)的防撞系統(tǒng)主要分為雷達(dá)防撞系統(tǒng)、激光防撞系統(tǒng)以及超聲波防撞系統(tǒng)3部分，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，3種系統(tǒng)將會(huì)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)效果，進(jìn)而有效提高防撞系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取精準(zhǔn)性。其中雷達(dá)防撞系統(tǒng)會(huì)分別在堆取料機(jī)大車前、后、左、右4個(gè)方位設(shè)置1臺(tái)雷達(dá)防撞傳感器，當(dāng)有障礙物進(jìn)入到雷達(dá)防撞傳感器的探測(cè)范圍以后，雷達(dá)傳感器將會(huì)自動(dòng)線PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，之后PLC控制系統(tǒng)便會(huì)根據(jù)預(yù)定程序控制堆取料機(jī)調(diào)整位置，避免與障礙物發(fā)生碰撞;激光防撞系統(tǒng)、超聲波防撞系統(tǒng)與雷達(dá)防撞系統(tǒng)所發(fā)揮出的功能大致相同，其中激光防撞系統(tǒng)主要防止臂架與障礙物發(fā)生碰撞，所以激光傳感器會(huì)在臂架兩側(cè)設(shè)置有激光測(cè)距傳感器;超聲波防撞系統(tǒng)則會(huì)在斗輪位置處安裝有超聲波物料計(jì)量?jī)x，主要用于探測(cè)斗輪部在作業(yè)過(guò)程中斗輪與堆料之間的距離，避免斗輪在作業(yè)過(guò)程中與堆料發(fā)生直接碰撞。

3.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

堆取料機(jī)控制系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對(duì)堆取料機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行過(guò)程中操作人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控和保護(hù)效果。雖然在智能化、自動(dòng)化技術(shù)的支持下，如今堆取料機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了堆取料機(jī)作業(yè)的自動(dòng)化控制，但結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，控制系統(tǒng)在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中仍然會(huì)出現(xiàn)諸多問(wèn)題，在發(fā)生問(wèn)題后需操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理，避免引發(fā)更為嚴(yán)重的問(wèn)題。

3.5 設(shè)備智能檢測(cè)系統(tǒng)

設(shè)備智能檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)收集堆取料機(jī)及控制系統(tǒng)運(yùn)行中各方面運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)傳輸?shù)娇刂剖?，控制室中的設(shè)備智能檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)將運(yùn)行數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)參數(shù)值進(jìn)行比對(duì)分析，確定堆取料機(jī)以及控制系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，若是發(fā)現(xiàn)有運(yùn)行參數(shù)超出預(yù)設(shè)參數(shù)值范圍，那么設(shè)備智能檢測(cè)系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，通知相關(guān)檢修人員對(duì)堆取料機(jī)及控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢修[6]。相對(duì)于傳統(tǒng)的檢修方式來(lái)說(shuō)，設(shè)備智能檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于檢修中的人力需求更低，而且可以實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)死角監(jiān)控，有效避免了人為檢修中存在的諸多故障疏漏等問(wèn)題，提高設(shè)備檢修的精準(zhǔn)性和有效性，保障堆取料機(jī)及其控制系統(tǒng)的使用壽命以及應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，堆取料機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以有效改善工作人員的工作環(huán)境，降低作業(yè)強(qiáng)度，保障一線作業(yè)人員的身體健康，而且有利于相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展，提高企業(yè)整體生產(chǎn)效率，因此，相關(guān)企業(yè)必須要加大對(duì)堆取料機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)的關(guān)注和支持，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，同時(shí)促使堆取料機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)得到相應(yīng)的發(fā)展和普及，增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，為企業(yè)帶來(lái)更多的額外收益，推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久健康發(fā)展。

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