安曾華

[摘? ? 要]堆取料機作為我國港口物流運輸?shù)闹匾M成內(nèi)容，其運行效率將會直接影響港口物流運輸?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的運行效果，各港口均開始對堆取料機進行自動化控制改造，通過自動化控制系統(tǒng)提高堆取料機的整體運行效率。據(jù)此，文章將以電廠為例，對其堆取料機自動化控制系統(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)進行分析闡述。

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

[中圖分類號]TM76 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]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，我國部分煤炭、礦石等散貨料場主要采用的是斗輪式堆取料機進行堆料和取料，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)量相對較大，更是需要配置較大數(shù)量的堆取料機用于散貨的轉(zhuǎn)運和接卸，并配置相應(yīng)的司機進行堆取料機駕駛。但結(jié)合實際情況來看，近些年來國外部分發(fā)達國家中的堆取料機已經(jīng)逐步實現(xiàn)自動化、智能化運行，我國在堆取料機自動化、智能化發(fā)展領(lǐng)域研究雖然起步時間較晚，但在如今也已經(jīng)取得一定的應(yīng)用成果。

1 堆取料機的發(fā)展歷程

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

1.1 手動控制模式

手動控制模式實際上就是指人工控制模式，此種模式中堆取料機的運作完全需要司機進行手動操作，其不僅對于司機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]，而且還會增加司機的勞動強度，提高人力成本，并且隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，采用手動控制模式的堆取料機被采用半自動控制模式和全自動控制模式的堆取料機所取代。

1.2 半自動控制模式

在半自動控制模式中，原本手動控制模式中的部分操作工作將會交由主控上位機完成，如堆取料機啟停流程控制、大車轉(zhuǎn)運等操作均可以實現(xiàn)“一鍵式”或者是通過輸入一定的指標(biāo)參數(shù)后實現(xiàn)，在進行該些操作時，司機只需要監(jiān)督堆取料機的自動運行，及時發(fā)現(xiàn)和解決堆取料機運行中所存在的各類問題便可。

1.3 自動控制模式

自動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，采用全自動控制模式的堆取料機可在操作人員下達控制指令以后，自動進行堆料形狀識別，實現(xiàn)對物料的取料、堆料等作用，實現(xiàn)堆取料機工作現(xiàn)場的無人全自動化管理，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)自動化、智能化水平，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

2 散貨堆取料機自動化系統(tǒng)

現(xiàn)如今，堆取料機及自動化系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(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化功能，并且實際作業(yè)定位標(biāo)準(zhǔn)差可以控制在20 cm以下，堆料效果已經(jīng)初步達到半自動控制模式中人工操作時的散貨堆取效率，取料效率則可以達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5%，由此可以發(fā)現(xiàn)，此碼頭所采用的堆取料機自動化系統(tǒng)已經(jīng)可以初步實現(xiàn)人工操作等諸多功能，不過仍需要進行相關(guān)研究。

在進行堆取料機自動化系統(tǒng)設(shè)計時，為保障應(yīng)用控制系統(tǒng)后，堆取料機自動化控制的精確性、安全性以及有效性，相關(guān)設(shè)計團隊提出以下設(shè)計方案：在硬件方面，堆取料機自動化系統(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_防撞傳感器、超聲波物料檢測傳感器、全套的ABB變頻驅(qū)動系統(tǒng)以及PLC控制系統(tǒng)[3]，其中PLC控制系統(tǒng)作為整個堆取料機自動化系統(tǒng)的核心，其將會負(fù)責(zé)對其他系統(tǒng)組成內(nèi)容的數(shù)據(jù)收集、處理以及自動化控制;在軟件方面，堆取料機自動化系統(tǒng)采用了具備雙重保護功能的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單實用的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)域的實際情況合理設(shè)置作業(yè)堆場、作業(yè)模式、堆場類型、作業(yè)起始點、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，信息將會直接發(fā)送到PLC控制程序進行識別處理，然后操作人員便可以啟動系統(tǒng)對堆取料機進行自動化控制。在堆取料機控制系統(tǒng)的自動化控制下，對物料機將會安裝預(yù)設(shè)程序完成對堆料的識別和堆取料作業(yè)，全過程無需人工進行操作，不過相關(guān)操作人員和遠(yuǎn)程監(jiān)控人員卻可以隨時通過遠(yuǎn)程操作或者本地操作的方式通過人工操作的方式獲取操作權(quán)限，完成對設(shè)備的人為控制。

3 堆取料機自動化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 位置定位系統(tǒng)

在堆取料機自動化控制系統(tǒng)中，位置定位系統(tǒng)可以有效控制堆取料機行走過程中行走位置的累積誤差。為能夠達成此效果，位置定位系統(tǒng)會在堆取料機行走機構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置兩個絕對值編碼器，若是在堆取料機行走過程中兩側(cè)絕對值編碼器所獲取的數(shù)據(jù)誤差超過預(yù)設(shè)值，那么位置定位系統(tǒng)便會自動發(fā)出預(yù)警提出，并由PLC控制程序來調(diào)整堆取料機行走過程中的累計誤差問題。物料機行進過程中臂架也會因震動、晃動等情況導(dǎo)致堆取料機斗輪位置出現(xiàn)累計誤差情況。對此，位置定位系統(tǒng)會在臂架根部位置設(shè)置絕對值編碼器，在斗輪位置設(shè)置角度儀，以此來通過絕對值編碼器校正累積誤差，通過角度儀保障斗輪的俯仰角度的精準(zhǔn)性。最后，在斗輪部位還會設(shè)置有2個三維激光掃描儀，通過激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合設(shè)置在行走機構(gòu)和臂架根部的絕對值編碼器數(shù)據(jù)[5]，通過PLC程序進行預(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)，用于對堆取料機行走過程中的位置進行定位和控制。

3.2 掃描數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

堆取料機臂架兩側(cè)前端將會分別設(shè)置有1個二維激光掃描儀，在實際應(yīng)用過程中，2臺激光掃描儀主要用于手機堆取料機作業(yè)過程中堆料的形狀以及堆料場的物料基礎(chǔ)信息。不過由于堆料場工作環(huán)境較為惡劣，堆取料機行進過程中或者作業(yè)過程中極易造成粉塵飄散的情況，甚至很多時候該些粉塵會粘附在掃描儀探測器表面，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)主要用于處理該問題，在應(yīng)用過程中，處理系統(tǒng)會對當(dāng)前作業(yè)中所掃描獲取的信息與初始模板信息進行匹配，進而確定實際數(shù)據(jù)與初始模板數(shù)據(jù)之間的差值，篩選出可能會存在的干擾點，并對干擾點賦予其初始模板值，以此來保障獲取二維圖像的質(zhì)量。

3.3 防撞系統(tǒng)

堆取料機的防撞系統(tǒng)主要分為雷達防撞系統(tǒng)、激光防撞系統(tǒng)以及超聲波防撞系統(tǒng)3部分，在實際應(yīng)用過程中，3種系統(tǒng)將會形成優(yōu)勢互補效果，進而有效提高防撞系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取精準(zhǔn)性。其中雷達防撞系統(tǒng)會分別在堆取料機大車前、后、左、右4個方位設(shè)置1臺雷達防撞傳感器，當(dāng)有障礙物進入到雷達防撞傳感器的探測范圍以后，雷達傳感器將會自動線PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號，之后PLC控制系統(tǒng)便會根據(jù)預(yù)定程序控制堆取料機調(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，所以激光傳感器會在臂架兩側(cè)設(shè)置有激光測距傳感器;超聲波防撞系統(tǒng)則會在斗輪位置處安裝有超聲波物料計量儀，主要用于探測斗輪部在作業(yè)過程中斗輪與堆料之間的距離，避免斗輪在作業(yè)過程中與堆料發(fā)生直接碰撞。

3.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

堆取料機控制系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對堆取料機自動化運行過程中操作人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控和保護效果。雖然在智能化、自動化技術(shù)的支持下，如今堆取料機自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了堆取料機作業(yè)的自動化控制，但結(jié)合實際情況來看，控制系統(tǒng)在實際作業(yè)過程中仍然會出現(xiàn)諸多問題，在發(fā)生問題后需操作人員進行遠(yuǎn)程控制和管理，避免引發(fā)更為嚴(yán)重的問題。

3.5 設(shè)備智能檢測系統(tǒng)

設(shè)備智能檢測系統(tǒng)可以實時收集堆取料機及控制系統(tǒng)運行中各方面運行數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)傳輸?shù)娇刂剖?，控制室中的設(shè)備智能檢測系統(tǒng)會將運行數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)參數(shù)值進行比對分析，確定堆取料機以及控制系統(tǒng)是否處于正常運行狀態(tài)，若是發(fā)現(xiàn)有運行參數(shù)超出預(yù)設(shè)參數(shù)值范圍，那么設(shè)備智能檢測系統(tǒng)便會發(fā)出報警聲，通知相關(guān)檢修人員對堆取料機及控制系統(tǒng)進行實時檢修[6]。相對于傳統(tǒng)的檢修方式來說，設(shè)備智能檢測系統(tǒng)對于檢修中的人力需求更低，而且可以實現(xiàn)全天候無死角監(jiān)控，有效避免了人為檢修中存在的諸多故障疏漏等問題，提高設(shè)備檢修的精準(zhǔn)性和有效性，保障堆取料機及其控制系統(tǒng)的使用壽命以及應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

總而言之，堆取料機自動化控制系統(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)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、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)必須要加大對堆取料機自動化控制系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)的關(guān)注和支持，推動相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，同時促使堆取料機自動化控制系統(tǒng)得到相應(yīng)的發(fā)展和普及，增強企業(yè)市場競爭能力，為企業(yè)帶來更多的額外收益，推動企業(yè)實現(xiàn)長久健康發(fā)展。

參考文獻

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