李亞東
(華電萊州發(fā)電有限公司,山東 萊州 261400)
華電萊州發(fā)電有限公司(以下簡稱:萊州公司)圓形堆取料機是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型設(shè)備,操作規(guī)程及安全注意事項多,為解決堆取料機運行過程中遇到的取料效率受操作人員水平限制、工作環(huán)境惡劣影響人身健康、作業(yè)過程煤場信息化程度低等難題,萊州公司圓形煤場堆取料機的智能管控和遠程運維為目標,開展系列科研攻關(guān)和應(yīng)用研究,在具有自學(xué)習能力的智能化精準取料方法、煤場三維位置信息數(shù)據(jù)庫的智能構(gòu)建、基于數(shù)字孿生技術(shù)的高效取料方法、堆取順序和自動連續(xù)作業(yè)智能優(yōu)化方法、基于新型定位系統(tǒng)和控制算法實現(xiàn)全流程協(xié)同智能控制方法等關(guān)鍵核心技術(shù)上,取得重要突破,實現(xiàn)了1#、2#圓形堆取料機的無人值守作業(yè)功能。
萊州公司堆取料機以堆取全手動、堆料半自動取料手動,堆取全部半自動三種方式,智能化嘗試很少。為實現(xiàn)料場管理、設(shè)備管理、裝卸輸送系統(tǒng)一體化的智能料場堆取料系統(tǒng),提高所有設(shè)備的自動化和智能化水平,全自動無人化作業(yè),提高堆取料作業(yè)效率,改善勞動環(huán)境和降低勞動強度,勢在必行。
目前,在煤場內(nèi)堆取料機操作絕大多數(shù)仍然在采用人工就地或遠程手動操作方式完成堆取料操作,這種操作方式自動化程度低、設(shè)備可管理性較低,嚴重影響料場數(shù)據(jù)的準確性。同時,堆取料司機勞動強度大,作業(yè)效率根據(jù)司機的疲勞程度、操作水平起伏較大,遇到新手往往就會造成作業(yè)效率較低,甚至會引發(fā)事故。
對整個料場包括附屬建筑物和圓形堆取料機進行三維建模,通過安裝在堆取料機上的三套激光掃描設(shè)備,結(jié)合CPU控制單元、各機構(gòu)編碼器、RFID設(shè)備以及數(shù)據(jù)通訊設(shè)備等,實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的實時采集、高速計算、數(shù)據(jù)交換與融合,實時感知設(shè)備在堆、取料運行過程中設(shè)備姿態(tài)的變化和料堆形狀的變化。這套系統(tǒng)可以獲取料堆表面數(shù)據(jù)信息、繪制料堆三維圖形,查看料堆任一點的高度、剖面圖、計算料場儲料量;同時,可以比較確定堆取料機與料堆的相對關(guān)系,為設(shè)備作業(yè)提供依據(jù)。數(shù)據(jù)交換主要是建立激光測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)與料場自動化系統(tǒng)及設(shè)備本身交換共享的平臺,交換共享的數(shù)據(jù)包含:料堆表面高程數(shù)據(jù)、煤種信息、三維圖形數(shù)據(jù)、體積數(shù)據(jù)、調(diào)度指令等。
圖1 料場模型與信息數(shù)據(jù)庫
圓形堆取料機的高精度定位通過RFID技術(shù)實現(xiàn)。無線射頻識別(RFID=無線射頻識別)以其堅固抗化學(xué)腐蝕的載體在惡劣的工業(yè)環(huán)境顯現(xiàn)其優(yōu)勢。與一維或二維條碼技術(shù)相比,RFID無線射頻技術(shù)可以錄入數(shù)據(jù),這一功能更加突顯了其產(chǎn)品優(yōu)勢。RFID無線射頻系統(tǒng)包括連接上層總線的識別控制器以及讀寫頭和載體。讀寫頭,控制器以及總線接口集成到一起的設(shè)備被稱為讀寫工作站,設(shè)備防護等級達到IP67,適用于惡劣的封閉煤場工業(yè)環(huán)境。
射頻標簽具有固定數(shù)據(jù)或含有與過程有關(guān)的可讀寫數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)通過讀/寫頭采集,讀/寫頭與控制器連接,將數(shù)據(jù)發(fā)送到上層總線系統(tǒng)。對于讀寫距離較近的場合,RFID識別系統(tǒng)可使用的頻率范圍有125kHz、250kHz和13.56MHz,本項目通信頻率為250kHz。
防撞系統(tǒng)是實現(xiàn)圓形煤場智能化無人值守的關(guān)鍵技術(shù)之一。料場設(shè)備多,存在各種碰撞的可能,主要可以分為三類:(1)共軌雙機防撞;(2)相鄰軌道大機防撞;(3)大機與地面設(shè)施防撞。為了保證絕對的安全,我們采用多種安全措施來保證設(shè)備和人員的安全。對于圓形煤場,主要是防止取料刮板與煤堆防撞,防止取料門架與堆料懸臂防撞。通過刮板兩側(cè)的新型彈性防撞檢測開關(guān),實現(xiàn)防止刮板機與煤堆的碰撞。通過RFID高精度定位,實時獲取取料門架與堆料懸臂的回轉(zhuǎn)角度,并通過相應(yīng)的防撞程序算法處理,實現(xiàn)兩者的防撞保護。
圖2 新型彈性防撞檢測開關(guān)
要實現(xiàn)智能化無人堆、取料功能,需確定嚴格的無人化堆、取作業(yè)工藝,根據(jù)作業(yè)工藝編寫相應(yīng)檢測、控制和保護程序。根據(jù)多年的項目經(jīng)驗,并且與不同堆場的有豐富工作經(jīng)驗的堆取料機司機交流,經(jīng)過總結(jié),本項目堆料機、取料機的堆取料工藝都會給出多種控制工藝供選擇。根據(jù)不同的實際工況,實現(xiàn)多種模式的自動堆取料工藝由司機選擇,每種模式下的自動運行都可以實現(xiàn)穩(wěn)定的恒料流取料,提高整個堆場的作業(yè)效率,降低設(shè)備無效運行時間,延長堆取料機的使用壽命。
實現(xiàn)設(shè)備運行無人化,在程控室設(shè)置遠程監(jiān)控臺,所有監(jiān)控與應(yīng)急操作在程控室實現(xiàn),實現(xiàn)堆取料機機上無人運行,減少操作人員數(shù)量,減輕人員工作強度,避免操作人員進入環(huán)境惡劣的封閉煤場,有效提高操作人員的人身健康與人身安全。
本項目RCMS系統(tǒng),精準記錄設(shè)備操作運行信息,啟停命令發(fā)出時間與位置信息,實現(xiàn)設(shè)備的精確管理,提高用戶的堆場自動化程度和信息化水平。
圖3 RCMS監(jiān)控畫面
該系統(tǒng)通過合理分配各級的管理和操控權(quán)限,實現(xiàn)在程序控制模式下的自動化運行和精確化作業(yè)。結(jié)合智能煤場管理系統(tǒng)的強大功能,為電廠配煤摻燒提供精確有效數(shù)據(jù),提升生產(chǎn)效率,實現(xiàn)節(jié)能降耗。
本研究成果已經(jīng)成功應(yīng)用于萊州公司2臺1000MW機組,效果良好。2019年萊州電廠一期圓形煤場堆取料機智能化無人值守系統(tǒng)投用,截至2020年12月,智能化無人值守系統(tǒng)運行穩(wěn)定,減員增效,一人監(jiān)控2臺堆取料機,平均取料效率提高約18%,提高了設(shè)備運行安全性與穩(wěn)定性,有效改善了司機的安全生產(chǎn)水平和工作環(huán)境。通過對萊州公司圓形煤場堆取料機智能化無人值守系統(tǒng)的研發(fā),為今后各電廠燃料系統(tǒng)提供了經(jīng)驗借鑒??稍诩瘓F所屬燃煤電廠燃料系統(tǒng)中推廣應(yīng)用,具有很大的推廣應(yīng)用價值。