郝轟宇，武愛民，田宏亮

（內(nèi)蒙古能源發(fā)電準大發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 準格爾旗 010300）

引言

斗輪堆取料機，是一種用于大型堆場的既能堆料又能取料的連續(xù)輸送的高效裝卸機械。由可俯仰和水平擺動的膠帶輸送臂及其前端的斗輪、機架、運行機構(gòu)組成，取料時由斗輪取料經(jīng)輸送臂送出。準大發(fā)電公司斗輪堆取料機一直是由人為就地操作，來完成堆、取料作業(yè)。在斗輪機生產(chǎn)運行的過程中，由于司機室的視野非常受限（只能看見前方150°的范圍），盲區(qū)多，導致操作容易出現(xiàn)失誤。負荷高時，需要人員在司機室長達數(shù)個小時操作，甚至更久不能離開崗位；報警及保護系統(tǒng)比較老舊，只有單一保護手段，保護拒動后易引發(fā)事故擴大；無法及時地找出故障點，長時間去排查會影響機組的燃料供給。特別要說的是夜班人員上煤視線非常不好，不能及時地看到斗輪機地動態(tài)，就會出現(xiàn)很多問題，例如：俯仰過大取煤導致電機高負荷運轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)磕碰到其他設備，行走觸碰到人或者物，特別是冬天的夜里上煤，煤層有凍塊，極易造成輪斗故障，更為嚴重的會造成人員的傷害，所以存在很大的安全隱患[1]。

1 項目概況

本系統(tǒng)在斗輪機臂架架設激光掃描設備結(jié)合大車移動從而對料堆進行掃描，并進行仿真處理，形成三維圖像及及料場內(nèi)各料堆輪廓、體積、土方量等信息，實現(xiàn)料堆三維建模和實時盤煤功能。

根據(jù)料堆三維模型和堆取料規(guī)范要求，實現(xiàn)智能化的最佳堆取料算法規(guī)劃。將堆料、取料作業(yè)計劃自動轉(zhuǎn)化為PLC控制指令，控制堆取料機自動尋址；然后根據(jù)三維模型和最優(yōu)控制算法，進行自動堆取料。

本系統(tǒng)采用絕對值編碼器定位+磁釘效驗+傾角傳感器結(jié)合定位技術(shù)，控制斗輪機運動軌跡。采用工業(yè)無線通訊技術(shù)實現(xiàn)適應高寒地區(qū)特點的數(shù)據(jù)傳輸。

本系統(tǒng)采用全自動+遠程控制+就地控制的三重可隨時切換的堆、取料作業(yè)工藝。本系統(tǒng)的建設將實現(xiàn)穩(wěn)定、高效、安全、精確、大幅降低人工強度、改善工作環(huán)境、提高料場管理水平。

2 項目原理說明

通過上位機控制PLC＋無線傳輸功能，來實現(xiàn)遠程無線控制，然后利用PLC的編程功能，按照合理的操作流程進行程序編寫，斗輪機按照預設的方案自動取料，從而實現(xiàn)遠程自動取料。通過監(jiān)控系統(tǒng)，實時顯示斗輪機及煤場的各個狀態(tài)，并通過高清攝像頭及3D動態(tài)畫面看到各個角度。監(jiān)控、激光掃描儀、控制系統(tǒng)分別用單主機控制，最后匯總，保證單方面出現(xiàn)故障時不影響其他設備運行。只需要提前輸入預設參數(shù)，斗輪機就可以按照設定參數(shù)去工作，無需人員再進行操作[2]。

2.1 實時監(jiān)控，安全操作

其中7個半固定攝像頭，3個室內(nèi)半球攝像頭，1個一體化云臺攝像頭，共11個攝像頭。智能切換，全方位無死角，整車情況一覽無余。由于不用去機上操作，直接在集控室就可以使用斗輪機上煤，隨時隨地即可更改3種操作模式，運行人員的安全系數(shù)大大增加。避免的沙塵、煤粉、雷雨天氣、及設備故障引起的各種事故，同時也減少了人為的操作失誤。

2.2 精準反饋，自動控制

由大車的行走、俯仰、回轉(zhuǎn)編碼器來確定大車的實際位置、俯仰角度、回轉(zhuǎn)度數(shù)。靠這3個絕對值編碼器配合，就能夠反映出大車的實際情況。利用激光掃描儀，可以通過智能算法和快速的模型建立，準確地顯示煤場的煤堆高度，將三維圖像呈現(xiàn)在電腦上。直觀地看到煤場情況。加上自動邏輯控制，上煤無需多余操作。

3 項目實施效果

3.1 “互聯(lián)網(wǎng)+”控制系統(tǒng)

建立獨立PLC遠程控制系統(tǒng)+千兆無線網(wǎng)橋技術(shù)，讓數(shù)據(jù)實時交換無壓力，如圖1和圖2所示。

3.1.1 三維可視化運行系統(tǒng)

一體化云臺在斗輪機至高點，任意旋轉(zhuǎn)角度，3D動畫呈現(xiàn)煤廠實時狀態(tài)。

3.1.2 專家級的故障診斷系統(tǒng)

智能分析運行方式，準確判斷問題癥結(jié)。

3.1.3 大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化運行

安全防撞，保證取件流量穩(wěn)定；自動盤煤，顯示堆料狀態(tài)。

3.2 防護系統(tǒng)

3.2.1 紅外激光防撞

在作業(yè)的過程中，相互設備之間的大車防碰撞系統(tǒng)，也是安全系統(tǒng)的一部分，可以有效地阻止安全事故的發(fā)生，并且保障門機的作業(yè)安全性[3]。

在門機的4個大車腿部，分別安裝紅外激光防撞監(jiān)測限位，此限位可以自行設定，當在多少范圍內(nèi)有遮擋物或者有人員、車、經(jīng)過時，此限位動作，并且將信號傳輸至機上PLC控制系統(tǒng)中，機上控制系統(tǒng)通過安全規(guī)定，直接停止大車的動作，并且在中控室的監(jiān)控觸摸屏上報出故障，發(fā)出警告。直到安全隱患消除，監(jiān)控人員按下故障復位按鈕，設備才可以重新啟動并且安全作業(yè)。系統(tǒng)安全可靠地保護了設備在作業(yè)過程中由于司機疏忽出現(xiàn)的防碰撞，并且消除此安全隱患，為斗輪機的自動化作業(yè)提供安全的實施條件，如圖3所示。

3.2.2 安全保護軟限位

由于新增加了各個機構(gòu)的定位系統(tǒng)，所以在依靠定位系統(tǒng)的基礎上，給所有的機構(gòu)都增加了新的安全保護軟限位，相當于給設備增加了一層安全防護罩，讓設備更加安全。防止了設備在長期使用過程中，因為某個限位損壞，接觸不良造成了誤停機，增加的軟限位，可以提前判斷機構(gòu)動作的意圖，并且在機構(gòu)即將碰到機械限位時，軟限位就會先進行預判，這樣極大程度地保護了所有機構(gòu)的安全可靠性。安全保護軟限位包括以下幾點：

1）大車機構(gòu)的過坑，減速，終點，極限的安全軟限位；

2）變幅機構(gòu)的上仰，下俯，減速，終點，極限的安全軟限位；

3）旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的防碰撞，堆垛區(qū)域的安全軟限位。

3.3 經(jīng)濟效益分析

通過本項目的實施，可以延長設備的使用壽命，大大降低維護費用（限位開關(guān)、夾軌器電磁閥、機械設備損壞），降低煤場隱患風險，既能合理安排上煤時間，又極大節(jié)約設備成本和時間成本。

4 結(jié)論

斗輪機全自動控制系統(tǒng)使用了三維建模激光成像技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、智能算法、智能控制、智能安全防護和總線通訊控制等多項先進技術(shù)，將堆取料機全自動化作業(yè)、煤場環(huán)境在線監(jiān)測、自動配煤融合在一起，打造了真正意義上的智能化煤場，顯示了真正意義上的堆取料機全自動無人值守作業(yè)，對位精度與作業(yè)精度都達到了較高水平。

經(jīng)過半年多的使用，證實該創(chuàng)新研究成果非常實用、先進、智能化程度高，契合電廠煤場智能化管理和自動作業(yè)的需求。該系統(tǒng)投入運行后可靠地解決了電廠輸煤系統(tǒng)提升運行效率、提高運行安全性，實現(xiàn)煤場精益化管理等難題，在為煤場管控與輸煤作業(yè)實現(xiàn)智能管理與作業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，為電廠提質(zhì)增效、節(jié)能降耗、提升燃煤經(jīng)濟性做出了突出貢獻，可在行業(yè)內(nèi)全面推廣，助力發(fā)電企業(yè)建設成“智慧電廠”。