斗轮堆取料机无人值守技术研究及应用.pdf

自动化技术与应用 Automation Technology and Application54 今日制造与升级 2023.7近年来，我国的智能化自动技术取得了较快的发展，带动材料运输设备发展有了较大的提升。通过引进先进技术，我国由传统的机械运输技术向自动化智能运输转变。针对斗轮堆取料机这种运输设备，很长一段时间都是以人工操作方式进行设备运转，操作难度较大，工作效率不高。为了提高设备工作效率，控制设备系统向着自动化、智能化方向发展，减少人工强度，加强企业安全管理，实现无人化值守技术是十分有必要的。1 斗轮堆取料机原理及研究现状1.1 斗轮堆取料机的工作原理斗轮堆取料机是一种主要应用在物品运输等方向的设备，实现将物料通过斗轮机以制定的速度向指定地点进行单向或双向传送。斗轮堆取料机的控制系统发展分为手动、半自动与全自动控制3个阶段。其设备主要分为输送系统、电气系统、回传系统、运行机构、斗轮机构等系统组成。利用斗轮进行取料，将物料在输送系统上进行运输，其工作原理规律性很强，完全可以借助自动化技术进行自动化控制。根据桥架式可分为臂架型斗轮堆取料机、门式斗轮堆取料机和桥式斗轮取料机。臂架型斗轮堆取机有堆料与取料两种工作方式，经过臂架、整机尾车来完成对物料的堆取与卸载运输；门式斗轮堆取料机由门形架构和升降桥架组成，通过门架的移动与上堆料运输机的运行来完成物料运输；桥式斗轮取料机的桥架是固定的，位置较低，没有堆料式传送机与尾车，而是应用小车运行带动物料运动，使散料下滑，方便斗轮取料1。斗轮堆取料机在运行中容易出现损坏问题，国内传统的方案措施一般是焊修或者刷锌加工修复。二者都存在一定的风险，补焊修理产生的负面影响无法全部消除，容易对材料出现损伤，使部件弯曲，严重的可能出现断裂现象；刷锌加工修复增加了设备厚度，而且容易脱落。国外针对修复措施一般采取复合材料修复，该技术黏着力超强，有着优异的抗压强度，更能免机加工，大大延长了设备的使用寿命。1.2 斗轮堆取料机的研究现状斗轮堆取料机的生产过程中，生产工艺主要借助斗轮机的传送完成对目标物料的卸载装载等。在整体操作过程中，取料机的工作是最为重要的工作步骤。随着技术的进步，斗轮堆取料机实现了半自动化控制，主要采用 PLC、变频器等设备，再借助人工手动控制完成目标作业，不仅减少了人员、油料等设备成本，还大幅提高了工作效率。2010年后，斗轮堆取料机的自动化控制开始应用在一些电厂、码头等运输场所。针对设备的自动化控制，只需要工作人员在控制室下达命令，斗轮堆取料机等设备根据下达指令完成作业，可以做到场地的无人化管理。目前，我国很多码头采用人工操作模式，容易对现场工作人员产生健康影响，而仅凭工作人员的工作经验也容易出现物料摆放失误等问题，同时对物料的流量容易出现超载，影响设备运行等。所以探讨实现斗轮堆取料机等设备的无人值守技术是十分有必要的。斗轮堆取料机在国外部分发达地区均已实现全自动技术，但仅仅是对智能取料系统进行设计，而在堆料、恒流取料等方面未详细建立系统，并且自动化作业无法在扬尘较大等极端环境进行精准操作，所以自动化操作未能达到100%。国内斗轮堆取料机无人值守系统大多适用于取料作业，对于操作方式上的技术突破较少，现有技术并没有实摘要斗轮堆取料机等运输设备开始向大型化、自动化、精准化和高效化方向发展。斗轮堆取料机是近年来兴起的装卸机械设备，长期处于人工手动操作，投入相对较大，作业质量没有达到期望标准。文章结合此种情况，以某电厂斗轮机设备为研究对象，对斗轮堆取料机的无人值守技术开发进行探讨，旨在为企业提供更好的经济收益，实现设备自动化、智能化的发展。关键词斗轮堆取机；自动化控制；无人值守中图分类号U653.928+.5 文献标志码A斗轮堆取料机无人值守技术研究及应用袁文胜（国家电投集团协鑫滨海发电有限公司，江苏盐城224500）自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制造与升级 55现全天候作业，智能化程度有限，所以实现全方位智能化系统应用有着重要的意义2。2 无人值守控制系统设计实现斗轮堆取料机的无人值守，就是实现斗轮堆取料机的智能化自动控制，其系统的总体设计如图1所示。系统设计总体思路将采集点进行数据化处理，并上传服务器，经过云数据计算，完成对采集点的三维建模。根据三维建模数据信息与斗轮堆取料机动作参数进行整合，计算控制流程，并对斗轮堆取料机进行指令自动控制，完成作业，将数据与监控画面传递至控制中心。文章结合某火电厂的斗轮机设备进行如下系统设计3。人机操作界面作业任务创建三维点云建模三维数据计算三维点云数据梳理作业任务计算作业指令下发其他外部系统激光扫描设备堆取料机PLC智能控制器PLC数据接口通信智能作业流程控制智能一体化生产控制平台（cPCS）盘煤仪数据接口通信OPC-UA点云数据计算分析图1 无人值守系统总体设计示意2.1 激光扫描系统设计针对系统的扫描系统，采用激光扫描成像，其工作原理如图2所示。结合激光扫描对采集点进行收集现场数据，将数据传送给服务器，经过激光初次扫描后的成像效果，大致可看出采集点形状。12VDC+15+13-13-15+10-121891610图2 激光扫描设备成像原理设计激光扫描过程，首先通过安装在机械臂上的扫描仪进行扫描，对采集点中物料信息进行实时获取，并根据机械臂移动等问题进行脚本设立，防止因机械臂移动等原因造成碰撞事故。2.2 采集点数据处理经过激光扫描获得物料的空间坐标后，根据空间坐标对物料三维建模，通过对获得的数据进行规格化处理，并检查数据的完整性，针对死角问题进行模拟填充，形成完整的网格数据。针对采集点云数据的收集，其扫描的数据相对比较复杂，数据采集流程是首先根据计算机数据采集软件发出指令，激光扫描仪进行三维扫描，并将得到的数据进行信息回传。数据回传后，要对采集点的数据进行三维空间坐标转换，通过扫描仪的平面数据与旋转角度建立以激光扫描仪为原点的坐标系，其示意如图3所示。激光传感器2激光传感器1扫描线测量点0俯仰轴ZXY图3 空间坐标转换示意2.3 建立物料可视化模型针对坐标系进行采集点数据滤波处理，将扫描仪通过不同位置得到的数据参数进行过滤、拼接，计算出采集点中物料体积，建立三维可视化模型。三维可视化模型建立原理是结合投影三角化算法进行快速演算，规划模型。该方法要求曲面光滑，点密度变化均匀，不能在三角化时进行修复处理。对于模型的渲染与纹理映射，采用 WEBGL 三维建模技术，在绘制模型过程中，采用着色、光照等工具进行渲染，优化模型，通过对三角面进行参数统一，获得物料体积、密度、重量等相关信息，加快运算效率和流畅性，加快建模建立效率4。2.4 斗轮堆取料机的智能控制设计智能堆取是指根据指令和采集点的情况进行自主作业，控制斗轮堆取料机进行运输的过程。其运输过程首先采取料堆切入点，进行分层取料。结合斗轮机的尺寸，由系统对设备自动控制，来完成取料作业目的。针对设备的分层取料，应先对物料进行分层设计，根据设备定位，进行精准操作，完成取料。悬臂俯仰控制计算设计原理如图4所示。悬臂回转控制，要根据物料建立自动化技术与应用 Automation Technology and Application56 今日制造与升级 2023.7的三维模型进行坐标确立，其设计效果如图5所示。ZY0远端车道5m层高2.8m近端车道5m斗轮机半径2.7m大臂水平高度10.7m轨道平台宽度10m大臂长度40m堆积角43第一层第二层第三层第四层第五层第六层图4 俯仰控制计算设计原理XY最大Y值点（x1，y1）最小Y值点（x2，y2）最小回转角度最大回转角度水平投影长度水平投影长度水平投影长度图5 回转角度控制计算设计效果经过对俯仰与回转控制计算设计后，要对悬臂智能堆取进行整体设计。首先根据采集数据进行对物料范围的最远与最近 Y 点进行确立，根据二者进行计算最大回转角与最小回转角，再根据回转角计算起始步进与结束步进。综上，计算进行设立斗轮机设备工作示意图。确认方案后，发送指令进行取料作业。斗轮堆取料机的承受能力有限，所以要对取料恒定控制设计。此次方案的设计要根据控制斗轮堆取料机的斗轮转速、与堆料的接触面积、悬臂换转角等方面来完成。其中针对取料速度控制设计，采用积分分离式控制算法和轨迹控制算法进行合成取料速度的功能模块。斗轮机自动取料过程，要确定斗轮机皮带秤瞬时数据、反馈流量数据和大臂回转速度数据，严格把控数据稳定性，通过数据计算确保皮带不超载5。2.5 斗轮堆取料机硬件系统设计目前，斗轮堆取料机常用的控制器为1756-L61型，根据 ControlNet 的通信方式，以及无人值守技术运行的要求，可以明确该系统需要进行大量逻辑运算控制。由于1756-L61控制器无法满足要求，系统设备硬件则采用1756-L72型，通信方式采用以太网络通信，设立防过载控制子程序与报警子程序。其网络结构如图6所示。无人值守系统的控制器程序应具备周期性、连续性，一般主程序不具有具体功能，只是管理各个子功能设备并发送指令。对于主程序整体结构应先进行对位确定，完成对位后，调整悬臂到安全角度，行走至取料位置，将悬臂调整到取料角度，根据建模图形进行取料，启动斗轮，悬臂到达取料位置，开始取料，悬臂调整至最大位置，设备按照设定方向行走，悬臂向内回转进行取料，待到最内侧进行重复以上动作。取料完成后停止回转，将悬臂调高后停止斗轮机作业，完成取料工作6。3 某电厂斗轮机无人值守系统运行分析该电厂的通信系统主要采用 B/S+C/S 结构，不用采取客户端安装，能够实现系统数据交换与指令互通的功能。根据设置展现出运输煤炭的过程运转图、港口动态，以及设备运行状态等相关参数。其报警系统是在 PLC 与 DCS设计中，针对可能出现的情况进行设置报警与数据查询功能，斗轮机设备能在系统中进行反馈。本次测试根据三维建模与斗轮机设备运行等多方面对无人值守系统进行总结，相对于传统的斗轮机操作，该系统提高了物料运输效率，减少了工作时间，降低了能量消耗，对设备磨损相对较少，延长了设备的使用寿命，降低了设备维护成本，实现远程控制，降低了人员配备，实现设备一键化、无人化操作。4 结束语随着科学技术的进步，斗轮堆取料机设备自动化、智能化是行业发展的必然趋势，我国针对斗轮堆取料机无人值守系统的开发有着很大的发展空间。其设备的工作使用大大改善了工作人员的工作环境，降低劳动强度，保证生命财产安全。文章针对系统的扫描、物料建模建立、斗轮堆取料机自动化主程序进行设计概述，希望能对斗轮机无人值守系统的研发有所帮助。参考文献1 李海涛，薛家阳，李军，等.火电煤场门式斗轮堆取料机自动控制系统的研究及应用J.自动化应用，2023，64（9）：48-50.2 王立成.大型散料堆场堆取料机主动防碰检测系统设计与研究D.秦皇岛：燕山大学，2022.?图6 网络结构示意自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制造与升级 573 张茜.火电厂斗轮堆取料机智能化无人值守系统的设计与应用D.镇江：江苏大学，2022.4 季承.60米跨度门式斗轮堆取料机研制D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2021.5 陈芝俊.600/750斗轮堆取料机控制系统设计及应用研究D.兰州：兰州理工大学，2020.6 张烁.斗轮取料机无人化取料控制技术研究D.秦皇岛：燕山大学，2020.作者简介袁文胜（1984），男，湖北黄冈人，本科，工程师，主要从事于电厂热控自动化控制设备方面的研究。0引言输配电线路是电力系统的生命线，常跨越山川河流和人口稠密的城区村庄等复杂的地理环境。若警示防护措施不当，违章施工、垂钓等隐患将威胁输配电线路的安全稳定运行1-2，且易造成人身触电事故。近年来，运维人员负增长、老龄化与运维效能间的矛盾日益突出，亟需通过数字化、智能化的手段优化外力破坏防控模式。目前广泛采用警示牌防范外力破坏和临近线路的垂钓行为，但是现有的警示牌警示效能偏低，若垂钓者和施工队伍无视警告仍在电力线路保护区域内垂钓和作业，传统警示牌无法有效制止上述行为，一旦出现事故危害极大。此外传统警示牌在夜间的警示效果大打折扣，难以起到警示制止夜间施工和垂钓人员的作用。该项目研究模块化、便携式的智能声光电力警示牌，将多款智能传感器和摄像头集成于警示牌中，采用太阳能和储能电池结合的供电方式，利用法律法规、典型案例、漫画插图等形式，简洁有力提示风险；增加夜间工作模式，夜晚光线较差时提高可视范围，增强夜间警示效果；基于红外、声波探测、图像识别技术的探测系统提高警示牌的警示效果和主动感知干预能力，人员闯入时大功率声光告警器发出告警，震慑入侵人员；提供智能巡视服务，探测传感器将采集到的信息通过无线方式回传至统一物联网平台，由数据中心进行数据处理和智能识别，精准识别侵入电力保护区的挖机、吊车及垂钓人员，若反复监测到异常系统自动触发短信通知运行人员，实现主动感知、主动告警、多次告警短信通知多功能于一体，最大程度减小外力破坏风险，同时减少了运行人员对施工外破和垂钓隐患点的监盘压力，解放一线班组人力3-4。1 智能声光报警电力警示牌的技术路线警示牌外形结构如图1所示。864532711.尖锥部；2.第二节杆；3.第一节杆；4.感应部件；5.顶棚；6.太阳能板；7.第一滑板；8.第二滑板图1 警示牌外形结构摘要针对输配电线路因施工外破和垂钓引起的安全隐患，文章研究了一种基于红外探测、微波探测、视频监控和 AI 智能识别的输配电线路智能声光报警功能的电力警示牌。引入物联网、大数据、人工智能等新技术，采用多种智能传感器和智能摄像头采集隐患点现场信息，回传信息处理系统并进行人工智能处理，主动识别危险行为并自动启动声光告警系统，同时具备白天和夜间两种工作模式，有效提高夜间警示效果。现场运行结果表明，该电力警示牌告警功能运行正常，可有效降低人身触电风险和外力破坏风险。关键词物联网；电力警示牌；智能；声光；安全防护中图分类号TM08 文献标志码A基于电力物联网的智能声光报警电力警示牌的研究邱冠武，朱孝文，王思裕，宋佳骏（广东电网有限责任公司广州供电局，广东广州510630）