料场堆取料无人操作系统方案介绍.doc

料场堆取料无人操作系统方案介绍

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2020年4月19日
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料场
堆取料无人操作系统方案介绍

版本 1.0

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宜昌索尔德自动化科技有限公司是一家致力于移动有轨设备精确位移检测的专业创新型企业。地处三峡大坝和葛洲坝水利枢纽所在地，是世界水电之都，中国动力心脏。
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目 录
第1章 目的和意义 1
第2章 技术原理 2
第3章 项目的实施方案 3
第4章 预期目标 4
第5章 项目效果评价 4
第6章 功能概要 5
第7章 售后服务 6
7.1 四项制度 6
7.2 四项服务 6

第1章 目的和意义
当前，中国的散货（矿石、煤等）料场主要采取斗轮式取料机进行取料作业，特别是在大型散货码头，原料的大量需求造就了巨型的堆场，这就要求有一定数量的取料设备来进行生产，同时需配备相应数量的操作司机来驾驶这些设备。因此，如何提高取料效率、改进作业环境、降低劳动强度，降低人工成本、减少人工干预造成的效率降低就成了所有大型散货码头面临的共同课题。
散货取料装船流程的效率高低，是直接制约港口装船疏港效率的主要环节，智能化取料研究与应用，就是针对取料机现有的作业模式和取料工艺进行研究，经过对取料机PLC程序及上位机软件进行合理优化和二次开发，并借助先进的设备和技术手段以实现取料机机智能化提高的同时，提高作业效率，并兼顾人力成本的节省。
本项目具有以下现实意义：
Ø 改进劳动环境和降低劳动强度
Ø 减少人为因素的影响和人力投入
Ø 提高堆、取料机的自动化作业程度并稳定生产运行
Ø 提高码头整体智能化作业管理水平
Ø 保持行业技术先进性。

第2章 技术原理

本项目拟对N台堆料机和N台取料机进行无人化的自动控制改造，实现N台堆、取料机机无人驾驶的自动堆、取料作业，对所有堆、取料机的作业操作在中央控制室内实现，以进行集中控制并减少人力投入。
为了实现以上目标，需对堆、取料机机上系统、中央控制室进行如下改造：
1）所有堆料机、取料机机上增设卷筒光缆，并连通到中控。
2）所有堆料机上增设超声波传感设备或电容式料位计以及激光扫描仪及其配套设施，实时扫描料场的料堆堆形，并将扫描数据实时传送到中控进行处理。
3）所有取料机上增设激光扫描仪及其配套设施，实时扫描料场的料堆堆形，并将扫描数据实时传送到中控进行处理。
4）在原有堆、取料机机上PLC控制程序的基础上，开发单机自动堆料和自动取料PLC控制程序，实现自动堆料、取料作业功能。
5）开发上位机控制系统，主要包括堆料、取料作业模型生成，料堆扫描三维成像，自动生产作业控制等。
6）中控室内增设操作终端，对堆取料作业进行操作；增设远程操作盘，配备操作手柄，作为堆、取料机作业过程中人工干预的后备手段；增设视频操作盘，对堆、取料机的作业场景进行远程视频监视。
第3章 项目的实施方案
本项目改造后，在无人或少量的人工干预下，堆料机、取料机可在无人驾驶的情况下进行自动化的堆、取料作业。
1) 利用工业通讯模块、工业网络设备，采用光缆方式连接，建立中控与地面堆、取料机之间工业以太网及工业控制网的链路，作为双方各类信息交换的通信平台。
2) 本地PLC与无人化中控PLC经过网络连接，用于本地PLC与无人化中控PLC的数据通讯、无人化中控PLC控制指令的下发等，本地PLC与中控计算机服务器经过工业以太网相连，用于中控计算机服务器与本地PLC的数据通讯、中控操作终端控制指令的下发等。
3) 在堆\取料机的斗轮左右两侧安装两个激光扫描仪用以采集堆型数据，经过专用串口转以太网设备将激光扫描仪的标准RS422接口数据转换成标准以太网数据后直接发送到中控无人化图像服务器中。利用激光扫描设施获取料堆表面数据，进行空间数学变换得到料堆三维数据，实现料堆的三维成像。同时利用料堆三维图像数据，为料堆每层作业切入点的确定提供依据，并控制每层取料料堆的边界。
4) 自动堆料功能。堆料机收到自动堆料指令信息，机上PLC控制堆料机自动完成作业定位并自动进行堆料作业。
5) 自动取料作业前的准备。自动取料之前，操作人员需手动驾驶取料机对作业料堆进行料堆表面的数据采集，以完成作业料堆的三维数据更新。
6) 自动取料功能。取料机收到来自中控的自动取料指令信息，机上PLC控制取料机自动完成作业定位并自动进行取料作业。
7) 取料流量的恒定控制。取料机在取料过程中，实时采集其取料斗轮的电流，利用斗轮电流与流量之间的关系，以斗轮电流作为一个控制因素控制堆取料机的机构动作速度，从而达到控制取料流量的目的。
8) 在取料机的悬臂两侧安装两台防碰撞激光扫描设备，用以取料机之间的防碰撞，防碰撞激光扫描设备的继电器信号直接接入堆取\取料机本地PLC。
9) 新增多区域视频监视系统，能够实时监测料场工况以及大车位置和设备状态信息，确保堆取\取料机无人化作业的安全性、可靠性。
10) 中控室的远程操作。中控室设置远程操作手柄，能够直接操作堆、取料车的动作。
第4章 预期目标
1) 操作工艺的智能化提高；
2) 远程监控与远程操作；
3) 智能化无人运行。
第5章 项目效果评价
码头智能取料技术研究与应用实施后，明显提升港口设备自动化、信息化水平，为全面建设数字化港口奠定基础，减少人工干预，提高调度指挥效率，同时可有效降低人工成本，改进工作环境，提升安全水平，使各班组作业效率均接近或达到当前平均水平。
1) 以每艘待载船舶有五个货舱计，每个货舱上料两轮，每个舱每次上料时调度指令由下发到执行需2分钟计，则一条船舶所需此类时间为20分钟。调度流程简化后，仍以8月份计，作业90艘次，则该项可节约时间1800分钟约30小时，设备利用率为52.54%，平均作业效率为2546t/h，经初步计算，并设每个班组权重为0.25，则每年增加营业收入 2546t/h*30h*52.54%*20元/吨*12*0.25=2407803元。
2) 当一台取料机智能取料技术实现后，仍以 8月份作业情况为计算样本，装船306.4万吨，三台装船机平均作业台时为396小时。装船作业各班组平均作业效率为2546t/h，最高为2616t/h，最低为2473t/h，最高与最低相差5.78%，最低与平均相差2.95%。
经初步计算，并设每个班组权重为0.25，当作业效率最低班组提升为平均效率时，每年增加营业收入
（2546t/h-2473t/h）*396h*20元/吨*12*0.25=1734480元
3) 人工成本方面， 取料机司机人力成本分别为1 0元/人，当一台取料机智能取料技术实现后，每班组可节省一名司机，节约人力成本1 0元。
一年节约人力成本1 0*4=480000元
4) 综合效益计算。
以电气元件理想使用寿命为5年计且未计算新增设备维护保养投入，作业效率提升幅度不变，人工成本年均增长10%，故五年总系数为6.1051，则共计提升利润水平为：
（2407803+1734480）*5+480000*6.1051=23641863元，约2400万元。其中调度流程简化部分50.92%，效率提高部分占36.68%，占人力成本部分占12.40%。
在安全与职业健康效益方面，避免操作人员因体力、精力下降引发的安全隐患。该项研究成功并实施后，取料机机上无需操作人员值守，仅在中央控制室具备远程干预功能即可，有效改进员工作业环境，员工工作环境内空气含粉尘浓度指数由20mg/标m3下降到10mg/标m3，下降50%，噪声指数由85dB（A）下降到60dB（A），下降29.41%，降低员工发生职业病的可能。
该项研究与应用将使传统专业化煤码头发生革命性的变换，树立新的行业标准与作业方式，为其它港口的建设提供良好的借鉴价值。
第6章 功能概要
1) 在操作画面上显示料堆的实时三维图形；
2) 在视频显示器上显示操作现场的实时视频；
3) 根据管理计算机下达的料场作业计划（或自行编制作业计划），经过优化模型转化成堆取料作业任务；
4) 将作业任务转换成堆取料机的控制指令，并控制堆取料机进行自动化作业；
5) 设备的运行位置和状态监视；
6) 在中央控制室对堆取料机进行远程操作；
7) 自动堆取料过程中，能够中断自动控制而进行手工控制；
8) 对自动堆取过程的故障进行报警；
9) 取料流量的精确控制；
10) 自动取料与装船作业的协调控制；
11) 堆取料机之间的硬件防碰撞保护。
第7章 售后服务
我公司是专业从事物料搬运设备精确定位和控制的民营高科技企业，我们本着以合作多赢，不给客户找麻烦为宗旨，建立完善的售后服务机制，给客户提供及时全面的一体化服务。实施产品售前、售中、售后技术服务。为用户提供技术咨询、技术资料、方案设计、包装运输、设备点交、安装指导、技术培训、回访服务等，长年优惠供应备品、备件，竭诚满足用户对技术服务的要求。真正将客户未知的，已知的，担心的问题解决于无形。
7.1 四项制度
1) 30分钟内回复制：接到客户电话起30分钟内做出回应；
2) 24小时到场制：需要现场解决问题的我公司售后技术工程师在24小时内到达现场；
3) 终身服务制：对我公司产品实行终身售后服务；
4) 处理结果满意制：以解决客户问题为最终结果，不推诿。
7.2 四项服务
1) 技术咨询服务：对客户所有售前、售中、售后的技术咨询提供24小时热线，做到有帮助；
2) 产品选型服务：对准备选用我公司产品的客户提供详细选型指导，做到准确定型号；
3) 用户培训服务：对使用我公司产品的客户提供现场或网络培训，做到能解决问题；
4) 备件供应服务：对公司产品的后续备品备件提供优质服务，做到有承接，能替代。