料场堆取料无人操作系统专项方案介绍.doc

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
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宜昌索尔德自动化科技是一家致力于移动有轨设备正确位移检测专业创新型企业。地处三峡大坝和葛洲坝水利枢纽所在地，是世界水电之全部，中国动力心脏。
我企业拥有多名从事现场自动化工作多年，有丰富实践经验高级工程师，还拥有专业从事仪器仪表传感器研究开发多年教授级工程师，并在她们研究领域有着十年以上工作经验，她们正以其一流专业技能和追求完美创新精神为用户发明着行业领先高可靠产品。
我企业位移产品关键用于散状物料处理环境中物料搬运设备。如矿山系统、冶金系统、港口码头系统、化工系统、造船系统、电力系统、水泥系统、铁路系统、轻工系统、建材系统、军工系统、石油系统、机械系统等有轨搬运设备正确定位和自动控制，如：环形炉定点加热、环冷小车定位（硅钢厂、烧结厂）；卸料小车定位（矿山、烧结、球团、原料、焦化、炼铁、港口、石灰窑）；天车定位（冷轧、热轧、剪切库、板坯库、钢卷库、成品库、原料库、垃圾发电厂、矿热炉车间料罐倒运、垃圾发电厂）；推拨车机迁车台定位（翻车机）；船舶下水定位（造船厂梳式滑道绞车同时控制）；斗轮堆取料机防碰撞定位（原料厂、港口码头）；门机定位，装卸船机定位（港口码头、水电站）；高铁500米长钢轨运转系统；其它有轨移动设备正确定位和集中控制，在多领域取得了良好经济效益和社会效益。
企业愿以优异技术，优质产品和良好售后服务为各界用户作贡献，愿我们合作多赢 共创未来！
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目 录
第1章 目标和意义 1
第2章 技术原理 2
第3章 项目标实施方案 3
第4章 预期目标 4
第5章 项目效果评价 4
第6章 功效概要 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 目标和意义
现在，中国散货（矿石、煤等）料场关键采取斗轮式取料机进行取料作业，尤其是在大型散货码头，原料大量需求造就了巨型堆场，这就要求有一定数量取料设备来进行生产，同时需配置对应数量操作司机来驾驶这些设备。所以，怎样提升取料效率、改善作业环境、降低劳动强度，降低人工成本、降低人工干预造成效率降低就成了全部大型散货码头面临共同课题。
散货取料装船步骤效率高低，是直接制约港口装船疏港效率关键步骤，智能化取料研究和应用，就是针对取料机现有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，并借助优异设备和技术手段以实现取料机机智能化提升同时，提升作业效率，并兼顾人力成本节省。
本项目含有以下现实意义：
Ø 改善劳动环境和降低劳动强度
Ø 降低人为原因影响和人力投入
Ø 提升堆、取料机自动化作业程度并稳定生产运行
Ø 提升码头整体智能化作业管理水平
Ø 保持行业技术优异性。

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自动控制改造，实现N台堆、取料机机无人驾驶自动堆、取料作业，对全部堆、取料机作业操作在中央控制室内实现，以进行集中控制并降低人力投入。
为了实现以上目标，需对堆、取料机机上系统、中央控制室进行以下改造：
1）全部堆料机、取料机机上增设卷筒光缆，并连通到中控。
2）全部堆料机上增设超声波传感设备或电容式料位计和激光扫描仪及其配套设施，实时扫描料场料堆堆形，并将扫描数据实时传送到中控进行处理。
3）全部取料机上增设激光扫描仪及其配套设施，实时扫描料场料堆堆形，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、取料作业功效。
5）开发上位机控制系统，关键包含堆料、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，配置操作手柄，作为堆、取料机作业过程中人工干预后备手段；增设视频操作盘，对堆、取料机作业场景进行远程视频监视。
第3章 项目标实施方案
本项目改造后，在无人或少许人工干预下，堆料机、取料机可在无人驾驶情况下进行自动化堆、取料作业。
1) 利用工业通讯模块、工业网络设备，采取光缆方法连接，建立中控和地面堆、取料机之间工业以太网及工业控制网链路，作为双方各类信息交换通信平台。
2) 当地PLC和无人化中控PLC经过网络连接，用于当地PLC和无人化中控PLC数据通讯、无人化中控PLC控制指令下发等，当地PLC和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和当地PLC数据通讯、中控操作终端控制指令下发等。
3) 在堆\取料机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确实定提供依据，并控制每层取料料堆边界。
4) 自动堆料功效。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数据采集，以完成作业料堆三维数据更新。
6) 自动取料功效。取料机收到来自中控自动取料指令信息，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) 取料流量恒定控制。取料机在取料过程中，实时采集其取料斗轮电流，利用斗轮电流和流量之间关系，以斗轮电流作为一个控制原因控制堆取料机机构动作速度，从而达成控制取料流量目标。
8) 在取料机悬臂两侧安装两台防碰撞激光扫描设备，用以取料机之间防碰撞，防碰撞激光扫描设备继电器信号直接接入堆取\取料机当地PLC。
9) 新增多区域视频监视系统，能够实时监测料场工况和大车位置和设备状态信息，确保堆取\取料机无人化作业安全性、可靠性。
10) 中控室远程操作。中控室设置远程操作手柄，能够直接操作堆、取料车动作。
第4章 预期目标
1) 操作工艺智能化提升；
2) 远程监控和远程操作；
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和应用实施后，显著提升港口设备自动化、信息化水平，为全方面建设数字化港口奠定基础，降低人工干预，提升调度指挥效率，同时可有效降低人工成本，改善工作环境，提升安全水平，使各班组作业效率均靠近或达成现在平均水平。
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实施需2分钟计，则一条船舶所需这类时间为20分钟。调度步骤简化后，仍以8月份计，作业90艘次，则该项可节省时间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，则每十二个月增加营业收入 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，最高和最低相差5.78%，最低和平均相差2.95%。
经初步计算，并设每个班组权重为0.25，看成业效率最低班组提升为平均效率时，每十二个月增加营业收入
（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10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，节省人力成本10元。
十二个月节省人力成本10*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，人工成本年均增加10%，故五年总系数为6.1051，则累计提升利润水平为：
（2407803+1734480）*5+480000*6.1051=23641863元，约2400万元。其中调度步骤简化部分50.92%，效率提升部分占36.68%，占人力成本部分占12.40%。
在安全和职业健康效益方面，避免操作人员因体力、精力下降引发安全隐患。该项研究成功并实施后，取料机机上无需操作人员值守，仅在中央控制室含有远程干预功效即可，有效改善职员作业环境，职员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%，降低职员发生职业病可能。
该项研究和应用将使传统专业化煤码头发生革命性变换，树立新行业标准和作业方法，为其它港口建设提供良好借鉴价值。
第6章 功效概要
1) 在操作画面上显示料堆实时三维图形；
2) 在视频显示器上显示操作现场实时视频；
3) 依据管理计算机下达料场作业计划（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控制指令，并控制堆取料机进行自动化作业；
5) 设备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，能够中止自动控制而进行手工控制；
8) 对自动堆取过程故障进行报警；
9) 取料流量正确控制；
10) 自动取料和装船作业协调控制；
11) 堆取料机之间硬件防碰撞保护。
第7章 售后服务
我企业是专业从事物料搬运设备正确定位和控制民营高科技企业，我们本着以合作多赢，不给用户找麻烦为宗旨，建立完善售后服务机制，给用户提供立即全方面一体化服务。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，终年优惠供给备品、备件，竭诚满足用户对技术服务要求。真正将用户未知，已知，担心问题处理于无形。
7.1 四项制度
1) 30分钟内回复制：接到用户电话起30分钟内做出回应；
2) 二十四小时到场制：需要现场处理问题我企业售后技术工程师在二十四小时内抵达现场；
3) 终生服务制：对我企业产品实施终生售后服务；
4) 处理结果满意制：以处理用户问题为最终止果，不推诿。
7.2 四项服务
1) 技术咨询服务：对用户全部售前、售中、售后技术咨询提供二十四小时热线，做到有帮助；
2) 产品选型服务：对准备选择我企业产品用户提供具体选型指导，做到正确定型号；
3) 用户培训服务：对使用我企业产品用户提供现场或网络培训，做到能处理问题；
4) 备件供给服务：对企业产品后续备品备件提供优质服务，做到有承接，能替换。