堆取料機控制系統關鍵技術研究

安曾華

[摘? ? 要]堆取料機作為我國港口物流運輸的重要組成內容，其運行效率將會直接影響港口物流運輸的整體生產效率。因此，在當代環境下，為能夠有效提高堆取料機的運行效果，各港口均開始對堆取料機進行自動化控制改造，通過自動化控制系統提高堆取料機的整體運行效率。據此，文章將以電廠為例，對其堆取料機自動化控制系統所具備的功能及控制系統中所集成的多種關鍵技術進行分析闡述。

[關鍵詞]堆取料機;自動化控制系統;系統關鍵技術

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–000–02

Research on Key Technology of Control System of Rehearing Machine

An Zeng-hua

[Abstract]As an important part of port logistics transportation in China， the operation efficiency of stacker will directly affect the overall production efficiency of port logistics transportation. Therefore， in the contemporary environment， in order to effectively improve the operation effect of the stacker， each port began to carry out automatic control transformation of the stacker， so as to effectively improve the overall operation efficiency of the stacker through the automatic control system. Therefore， this paper will take the power plant as an example to analyze the functions of the automatic control system of the stacker and the key technologies integrated in the control system.

[Keywords]Stacker; Automatic control system; System key technology

現如今，我國部分煤炭、礦石等散貨料場主要采用的是斗輪式堆取料機進行堆料和取料，尤其是在部分大型鋼鐵企業、碼頭和電廠中，由于散貨數量相對較大，更是需要配置較大數量的堆取料機用于散貨的轉運和接卸，并配置相應的司機進行堆取料機駕駛。但結合實際情況來看，近些年來國外部分發達國家中的堆取料機已經逐步實現自動化、智能化運行，我國在堆取料機自動化、智能化發展領域研究雖然起步時間較晚，但在如今也已經取得一定的應用成果。

1 堆取料機的發展歷程

至今為止，堆取料機的發展共經歷了手動控制模式、半自動控制模式以及全自動控制模式3個階段。具體內容如下。

1.1 手動控制模式

手動控制模式實際上就是指人工控制模式，此種模式中堆取料機的運作完全需要司機進行手動操作，其不僅對于司機的操作能力有著極高的要求，易受人為因素的影響導致操作事故[1]，而且還會增加司機的勞動強度，提高人力成本，并且隨著信息技術的不斷發展，采用手動控制模式的堆取料機被采用半自動控制模式和全自動控制模式的堆取料機所取代。

1.2 半自動控制模式

在半自動控制模式中，原本手動控制模式中的部分操作工作將會交由主控上位機完成，如堆取料機啟停流程控制、大車轉運等操作均可以實現“一鍵式”或者是通過輸入一定的指標參數后實現，在進行該些操作時，司機只需要監督堆取料機的自動運行，及時發現和解決堆取料機運行中所存在的各類問題便可。

1.3 自動控制模式

自動控制模式中集成了位置定位系統、掃描數據處理系統、防撞系統、尾車升降鎖定系統、視頻監控系統、設備智能檢測系統等多種關鍵技術系統[2]，在該技術系統的支持下，采用全自動控制模式的堆取料機可在操作人員下達控制指令以后，自動進行堆料形狀識別，實現對物料的取料、堆料等作用，實現堆取料機工作現場的無人全自動化管理，不僅可以有效避免因人為操作因素所引發的各種操作事故，而且還可以有效提高企業自動化、智能化水平，提高企業生產效率。

2 散貨堆取料機自動化系統

現如今，堆取料機及自動化系統已經可以實現標準堆垛模式、混礦堆垛模式、標準取料模式等諸多自動化功能，并且實際作業定位標準差可以控制在20 cm以下，堆料效果已經初步達到半自動控制模式中人工操作時的散貨堆取效率，取料效率則可以達到人工操作模式中取料效率的95%以上，平均流量偏差不超過5%，由此可以發現，此碼頭所采用的堆取料機自動化系統已經可以初步實現人工操作等諸多功能，不過仍需要進行相關研究。

在進行堆取料機自動化系統設計時，為保障應用控制系統后，堆取料機自動化控制的精確性、安全性以及有效性，相關設計團隊提出以下設計方案：在硬件方面，堆取料機自動化系統采用了2D激光掃描儀和3D激光掃描儀、掃描數據處理單元、激光防撞傳感器、行車雷達防撞傳感器、超聲波物料檢測傳感器、全套的ABB變頻驅動系統以及PLC控制系統[3]，其中PLC控制系統作為整個堆取料機自動化系統的核心，其將會負責對其他系統組成內容的數據收集、處理以及自動化控制;在軟件方面，堆取料機自動化系統采用了具備雙重保護功能的PLC安全控制程序、嚴格復雜但卻可以快速完成物料建模以及路徑規劃的算法程序以及簡單實用的CMS監控程序，該些程序是保障各硬件系統得到有效應用的基本要求。

堆取料機控制系統在應用前，需要相關操作人員結合控制區域的實際情況合理設置作業堆場、作業模式、堆場類型、作業起始點、堆料高度、堆料寬度等諸多基礎參數信息[4]，操作人員在將相關參數輸入完成后，信息將會直接發送到PLC控制程序進行識別處理，然后操作人員便可以啟動系統對堆取料機進行自動化控制。在堆取料機控制系統的自動化控制下，對物料機將會安裝預設程序完成對堆料的識別和堆取料作業，全過程無需人工進行操作，不過相關操作人員和遠程監控人員卻可以隨時通過遠程操作或者本地操作的方式通過人工操作的方式獲取操作權限，完成對設備的人為控制。

3 堆取料機自動化控制系統的關鍵技術

3.1 位置定位系統

在堆取料機自動化控制系統中，位置定位系統可以有效控制堆取料機行走過程中行走位置的累積誤差。為能夠達成此效果，位置定位系統會在堆取料機行走機構的兩側設置兩個絕對值編碼器，若是在堆取料機行走過程中兩側絕對值編碼器所獲取的數據誤差超過預設值，那么位置定位系統便會自動發出預警提出，并由PLC控制程序來調整堆取料機行走過程中的累計誤差問題。物料機行進過程中臂架也會因震動、晃動等情況導致堆取料機斗輪位置出現累計誤差情況。對此，位置定位系統會在臂架根部位置設置絕對值編碼器，在斗輪位置設置角度儀，以此來通過絕對值編碼器校正累積誤差，通過角度儀保障斗輪的俯仰角度的精準性。最后，在斗輪部位還會設置有2個三維激光掃描儀，通過激光掃描儀獲取的數據信息，結合設置在行走機構和臂架根部的絕對值編碼器數據[5]，通過PLC程序進行預處理和坐標轉化處理，生產相應的數字高程模型三維數據，用于對堆取料機行走過程中的位置進行定位和控制。

3.2 掃描數據處理系統

堆取料機臂架兩側前端將會分別設置有1個二維激光掃描儀，在實際應用過程中，2臺激光掃描儀主要用于手機堆取料機作業過程中堆料的形狀以及堆料場的物料基礎信息。不過由于堆料場工作環境較為惡劣，堆取料機行進過程中或者作業過程中極易造成粉塵飄散的情況，甚至很多時候該些粉塵會粘附在掃描儀探測器表面，導致二維激光掃描儀最終所獲取到的數據信息與真實信息存在較大誤差，從而影響到作業控制精度效果。掃描數據處理系統主要用于處理該問題，在應用過程中，處理系統會對當前作業中所掃描獲取的信息與初始模板信息進行匹配，進而確定實際數據與初始模板數據之間的差值，篩選出可能會存在的干擾點，并對干擾點賦予其初始模板值，以此來保障獲取二維圖像的質量。

3.3 防撞系統

堆取料機的防撞系統主要分為雷達防撞系統、激光防撞系統以及超聲波防撞系統3部分，在實際應用過程中，3種系統將會形成優勢互補效果，進而有效提高防撞系統的數據獲取精準性。其中雷達防撞系統會分別在堆取料機大車前、后、左、右4個方位設置1臺雷達防撞傳感器，當有障礙物進入到雷達防撞傳感器的探測范圍以后，雷達傳感器將會自動線PLC控制系統發出報警信號，之后PLC控制系統便會根據預定程序控制堆取料機調整位置，避免與障礙物發生碰撞;激光防撞系統、超聲波防撞系統與雷達防撞系統所發揮出的功能大致相同，其中激光防撞系統主要防止臂架與障礙物發生碰撞，所以激光傳感器會在臂架兩側設置有激光測距傳感器;超聲波防撞系統則會在斗輪位置處安裝有超聲波物料計量儀，主要用于探測斗輪部在作業過程中斗輪與堆料之間的距離，避免斗輪在作業過程中與堆料發生直接碰撞。

3.4 視頻監控系統

堆取料機控制系統中，視頻監控系統主要用于對堆取料機自動化運行過程中操作人員的遠程監控和保護效果。雖然在智能化、自動化技術的支持下，如今堆取料機自動化控制系統已經實現了堆取料機作業的自動化控制，但結合實際情況來看，控制系統在實際作業過程中仍然會出現諸多問題，在發生問題后需操作人員進行遠程控制和管理，避免引發更為嚴重的問題。

3.5 設備智能檢測系統

設備智能檢測系統可以實時收集堆取料機及控制系統運行中各方面運行數據信息，并將數據信息通過遠程數據傳輸技術傳輸到控制室，控制室中的設備智能檢測系統會將運行數據與預設參數值進行比對分析，確定堆取料機以及控制系統是否處于正常運行狀態，若是發現有運行參數超出預設參數值范圍，那么設備智能檢測系統便會發出報警聲，通知相關檢修人員對堆取料機及控制系統進行實時檢修[6]。相對于傳統的檢修方式來說，設備智能檢測系統對于檢修中的人力需求更低，而且可以實現全天候無死角監控，有效避免了人為檢修中存在的諸多故障疏漏等問題，提高設備檢修的精準性和有效性，保障堆取料機及其控制系統的使用壽命以及應用效果。

4 結語

總而言之，堆取料機自動化控制系統的應用不僅可以有效改善工作人員的工作環境，降低作業強度，保障一線作業人員的身體健康，而且有利于相關企業實現標準化、自動化、智能化發展，提高企業整體生產效率，因此，相關企業必須要加大對堆取料機自動化控制系統及相關技術的關注和支持，推動相關技術的快速發展，同時促使堆取料機自動化控制系統得到相應的發展和普及，增強企業市場競爭能力，為企業帶來更多的額外收益，推動企業實現長久健康發展。

參考文獻

[1] 喬支昆，尹新偉，王艷春.智能斗輪堆取料機控制技術在煤場管理系統的應用研究[J].無線互聯科技，2019，168（20）：153-154.

[2] 王旭修，蔡有高，時培領，等.激光探測與測量視覺技術在堆取料機全自動控制中的應用[J].水運工程，2020（6）：87-91，105.

[3] 瞿蔚波，榮延平，盛愷弘.斗輪堆取料機激光掃描系統標定和精度驗證方法[J].起重運輸機械，2020（2）：60-64.

[4] 趙云濤，唐千，李維剛，等.三維激光技術在無人堆取料系統中應用[J].科技通報，2020，266（10）：19-21.

[5] 徐萬鑫，李景恒，杜海.斗輪堆取料機液壓傳動與控制技術現狀及發展[J].礦山機械，2020，561（9）：6-12.

[6] 林錫奎，白玉峰，江永，等.基于LiDAR技術的圓形堆取料機智能化控制系統研發與應用[J].熱力發電，2019，48（9）：129-133.