關(guān)于圓形堆取料機(jī)無人值守系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

李亞東

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400）

華電萊州發(fā)電有限公司（以下簡稱：萊州公司）圓形堆取料機(jī)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型設(shè)備，操作規(guī)程及安全注意事項(xiàng)多，為解決堆取料機(jī)運(yùn)行過程中遇到的取料效率受操作人員水平限制、工作環(huán)境惡劣影響人身健康、作業(yè)過程煤場信息化程度低等難題，萊州公司圓形煤場堆取料機(jī)的智能管控和遠(yuǎn)程運(yùn)維為目標(biāo)，開展系列科研攻關(guān)和應(yīng)用研究，在具有自學(xué)習(xí)能力的智能化精準(zhǔn)取料方法、煤場三維位置信息數(shù)據(jù)庫的智能構(gòu)建、基于數(shù)字孿生技術(shù)的高效取料方法、堆取順序和自動連續(xù)作業(yè)智能優(yōu)化方法、基于新型定位系統(tǒng)和控制算法實(shí)現(xiàn)全流程協(xié)同智能控制方法等關(guān)鍵核心技術(shù)上，取得重要突破，實(shí)現(xiàn)了1#、2#圓形堆取料機(jī)的無人值守作業(yè)功能。

1 運(yùn)行現(xiàn)狀及必要性分析

萊州公司堆取料機(jī)以堆取全手動、堆料半自動取料手動，堆取全部半自動三種方式，智能化嘗試很少。為實(shí)現(xiàn)料場管理、設(shè)備管理、裝卸輸送系統(tǒng)一體化的智能料場堆取料系統(tǒng)，提高所有設(shè)備的自動化和智能化水平，全自動無人化作業(yè)，提高堆取料作業(yè)效率，改善勞動環(huán)境和降低勞動強(qiáng)度，勢在必行。

目前，在煤場內(nèi)堆取料機(jī)操作絕大多數(shù)仍然在采用人工就地或遠(yuǎn)程手動操作方式完成堆取料操作，這種操作方式自動化程度低、設(shè)備可管理性較低，嚴(yán)重影響料場數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時，堆取料司機(jī)勞動強(qiáng)度大，作業(yè)效率根據(jù)司機(jī)的疲勞程度、操作水平起伏較大，遇到新手往往就會造成作業(yè)效率較低，甚至?xí)l(fā)事故。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 圓形煤場及堆取料機(jī)的矢量三維建模

對整個料場包括附屬建筑物和圓形堆取料機(jī)進(jìn)行三維建模，通過安裝在堆取料機(jī)上的三套激光掃描設(shè)備，結(jié)合CPU控制單元、各機(jī)構(gòu)編碼器、RFID設(shè)備以及數(shù)據(jù)通訊設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、高速計算、數(shù)據(jù)交換與融合，實(shí)時感知設(shè)備在堆、取料運(yùn)行過程中設(shè)備姿態(tài)的變化和料堆形狀的變化。這套系統(tǒng)可以獲取料堆表面數(shù)據(jù)信息、繪制料堆三維圖形，查看料堆任一點(diǎn)的高度、剖面圖、計算料場儲料量；同時，可以比較確定堆取料機(jī)與料堆的相對關(guān)系，為設(shè)備作業(yè)提供依據(jù)。數(shù)據(jù)交換主要是建立激光測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)與料場自動化系統(tǒng)及設(shè)備本身交換共享的平臺，交換共享的數(shù)據(jù)包含：料堆表面高程數(shù)據(jù)、煤種信息、三維圖形數(shù)據(jù)、體積數(shù)據(jù)、調(diào)度指令等。

圖1 料場模型與信息數(shù)據(jù)庫

2.2 圓形堆取料機(jī)的三維高精度定位

圓形堆取料機(jī)的高精度定位通過RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)。無線射頻識別（RFID=無線射頻識別）以其堅固抗化學(xué)腐蝕的載體在惡劣的工業(yè)環(huán)境顯現(xiàn)其優(yōu)勢。與一維或二維條碼技術(shù)相比，RFID無線射頻技術(shù)可以錄入數(shù)據(jù)，這一功能更加突顯了其產(chǎn)品優(yōu)勢。RFID無線射頻系統(tǒng)包括連接上層總線的識別控制器以及讀寫頭和載體。讀寫頭，控制器以及總線接口集成到一起的設(shè)備被稱為讀寫工作站，設(shè)備防護(hù)等級達(dá)到IP67，適用于惡劣的封閉煤場工業(yè)環(huán)境。

射頻標(biāo)簽具有固定數(shù)據(jù)或含有與過程有關(guān)的可讀寫數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過讀/寫頭采集，讀/寫頭與控制器連接，將數(shù)據(jù)發(fā)送到上層總線系統(tǒng)。對于讀寫距離較近的場合，RFID識別系統(tǒng)可使用的頻率范圍有125kHz、250kHz和13.56MHz，本項(xiàng)目通信頻率為250kHz。

2.3 圓形堆取料機(jī)的防撞保護(hù)

防撞系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)圓形煤場智能化無人值守的關(guān)鍵技術(shù)之一。料場設(shè)備多，存在各種碰撞的可能，主要可以分為三類：（1）共軌雙機(jī)防撞；（2）相鄰軌道大機(jī)防撞；（3）大機(jī)與地面設(shè)施防撞。為了保證絕對的安全，我們采用多種安全措施來保證設(shè)備和人員的安全。對于圓形煤場，主要是防止取料刮板與煤堆防撞，防止取料門架與堆料懸臂防撞。通過刮板兩側(cè)的新型彈性防撞檢測開關(guān)，實(shí)現(xiàn)防止刮板機(jī)與煤堆的碰撞。通過RFID高精度定位，實(shí)時獲取取料門架與堆料懸臂的回轉(zhuǎn)角度，并通過相應(yīng)的防撞程序算法處理，實(shí)現(xiàn)兩者的防撞保護(hù)。

圖2 新型彈性防撞檢測開關(guān)

2.4 智能控制系統(tǒng)與全自動作業(yè)算法

要實(shí)現(xiàn)智能化無人堆、取料功能，需確定嚴(yán)格的無人化堆、取作業(yè)工藝，根據(jù)作業(yè)工藝編寫相應(yīng)檢測、控制和保護(hù)程序。根據(jù)多年的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，并且與不同堆場的有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的堆取料機(jī)司機(jī)交流，經(jīng)過總結(jié)，本項(xiàng)目堆料機(jī)、取料機(jī)的堆取料工藝都會給出多種控制工藝供選擇。根據(jù)不同的實(shí)際工況，實(shí)現(xiàn)多種模式的自動堆取料工藝由司機(jī)選擇，每種模式下的自動運(yùn)行都可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的恒料流取料，提高整個堆場的作業(yè)效率，降低設(shè)備無效運(yùn)行時間，延長堆取料機(jī)的使用壽命。

實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行無人化，在程控室設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)控臺，所有監(jiān)控與應(yīng)急操作在程控室實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)機(jī)上無人運(yùn)行，減少操作人員數(shù)量，減輕人員工作強(qiáng)度，避免操作人員進(jìn)入環(huán)境惡劣的封閉煤場，有效提高操作人員的人身健康與人身安全。

本項(xiàng)目RCMS系統(tǒng)，精準(zhǔn)記錄設(shè)備操作運(yùn)行信息，啟停命令發(fā)出時間與位置信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精確管理，提高用戶的堆場自動化程度和信息化水平。

圖3 RCMS監(jiān)控畫面

該系統(tǒng)通過合理分配各級的管理和操控權(quán)限，實(shí)現(xiàn)在程序控制模式下的自動化運(yùn)行和精確化作業(yè)。結(jié)合智能煤場管理系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，為電廠配煤摻燒提供精確有效數(shù)據(jù)，提升生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

3 項(xiàng)目實(shí)施收益

本研究成果已經(jīng)成功應(yīng)用于萊州公司2臺1000MW機(jī)組，效果良好。2019年萊州電廠一期圓形煤場堆取料機(jī)智能化無人值守系統(tǒng)投用，截至2020年12月，智能化無人值守系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，減員增效，一人監(jiān)控2臺堆取料機(jī)，平均取料效率提高約18%，提高了設(shè)備運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性，有效改善了司機(jī)的安全生產(chǎn)水平和工作環(huán)境。通過對萊州公司圓形煤場堆取料機(jī)智能化無人值守系統(tǒng)的研發(fā)，為今后各電廠燃料系統(tǒng)提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。可在集團(tuán)所屬燃煤電廠燃料系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，具有很大的推廣應(yīng)用價值。