智能一體化生產控制平臺在火電廠斗輪堆取料機無人作業系統中的應用

楊文英，高靜

（國能和利時信息技術有限公司，北京 100010）

智能一體化生產控制平臺是一款完全自主研發的生產控制監控軟件產品，其主要定位是為工廠SCADA 系統的建設提供軟件平臺支撐。產品的目標主要是實現工廠生產過程數字化，完成實時數據的采集和可視化，同時為工廠的安全生產、事件追溯、故障診斷提供完整的數據支持，以提升工廠智能化管控水平。主要應用模塊包含：人機交互、數據服務、數據通訊、數據存儲、系統安全、組態服務等6 部分。其主要應用領域包括井工礦生產控制系統、露天礦智能選煤廠監控子系統、煤礦各子系統建設（排水系統、通風系統等）、火電廠SIS 系統、港口水處理系統、以及電廠和港口的智能堆取料系統。本文主要闡述的是智能一體化生產控制平臺在火電廠斗輪堆取料機無人作業系統中的應用。

1 斗輪堆取料機無人作業系統定義及功能介紹

1.1 斗輪堆取料機無人作業系統的定義

斗輪堆取料機無人化作業系統主要由普通的堆取料機設備配套相關的控制硬件和軟件系統來實現，其實現流程大致為：斗輪堆取料機在無人化作業系統的控制下，通過激光掃描設備實時采集料堆信息，并通過圖形處理算法實現三維虛擬重構，建立虛擬料堆三維模型。同時自動化堆取料模型控制算法根據料堆三維信息，結合作業指令和工藝，自動生成作業和控制指令，下發至斗輪堆取料機，完成全自動堆、取料作業。整個作業過程中斗輪堆取料機司機室內沒有操作人員，操作人員僅在中控室內對多臺堆取料設備的作業過程進行遠程監測與管理。

1.2 斗輪堆取料機無人作業系統的業務架構

系統通過構建工業控制Ethernet 網和工業電視Ethernet 網的鏈路，實現系統間數據信息交互、共享。系統整體分為基礎設施層、數據接口層、服務支撐層、業務模塊層、展示層，5 層典型業務架構。系統的整體業務架構圖如下所示：

圖1 系統業務架構

系統的業務模塊主要包含：激光盤煤、作業任務管理、設備集控與狀態監測、報警信息、操作日志信息等。其中報警信息、操作日志信息兩個業務模塊沿用的是智能一體化生產控制平臺的基礎功能模塊。另外，數據采集、實時/歷史數據服務、系統管理、人機交互界面組態等，同樣是基于智能一體化生產控制平臺來實現的。

2 火電廠煤場三維數字化展示

煤堆三維成像選擇目前成熟的激光掃描技術，使用進口激光掃描儀對堆取料機運行前后的煤堆進行掃描，實時采集煤料的輪廓，并結合各運行機構的位置和坐標變換生成煤堆的三維點云數據。三維點云數據通過以太網傳輸到圖像處理服務器，并在服務器上整合計算出三維仿真圖像處理模塊。最后，生成煤堆的三維圖像并直觀展示到遠程全自動堆取料控制系統操作畫面中。

操作人員可以在煤堆三維圖形上任查詢到任意一點的位置坐標數據，同時支持分區分層展示煤堆的煤種、體積等關鍵數據。

圖2 煤場三維數字化展示

3 斗輪堆取料機全自動堆取料作業控制流程設計

3.1 全自動堆料作業設計

火電廠斗輪堆取料機一般采用行走定點堆料工藝，堆料高度采用料高雷達裝置實時檢測。堆料高度及寬度可自行設定，系統自動調節回轉速度和后退步進，全過程無需人工干預，實現全自動的堆料控制。

全自動堆料作業的總體處理流程如下：

（1）操作工在操作界面上創建堆料作業，內容包括：儲料倉、儲料場、斗輪機、開始位置、結束位置、左角、右角、是否起新堆等信息。

（2）后臺主控程序收到堆料作業任務后，分析堆料作業內容，根據煤場最新的三維模型數據信息，計算出合理的作業參數，將作業任務自動轉換為堆取料機PLC 可接收的控制命令，并顯示在畫面上。

（3）操作工確認自動堆料操作畫面上的堆料指令，必要時在畫面上進行參數修正，最后下發到堆取料機PLC。

（4）堆取料機PLC 收到堆料指令，開始進行作業前的準備工作。

（5）堆取料機到達堆料作業的起始地址并且各機構準備完畢，堆料作業準備就緒。

（6）地面流程啟動，全自動堆料作業開始。

（7）全自動堆料過程控制，包括當前位堆料啟動和停止等。

（8）全自動堆料結束。

3.2 全自動取料作業設計

火電廠斗輪堆取料機一般采用旋轉分層取料工藝，堆取料機按工藝流程自動啟動相關設備（懸臂皮帶、斗輪…）后自動開始取料。控制系統自動控制取料步進及懸臂回轉，直至完成取料流程。系統實現根據取煤量設定值自動調節，保持恒流取料，全過程無需人工干預，實現全自動的取料控制。

全自動取料作業的總體處理流程如下：

（1）操作人員在操作界面上創建取料作業，內容包括：儲料倉、儲料場、斗輪機、開始位置、結束位置、作業煤量、行走步進、以及分層參數等信息。

（2）后臺主控程序分析取料作業內容，根據煤場最新的三維模型數據信息，計算取料作業的起始地址、終止地址、切入點等取料指導參數，計算完成后生成取料控制指令，并顯示在取料操作畫面上。

圖3 全自動堆料作業流程

圖4 全自動取料作業流程

（3）操作工確認取料控制指令，必要時可作修正，然后將控制指令下發到斗輪機PLC。

（4）PLC收到取料控制指令，開始取料作業前的準備工作。

（5）堆取料機到達目標地址，機上各機構準備完畢，取料作業準備就緒。

（6）地面流程啟動，全自動取料作業開始。

（7）全自動取料過程控制，包括當前層取料啟動和停止、邊界優化取料、恒流量取料啟動和停止、邊界雷達觸發控制等。

（8）全自動取料結束。

4 結語

火電廠斗輪堆取料機無人作業系統核心功能聚焦于煤場的科學管控需求，打造煤場設備集控遠程化、堆取料作業高度自動無人化、三維動態煤場管理、三維動態激光掃描等全自動智能化煤場管控。

同時，提高了煤場堆取作業效率、降低能耗，兼顧人力成本的節省，改善司機作業環境，實現了全自動無人化作業、智能煤場安全生產的目標。系統在多個火電廠煤場成功應用，在煤場實現全自動堆取料相關業務中具有很大的技術和商業推廣價值。