斗輪機(jī)智能自動(dòng)無線控制系統(tǒng)的應(yīng)用

郝轟宇，武愛民，田宏亮

（內(nèi)蒙古能源發(fā)電準(zhǔn)大發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 準(zhǔn)格爾旗 010300）

引言

斗輪堆取料機(jī)，是一種用于大型堆場的既能堆料又能取料的連續(xù)輸送的高效裝卸機(jī)械。由可俯仰和水平擺動(dòng)的膠帶輸送臂及其前端的斗輪、機(jī)架、運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成，取料時(shí)由斗輪取料經(jīng)輸送臂送出。準(zhǔn)大發(fā)電公司斗輪堆取料機(jī)一直是由人為就地操作，來完成堆、取料作業(yè)。在斗輪機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，由于司機(jī)室的視野非常受限（只能看見前方150°的范圍），盲區(qū)多，導(dǎo)致操作容易出現(xiàn)失誤。負(fù)荷高時(shí)，需要人員在司機(jī)室長達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)操作，甚至更久不能離開崗位；報(bào)警及保護(hù)系統(tǒng)比較老舊，只有單一保護(hù)手段，保護(hù)拒動(dòng)后易引發(fā)事故擴(kuò)大；無法及時(shí)地找出故障點(diǎn)，長時(shí)間去排查會(huì)影響機(jī)組的燃料供給。特別要說的是夜班人員上煤視線非常不好，不能及時(shí)地看到斗輪機(jī)地動(dòng)態(tài)，就會(huì)出現(xiàn)很多問題，例如：俯仰過大取煤導(dǎo)致電機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)磕碰到其他設(shè)備，行走觸碰到人或者物，特別是冬天的夜里上煤，煤層有凍塊，極易造成輪斗故障，更為嚴(yán)重的會(huì)造成人員的傷害，所以存在很大的安全隱患[1]。

1 項(xiàng)目概況

本系統(tǒng)在斗輪機(jī)臂架架設(shè)激光掃描設(shè)備結(jié)合大車移動(dòng)從而對(duì)料堆進(jìn)行掃描，并進(jìn)行仿真處理，形成三維圖像及及料場內(nèi)各料堆輪廓、體積、土方量等信息，實(shí)現(xiàn)料堆三維建模和實(shí)時(shí)盤煤功能。

根據(jù)料堆三維模型和堆取料規(guī)范要求，實(shí)現(xiàn)智能化的最佳堆取料算法規(guī)劃。將堆料、取料作業(yè)計(jì)劃自動(dòng)轉(zhuǎn)化為PLC控制指令，控制堆取料機(jī)自動(dòng)尋址；然后根據(jù)三維模型和最優(yōu)控制算法，進(jìn)行自動(dòng)堆取料。

本系統(tǒng)采用絕對(duì)值編碼器定位+磁釘效驗(yàn)+傾角傳感器結(jié)合定位技術(shù)，控制斗輪機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡。采用工業(yè)無線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)適應(yīng)高寒地區(qū)特點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。

本系統(tǒng)采用全自動(dòng)+遠(yuǎn)程控制+就地控制的三重可隨時(shí)切換的堆、取料作業(yè)工藝。本系統(tǒng)的建設(shè)將實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、安全、精確、大幅降低人工強(qiáng)度、改善工作環(huán)境、提高料場管理水平。

2 項(xiàng)目原理說明

通過上位機(jī)控制PLC＋無線傳輸功能，來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線控制，然后利用PLC的編程功能，按照合理的操作流程進(jìn)行程序編寫，斗輪機(jī)按照預(yù)設(shè)的方案自動(dòng)取料，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)取料。通過監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示斗輪機(jī)及煤場的各個(gè)狀態(tài)，并通過高清攝像頭及3D動(dòng)態(tài)畫面看到各個(gè)角度。監(jiān)控、激光掃描儀、控制系統(tǒng)分別用單主機(jī)控制，最后匯總，保證單方面出現(xiàn)故障時(shí)不影響其他設(shè)備運(yùn)行。只需要提前輸入預(yù)設(shè)參數(shù)，斗輪機(jī)就可以按照設(shè)定參數(shù)去工作，無需人員再進(jìn)行操作[2]。

2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控，安全操作

其中7個(gè)半固定攝像頭，3個(gè)室內(nèi)半球攝像頭，1個(gè)一體化云臺(tái)攝像頭，共11個(gè)攝像頭。智能切換，全方位無死角，整車情況一覽無余。由于不用去機(jī)上操作，直接在集控室就可以使用斗輪機(jī)上煤，隨時(shí)隨地即可更改3種操作模式，運(yùn)行人員的安全系數(shù)大大增加。避免的沙塵、煤粉、雷雨天氣、及設(shè)備故障引起的各種事故，同時(shí)也減少了人為的操作失誤。

2.2 精準(zhǔn)反饋，自動(dòng)控制

由大車的行走、俯仰、回轉(zhuǎn)編碼器來確定大車的實(shí)際位置、俯仰角度、回轉(zhuǎn)度數(shù)。靠這3個(gè)絕對(duì)值編碼器配合，就能夠反映出大車的實(shí)際情況。利用激光掃描儀，可以通過智能算法和快速的模型建立，準(zhǔn)確地顯示煤場的煤堆高度，將三維圖像呈現(xiàn)在電腦上。直觀地看到煤場情況。加上自動(dòng)邏輯控制，上煤無需多余操作。

3 項(xiàng)目實(shí)施效果

3.1 “互聯(lián)網(wǎng)+”控制系統(tǒng)

建立獨(dú)立PLC遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)+千兆無線網(wǎng)橋技術(shù)，讓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換無壓力，如圖1和圖2所示。

3.1.1 三維可視化運(yùn)行系統(tǒng)

一體化云臺(tái)在斗輪機(jī)至高點(diǎn)，任意旋轉(zhuǎn)角度，3D動(dòng)畫呈現(xiàn)煤廠實(shí)時(shí)狀態(tài)。

3.1.2 專家級(jí)的故障診斷系統(tǒng)

智能分析運(yùn)行方式，準(zhǔn)確判斷問題癥結(jié)。

3.1.3 大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化運(yùn)行

安全防撞，保證取件流量穩(wěn)定；自動(dòng)盤煤，顯示堆料狀態(tài)。

3.2 防護(hù)系統(tǒng)

3.2.1 紅外激光防撞

在作業(yè)的過程中，相互設(shè)備之間的大車防碰撞系統(tǒng)，也是安全系統(tǒng)的一部分，可以有效地阻止安全事故的發(fā)生，并且保障門機(jī)的作業(yè)安全性[3]。

在門機(jī)的4個(gè)大車腿部，分別安裝紅外激光防撞監(jiān)測限位，此限位可以自行設(shè)定，當(dāng)在多少范圍內(nèi)有遮擋物或者有人員、車、經(jīng)過時(shí)，此限位動(dòng)作，并且將信號(hào)傳輸至機(jī)上PLC控制系統(tǒng)中，機(jī)上控制系統(tǒng)通過安全規(guī)定，直接停止大車的動(dòng)作，并且在中控室的監(jiān)控觸摸屏上報(bào)出故障，發(fā)出警告。直到安全隱患消除，監(jiān)控人員按下故障復(fù)位按鈕，設(shè)備才可以重新啟動(dòng)并且安全作業(yè)。系統(tǒng)安全可靠地保護(hù)了設(shè)備在作業(yè)過程中由于司機(jī)疏忽出現(xiàn)的防碰撞，并且消除此安全隱患，為斗輪機(jī)的自動(dòng)化作業(yè)提供安全的實(shí)施條件，如圖3所示。

3.2.2 安全保護(hù)軟限位

由于新增加了各個(gè)機(jī)構(gòu)的定位系統(tǒng)，所以在依靠定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，給所有的機(jī)構(gòu)都增加了新的安全保護(hù)軟限位，相當(dāng)于給設(shè)備增加了一層安全防護(hù)罩，讓設(shè)備更加安全。防止了設(shè)備在長期使用過程中，因?yàn)槟硞€(gè)限位損壞，接觸不良造成了誤停機(jī)，增加的軟限位，可以提前判斷機(jī)構(gòu)動(dòng)作的意圖，并且在機(jī)構(gòu)即將碰到機(jī)械限位時(shí)，軟限位就會(huì)先進(jìn)行預(yù)判，這樣極大程度地保護(hù)了所有機(jī)構(gòu)的安全可靠性。安全保護(hù)軟限位包括以下幾點(diǎn)：

1）大車機(jī)構(gòu)的過坑，減速，終點(diǎn)，極限的安全軟限位；

2）變幅機(jī)構(gòu)的上仰，下俯，減速，終點(diǎn)，極限的安全軟限位；

3）旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的防碰撞，堆垛區(qū)域的安全軟限位。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過本項(xiàng)目的實(shí)施，可以延長設(shè)備的使用壽命，大大降低維護(hù)費(fèi)用（限位開關(guān)、夾軌器電磁閥、機(jī)械設(shè)備損壞），降低煤場隱患風(fēng)險(xiǎn)，既能合理安排上煤時(shí)間，又極大節(jié)約設(shè)備成本和時(shí)間成本。

4 結(jié)論

斗輪機(jī)全自動(dòng)控制系統(tǒng)使用了三維建模激光成像技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、智能算法、智能控制、智能安全防護(hù)和總線通訊控制等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，將堆取料機(jī)全自動(dòng)化作業(yè)、煤場環(huán)境在線監(jiān)測、自動(dòng)配煤融合在一起，打造了真正意義上的智能化煤場，顯示了真正意義上的堆取料機(jī)全自動(dòng)無人值守作業(yè)，對(duì)位精度與作業(yè)精度都達(dá)到了較高水平。

經(jīng)過半年多的使用，證實(shí)該創(chuàng)新研究成果非常實(shí)用、先進(jìn)、智能化程度高，契合電廠煤場智能化管理和自動(dòng)作業(yè)的需求。該系統(tǒng)投入運(yùn)行后可靠地解決了電廠輸煤系統(tǒng)提升運(yùn)行效率、提高運(yùn)行安全性，實(shí)現(xiàn)煤場精益化管理等難題，在為煤場管控與輸煤作業(yè)實(shí)現(xiàn)智能管理與作業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，為電廠提質(zhì)增效、節(jié)能降耗、提升燃煤經(jīng)濟(jì)性做出了突出貢獻(xiàn)，可在行業(yè)內(nèi)全面推廣，助力發(fā)電企業(yè)建設(shè)成“智慧電廠”。