智能斗輪堆取料機(jī)控制在煤場(chǎng)管理中的應(yīng)用

馬建勇

（浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司，浙江 紹興 312073）

當(dāng)前，國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展步入了新常態(tài)，工業(yè)化、信息化之間實(shí)現(xiàn)了深度融合，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等，也在發(fā)電類企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，顯著提升了企業(yè)的智能化、數(shù)字化管理水平。傳統(tǒng)的斗輪堆取料機(jī)采用人工作業(yè)形式，即使是采用機(jī)械干預(yù)，部分情況下，也需要人為干預(yù)，智能化水平低、自動(dòng)化程度不高、安全管理處于疏漏狀態(tài)，影響了其應(yīng)用，基于此，我們提出了智能斗輪堆取料機(jī)控制技術(shù)，并嘗試將其應(yīng)用在煤場(chǎng)管理系統(tǒng)中，取得了良好成效。

1 智能斗輪堆取料機(jī)控制目標(biāo)分析

斗輪堆取料機(jī)是一種大型的散裝物料裝卸機(jī)械設(shè)備，主要分為2 類：臂架型和橋架型。通過斗輪機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、帶式輸送機(jī)、行走機(jī)構(gòu)和俯仰機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)完成物料的裝卸工作[1]。智能斗輪堆取料機(jī)是以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)獲取斗輪機(jī)運(yùn)輸條件，結(jié)合上下游設(shè)備運(yùn)行要求來判斷結(jié)束條件，在確保其安全運(yùn)行的前提條件下，提升料場(chǎng)占用比，降低能耗，并有效減輕工作人員的工作強(qiáng)度，利用數(shù)理模型定位技術(shù)、激光雷達(dá)等技術(shù)，滿足一鍵啟停的運(yùn)行要求[2]。在控制目標(biāo)設(shè)置時(shí)，遵循實(shí)用、安全、先進(jìn)、開放原則，保證節(jié)能降耗、智能運(yùn)行，科學(xué)、均勻地配煤能夠保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，利用先進(jìn)化的技術(shù)和設(shè)備提高作業(yè)的精準(zhǔn)度，滿足企業(yè)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集要求和數(shù)字化煤場(chǎng)運(yùn)行要求，提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)散裝物料轉(zhuǎn)化的智能化控制。具體智能斗輪堆取料機(jī)系統(tǒng)功能示意圖如圖1 所示。

2 系統(tǒng)組成

在智能斗輪堆取料機(jī)中，系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、通信處理系統(tǒng)和三維成像系統(tǒng)組成，其硬件部分包括控制單元、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、走行機(jī)構(gòu)、中控PLC 和單機(jī)設(shè)備PLC。取料功能模塊包括掃描裝置和斗輪裝置。通過掃描儀來采集三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化堆料和取料，這類系統(tǒng)能夠節(jié)約硬件成本，確保數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，減少設(shè)備振動(dòng)對(duì)采集精度造成的影響，保證自動(dòng)化作業(yè)的運(yùn)行安全性[3]。

圖1 智能斗輪堆取料機(jī)系統(tǒng)功能示意圖

軟件組成包括自動(dòng)化系統(tǒng)軟件模塊、料堆輪廓數(shù)據(jù)信息反饋系統(tǒng)，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊。在自動(dòng)化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)中，有服務(wù)器控制程序、通信接口程序、操作畫面系統(tǒng)、掃描儀管理模塊和中央控制系統(tǒng)等，整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)有序分工，共同組成自動(dòng)化結(jié)構(gòu)。除此之外，服務(wù)器控制程序也是一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，通過服務(wù)器控制程序，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化過程管理，在下達(dá)任務(wù)后，服務(wù)器需要對(duì)任務(wù)進(jìn)行檢查、校正，并生成命令操作，系統(tǒng)應(yīng)用全程計(jì)劃控制模式，為后續(xù)的維護(hù)和擴(kuò)展提供便利。在操作畫面系統(tǒng)中，包括掃描儀管理畫面、系統(tǒng)管理畫面、作業(yè)任務(wù)和管理畫面等作業(yè)，管理畫面有控制命令、自動(dòng)取調(diào)、遠(yuǎn)程人工干預(yù)、操作參數(shù)優(yōu)化等，利用畫面管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)之間的實(shí)時(shí)交互利用。

3 智能斗輪堆取料機(jī)控制技術(shù)在煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及燃煤入庫(kù)管理運(yùn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等多個(gè)方面，具體有5 點(diǎn)。1）運(yùn)行監(jiān)測(cè)。圍繞調(diào)度指令，基于定位裝置來采集相關(guān)信息，對(duì)斗輪機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，及時(shí)糾正其運(yùn)行中的偏差，為管理和后續(xù)的服務(wù)工作提供基礎(chǔ)。2）入庫(kù)管理：根據(jù)計(jì)劃提供堆放建議，通過各類操作提供批量操作指令，引導(dǎo)入廠設(shè)置在指定區(qū)域，從數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室、燃料管理信息系統(tǒng)等獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)入庫(kù)精準(zhǔn)管理。3）出庫(kù)管理：根據(jù)調(diào)度指令來執(zhí)行效果圖，對(duì)其中的取煤作業(yè)進(jìn)行全程記錄，如果沒有按照調(diào)度作業(yè)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出預(yù)警，在燃煤初步操作完畢后，可根據(jù)斗輪機(jī)的數(shù)據(jù)來動(dòng)態(tài)展示堆型效果圖。4）配煤方案的管理：基于不同情況給出配煤方案，計(jì)算出配煤比例和斗輪機(jī)預(yù)定速率，審核審核完畢后，方可執(zhí)行。5）調(diào)度優(yōu)化：根據(jù)負(fù)荷分布、煤場(chǎng)存煤等得出調(diào)度指導(dǎo)方案，優(yōu)化燃料調(diào)度。

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來看，智能斗輪堆取料機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括3 層，即下層、中層和上層，下層的內(nèi)容有防撞系統(tǒng)設(shè)備、定位系統(tǒng)、掃描儀、皮帶秤；中層有智能控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)各類數(shù)據(jù)的采集和處理；上層為廠燃料管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)管理數(shù)據(jù)的綜合分析，上層與中層系統(tǒng)控制結(jié)合，為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持，來制定運(yùn)行方案。在三維掃描系統(tǒng)中，應(yīng)用激光測(cè)距技術(shù)，在確保料場(chǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提條件下，應(yīng)用倒錐形安全算法來對(duì)其碰撞可能性做出定量計(jì)算，確保作業(yè)環(huán)節(jié)不會(huì)對(duì)煤堆產(chǎn)生碰撞。在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，確保各個(gè)環(huán)節(jié)都能夠監(jiān)控到位，為操作人員提供便利[4]。

3.3 自動(dòng)化系統(tǒng)功能

在自動(dòng)化系統(tǒng)功能中，可以利用通信接口模塊來控制計(jì)劃任務(wù)，其任務(wù)內(nèi)容包括3 個(gè)部分，自動(dòng)定位任務(wù)、自動(dòng)堆料任務(wù)以及自動(dòng)取料任務(wù)，根據(jù)系統(tǒng)所示的狀態(tài)和調(diào)度命令，中央控制室內(nèi)操作人員可以做出合理的計(jì)劃和選擇，并將相關(guān)信息顯示在屏幕上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作情況科學(xué)設(shè)置參數(shù)，以改變系統(tǒng)功能，系統(tǒng)可以自動(dòng)查詢到經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過系統(tǒng)來完成相應(yīng)的策略，以幫助PLC 識(shí)別作業(yè)任務(wù)命令。

3.4 自動(dòng)化堆取料

在料場(chǎng)三維圖生成后，即可確定資料的起始位置、高度、寬度、外部形狀、終止位置以及其他重要的位置信息，在取料過程中，需要確定好具體的邊界，為回轉(zhuǎn)角度的確定提供依據(jù)[5]。在堆料過程中，機(jī)器的各個(gè)后續(xù)動(dòng)作都是需要依賴于檢測(cè)儀器，當(dāng)檢測(cè)達(dá)到預(yù)定高度后，才可以進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的動(dòng)作，具體高度是采用料位器結(jié)合傳感器的方式來確定，可以有效提升測(cè)量的精度與測(cè)量可靠性。

3.5 取料控制

在取料工藝方面，應(yīng)用分層取料的方式，為了滿足智能化運(yùn)行要求，充分發(fā)揮出智能系統(tǒng)的作用和價(jià)值，需要構(gòu)建自動(dòng)取料運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，利用等量取料的方式來進(jìn)行處理，采用等量取料的方式，能夠提升作業(yè)能力和系統(tǒng)可靠性，減少運(yùn)行過程中出現(xiàn)的振動(dòng)沖擊，延長(zhǎng)其壽命。在堆成規(guī)則料堆后，如果料堆滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，就可以應(yīng)用開環(huán)的方式來進(jìn)行處理，如果料堆不均勻，那么在處理過程中，就會(huì)對(duì)帶式輸送機(jī)、斗輪和臂架的運(yùn)行產(chǎn)生沖擊，在取藥環(huán)節(jié)，要充分保證物料的穩(wěn)定性，由于工藝的限制，斗輪在進(jìn)行變化時(shí)會(huì)減少物料流，因此，需要合理優(yōu)化回轉(zhuǎn)角速度，控制好切屑深度。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的堆取料操作方式主要采用手動(dòng)操作或者遠(yuǎn)程控制的方式，這種操作方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，在操作時(shí)，也容易出現(xiàn)流量波動(dòng)大的問題，在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展下，激光三維掃描、精準(zhǔn)定位、安全防范、圖像處理和自動(dòng)控制等技術(shù)開始應(yīng)用在這一領(lǐng)域中，讓煤場(chǎng)精確堆取料成為可能，考慮到燃煤消耗速度快、煤炭品種多、涉及面積大等問題，需要根據(jù)具體煤場(chǎng)的實(shí)際情況來合理優(yōu)化。