智能一體化生產(chǎn)控制平臺在火電廠斗輪堆取料機(jī)無人作業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊文英，高靜

（國能和利時(shí)信息技術(shù)有限公司，北京 100010）

智能一體化生產(chǎn)控制平臺是一款完全自主研發(fā)的生產(chǎn)控制監(jiān)控軟件產(chǎn)品，其主要定位是為工廠SCADA 系統(tǒng)的建設(shè)提供軟件平臺支撐。產(chǎn)品的目標(biāo)主要是實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)過程數(shù)字化，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和可視化，同時(shí)為工廠的安全生產(chǎn)、事件追溯、故障診斷提供完整的數(shù)據(jù)支持，以提升工廠智能化管控水平。主要應(yīng)用模塊包含：人機(jī)交互、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)安全、組態(tài)服務(wù)等6 部分。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括井工礦生產(chǎn)控制系統(tǒng)、露天礦智能選煤廠監(jiān)控子系統(tǒng)、煤礦各子系統(tǒng)建設(shè)（排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等）、火電廠SIS 系統(tǒng)、港口水處理系統(tǒng)、以及電廠和港口的智能堆取料系統(tǒng)。本文主要闡述的是智能一體化生產(chǎn)控制平臺在火電廠斗輪堆取料機(jī)無人作業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 斗輪堆取料機(jī)無人作業(yè)系統(tǒng)定義及功能介紹

1.1 斗輪堆取料機(jī)無人作業(yè)系統(tǒng)的定義

斗輪堆取料機(jī)無人化作業(yè)系統(tǒng)主要由普通的堆取料機(jī)設(shè)備配套相關(guān)的控制硬件和軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)流程大致為：斗輪堆取料機(jī)在無人化作業(yè)系統(tǒng)的控制下，通過激光掃描設(shè)備實(shí)時(shí)采集料堆信息，并通過圖形處理算法實(shí)現(xiàn)三維虛擬重構(gòu)，建立虛擬料堆三維模型。同時(shí)自動(dòng)化堆取料模型控制算法根據(jù)料堆三維信息，結(jié)合作業(yè)指令和工藝，自動(dòng)生成作業(yè)和控制指令，下發(fā)至斗輪堆取料機(jī)，完成全自動(dòng)堆、取料作業(yè)。整個(gè)作業(yè)過程中斗輪堆取料機(jī)司機(jī)室內(nèi)沒有操作人員，操作人員僅在中控室內(nèi)對多臺堆取料設(shè)備的作業(yè)過程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與管理。

1.2 斗輪堆取料機(jī)無人作業(yè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)架構(gòu)

系統(tǒng)通過構(gòu)建工業(yè)控制Ethernet 網(wǎng)和工業(yè)電視Ethernet 網(wǎng)的鏈路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息交互、共享。系統(tǒng)整體分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)接口層、服務(wù)支撐層、業(yè)務(wù)模塊層、展示層，5 層典型業(yè)務(wù)架構(gòu)。系統(tǒng)的整體業(yè)務(wù)架構(gòu)圖如下所示：

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模塊主要包含：激光盤煤、作業(yè)任務(wù)管理、設(shè)備集控與狀態(tài)監(jiān)測、報(bào)警信息、操作日志信息等。其中報(bào)警信息、操作日志信息兩個(gè)業(yè)務(wù)模塊沿用的是智能一體化生產(chǎn)控制平臺的基礎(chǔ)功能模塊。另外，數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)、系統(tǒng)管理、人機(jī)交互界面組態(tài)等，同樣是基于智能一體化生產(chǎn)控制平臺來實(shí)現(xiàn)的。

2 火電廠煤場三維數(shù)字化展示

煤堆三維成像選擇目前成熟的激光掃描技術(shù)，使用進(jìn)口激光掃描儀對堆取料機(jī)運(yùn)行前后的煤堆進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)采集煤料的輪廓，并結(jié)合各運(yùn)行機(jī)構(gòu)的位置和坐標(biāo)變換生成煤堆的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)綀D像處理服務(wù)器，并在服務(wù)器上整合計(jì)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(yuǎn)程全自動(dòng)堆取料控制系統(tǒng)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(diǎn)的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)支持分區(qū)分層展示煤堆的煤種、體積等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

圖2 煤場三維數(shù)字化展示

3 斗輪堆取料機(jī)全自動(dòng)堆取料作業(yè)控制流程設(shè)計(jì)

3.1 全自動(dòng)堆料作業(yè)設(shè)計(jì)

火電廠斗輪堆取料機(jī)一般采用行走定點(diǎn)堆料工藝，堆料高度采用料高雷達(dá)裝置實(shí)時(shí)檢測。堆料高度及寬度可自行設(shè)定，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)速度和后退步進(jìn)，全過程無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的堆料控制。

全自動(dòng)堆料作業(yè)的總體處理流程如下：

（1）操作工在操作界面上創(chuàng)建堆料作業(yè)，內(nèi)容包括：儲料倉、儲料場、斗輪機(jī)、開始位置、結(jié)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(yè)任務(wù)后，分析堆料作業(yè)內(nèi)容，根據(jù)煤場最新的三維模型數(shù)據(jù)信息，計(jì)算出合理的作業(yè)參數(shù)，將作業(yè)任務(wù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為堆取料機(jī)PLC 可接收的控制命令，并顯示在畫面上。

（3）操作工確認(rèn)自動(dòng)堆料操作畫面上的堆料指令，必要時(shí)在畫面上進(jìn)行參數(shù)修正，最后下發(fā)到堆取料機(jī)PLC。

（4）堆取料機(jī)PLC 收到堆料指令，開始進(jìn)行作業(yè)前的準(zhǔn)備工作。

（5）堆取料機(jī)到達(dá)堆料作業(yè)的起始地址并且各機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備完畢，堆料作業(yè)準(zhǔn)備就緒。

（6）地面流程啟動(dòng)，全自動(dòng)堆料作業(yè)開始。

（7）全自動(dòng)堆料過程控制，包括當(dāng)前位堆料啟動(dòng)和停止等。

（8）全自動(dòng)堆料結(jié)束。

3.2 全自動(dòng)取料作業(yè)設(shè)計(jì)

火電廠斗輪堆取料機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)分層取料工藝，堆取料機(jī)按工藝流程自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備（懸臂皮帶、斗輪…）后自動(dòng)開始取料。控制系統(tǒng)自動(dòng)控制取料步進(jìn)及懸臂回轉(zhuǎn)，直至完成取料流程。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)根據(jù)取煤量設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持恒流取料，全過程無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的取料控制。

全自動(dòng)取料作業(yè)的總體處理流程如下：

（1）操作人員在操作界面上創(chuàng)建取料作業(yè)，內(nèi)容包括：儲料倉、儲料場、斗輪機(jī)、開始位置、結(jié)束位置、作業(yè)煤量、行走步進(jìn)、以及分層參數(shù)等信息。

（2）后臺主控程序分析取料作業(yè)內(nèi)容，根據(jù)煤場最新的三維模型數(shù)據(jù)信息，計(jì)算取料作業(yè)的起始地址、終止地址、切入點(diǎn)等取料指導(dǎo)參數(shù)，計(jì)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(dòng)堆料作業(yè)流程

圖4 全自動(dòng)取料作業(yè)流程

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

（4）PLC收到取料控制指令，開始取料作業(yè)前的準(zhǔn)備工作。

（5）堆取料機(jī)到達(dá)目標(biāo)地址，機(jī)上各機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備完畢，取料作業(yè)準(zhǔn)備就緒。

（6）地面流程啟動(dòng)，全自動(dòng)取料作業(yè)開始。

（7）全自動(dòng)取料過程控制，包括當(dāng)前層取料啟動(dòng)和停止、邊界優(yōu)化取料、恒流量取料啟動(dòng)和停止、邊界雷達(dá)觸發(fā)控制等。

（8）全自動(dòng)取料結(jié)束。

4 結(jié)語

火電廠斗輪堆取料機(jī)無人作業(yè)系統(tǒng)核心功能聚焦于煤場的科學(xué)管控需求，打造煤場設(shè)備集控遠(yuǎn)程化、堆取料作業(yè)高度自動(dòng)無人化、三維動(dòng)態(tài)煤場管理、三維動(dòng)態(tài)激光掃描等全自動(dòng)智能化煤場管控。

同時(shí)，提高了煤場堆取作業(yè)效率、降低能耗，兼顧人力成本的節(jié)省，改善司機(jī)作業(yè)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)無人化作業(yè)、智能煤場安全生產(chǎn)的目標(biāo)。系統(tǒng)在多個(gè)火電廠煤場成功應(yīng)用，在煤場實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)堆取料相關(guān)業(yè)務(wù)中具有很大的技術(shù)和商業(yè)推廣價(jià)值。