智能斗轮堆取料机控制在煤场管理中的应用

马建勇

（浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司，浙江 绍兴 312073）

当前，国家经济发展步入了新常态，工业化、信息化之间实现了深度融合，大数据、云计算、工业互联网等，也在发电类企业中得到了广泛应用，显著提升了企业的智能化、数字化管理水平。传统的斗轮堆取料机采用人工作业形式，即使是采用机械干预，部分情况下，也需要人为干预，智能化水平低、自动化程度不高、安全管理处于疏漏状态，影响了其应用，基于此，我们提出了智能斗轮堆取料机控制技术，并尝试将其应用在煤场管理系统中，取得了良好成效。

1 智能斗轮堆取料机控制目标分析

斗轮堆取料机是一种大型的散装物料装卸机械设备，主要分为2 类：臂架型和桥架型。通过斗轮机构、回转机构、带式输送机、行走机构和俯仰机构等机构完成物料的装卸工作[1]。智能斗轮堆取料机是以数字化技术为基础获取斗轮机运输条件，结合上下游设备运行要求来判断结束条件，在确保其安全运行的前提条件下，提升料场占用比，降低能耗，并有效减轻工作人员的工作强度，利用数理模型定位技术、激光雷达等技术，满足一键启停的运行要求[2]。在控制目标设置时，遵循实用、安全、先进、开放原则，保证节能降耗、智能运行，科学、均匀地配煤能够保证锅炉燃烧的稳定性，利用先进化的技术和设备提高作业的精准度，满足企业对各项数据的采集要求和数字化煤场运行要求，提升企业的核心竞争力，实现对散装物料转化的智能化控制。具体智能斗轮堆取料机系统功能示意图如图1 所示。

2 系统组成

在智能斗轮堆取料机中，系统由控制系统、卫星定位系统、传动系统、通信处理系统和三维成像系统组成，其硬件部分包括控制单元、卫星定位系统、走行机构、中控PLC 和单机设备PLC。取料功能模块包括扫描装置和斗轮装置。通过扫描仪来采集三维数据，实现自动化堆料和取料，这类系统能够节约硬件成本，确保数据采集的实时性，减少设备振动对采集精度造成的影响，保证自动化作业的运行安全性[3]。

图1 智能斗轮堆取料机系统功能示意图

软件组成包括自动化系统软件模块、料堆轮廓数据信息反馈系统，三维点云数据处理模块。在自动化系统软件结构中，有服务器控制程序、通信接口程序、操作画面系统、扫描仪管理模块和中央控制系统等，整个软件结构有序分工，共同组成自动化结构。除此之外，服务器控制程序也是一个重点内容，通过服务器控制程序，能够实现对系统的自动化过程管理，在下达任务后，服务器需要对任务进行检查、校正，并生成命令操作，系统应用全程计划控制模式，为后续的维护和扩展提供便利。在操作画面系统中，包括扫描仪管理画面、系统管理画面、作业任务和管理画面等作业，管理画面有控制命令、自动取调、远程人工干预、操作参数优化等，利用画面管理系统，能够实现人机之间的实时交互利用。

3 智能斗轮堆取料机控制技术在煤场管理系统的应用

3.1 系统设计

具体的系统设计涉及燃煤入库管理运行系统监测等多个方面，具体有5 点。1）运行监测。围绕调度指令，基于定位装置来采集相关信息，对斗轮机的运行工况进行全程监测，及时纠正其运行中的偏差，为管理和后续的服务工作提供基础。2）入库管理：根据计划提供堆放建议，通过各类操作提供批量操作指令，引导入厂设置在指定区域，从数字化标准实验室、燃料管理信息系统等获取相关数据，以实现入库精准管理。3）出库管理：根据调度指令来执行效果图，对其中的取煤作业进行全程记录，如果没有按照调度作业，系统会发出预警，在燃煤初步操作完毕后，可根据斗轮机的数据来动态展示堆型效果图。4）配煤方案的管理：基于不同情况给出配煤方案，计算出配煤比例和斗轮机预定速率，审核审核完毕后，方可执行。5）调度优化：根据负荷分布、煤场存煤等得出调度指导方案，优化燃料调度。

3.2 网络架构

从网络架构来看，智能斗轮堆取料机系统的网络架构包括3 层，即下层、中层和上层，下层的内容有防撞系统设备、定位系统、扫描仪、皮带秤；中层有智能控制系统，负责各类数据的采集和处理；上层为厂燃料管理系统，负责对管理数据的综合分析，上层与中层系统控制结合，为整个系统的运行提供数据支持，来制定运行方案。在三维扫描系统中，应用激光测距技术，在确保料场数据准确的前提条件下，应用倒锥形安全算法来对其碰撞可能性做出定量计算，确保作业环节不会对煤堆产生碰撞。在工业监控系统中，确保各个环节都能够监控到位，为操作人员提供便利[4]。

3.3 自动化系统功能

在自动化系统功能中，可以利用通信接口模块来控制计划任务，其任务内容包括3 个部分，自动定位任务、自动堆料任务以及自动取料任务，根据系统所示的状态和调度命令，中央控制室内操作人员可以做出合理的计划和选择，并将相关信息显示在屏幕上，根据现场实际操作情况科学设置参数，以改变系统功能，系统可以自动查询到经验数据库，通过系统来完成相应的策略，以帮助PLC 识别作业任务命令。

3.4 自动化堆取料

在料场三维图生成后，即可确定资料的起始位置、高度、宽度、外部形状、终止位置以及其他重要的位置信息，在取料过程中，需要确定好具体的边界，为回转角度的确定提供依据[5]。在堆料过程中，机器的各个后续动作都是需要依赖于检测仪器，当检测达到预定高度后，才可以进行下一环节的动作，具体高度是采用料位器结合传感器的方式来确定，可以有效提升测量的精度与测量可靠性。

3.5 取料控制

在取料工艺方面，应用分层取料的方式，为了满足智能化运行要求，充分发挥出智能系统的作用和价值，需要构建自动取料运动规划，利用等量取料的方式来进行处理，采用等量取料的方式，能够提升作业能力和系统可靠性，减少运行过程中出现的振动冲击，延长其寿命。在堆成规则料堆后，如果料堆满足标准要求，就可以应用开环的方式来进行处理，如果料堆不均匀，那么在处理过程中，就会对带式输送机、斗轮和臂架的运行产生冲击，在取药环节，要充分保证物料的稳定性，由于工艺的限制，斗轮在进行变化时会减少物料流，因此，需要合理优化回转角速度，控制好切屑深度。

4 结语

传统的堆取料操作方式主要采用手动操作或者远程控制的方式，这种操作方式劳动强度大，在操作时，也容易出现流量波动大的问题，在科学技术的发展下，激光三维扫描、精准定位、安全防范、图像处理和自动控制等技术开始应用在这一领域中，让煤场精确堆取料成为可能，考虑到燃煤消耗速度快、煤炭品种多、涉及面积大等问题，需要根据具体煤场的实际情况来合理优化。