堆取料机自动化控制的研究与应用

王军正 李世龙

摘 要：在工业生产中，堆取料机是非常重要的设备，能够连续、高效的进行物料挖掘。本文将以堆取料机的自动化控制结构与原理作为研究对象，探索自动、半自动控制方法，研究设计堆取料机的自动化控制关键系统，达成无人化管理料场作业的目的。

关键词：堆取料机;自动控制;PLC

前言：堆取料机是物料输送设备的起源，在工业生产中属于很重要的设备，关系到工业生产效率。在信息化技术快速发展的同时，过去的手段已经无法适应当代的生产要求。渐渐的电子信息化手段成为了工业生产核心技术。在物料输送技术中，电气自动化控制属于很重要的技术手段，在很多工业系统中都能见到其身影。

1 堆取料机的自动化控制原理和结构

1.1原理

堆取料机自动化控制靠的是人工智能技术，实现了料场散料的自动化控制。按照不同情况，选择不同堆取料方式和控制系统。堆取料机在工业生产中是很重要的设备。目前常见的有桥式、斗轮旋转式、悬臂梁式等类型[1]。这种设备包括回转系统、输送系统、运行机构、中控系统等，在企业、大型货场以及码头中应用非常广泛。依靠自动控制系统，只需要操作人员点击开始按钮，中控系统就能自动化处理与扫描作业任务，之后将任务信息变成指令，使用扫描技术识别料场中的散堆坐标，并将物料的规模、大小与形状发送给中控系统。此时PLC就能够按照作业情况，选择对应的控制方式。

1.2结构

堆取料机的控制系统，主要是中控系统与堆取料机的关键系统。关键系统为回转、俯仰、走行、PLC、扫描、监控、防碰撞等。

（1）回转

使用驱动回转平台与臂架回转装置，在带外齿转盘轴承中安装回转。此时动力装置驱动回转齿轮，小齿轮和转盘轴承外齿圈啮合，让回转部分跟着一起动。

（2）俯仰

应用液压驱动的方法，控制俯仰系统。液压控制这一系统包括高压球阀、油缸控制阀、导料槽翻板油缸、皮带张紧油缸、俯仰油缸。使用串电阻调速，使用液力推杆制动器制动[2]。

（3）走行

该装置配备了锚定、夹轨器等装置，车架端部配有轨道清扫器。控制系统包括安全装置、平衡台车、调速变频器、电气控制。该系统应用可调速变频电机控制。

（4）PLC

堆取料机使用可编程控制器PLC，通过触摸屏操作，使用总线和模块连接，赋予系统通讯功能。操作中，在现场需要先将程序指令输入系统，之后就能自动运行。

（5）扫描

该模块能够完成料场模型数据扫描，并将数据发送给中控系统，使用以太网达成系统控制目的。扫描料场料堆数据的时候，工具为激光扫描仪，能够准确获得料堆各种参数。设置扫描系统的时候，需要考虑堆料机物理参数功能，识别系统误差。识别完机械物理参数之后，修改维护系统，能够动态显现堆取料机工作状态。遇到恶劣工作环境，系统发出报警，告诉工作人员谨慎操作设备。该模块拥有远程控制与维护能力。

（6）监控

该系统由控制台、网络通讯、数据处理服务器组成。用键盘显示和调用PLC数据参数，使用CPU对系统进行处理，控制堆取料机自动化生产，并并能能够实时监控堆取料机自动化作业情况。操作和显示数据靠的是触摸屏。触摸屏能够实时显示故障、工况等情况。使用通信端口连接CPU，就能够人机对话，了解堆取料机状态。

（7）防碰撞

为避免多台堆取料机发生碰撞，需要使用传感器通信和视频监控技术，实时采集堆取料机位置信息，之后应用防碰撞技术，对三维空间进行模拟运算，自动判断碰撞位置和情况，提前发出警报。

2 堆取料机自动化控制系统设计方法

2.1自动控制方案

（1）堆取料机行走与回转控制

该部分由安全装置、平衡台车、调速变频器、电气控制装置组成。使用可调速变频电气完成频率控制。按照变频器容量，决定最终是否需要增加电抗器。其拥有多样化的控制办法。当前许多自控设备使用的是变频调速与直流调速。本次将对二者混用，转换高低速的时候，只需要调整电源模式，使其从交流电源变成直流电源即可，之后转化直流频率，对其进行控制。想要达成这一目的，需要电压足够才行。

首先是堆取料机行走。操控室按照实际情况设置参数，完成机器操作，能够控制機器的速度开关，操纵堆取料机前进或是后退。运行中，通过改变电气控制系统变频器的参数完成调速处理，回转装置按照高低速达成左右回转功能，能够让斗轮机的回转更加容易控制。变频器输入侧安装交流电抗器，操控中，臂架旋转能够无极调速。运行期间，避免了电机失速，应做好电机参数调整。尤其是工作电流、工作频率调整。注重部件保护与控制，完成堆取料机运行期间的故障排除，让堆取料机能够可靠、平稳运行。调速采用的是V/F控制方法，以无转速反馈方法开环控制。通过变频器，实现一拖多的驱动控制部件运行速度，能够让设备保持稳定运行，有着比较简单的调试方式。机构动态性能要求并不是很高，跨距相对较小，使用强冷风机就能有效实现电机散热，并且让电机拥有了绝缘性。

其次是回转结构。悬臂旋转机构回转机构用于料流恒定速度的调整，其控制原理采用的是交流变频调速。

（2）俯仰控制

堆取料机的俯仰控制靠的是液压系统，其由高压球阀、油缸控制阀块、导料槽翻板油缸、皮带张紧油缸、俯仰油缸构成，应用串电阻调速，使用液力推杆制动器制动。

用电机、液压制动气、变频调速系统、PLC、操作杆完成电机加减速和启停、位置和方向的控制。逻辑控制使用的是PLC，能够完成位置和速度闭环。下俯的时候，堆取料机有着很强的操控性，能够快速或慢速的推进，不会出现强冲击或震荡，可以减缓、平稳运行，负重能力强，不易出现保护臂受损问题。

（3）斗轮控制

斗轮机堆料中，使用半自动、手动方式控制。设置变为器的变频参数，调节回转速度。使用PLC，在发生故障的时候，就能第一时间停止运作。斗轮机构驱动靠的是低速大转矩液压马达，斗轮转速的调整，需要使用压力值调整方法，对压力模拟量信号进行测试，并将其发送到控制系统，观察模拟信号的运行情况，对机构切削力状态进行判断，就能准确获知回转速度。作业期间，使用电机转动堆料机，使用皮带输送装卸物料。

2.2 PLC控制

当前很多堆取料机使用的都是自动化或半自动化控制系统，足以满足大多数情况下的物料堆取要求。使用多台堆取料机一起工作，可以有效改善工作环境，并降低工人压力与成本，对实现安全控制与提高工作效率有很大的帮助，能够实现自动化控制堆取料机的目的。

为了达成无人管理目的，需要解决堆取料机的智能化控制、无人化控制要求。使用工业PLC控制堆取料机，使用激光扫描仪扫描料堆，就能获取料堆的各种数据。之后用PLC控制，确定取料起始点，并完成自动化取料。

堆取作业期间，使用整体扫描技术配合实时扫描技术获得料堆模型数据，并将其导入到操控系统，此时就能完成料堆起点和终点位置的扫描和识别。图像库中调取三维模型的数据，此时呈现出三维图像。应用扫描仪扫描获得原始数据，也可以通过回转编码器以及俯仰编码器、走行编码器得到位置数据，使用以太网对其进行预处理获得准确坐标。

结语：本文对堆取料机的自动化控制进行了研究，从行走、回转、俯仰、斗轮以及PLC等角度出发，研究了控制方法。自动化控制能够提高堆取料机的运行效率，有效减少劳动强度，并具有了远程、智能化控制功能。

参考文献：

[1]岳秉翔.港口堆取料机自动控制系统设计[J].内燃机与配件，2020（17）：202-203.

[2]尹崇志，刘文祎，高玉军等.董家口堆取料机自动化控制技术分析[J].港口科技，2020（04）：1-2+41.