堆取料机控制系统关键技术研究

安曾华

[摘    要]堆取料机作为我国港口物流运输的重要组成内容，其运行效率将会直接影响港口物流运输的整体生产效率。因此，在当代环境下，为能够有效提高堆取料机的运行效果，各港口均开始对堆取料机进行自动化控制改造，通过自动化控制系统提高堆取料机的整体运行效率。据此，文章将以电厂为例，对其堆取料机自动化控制系统所具备的功能及控制系统中所集成的多种关键技术进行分析阐述。

[关键词]堆取料机;自动化控制系统;系统关键技术

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–000–02

Research on Key Technology of Control System of Rehearing Machine

An Zeng-hua

[Abstract]As an important part of port logistics transportation in China， the operation efficiency of stacker will directly affect the overall production efficiency of port logistics transportation. Therefore， in the contemporary environment， in order to effectively improve the operation effect of the stacker， each port began to carry out automatic control transformation of the stacker， so as to effectively improve the overall operation efficiency of the stacker through the automatic control system. Therefore， this paper will take the power plant as an example to analyze the functions of the automatic control system of the stacker and the key technologies integrated in the control system.

[Keywords]Stacker; Automatic control system; System key technology

现如今，我国部分煤炭、矿石等散货料场主要采用的是斗轮式堆取料机进行堆料和取料，尤其是在部分大型钢铁企业、码头和电厂中，由于散货数量相对较大，更是需要配置较大数量的堆取料机用于散货的转运和接卸，并配置相应的司机进行堆取料机驾驶。但结合实际情况来看，近些年来国外部分发达国家中的堆取料机已经逐步实现自动化、智能化运行，我国在堆取料机自动化、智能化发展领域研究虽然起步时间较晚，但在如今也已经取得一定的应用成果。

1 堆取料机的发展历程

至今为止，堆取料机的发展共经历了手动控制模式、半自动控制模式以及全自動控制模式3个阶段。具体内容如下。

1.1 手动控制模式

手动控制模式实际上就是指人工控制模式，此种模式中堆取料机的运作完全需要司机进行手动操作，其不仅对于司机的操作能力有着极高的要求，易受人为因素的影响导致操作事故[1]，而且还会增加司机的劳动强度，提高人力成本，并且随着信息技术的不断发展，采用手动控制模式的堆取料机被采用半自动控制模式和全自动控制模式的堆取料机所取代。

1.2 半自动控制模式

在半自动控制模式中，原本手动控制模式中的部分操作工作将会交由主控上位机完成，如堆取料机启停流程控制、大车转运等操作均可以实现“一键式”或者是通过输入一定的指标参数后实现，在进行该些操作时，司机只需要监督堆取料机的自动运行，及时发现和解决堆取料机运行中所存在的各类问题便可。

1.3 自动控制模式

自动控制模式中集成了位置定位系统、扫描数据处理系统、防撞系统、尾车升降锁定系统、视频监控系统、设备智能检测系统等多种关键技术系统[2]，在该技术系统的支持下，采用全自动控制模式的堆取料机可在操作人员下达控制指令以后，自动进行堆料形状识别，实现对物料的取料、堆料等作用，实现堆取料机工作现场的无人全自动化管理，不仅可以有效避免因人为操作因素所引发的各种操作事故，而且还可以有效提高企业自动化、智能化水平，提高企业生产效率。

2 散货堆取料机自动化系统

现如今，堆取料机及自动化系统已经可以实现标准堆垛模式、混矿堆垛模式、标准取料模式等诸多自动化功能，并且实际作业定位标准差可以控制在20 cm以下，堆料效果已经初步达到半自动控制模式中人工操作时的散货堆取效率，取料效率则可以达到人工操作模式中取料效率的95%以上，平均流量偏差不超过5%，由此可以发现，此码头所采用的堆取料机自动化系统已经可以初步实现人工操作等诸多功能，不过仍需要进行相关研究。

在进行堆取料机自动化系统设计时，为保障应用控制系统后，堆取料机自动化控制的精确性、安全性以及有效性，相关设计团队提出以下设计方案：在硬件方面，堆取料机自动化系统采用了2D激光扫描仪和3D激光扫描仪、扫描数据处理单元、激光防撞传感器、行车雷达防撞传感器、超声波物料检测传感器、全套的ABB变频驱动系统以及PLC控制系统[3]，其中PLC控制系统作为整个堆取料机自动化系统的核心，其将会负责对其他系统组成内容的数据收集、处理以及自动化控制;在软件方面，堆取料机自动化系统采用了具备双重保护功能的PLC安全控制程序、严格复杂但却可以快速完成物料建模以及路径规划的算法程序以及简单实用的CMS监控程序，该些程序是保障各硬件系统得到有效应用的基本要求。

堆取料机控制系统在应用前，需要相关操作人员结合控制区域的实际情况合理设置作业堆场、作业模式、堆场类型、作业起始点、堆料高度、堆料宽度等诸多基础参数信息[4]，操作人员在将相关参数输入完成后，信息将会直接发送到PLC控制程序进行识别处理，然后操作人员便可以启动系统对堆取料机进行自动化控制。在堆取料机控制系统的自动化控制下，对物料机将会安装预设程序完成对堆料的识别和堆取料作业，全过程无需人工进行操作，不过相关操作人员和远程监控人员却可以随时通过远程操作或者本地操作的方式通过人工操作的方式获取操作权限，完成对设备的人为控制。

3 堆取料机自动化控制系统的关键技术

3.1 位置定位系统

在堆取料机自动化控制系统中，位置定位系统可以有效控制堆取料机行走过程中行走位置的累积误差。为能够达成此效果，位置定位系统会在堆取料机行走机构的两侧设置两个绝对值编码器，若是在堆取料机行走过程中两侧绝对值编码器所获取的数据误差超过预设值，那么位置定位系统便会自动发出预警提出，并由PLC控制程序来调整堆取料机行走过程中的累计误差问题。物料机行进过程中臂架也会因震动、晃动等情况导致堆取料机斗轮位置出现累计误差情况。对此，位置定位系统会在臂架根部位置设置绝对值编码器，在斗轮位置设置角度仪，以此来通过绝对值编码器校正累积误差，通过角度仪保障斗轮的俯仰角度的精准性。最后，在斗轮部位还会设置有2个三维激光扫描仪，通过激光扫描仪获取的数据信息，结合设置在行走机构和臂架根部的绝对值编码器数据[5]，通过PLC程序进行预处理和坐标转化处理，生产相应的数字高程模型三维数据，用于对堆取料机行走过程中的位置进行定位和控制。

3.2 扫描数据处理系统

堆取料机臂架两侧前端将会分别设置有1个二维激光扫描仪，在实际应用过程中，2台激光扫描仪主要用于手机堆取料机作业过程中堆料的形状以及堆料场的物料基础信息。不过由于堆料场工作环境较为恶劣，堆取料机行进过程中或者作业过程中极易造成粉尘飘散的情况，甚至很多时候该些粉尘会粘附在扫描仪探测器表面，导致二维激光扫描仪最终所获取到的数据信息与真实信息存在较大误差，从而影响到作业控制精度效果。扫描数据处理系统主要用于处理该问题，在应用过程中，处理系统会对当前作业中所扫描获取的信息与初始模板信息进行匹配，进而确定实际数据与初始模板数据之间的差值，筛选出可能会存在的干扰点，并對干扰点赋予其初始模板值，以此来保障获取二维图像的质量。

3.3 防撞系统

堆取料机的防撞系统主要分为雷达防撞系统、激光防撞系统以及超声波防撞系统3部分，在实际应用过程中，3种系统将会形成优势互补效果，进而有效提高防撞系统的数据获取精准性。其中雷达防撞系统会分别在堆取料机大车前、后、左、右4个方位设置1台雷达防撞传感器，当有障碍物进入到雷达防撞传感器的探测范围以后，雷达传感器将会自动线PLC控制系统发出报警信号，之后PLC控制系统便会根据预定程序控制堆取料机调整位置，避免与障碍物发生碰撞;激光防撞系统、超声波防撞系统与雷达防撞系统所发挥出的功能大致相同，其中激光防撞系统主要防止臂架与障碍物发生碰撞，所以激光传感器会在臂架两侧设置有激光测距传感器;超声波防撞系统则会在斗轮位置处安装有超声波物料计量仪，主要用于探测斗轮部在作业过程中斗轮与堆料之间的距离，避免斗轮在作业过程中与堆料发生直接碰撞。

3.4 视频监控系统

堆取料机控制系统中，视频监控系统主要用于对堆取料机自动化运行过程中操作人员的远程监控和保护效果。虽然在智能化、自动化技术的支持下，如今堆取料机自动化控制系统已经实现了堆取料机作业的自动化控制，但结合实际情况来看，控制系统在实际作业过程中仍然会出现诸多问题，在发生问题后需操作人员进行远程控制和管理，避免引发更为严重的问题。

3.5 设备智能检测系统

设备智能检测系统可以实时收集堆取料机及控制系统运行中各方面运行数据信息，并将数据信息通过远程数据传输技术传输到控制室，控制室中的设备智能检测系统会将运行数据与预设参数值进行比对分析，确定堆取料机以及控制系统是否处于正常运行状态，若是发现有运行参数超出预设参数值范围，那么设备智能检测系统便会发出报警声，通知相关检修人员对堆取料机及控制系统进行实时检修[6]。相对于传统的检修方式来说，设备智能检测系统对于检修中的人力需求更低，而且可以实现全天候无死角监控，有效避免了人为检修中存在的诸多故障疏漏等问题，提高设备检修的精准性和有效性，保障堆取料机及其控制系统的使用寿命以及应用效果。

4 结语

总而言之，堆取料机自动化控制系统的应用不仅可以有效改善工作人员的工作环境，降低作业强度，保障一线作业人员的身体健康，而且有利于相关企业实现标准化、自动化、智能化发展，提高企业整体生产效率，因此，相关企业必须要加大对堆取料机自动化控制系统及相关技术的关注和支持，推动相关技术的快速发展，同时促使堆取料机自动化控制系统得到相应的发展和普及，增强企业市场竞争能力，为企业带来更多的额外收益，推动企业实现长久健康发展。

参考文献

[1] 乔支昆，尹新伟，王艳春.智能斗轮堆取料机控制技术在煤场管理系统的应用研究[J].无线互联科技，2019，168（20）：153-154.

[2] 王旭修，蔡有高，时培领，等.激光探测与测量视觉技术在堆取料机全自动控制中的应用[J].水运工程，2020（6）：87-91，105.

[3] 瞿蔚波，荣延平，盛恺弘.斗轮堆取料机激光扫描系统标定和精度验证方法[J].起重运输机械，2020（2）：60-64.

[4] 赵云涛，唐千，李维刚，等.三维激光技术在无人堆取料系统中应用[J].科技通报，2020，266（10）：19-21.

[5] 徐万鑫，李景恒，杜海.斗轮堆取料机液压传动与控制技术现状及发展[J].矿山机械，2020，561（9）：6-12.

[6] 林锡奎，白玉峰，江永，等.基于LiDAR技术的圆形堆取料机智能化控制系统研发与应用[J].热力发电，2019，48（9）：129-133.