堆料机远程全自动控制技术的研发及应用

杨丽华，徐锡伟，赵云龙

（日照港集团岚山港务有限公司，山东 日照 276800）

引言

堆料机是专业性较强的散料装卸机械，是集机械、电气和液压于一体的大型高效连续作业的装卸设备，适用于大中型码头、矿山、冶金等工矿企业。传统的堆料机作业一般采用人工操作的方式实现，由堆料机司机根据生产指令进行对垛、堆料作业，用工人数多、劳动强度大、作业环境差、安全风险高、作业持续稳定性差。自动化散货码头因其安全可靠性高、作业效率稳定、场地利用率高、人工成本低等优点成为码头优先发展方向。

山东港口日照港岚山港区南作业区11号泊位后方自动化堆场主要功能是矿石的卸船、取装、输送，主要服务于山东钢铁和日照钢铁两大钢铁企业。目前，配置的2台堆料机，额定堆料能力9 000 t/h，最大生产能力10 800 t/h。为满足客户不断攀升的矿石输送需求，加快建设国际领先的智慧绿色港，岚山公司利用新技术重点攻坚堆料机远程全自动化控制技术的研究，用自动化、信息化手段大幅提高堆料机安全管控水平和作业效率。

1 技术原理及创新点

1）施工简单、工期短、可靠性高，为“堆料机无人化改造”提供了第二方案。重新设计开发自动堆料PLC程序，通过地面位置校正系统、现场堆料扫描系统、生产作业视频监控系统、大机全自动化堆料控制系统，实现堆料机全自动操控、料场动态管理、自动避障防护、远程运行调整等功能，两台大机仅用3个月完成改造，是同行业“堆料机无人化改造”低投入、成功有效的第二方案。

2）低成本实现大机精确定位、堆料模型分析，运行可靠性高。行走位置校正系统通过在地面铺设RFID位置检测设备与行走编码器互补实现位置校正；俯仰位置通过角度仪和编码器互补实现角度检测；料位测距同时安装检测激光测距和微波雷达，可实时切换任意一种测距模式，在提高测距精度的同时，起到故障快速切除的作用。自动化系统能够根据作业指令建立模型分析，根据作业物料属性，选择物料后自动形成堆料模型并进行自动对位。系统具备自学习功能，对首次作业货种形成记忆进入数据库，无需人工干预实现自动堆料，能够比人工操作更精确地控制料位距离，料位距离由原先5 m减少为3.8 m，大幅提高了堆场利用率，如图1所示。

3）对堆场进行网格化管理，替代GPS功能，实现料场动态管理。对堆场进行网格化划线管理，替代GPS功能，通过堆料机远程自动操控系统画面对料场布局一目了然，从而实现料场动态管理，更合理地安排作业，充分利用堆场。在作业过程中，通过皮带秤对作业量实时监测，系统自动计算作业进度与剩余量，提高了堆料作业的可控性与计划性。

4）实时监控运行状态，激光雷达实现自动避障防护。系统充分利用传感器、限位开关、激光雷达检测技术等，对设备运行信号和故障进行实时显示。通过在大臂两侧安装激光雷达料堆防撞装置实现防撞保护，设置预报警区域和紧停报警区域的二级报警，能够预防或及时处理事故。扩大视频监控覆盖面，利用高清数字监控，具备夜视作业功能，操作人员通过视频监控画面进行设备作业过程中的运动监控和环境监控，降低了大风、大雾及雨雪天气的影响，保障了人员和设备的作业安全。

5）实现设备运行远程调控，最大限度减少现场人员干预。系统将臂架皮带电动纠偏控制、振动器控制、远程照明控制、远程通话功能等功能均纳入自动控制系统，结合视频监控系统，操作人员在集控室就可实现对皮带跑偏的远程调控，最大限度地减少现场人员干预。

6）“堆料机远程全自动控制技术的研究”小投入实现大变革，160万元改造两台堆料机，比同行业节约改造成本约60%。经济性方面，系统没有运用GPS定位、三维仿真等功能，节省了大量成本的同时达到了大机无人自动堆料的效果。一台堆料机无人化改造一般需200万元左右，日照港岚山公司160万元改造两台堆料机，实现远程全自动控制，比同行业节约改造成本约60%。改造后，在集控室增加远程监控操作台和服务器，最终实现远程全自动化监控作业，一人可操作多台设备，达到减员增效的目的。同时，员工作业环境大大改善，作业风险大幅降低，如图2所示。

7）投入产出时间短，效果显著，补足了港口至山钢、日钢的全自动化直通联运最后1 km。日照港岚山公司仅用3个月完成2台堆料机改造，为同行业低投入“堆料机无人化改造”提供了经验，投入产出时间短，成功有效。

2 成效

堆料机远程全自动控制改造后，以“全自动化、智能化”运行和“远程操控”替代“人工操作”，大大提高了矿石卸船堆料效率和安全管控水平。

2.1 经济效益

2.1.1 降低了用工成本

传统人工操作堆料机，每台堆料机每个班次至少需要2名司机操作，按照三班倒机制，每台堆料机需要配备6名司机。对堆料机全自动化改造后，可以实现一人操作多台设备。根据目前2台堆料机计算，现在只需要配备6名。年度节省用工成本36万元。

2.1.2 提高了生产效益

改造前，人工操作堆料机堆料，货垛位置及大小的可控性差，堆场利用率低。堆料机堆料料位距离约5 m，堆场储存能力为500 t/m；改造后，安装了激光、雷达监测装置，料位距离减少为3.8 m，堆场储存能力增加为560 t/m。每个月大约增加1条开普船（约17万t）的卸船量，提高货场周转率，全年增加204万t矿砂周转量，按照5.5元/t计算，全年增加效益1 100万元左右，如图3所示。

堆料机全自动改造后，系统按照设定的参数自动化堆料运行，堆料效率和料堆平整性大幅提升。货垛顶层矿砂占货垛的10%，通常顶层取料较难操作，耗时长、效率低，为2 500 t/h；堆料机改造之后，货垛较为平整，顶层取料效率高达3 000 t/h。管带机输送年度任务量为2 000万t，顶层矿砂约200万t，根据不同作业效率的千吨耗电量计算，每年节约电费40万元，如图4所示。

同时，节约作业时间20 000 000/2 500-20 000 000/3 000=586.7 h。

综上，堆料机远程全自动控制技术应用后，年度创造的经济效益预计可达1 176万元。

2.2 社会效益

堆料机全自动改造后，堆料机司机只需坐在中控室内对堆料过程进行监督，职工工作环境大大改善，同时实现了人机分离，人身安全隐患也随之消除，如图5所示。

同时，堆料机安装各类安全检测装置，能够提前预警，现场图像可远程监控，系统的兼容性、安全性和完整性达到更高层次，特殊情况下人工可以参与，有效预防设备事故的发生，最大限度的保护设备财产安全。

3 应用推广

日照港岚山公司堆料机远程全自动技术的研究为国内堆料机无人化改造提供第二方案，解决了用户（港口、矿山、电厂）受资金、人员方面的限制；首次实现了堆料机全自动化、智能化操作，目前已成功应用在岚山公司两台堆料机作业过程中，上述技术的应用，解决了许多行业内存在的突出问题，使堆料机的运行管理水平得到较大提升，推动了设备在远程化、智能化、信息化、人性化方向的发展。