料场无人化系统的研究和应用.pdf

五输送系统及设备 料场无人化系统的研究和应用 张子才，肖 苏，吴 刚，伍文宇 (宝钢股份宝钢分公司运输部上海201900) 摘要：本文论述了利用激光扫描、PLC、数据库等技术，实现集堆取料机的自动堆、取料作业及智能化生产管理为 一体的料场无人化系统。 关键词：堆取料机无人化散货料场激光扫描仪三维仿真 1 引 言 目前，我国的散货(矿石、煤等)料场主要采取斗轮式堆取料机进行堆料和取料作业。尤其是在大型钢铁 联合企业和大型矿石码头，原料(矿石)的大量需求造就了巨型的堆场，这就要求有数量庞大的堆取料设备来 进行生产，同时需配备大量的操作司机来驾驶这些设备。因此，如何有效地降低人工成本、最大限度改善工 作环境，稳定生产率、减少人工干预造成的减产就成了所有大型散货码头面临的共同课题。 宝钢马迹山港是宝钢在浙江省嵊泗县马迹山岛投资建设的—个矿石中转港，一期工程于2002年建成投产，目 前年吞吐能力达2 年10月正式投产，投产后一、二期总年吞吐量将达5000万t，其中矿石堆场库存能力达300万t。 料场无人化，是宝钢在马迹山港扩建工程中提出的一个建设目标。其主要目的是：在堆取料机上实现 “自动堆、取”功能；并在此基础上实现料场管理、中央控制、堆取料机无人控制的一体化。 2系统目标 作为一套完整的大型散矿料料场堆取机全自动控制的系统解决方案，可以让散货堆场全面实现堆取料 机在现场无操作人员的情况下全过程自动堆取作业。堆取料自动化控制系统，主要是指在堆取料机作业时， 在充分保证料场利用率、发挥堆取料机的堆取料能力和其它功能基础上，堆取料机司机室内无操作人员进行 操作和监视，中央控制室内也不需要操作人员进行全程的控制操作。中央控制机从管理系统获得作业任务 后，根据料场情况和堆取料机状态进行优化计算和安全性检验，自动产生相关堆或取模式信息，随后系统自 动将相关控制指令发送到对应堆取料机PLC，由堆取料机进行全过程无人驾驶的自动堆、取料作业。在堆 取料过程中，中控人员可以通过监控终端和工业电视视频终端实时监视现场作业过程，特殊情况时可以通过 位于中央控制室的操作台对堆、取料作业进行人工介入。 3系统构成 从功能上来看，料场无人化系统包括各堆取料机系统和中控室内中央控制系统(以下简称中控系统)两 部分。 (1)堆取料机系统包括本地PLC、料堆激光扫描检测装置、工业视频监控装置、各类传感设备等。主要 完成堆取料机的本地作业控制、堆型扫描、工业监控视频捕捉等。每台堆取料机本地PLC实现堆取料作业 的逻辑控制，以及堆取料机各机构状态、故障信息的采集，本地PLC与中控PLC通过工业网络连接。在每 台堆取料机上安装两套料堆激光扫描检测装置采集堆型数据，然后通过工业以太网的方式传输数据送中控 系统。 (2)中控系统包括数据处理服务器，自动化操作监控设备，中控PLC、网络通讯交换以及远程操作台等 设备。中控系统主要完成自动化作业指令的生成、自动堆取料作业模式生成、自动堆取料作业过程控制；各 堆取料机主要状态、故障信息的采集，并警示；实现堆取料机的堆型扫描数据的处理、图像计算，料堆特性数 据生成，料堆堆取优化计算堆场作业过程监控；中控PLC负责防冲撞演算、各堆取料机之间协同作业及逻辑 自主创新实摹L物流工程的持续与科学发展 控制；中控室设置手柄操作盘作为人工介人手段。手柄操作盘通过中控PLC连接堆取料机PI。C。中控系 统与各堆取料机之间采用工业网络方式连接通讯，中控系统内部采用工业以太网方式连接。系统示意图 见图l。 图1系统框图 4自动堆取料的实现 斗轮堆取料机主要包括三种基本动作，即堆取料机大车走行、悬臂回转、悬臂俯仰。通过这三种动作的 协调配合完成堆料或取料作业。在堆取料机的悬臂俯仰、悬臂回转、大车行走机构上均安装适当的绝对值编 码器，通过编码器发出的脉冲编码信号能精确得到以上机构的运行位置，即大车走行位置、悬臂回转角度、悬 臂俯仰角度。 中控系统首先需建立包含料场、堆取料机、作业货种、料堆等若干基础信息的数据库为产生自动堆、取模 型提供支撑。堆料或取料作业量来自于地面皮带称称量。 4．1自动堆料作业 中控系统在收到包含作业货种、计划作业量的作业计划后，根据作业货种在基础信息库中查出对应堆比 重、堆积角度信息，然