目前，我國的散貨（礦石、煤等）料場主要采取斗輪式取料機(jī)進(jìn)行取料作業(yè)，尤其是在大型散貨碼頭，原料的大量需求造就了巨型的堆場，這就要求有一定數(shù)量的取料設(shè)備來進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)需配備相應(yīng)數(shù)量的操作司機(jī)來駕駛這些設(shè)備。因此，如何提高取料效率、改善作業(yè)環(huán)境、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低人工成本、減少人工干預(yù)造成的效率降低就成了所有大型散貨碼頭面臨的共同課題。
散貨取料裝船流程的效率高低，是直接制約港口裝船疏港效率的主要環(huán)節(jié)，智能化取料研究與應(yīng)用，就是針對取料機(jī)現(xiàn)有的作業(yè)模式和取料工藝進(jìn)行研肀究，通過對取料機(jī)PLC程序及上位機(jī)軟件進(jìn)行合理優(yōu)化和二次開亠發(fā)，并借助先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)手段以實(shí)現(xiàn)取料機(jī)機(jī)智能化提高的同時(shí)，提高作業(yè)效率，并兼顧人力成本的節(jié)省。
本項(xiàng)目具有以下現(xiàn)實(shí)意義：
? 改善勞動(dòng)環(huán)境和降低勞動(dòng)強(qiáng)度
? 減少人為因素的影響和人力投入
? 提高堆、取料機(jī)的自動(dòng)化作業(yè)程度并穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行
? 提高碼頭整體智能化作業(yè)管理水平
? 保持行業(yè)技術(shù)先進(jìn)性。
對與單機(jī)全自動(dòng)系統(tǒng)而言，全自動(dòng)化的硬件控制設(shè)備都在堆取料機(jī)中，主要包括PLC、激光料堆掃描，實(shí)時(shí)大機(jī)行走定位，俯仰角測量，旋臂角度測量各類輔助裝置等；
 料堆掃描裝置完成料堆原始三維數(shù)據(jù)及預(yù)處理，通過處理后的數(shù)據(jù)形成實(shí)時(shí)的模型；根據(jù)對取料機(jī)控制策略，完成斗輪堆取料機(jī)自動(dòng)作業(yè)；堆取料機(jī)異常狀態(tài)檢測，防止碰撞、過載等異常情況的發(fā)生；控制中心設(shè)置人工干預(yù)裝置如手柄操作盤等，當(dāng)堆取料機(jī)工作出現(xiàn)異常時(shí)，可以進(jìn)行人工干預(yù)，主要包括停機(jī)，暫停堆取料、大車后退、大臂旋轉(zhuǎn)等操作；單機(jī)PLC作為控制中心，需根據(jù)主控PLC傳送過來的堆取料任務(wù)的范圍，實(shí)現(xiàn)堆取料的邏輯控制及其操作的實(shí)現(xiàn)。采用PLC控制系統(tǒng)，變頻調(diào)速，輔助檢測設(shè)備（料堆掃描儀、位置檢測裝置、工控機(jī)，皮帶檢測，攝像頭裝置等）來實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)的自動(dòng)控制；
堆取料自動(dòng)控制中采用現(xiàn)場ControlNet，總線和工業(yè)以太網(wǎng)總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；
三維數(shù)據(jù)采集模塊。負(fù)責(zé)堆取料機(jī)的實(shí)時(shí)位置信息的采集、激光掃描裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，并將采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，形成料堆表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
（2）三維數(shù)據(jù)計(jì)算模塊。負(fù)責(zé)接三維采集模塊形成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)重構(gòu)料堆的三維模型數(shù)據(jù)庫等。
（3）三維數(shù)據(jù)接口模塊。負(fù)責(zé)三維數(shù)據(jù)計(jì)算模塊與計(jì)算機(jī)主控程序間的通信。
（4）計(jì)算機(jī)主控模塊。負(fù)責(zé)自動(dòng)堆取料全過程中的控制，包括根據(jù)作業(yè)任務(wù)生產(chǎn)控制指令，堆取料過程中的控制與修正，取料切入點(diǎn)的計(jì)算，大車寸動(dòng)，取料效率的提高等。
（5）主控PLC數(shù)據(jù)通信模塊。負(fù)責(zé)PLC控制系統(tǒng)的定時(shí)，事件觸發(fā)，請求等數(shù)據(jù)通信。
（6）激光掃描儀控制模塊。負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)激光掃描儀的轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)程配置等。
（7）堆取料機(jī)的PLC控制模塊。負(fù)責(zé)接收作業(yè)任務(wù)，并根據(jù)作業(yè)任務(wù)自動(dòng)完成堆取料作業(yè)，包括堆取料機(jī)的自動(dòng)對位，堆取料過程中的大車寸動(dòng)，武漢專業(yè)堆取料機(jī)廠家
，取料過程中的切入點(diǎn)的控制，武漢索爾德測控技術(shù)有限公司，索爾德測控技術(shù)，恒流量控制，軟、硬件防碰撞控制，武漢專業(yè)堆取料機(jī)廠家
，人工遠(yuǎn)程干預(yù)的實(shí)現(xiàn)等。
（8）人機(jī)操作界面軟件。直觀可視的操作界面，包含了針對作業(yè)大機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)顯示欄以及可控制和修改實(shí)際作業(yè)流程的具體按鍵。操作員可以通過畫面上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和操作按鍵，在中控室里進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制現(xiàn)場的堆料作業(yè)，也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化取料的人機(jī)交互系統(tǒng)。
（9）防碰撞模型軟件。用于在中控室3D實(shí)時(shí)顯現(xiàn)單機(jī)的工作狀態(tài)信息，包括單機(jī)的在堆場的位置信息，懸臂的方位信息，懸臂的俯仰角度信息；其中單機(jī)之間有碰撞危險(xiǎn)時(shí)發(fā)出警報(bào)；還可以設(shè)定保護(hù)值，當(dāng)單機(jī)之間距離接近保護(hù)值，給主控PLC發(fā)出停機(jī)信號；
本系統(tǒng)中斗輪堆取料機(jī)單機(jī)全自動(dòng)化系統(tǒng)工作過程如下:首先是工作人員下達(dá)任務(wù)單，控制中心的工業(yè)控制機(jī)(IPC)的中控處理單元對任務(wù)單進(jìn)行處理，分析出是堆料或取料工作，并計(jì)算出的堆、取料的坐標(biāo)范圍IPC將堆取料的工作方式及其范圍坐標(biāo)等數(shù)據(jù)傳輸至主控PLC中，PLC根據(jù)是堆料或取料工作采取不同的控制策略。
堆取料機(jī)在自動(dòng)取料或堆料過程中都需要確定自身的實(shí)時(shí)位置，主要包括斗輪堆取料機(jī)的懸臂回轉(zhuǎn)、懸臂俯仰與大車行走等三大運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。這三大運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確定位關(guān)系著自動(dòng)堆取料中的落料點(diǎn)與切入點(diǎn)的控制以及料堆的三維識別。
1.取料全自動(dòng)化
堆料作業(yè)中首先是對料堆的三維識別，料堆的三維識別通過激光掃描儀的方法來實(shí)現(xiàn)。掃描儀在獲取料堆的原始三維數(shù)據(jù)后，需對料堆表面的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行濾除噪聲點(diǎn)、數(shù)據(jù)精簡等預(yù)處理，預(yù)處理的數(shù)據(jù)可以用來進(jìn)行料堆的三維建模，同時(shí)也可知道自動(dòng)取料所需的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
PLC控制系統(tǒng)根據(jù)料堆三維識別中得到的取料起始坐標(biāo)與SOLD-GNSS定位裝置，控制斗輪堆取料機(jī)及其斗輪移動(dòng)到取料初始位置，也即實(shí)現(xiàn)了



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