斗轮机智能自动无线控制系统的应用

郝轰宇，武爱民，田宏亮

（内蒙古能源发电准大发电有限公司，内蒙古 准格尔旗 010300）

引言

斗轮堆取料机，是一种用于大型堆场的既能堆料又能取料的连续输送的高效装卸机械。由可俯仰和水平摆动的胶带输送臂及其前端的斗轮、机架、运行机构组成，取料时由斗轮取料经输送臂送出。准大发电公司斗轮堆取料机一直是由人为就地操作，来完成堆、取料作业。在斗轮机生产运行的过程中，由于司机室的视野非常受限（只能看见前方150°的范围），盲区多，导致操作容易出现失误。负荷高时，需要人员在司机室长达数个小时操作，甚至更久不能离开岗位；报警及保护系统比较老旧，只有单一保护手段，保护拒动后易引发事故扩大；无法及时地找出故障点，长时间去排查会影响机组的燃料供给。特别要说的是夜班人员上煤视线非常不好，不能及时地看到斗轮机地动态，就会出现很多问题，例如：俯仰过大取煤导致电机高负荷运转，回转磕碰到其他设备，行走触碰到人或者物，特别是冬天的夜里上煤，煤层有冻块，极易造成轮斗故障，更为严重的会造成人员的伤害，所以存在很大的安全隐患[1]。

1 项目概况

本系统在斗轮机臂架架设激光扫描设备结合大车移动从而对料堆进行扫描，并进行仿真处理，形成三维图像及及料场内各料堆轮廓、体积、土方量等信息，实现料堆三维建模和实时盘煤功能。

根据料堆三维模型和堆取料规范要求，实现智能化的最佳堆取料算法规划。将堆料、取料作业计划自动转化为PLC控制指令，控制堆取料机自动寻址；然后根据三维模型和最优控制算法，进行自动堆取料。

本系统采用绝对值编码器定位+磁钉效验+倾角传感器结合定位技术，控制斗轮机运动轨迹。采用工业无线通讯技术实现适应高寒地区特点的数据传输。

本系统采用全自动+远程控制+就地控制的三重可随时切换的堆、取料作业工艺。本系统的建设将实现稳定、高效、安全、精确、大幅降低人工强度、改善工作环境、提高料场管理水平。

2 项目原理说明

通过上位机控制PLC＋无线传输功能，来实现远程无线控制，然后利用PLC的编程功能，按照合理的操作流程进行程序编写，斗轮机按照预设的方案自动取料，从而实现远程自动取料。通过监控系统，实时显示斗轮机及煤场的各个状态，并通过高清摄像头及3D动态画面看到各个角度。监控、激光扫描仪、控制系统分别用单主机控制，最后汇总，保证单方面出现故障时不影响其他设备运行。只需要提前输入预设参数，斗轮机就可以按照设定参数去工作，无需人员再进行操作[2]。

2.1 实时监控，安全操作

其中7个半固定摄像头，3个室内半球摄像头，1个一体化云台摄像头，共11个摄像头。智能切换，全方位无死角，整车情况一览无余。由于不用去机上操作，直接在集控室就可以使用斗轮机上煤，随时随地即可更改3种操作模式，运行人员的安全系数大大增加。避免的沙尘、煤粉、雷雨天气、及设备故障引起的各种事故，同时也减少了人为的操作失误。

2.2 精准反馈，自动控制

由大车的行走、俯仰、回转编码器来确定大车的实际位置、俯仰角度、回转度数。靠这3个绝对值编码器配合，就能够反映出大车的实际情况。利用激光扫描仪，可以通过智能算法和快速的模型建立，准确地显示煤场的煤堆高度，将三维图像呈现在电脑上。直观地看到煤场情况。加上自动逻辑控制，上煤无需多余操作。

3 项目实施效果

3.1 “互联网+”控制系统

建立独立PLC远程控制系统+千兆无线网桥技术，让数据实时交换无压力，如图1和图2所示。

3.1.1 三维可视化运行系统

一体化云台在斗轮机至高点，任意旋转角度，3D动画呈现煤厂实时状态。

3.1.2 专家级的故障诊断系统

智能分析运行方式，准确判断问题症结。

3.1.3 大数据分析，优化运行

安全防撞，保证取件流量稳定；自动盘煤，显示堆料状态。

3.2 防护系统

3.2.1 红外激光防撞

在作业的过程中，相互设备之间的大车防碰撞系统，也是安全系统的一部分，可以有效地阻止安全事故的发生，并且保障门机的作业安全性[3]。

在门机的4个大车腿部，分别安装红外激光防撞监测限位，此限位可以自行设定，当在多少范围内有遮挡物或者有人员、车、经过时，此限位动作，并且将信号传输至机上PLC控制系统中，机上控制系统通过安全规定，直接停止大车的动作，并且在中控室的监控触摸屏上报出故障，发出警告。直到安全隐患消除，监控人员按下故障复位按钮，设备才可以重新启动并且安全作业。系统安全可靠地保护了设备在作业过程中由于司机疏忽出现的防碰撞，并且消除此安全隐患，为斗轮机的自动化作业提供安全的实施条件，如图3所示。

3.2.2 安全保护软限位

由于新增加了各个机构的定位系统，所以在依靠定位系统的基础上，给所有的机构都增加了新的安全保护软限位，相当于给设备增加了一层安全防护罩，让设备更加安全。防止了设备在长期使用过程中，因为某个限位损坏，接触不良造成了误停机，增加的软限位，可以提前判断机构动作的意图，并且在机构即将碰到机械限位时，软限位就会先进行预判，这样极大程度地保护了所有机构的安全可靠性。安全保护软限位包括以下几点：

1）大车机构的过坑，减速，终点，极限的安全软限位；

2）变幅机构的上仰，下俯，减速，终点，极限的安全软限位；

3）旋转机构的防碰撞，堆垛区域的安全软限位。

3.3 经济效益分析

通过本项目的实施，可以延长设备的使用寿命，大大降低维护费用（限位开关、夹轨器电磁阀、机械设备损坏），降低煤场隐患风险，既能合理安排上煤时间，又极大节约设备成本和时间成本。

4 结论

斗轮机全自动控制系统使用了三维建模激光成像技术、大数据分析技术、智能算法、智能控制、智能安全防护和总线通讯控制等多项先进技术，将堆取料机全自动化作业、煤场环境在线监测、自动配煤融合在一起，打造了真正意义上的智能化煤场，显示了真正意义上的堆取料机全自动无人值守作业，对位精度与作业精度都达到了较高水平。

经过半年多的使用，证实该创新研究成果非常实用、先进、智能化程度高，契合电厂煤场智能化管理和自动作业的需求。该系统投入运行后可靠地解决了电厂输煤系统提升运行效率、提高运行安全性，实现煤场精益化管理等难题，在为煤场管控与输煤作业实现智能管理与作业的技术创新，为电厂提质增效、节能降耗、提升燃煤经济性做出了突出贡献，可在行业内全面推广，助力发电企业建设成“智慧电厂”。