CN113548488A - 一种斗轮机全自动控制系统 - Google Patents

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吴俊科
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杨永红
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Abstract

本发明公开了一种斗轮机全自动控制系统,包括控制中心,所述控制中心是用于控制整个系统模块工作的核心,所述控制中心包括工程师计算机和操作员计算机,执行处理模块,所述执行处理模块包括HMI和PLC,行走防碰撞模块,所述行走防碰撞模块包括超声波测距仪,取煤超温保护模块,所述取煤超温保护模块包括红外测温仪。本发明,输煤系统取料上仓时间缩短,取煤效率提高约30%~40%,改善工作环境,降低机械冲击,减少皮带撒煤,智能系统和多重保护系统的投入,进一步提高斗轮堆取料机的可靠性和安全性,同时斗轮堆取料机全自动控制系统完善了煤场动态信息、煤垛ID跟随、精确配比、全程计量、煤种堆损监测等基础数据,为智能燃料的建设奠定了基础。

Description

一种斗轮机全自动控制系统
技术领域
本发明涉及全自动控制技术领域,尤其涉及一种斗轮机全自动控制系统。
背景技术
斗轮堆取料机,是指一种用于大型干散货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,胶带可双向运行,利用斗轮连续取料,用机上的带式输送机连续堆料的有轨式装卸机械。它是散料储料场内的专用机械,是在斗轮挖掘机的基础上演变而来的,可与卸车(船)机、带式输送机、装船(车)机组成储料场运输机械化系统,生产能力每小时可达1万多吨。斗轮堆取料机的作业有很强的规律性,易实现自动化。控制方式有手动、半自动和自动等,但在安装调试中,由于技术限制和安全风险,传统工作中一般只进行手动模式调试并交付使用。在手动模式下,斗轮堆取料机的所有运转设备(包括辅助设备)均需要司机手动逐个操作,堆/取料过程中作业效率和作业安全与司机的技能水平、责任心和精神状况息息相关。
但是传统斗轮机人工作业是存在一定局限性的,轮堆取料机人工作业由于天气、照明及人为习惯等因素影响,取煤流量不稳,易造成撒煤(夜间)和皮带跑偏、堵煤,流量过大易造成过载保护,皮带重载启动,影响设备使用寿命;人工作业输煤能耗高:取煤流量偏小,输煤系统运行时间长,输煤单耗高,加剧皮带和托辊等转动设备磨损,增加维护和人工成本;人工操作斗轮堆取料机配煤比例难以控制,配煤掺烧优势不能充分发挥,造成资源浪费;人工操作堆煤过程凭目测调整煤垛位置和高度,易造成煤垛波峰过大、缺角等而且堆煤过程单一操作,移动间隙时间长,容易产生疲劳,造成超宽、超高,而且来煤数量与堆煤场地预测不准,易造成加堆或少量余煤或场地浪费;人工操作受场地限制,多煤种接近堆放时,难以区分,不利掺配烧,造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种斗轮机全自动控制系统。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种斗轮机全自动控制系统,包括:
控制中心,所述控制中心是用于控制整个系统模块工作的核心,所述控制中心包括工程师计算机和操作员计算机;
执行处理模块,所述执行处理模块用于信息处理以及斗轮机终端的操作,所述执行处理模块包括HMI和PLC;
行走防碰撞模块,所述行走防装模块用于侦测机器行进路线上的障碍物信息,所述行走防碰撞模块包括超声波测距仪;
取煤超温保护模块,所述取煤超温保护模块用于对所取煤进行温度检测和报警,所述取煤超温保护模块包括红外测温仪;
斗轮过载保护模块,所述斗轮过载保护模块用于监测斗轮油泵的电流,所述斗轮过载保护模块包括电流检测装置;
精准定位模块,所述精准定位模块用于对大车和悬臂进行实时精准定位,所述精准定位模块冗余绝对值编码器定位,大车行走轨道、悬臂回转和悬臂俯仰各安装2个编码器,组成冗余定位系统,当冗余的绝对值编码器偏差超过定值,控制中心禁止斗轮机自动作业,同时大车行走每30米设置一个校准点,回转、俯仰设置0位校准点;
作业禁区保护模块,所述作业禁区保护模块用于对斗轮机悬臂的定位和保护,所述作业禁区保护模块包括冗余定位系统,所述冗余定位系统冗余绝对值编码器定位系统组成;
实时盘煤模块,所述实时盘煤模块用于对煤堆的外形和体积进行实时分析,所述实时盘煤模块包括激光扫描仪、斗轮机定位和3D建模算法,通过2D扫描与煤跺的距离,结合通过精准定位系统计算得出的斗轮机的实时位置,并通过算法计算得出煤跺3D模型;
取煤流量控制模块,所述取煤流量控制模块用于对所取煤的流量进行控制,所述取煤流量控制模块包括激光扫描仪,根据斗轮油泵电机电流与斗轮负荷(取煤量)的对应关系,采用PID调节,并通过悬臂流量校核,进行取煤流量控制;
自动取煤模块,用于实现斗轮机作业全自动取煤,所述自动取煤模块包括3D建模、斗轮机定位和PLC;
自动堆煤模块,用于实现斗轮机作业全自动堆煤,所述自动堆煤模块包括3D建模、斗轮机定位和PLC。
优选地,所述编码定位用于大车定位所述编码定位采用绝对值编码器带总线接口,安装于大车,采用多点自动校准装置,精确定位大车位置。在轨道上间隔30米,安装一个校准点,在斗轮机上安装校准接收器,当斗轮机行走过程中,接近预埋在轨道上的校准点时,自动校准大车的位置,且悬臂俯仰采用绝对值编码器带总线接口和回转角度检测采用绝对值编码器带总线接口。
优选地,所述斗轮过载保护模块,斗轮机通过斗轮旋转取煤,斗轮通过斗轮油泵使能的液压系统驱动,斗轮的负荷与斗轮油泵电流大小相匹配,当斗轮电流大于定值延时3秒,斗轮过载保护动作启动,悬臂回转停止。
优选地,所述超声波测距仪安装于大车前后4个支腿,且所述超声波测距仪检测到大车行走方向有障碍物(行人或物件)会锁止大车行进,障碍物移除后,大车继续行走。
优选地,所述冗余定位系统由双绝对值编码器定位系统组成。
优选地,所述取煤流量控制模块中的激光扫描仪安装在悬臂皮带上方,且与PID信号连接。
优选地,所述自动取煤模块和自动堆煤模块的激光扫描仪安装在在悬臂头部左右两侧,在斗轮堆取料机作业期间实时扫描煤垛,建立煤垛3D模型。
优选地,所述自动堆煤模块才用定点堆料方法,包括以下步骤:
S1:把臂架调整到适当高度,在堆料过程中料高检测装置随时检测堆料高度,定位装置检测悬臂高低位置,通过控制悬臂俯仰角度来调整堆煤合适落差;
S2:堆料,可先设定起始点从外侧a开始,堆至一定高度后向内回转一定角度z并停顿一定时间待堆至设定高度H后,再回转一个Z角度,经N个Z角度回转累计完成一个从a到b的大回转堆料过程,b点堆好后斗轮机在后退至d的同时向c点回转,为下一轮从c到d的堆料开始作准备;
S3:以上过程循环重复,直至堆到设定的范围。
相比现有技术,本发明的有益效果为:
1、有效解决了斗轮堆取料机人工作业存在的安全风险高和作业效率低等问题,实现了斗轮堆取料机的全自动控制和无人值守,提高了作业效率和安全性。从提高作业效率降低输煤电耗、无人值守减少人力资源成本、减少设备运行时间降设备维护成本。
2、斗轮堆取料机无人值守控制全面提升了燃煤电厂输煤系统的自动化水平,提升了斗轮堆取料机的安全防护能力,确保输煤系统的的连续可靠运行,节能降耗成效显著。
3、斗轮堆取料机无人值守是智能机器人在电厂实践应用中的有效探索,将操作人员从简单、机械的高强度劳动中解放出来,消除了燃煤挥发气体对人体健康的危害,真正实现科技造福人类。
4、该斗轮机全自动控制系统投入运行后,输煤系统取料上仓时间缩短,取煤效率提高约30%~40%,改善工作环境,降低机械冲击,减少皮带撒煤,智能系统和多重保护系统的投入,进一步提高斗轮堆取料机的可靠性和安全性,同时斗轮堆取料机全自动控制系统完善了煤场动态信息、煤垛ID跟随、精确配比、全程计量、煤种堆损监测等基础数据,为智能燃料的建设奠定了基础。
附图说明
图1为本发明提出的一种斗轮机全自动控制系统的结构示意图;
图2为本发明提出的一种斗轮机全自动控制系统的自动堆料示意图;
图3为本发明提出的一种斗轮机全自动控制系统的自动取料示意图;
图4为本发明提出的一种斗轮机全自动控制系统的自动取煤方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
参照图1-4,一种斗轮机全自动控制系统,包括:
一种斗轮机全自动控制系统,包括:
控制中心,控制中心是用于控制整个系统模块工作的核心,控制中心包括工程师计算机和操作员计算机;
执行处理模块,执行处理模块用于信息处理以及斗轮机终端的操作,执行处理模块包括HMI和PLC;
行走防碰撞模块,行走防装模块用于侦测机器行进路线上的障碍物信息,行走防碰撞模块包括超声波测距仪;
取煤超温保护模块,取煤超温保护模块用于对所取煤进行温度检测和报警,取煤超温保护模块包括红外测温仪;
斗轮过载保护模块,斗轮过载保护模块用于监测斗轮与斗轮油泵的电流,斗轮过载保护模块包括电流检测装置;
精准定位模块,精准定位模块用于对大车和悬臂进行实时精准定位,精准定位模块包括冗余绝对值编码器定位,大车行走轨道、悬臂回转和悬臂俯仰各安装2个编码器,组成冗余定位系统,当冗余的绝对值编码器偏差超过定值,控制中心禁止斗轮机自动作业,同时大车行走每30米设置一个校准点,回转、俯仰设置0位校准点;
作业禁区保护模块,作业禁区保护模块用于对斗轮机悬臂的定位和保护,作业禁区保护模块包括冗余定位系统,冗余定位系统由双绝对值编码器定位系统组成;
实时盘煤模块,实时盘煤模块用于对煤堆的外形和体积进行实时分析,实时盘煤模块包括激光扫描仪、斗轮机定位和3D建模算法,通过2D扫描与煤跺的距离,结合通过精准定位系统计算得出的斗轮机的实时位置,并通过算法计算得出煤跺3D模型;
取煤流量控制模块,取煤流量控制模块用于对所取煤的流量进行控制,取煤流量控制模块包括激光扫描仪,根据斗轮油泵电机电流与斗轮负荷(取煤量)的对应关系,采用PID调节,并通过悬臂流量校核,进行取煤流量控制;
自动取煤模块,用于实现斗轮机作业全自动取煤,自动取煤模块包括3D建模、斗轮机定位和PLC;
自动堆煤模块,用于实现斗轮机作业全自动堆煤,自动堆煤模块包括3D建模、斗轮机定位和PLC。
绝对值编码器定位用于大车定位编码定位采用绝对值编码器带总线接口,安装于大车,采用多点自动校准装置,精确定位大车位置。在轨道上间隔30米,安装一个校准点,在斗轮机上安装校准接收器,当斗轮机行走过程中,接近预埋在轨道上的校准点时,自动校准大车的位置,且悬臂俯仰采用绝对值编码器带总线接口和回转角度检测采用绝对值编码器带总线接口。
斗轮过载保护模块,斗轮机通过斗轮旋转取煤,斗轮通过斗轮油泵使能的液压系统驱动,斗轮的负荷与斗轮油泵电流大小相匹配,当斗轮电流大于定值延时3秒,斗轮过载保护动作,悬臂回转停止。
超声波测距仪安装于大车前后4个支腿,且超声波测距仪检测到大车行走方向有障碍物(行人或物件)会锁止大车行进,障碍物移除后,大车继续行走。
冗余定位系统由双绝对值编码器定位系统组成。
取煤流量控制模块中的激光扫描仪安装在悬臂皮带上方,且与PID信号连接。
自动取煤模块和自动堆煤模块的激光扫描仪安装在在悬臂头部左右两侧,在斗轮堆取料机作业期间实时扫描煤垛,建立煤垛3D模型。
自动堆煤模块才用定点堆料方法,包括以下步骤:
S1:把臂架调整到适当高度,在堆料过程中料高检测装置随时检测堆料高度,定位装置检测悬臂高低位置,通过控制悬臂俯仰角度来调整堆煤合适落差;
S2:堆料,可先设定起始点从外侧a开始,堆至一定高度后向内回转一定角度z并停顿一定时间待堆至设定高度H后,再回转一个Z角度,经N个Z角度回转累计完成一个从a到b的大回转堆料过程,b点堆好后斗轮机在后退至d的同时向c点回转,为下一轮从c到d的堆料开始作准备;
S3:以上过程循环重复,直至堆到设定的范围。
本发明中,通过大车前后4个支腿各安装一个超声波测距仪,且超声波测距仪检测到大车行走方向有障碍物(行人或物件)会锁止大车行进,障碍物移除后,大车继续行走,防止出现意外伤害;
悬臂皮带上方安装红外测温仪,当温度值大于定值,悬臂皮带保护动作,防止自燃状态的煤或温度过高的煤被取上来,增加输煤系统火灾隐患;
精准定位系统采用绝对值编码器,大车行走、悬臂回转、悬臂俯仰各安装2个,组成冗余定位系统,当冗余的绝对值编码器偏差超过定值,禁止斗轮机自动作业,同时大车行走没30米设置一个校准点,回转、俯仰设置0位校准点,定位准确,提高工作的精密度,减少误差;
在悬臂皮带上方安装的激光扫描仪,通过扫描悬臂皮带横切面,获取实时流量,经过PID调节,控制悬臂回转速度,实现恒流取煤,消除“月牙损失”,提升工作效率,避免了人工操作效率低下、精准度低;
通过PLC逻辑组态,可以选择斗轮机作业模式(取料、堆料)→控制电源合闸(远程控制斗轮机控制电源220V)、动力电源合闸(远程控制斗轮机主电源380V开关)→启动斗轮机自动定位程序(斗轮机PLC控制程序会自动根据当前的模式选择、堆场选择以及实时煤场煤堆存煤数据来计算斗轮机自动定位的目标坐标点,也可手动定位)→当斗轮机完成全自动定位程序后(斗轮机的大车位置、悬臂回转位置、悬臂俯仰位置均到达作业启动点)操作界面上定位完成指示灯变红→在集中控制室操作员站上按下“开始作业”按钮,斗轮机随即开始全自动作业,完成全自动堆料流程和全自动取料流程,操作简单,大幅减少了人工成本,极大提升了工作效率。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种斗轮机全自动控制系统,其特征在于,包括:
控制中心,所述控制中心是用于控制整个系统模块工作的核心,所述控制中心包括工程师计算机和操作员计算机;
执行处理模块,所述执行处理模块用于信息处理以及斗轮机终端的操作,所述执行处理模块包括HMI和PLC;
行走防碰撞模块,所述行走防装模块用于侦测机器行进路线上的障碍物信息,所述行走防碰撞模块包括超声波测距仪;
取煤超温保护模块,所述取煤超温保护模块用于对所取煤进行温度检测和报警,所述取煤超温保护模块包括红外测温仪;
斗轮过载保护模块,所述斗轮过载保护模块用于监测斗轮油泵的电流,所述斗轮过载保护模块包括电流检测装置;
精准定位模块,所述精准定位模块用于对大车和悬臂进行实时精准定位,所述精准定位模块冗余绝对值编码器定位;
作业禁区保护模块,所述作业禁区保护模块用于对斗轮机悬臂的定位和保护,所述作业禁区保护模块包括冗余定位系统,所述冗余定位系统由绝对值编码器定位系统组成;
实时盘煤模块,所述实时盘煤模块用于对煤堆的外形和体积进行实时分析,所述实时盘煤模块包括激光扫描仪和3D建模算法;
取煤流量控制模块,所述取煤流量控制模块用于对所取煤的流量进行控制,所述取煤流量控制模块包括PID调节系统;
自动取煤模块,用于实现斗轮机作业全自动取煤,所述自动取煤模块包括3D建模、斗轮机定位和PLC;
自动堆煤模块,用于实现斗轮机作业全自动堆煤,所述自动堆煤模块包括3D建模、斗轮机定位和PLC。
2.根据权利要求1所述的一种斗轮机全自动控制系统,其特征在于,所述用于大车定位所述编码定位采用绝对值编码器带总线接口,安装于大车,采用多点自动校准装置,且在大车轨道上间隔30米,安装一个校准点,且斗轮机上安装有校准接收器,悬臂俯仰采用绝对值编码器带总线接口和回转角度检测采用绝对值编码器带总线接口。
3.根据权利要求1所述的一种斗轮机全自动控制系统,其特征在于,所述斗轮过载保护模块,斗轮通过斗轮油泵液压系统驱动,斗轮的负荷与斗轮油泵电流大小相匹配,当斗轮电流大于定值延时3秒,斗轮过载保护动作启动,悬臂回转停止。
4.根据权利要求1所述的一种斗轮机全自动控制系统,其特征在于,所述超声波测距仪安装于大车前后4个支腿,且所述超声波测距仪检测到大车行走方向有障碍物会锁止大车行进,障碍物移除后,大车继续行走。
5.根据权利要求1所述的一种斗轮机全自动控制系统,其特征在于,所述冗余定位系统由双绝对值编码器定位系统组成。
6.根据权利要求1所述的一种斗轮机全自动控制系统,其特征在于,所述取煤流量控制模块中的激光扫描仪安装在悬臂皮带上方,且与PID信号连接。
7.根据权利要求1所述的一种斗轮机全自动控制系统,其特征在于,所述自动取煤模块和自动堆煤模块的激光扫描仪安装在在悬臂头部左右两侧,在斗轮堆取料机作业期间实时扫描煤垛,建立煤垛3D模型。
8.根据权利要求1所述的一种斗轮机全自动控制系统,其特征在于,所述自动堆煤模块采用定点堆料方法,包括以下步骤:
S1:把臂架调整到适当高度,在堆料过程中料高检测装置随时检测堆料高度,定位装置检测悬臂高低位置,通过控制悬臂俯仰角度来调整堆煤合适落差;
S2:堆料,可先设定起始点从外侧a开始,堆至一定高度后向内回转一定角度z并停顿一定时间待堆至设定高度H后,再回转一个Z角度,经N个Z角度回转累计完成一个从a到b的大回转堆料过程,b点堆好后斗轮机在后退至d的同时向c点回转,为下一轮从c到d的堆料开始作准备;
S3:以上过程循环重复,直至堆到设定的范围。
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