CN213678924U - 一种堆取料机无人值守系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及堆取料机控制技术领域，公开了一种堆取料机无人值守系统，包括:安装在所述堆取料机上的PLC控制器，与所述PLC控制器通信连接的服务器，以及与所述服务器通信连接的定位设备和激光扫描设备；所述定位设备包括分别安装在所述堆取料机上的编码器和俯仰测量装置，所述编码器和所述俯仰测量装置均用于定位所述堆取料机；所述激光扫描设备安装在所述堆取料机上，用于获取料堆表面的三维数据。本实用新型通过定位设备和激光扫描设备发送的数据制定控制计划，并下发控制指令至PLC控制器，进而控制堆取料机进行堆取料，实现堆取料机无人值守状态下的智能堆取料。

Description

一种堆取料机无人值守系统

技术领域

本实用新型涉及堆取料机控制技术领域，具体涉及一种堆取料机无人值守系统。

背景技术

目前，散料堆取料机是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，广泛应用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等散料(矿石、煤、焦炭、砂石)存储料场的堆取作业。

现有技术中的大部分料场都采用的是露天料场，其中的散料堆取料设备工作模式几乎都是传统的手动控制模式，需要司机在司机室进行操作。随着国家对环境保护的重视，露天料场将逐渐减少，越来越多的料场将采用封闭式棚架结构，将会对封闭料场中工作人员带来极大地安全和健康隐患。另一方面堆取料设备无人化的技术已经成熟，也将大大促进料场向无人值守方向的发展。

现有的堆取料机司机手动控制模式主要存在以下问题：

1、目前的工业市场，人力成本不断升高。

2、生产时，料控与堆取料机司机通过对讲机通话来确认堆取料机具体作业指令以及实现实时状态的反馈，控制精度较差。司机就地手动操作堆取料机时，需要靠眼睛盯住现场并靠手柄不停的操作，这样做的弊端在于劳动强度大，时间长了司机容易疲劳，易造成安全事故。

3.随着人们对工作环境要求的提高以及对自身健康的关注，大部分人已不愿再从事一些环境恶劣且危险性高的工作。而封闭料场有害气体、粉尘较多，长期在这种工作环境下势必会引起各种呼吸道疾病。

实用新型内容

本实用新型提供了一种堆取料机无人值守系统，用于解决现有技术中人工控制堆取料机劳动强度大、工作效率低以及危害人体健康的技术问题。

本实用新型提供如下技术方案：一种堆取料机无人值守系统，包括:

安装在所述堆取料机上的PLC控制器，与所述PLC控制器通信连接的服务器，以及与所述服务器通信连接的定位设备和激光扫描设备；所述定位设备包括分别安装在所述堆取料机上的编码器和俯仰测量装置，所述编码器和所述俯仰测量装置均用于定位所述堆取料机；所述激光扫描设备安装在所述堆取料机上，用于获取料堆表面的三维数据。

进一步的，所述堆取料机无人值守系统还包括冗余定位设备，所述冗余定位设备包括设置在料场中的定位基站和安装在所述堆取料机上的移动定位标签。

进一步的，所述编码器为绝对值编码器，所述绝对值编码器包括行走轮和两组感应组件；所述行走轮两侧通过固定轴套接有行走轮固定块，所述行走轮固定块顶端安装有连接底座，所述行走轮的一个侧面安装有轴承固定板；两组感应组件平行设置，其中一组所述感应组件安装在所述轴承固定板上。

进一步的，所述激光扫描设备为三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪为两组，其中一组安装在堆料机的悬臂前端，另一组安装在取料机中心桁架的两端。

进一步的，所述系统还包括：安全防护装置，所述安全防护装置包括UWB 定位装置以及激光雷达检测装置；所述UWB定位装置包括安装在所述堆取料机横梁上的定位芯片，用于监测进入定位区域的障碍物；所述激光雷达检测装置包括安装在所述堆取料机行车方向上的两组激光雷达，其中一组激光雷达安装在所述堆取料机的机头上，另一组激光雷达安装在所述堆取料机的机尾上。

进一步的，所述安全防护装置还包括分别安装在所述堆取料机前进侧横梁上的激光测距传感器、超声测距传感器。

进一步的，所述堆取料机上还安装有一级报警装置和二级报警装置，用于在所述安全防护装置检测到危险时进行报警。

进一步的，所述系统还包括与所述服务器通信连接的视频监视设备，所述视频监视设备包括多个安装在所述堆取料机上和料场中的数字网络摄像头。

进一步的，所述系统还包括与所述服务器通信连接的集中控制设备，所述集中控制设备包括用于显示所述数字网络摄像头拍摄影像的显示模块。

进一步的，所述服务器与所述PLC控制器、所述定位设备和所述激光扫描设备通过光纤光缆和/或无线方式连接。

本实用新型具备以下有益效果：通过安装在堆取料机上的定位设备实现对堆取料机精确定位，并将位置信息发送至服务器，服务器通过计算堆、取料机的行走、俯仰、旋回值，并作为激光扫描设备成像、计算、控制的依据；通过安装在堆取料机上的激光扫描设备获取料堆表面的三维数据，并发送至服务器，通过进行空间数学变换得到料堆三维数据，实现料堆的三维成像；服务器根据定位设备和激光扫描设备发送的数据制定控制计划，并下发控制指令至PLC控制器，进而控制堆取料机进行堆取料，实现堆取料机无人值守状态下的智能堆取料。

附图说明

图1是本实用新型一种堆取料机无人值守控制系统的模块示意图；

图2是本实用新型中堆取料机的结构示意图；

图3是本实用新型堆取料无人值守控制系统第一视角装设位置示意图；

图4是本实用新型堆取料无人值守控制系统第二视角装设位置示意图；

图5是本实用新型中绝对值编码器的结构示意图；

图6是本实用新型中UWB定位芯片的定位区域示意图；

图7是本实用新型中激光雷达检测区域示意图。

图中，1-PLC控制器；2-服务器；3-定位设备；31-编码器；311-行走轮； 312-感应组件；313-行走轮固定块；314-连接底座；315-轴承固定板；32-俯仰测量装置；4-激光扫描设备；5-冗余定位设备；51-定位基站；52-移动定位标签；6-安全防护装置；61-UWB定位装置；62-激光雷达检测装置；63-激光测距传感器；64-超声测距传感器；7-一级报警装置；8-二级报警装置；9- 视频监视设备；10-集中控制设备。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

实施例

请结合参见图1-7，一种堆取料机无人值守系统，包括:安装在所述堆取料机上的PLC控制器1，与所述PLC控制器1通信连接的服务器2，以及与所述服务器2通信连接的定位设备3和激光扫描设备4；所述定位设备3包括分别安装在所述堆取料机上的编码器31和俯仰测量装置32，所述编码器31和所述俯仰测量装置32均用于定位所述堆取料机；所述激光扫描4设备安装在所述堆取料机上，用于获取料堆表面的三维数据。

在本实用新型实施例中，所述服务器2是整个系统的心脏，所有控制逻辑、储量算法、流量数据模型、安防策略均设置在所述服务器2的软件构架中，现场只需要对现有的取料机设备的PLC系统进行闭环控制，软件中绑定相应的执行信号，通过软件平台下发指令，控制取料机设备进行无人化、智能化操作。

在本实用新型实施例中，所述服务器2与所述PLC控制器、所述定位设备3和所述激光扫描设备4通过光纤光缆和/或无线方式连接，通过所述服务器2与地面堆取料机之间工业以太网及工业控制网的链路，实现系统间信息数据交换、共享。

在本实用新型实施例中，所述堆取料机无人值守系统还包括冗余定位设备5，所述冗余定位设备包括设置在料场中的定位基站51和安装在所述堆取料机上的移动定位标签52。优选的，所述编码器31为绝对值编码器，所述绝对值编码器包括行走轮311和两组感应组件312；所述行走轮311两侧通过固定轴套接有行走轮固定块313，所述行走轮固定块313顶端安装有连接底座 314，所述行走轮311的一个侧面安装有轴承固定板315；两组感应组件312 平行设置，其中一组所述感应组件312安装在所述轴承固定板315上。通过所述绝对值编码器结合所述俯仰测量装置，计算堆、取料机的行走、俯仰、旋回值，并作为所述激光扫描设备扫描成像、计算、控制的依据。该系统由安装在堆、取料机上的行走、回旋绝对值编码器31以及俯仰测量装置32实现主定位系统，同时通过在现场布置定位基站51和在堆、取料机上安装移动定位标签52，作为冗余定位系统备用，两套系统相互较正。系统解析计算得到的堆、取料机位置数据通过现场总线或EthernetTCP/IP网关接入系统。

在本实用新型实施例中，所述激光扫描设备4为三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪为两组，其中一组安装在堆料机的悬臂前端，另一组安装在取料机中心桁架的两端。本实用新型实施例通过所述三维激光扫描仪获取料堆表面三维数据，开发自动化堆、取料控制模型。通过安装在堆料机悬臂前端和取料机中心桁架两端的三维激光扫描仪获取料堆表面数据，进行空间数学变换得到料堆三维数据，实现料堆的三维成像。利用料堆三维图像数据，计算出堆料落料点，料堆高度、宽度、长度、取料作业每层切入点、旋臂旋回角度、开层长度等数据，为实现自动堆、取料功能提供数据依据。

在本实用新型实施例中，所述系统还包括：安全防护装置，所述安全防护装置包括UWB定位装置61以及激光雷达检测装置62；所述UWB定位装置 61包括安装在所述堆取料机横梁上的定位芯片，用于监测进入定位区域的障碍物；所述激光雷达检测装置62包括安装在所述堆取料机行车方向上的两组激光雷达，其中一组激光雷达安装在所述堆取料机的机头上，另一组激光雷达安装在所述堆取料机的机尾上。优选的，所述安全防护装置还包括分别安装在所述堆取料机前进侧横梁上的激光测距传感器63、超声测距传感器64。

在本实用新型实施例中，通过采用所述UWB定位装置61进行监测、所述激光雷达防碰撞2种结合的方式对料、取料机进行实时防碰撞监控，对设备采用一级报警提示，二级报警停车的两重防护，确保设备的安全作业。同时，在料场调度室和均化库西侧运行值班室的上位机画面设置急停按钮(软开关)。在料场调度室和均化库西侧运行值班室的操作台上面设置急停按钮(急停开关)。堆、取料机电气室PLC柜门上设置急停按钮。堆、取料机司机室操作台上设置急停按钮。保证设备在控制信号故障、通讯故障的情况下和紧急状况下，能安全停机。

在本实用新型实施例中，所述激光雷达防碰撞的工作流程理具体如下：

首先，激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。在本实用新型实施例中，在堆、取料机前后行走方向上左右两侧共安装4套激光雷达检测装置，其中，大车前行时前方2套激光雷达检测装置起作用。其中，超声波检查3m范围内的行人或者障碍物，由于激光雷达表面的信号收发器是有一定频率振动的，因此，激光雷达监测装置可以应用在高粉尘环境下。当堆取料机后退时后面2套激光雷达检测装置起作用。当斗轮机作业过程中激光雷达监测装置检测到行人或障碍物时，大车自动停止行走，行人离开或障碍物撤除后应恢复行走，有效防止安全事故的发生。

优选的，本实用实施例中的激光雷达采用激光扫描仪，激光扫描仪是基于光学二维扫描和激光测距原理，实现半径最大15米、角度190°的二维区域防护。扫描仪的防区包括保护区域和告警区域。保护区最大半径可达6米，可靠探测反射率低至1.8％的深里色物体；告警区半径最大15米，可靠探测反射率20％以上的物体。

相关标识的含义如下表：

标识	含义	备注
			1	配置的告警轮廓	通过配置软件配置
2	配置的保护区域轮廓	通过配置软件配置
			3	保护区域内的障碍物或人	最小检测物体直径7cm
4	LSPD型安全激光扫描仪
			PF	最大保护区域	7m@1.8％反射率
WF	最大告警区域	15m@20％反射率
			M	最大测量范围	50m@10％反射率

首先设定保护区域，以安装在横梁上定位芯片为圆心，20米左右距离为半径，在该区域(红色以外区域)外认为是安全区域。当带有移动标签的人 (一般安装在安全帽上)或者作业设备进入安全检测区域，系统通过UWB系统，自动定位该移动标签与作业设备的相对距离和位置，然后根据堆取料机作业情况和移动方向判断是否安全。当移动标签位置进入保护区域，现场通过安装在堆取料机上的声光报警器进行预警。当移动标签位置与作业设备后者行走轮位置不断靠近时，系统会自动停止作业，直到移动标签离开作业区域位置，避免安全事故。

在本实用新型实施例中，所述激光测距传感器7安装于堆取料机前进侧横梁上，均匀安装3组，用于检测料堆与设备的距离，防止抓斗与料堆碰撞。优选的，本实用新型实施例中采用中程激光测距传感器，测量量程 100mm-3500mm。激光测距传感器7通过记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，可测定到目标点的距离，实现非接触远距离测量。具有速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强的特点。

相关技术参数如下：

·测量范围：100mm-5300mm，18％反射比

·重复精度：0.5mm-5mm

·测量准确度：-10mm—+10mm

·响应时间：2.5ms—96.5ms

·IO-Link：V1.0(流程数据，参数设定，诊断)

·模拟输出端：4-20mA/0-10V

·工作温度：-30℃—65℃

·电源：12-24V DC

·接口：RS485/RJ45(以太网)

在本实用新型实施例中，所述超声波测距传感器8安装于堆取料机横梁上，用于检测取料机抓斗靠近两侧导轨的距离，防止碰撞。优选的，本实用新型实施例采用对污垢、灰尘及雾气的影响不敏感的UM30-2型超声波传感器，测量量程60mm-600mm。

相关技术参数如下：

·供电电压：DC 9V-30V

·功耗：≤2.4W

·防护等级：IP67

·测量范围：60mm-600mm

·分辨率：≥0.18mm

·重复精度：±0.15％

·准确度：±1％

·响应时间：64ms

·开关频率：12HZ

·输出时间：16ms

·超声波频率(标准值)：400kHZ

·数字输出：4-20mA

·运行环境温度：-40℃-85℃。

在本实用新型实施例中，所述述堆取料机上还安装有一级报警装置和二级报警装置，用于在所述安全防护装置检测到危险时进行报警。其中，所述报警装置可以声光报警器。

在本实用新型实施例中，所述系统还包括与所述服务器通信连接的视频监视设备，所述视频监视设备包括多个安装在所述堆取料机上和料场中的数字网络摄像头。

在本实用新型实施例中，所述系统还包括与所述服务器通信连接的集中控制设备，所述集中控制设备包括用于显示所述数字网络摄像头拍摄影像的显示模块。

优选的，在本实用新型实施例中，通过设置急停按钮，分别是：在料场调度室和均化库西侧运行值班室的上位机画面设置急停按钮开关、在料场调度室和均化库西侧运行值班室的操作台上面设置急停按钮、堆、取料机电气室PLC柜门上设置急停按钮以及在堆、取料机司机室操作台上设置急停按钮。在远程操控的工作人员若发现紧急情况，可以通过控制急停按钮，控制堆取料机的制动，以防止危险发生。

本实用新型实施例通过安装在堆取料机上的定位设备实现对堆取料机精确定位，并将位置信息发送至服务器，服务器通过计算堆、取料机的行走、俯仰、旋回值，并作为激光扫描设备成像、计算、控制的依据；通过安装在堆取料机上的激光扫描设备获取料堆表面的三维数据，并发送至服务器，通过进行空间数学变换得到料堆三维数据，实现料堆的三维成像；服务器根据定位设备和激光扫描设备发送的数据制定控制计划，并下发控制指令至PLC控制器，进而控制堆取料机进行堆取料，实现堆取料机无人值守状态下的智能堆取料。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，包括:安装在所述堆取料机上的PLC控制器，与所述PLC控制器通信连接的服务器，以及与所述服务器通信连接的定位设备和激光扫描设备；所述定位设备包括分别安装在所述堆取料机上的编码器和俯仰测量装置，所述编码器和所述俯仰测量装置均用于定位所述堆取料机；所述激光扫描设备安装在所述堆取料机上，用于获取料堆表面的三维数据。

2.根据权利要求1所述的一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，所述堆取料机无人值守系统还包括冗余定位设备，所述冗余定位设备包括设置在料场中的定位基站和安装在所述堆取料机上的移动定位标签。

3.根据权利要求1所述的一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，所述编码器为绝对值编码器，所述绝对值编码器包括行走轮和两组感应组件；所述行走轮两侧通过固定轴套接有行走轮固定块，所述行走轮固定块顶端安装有连接底座，所述行走轮的一个侧面安装有轴承固定板；两组感应组件平行设置，其中一组所述感应组件安装在所述轴承固定板上。

4.根据权利要求1所述的一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，所述激光扫描设备为三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪为两组，其中一组安装在堆料机的悬臂前端，另一组安装在取料机中心桁架的两端。

5.根据权利要求1所述的一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，所述系统还包括：安全防护装置，所述安全防护装置包括UWB定位装置以及激光雷达检测装置；所述UWB定位装置包括安装在所述堆取料机横梁上的定位芯片，用于监测进入定位区域的障碍物；所述激光雷达检测装置包括安装在所述堆取料机行车方向上的两组激光雷达，其中一组激光雷达安装在所述堆取料机的机头上，另一组激光雷达安装在所述堆取料机的机尾上。

6.根据权利要求5所述的一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，所述安全防护装置还包括分别安装在所述堆取料机前进侧横梁上的激光测距传感器、超声测距传感器。

7.根据权利要求5或6任一所述的一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，所述堆取料机上还安装有一级报警装置和二级报警装置，用于在所述安全防护装置检测到危险时进行报警。

8.根据权利要求1所述的一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，所述系统还包括与所述服务器通信连接的视频监视设备，所述视频监视设备包括多个安装在所述堆取料机上和料场中的数字网络摄像头。

9.根据权利要求8所述的一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，所述系统还包括与所述服务器通信连接的集中控制设备，所述集中控制设备包括用于显示所述数字网络摄像头拍摄影像的显示模块。

10.根据权利要求1所述的一种堆取料机无人值守系统，其特征在于，所述服务器与所述PLC控制器、所述定位设备和所述激光扫描设备通过光纤光缆和/或无线方式连接。

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