料場刮板機(jī)無人化自動(dòng)控制系統(tǒng)

王節(jié)亮 聞?dòng)?王浩

大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司 遼寧大連 116 035

1 總體介紹

依托某無人化料場改造項(xiàng)目開展實(shí)施，范圍為料場中4臺(tái)半門式刮板取料機(jī)+2臺(tái)23米移動(dòng)卸料車、配料倉中的2臺(tái)卸料車以及相關(guān)的12條皮帶。

料場采用移動(dòng)卸料車+半門式刮板取料機(jī)進(jìn)行堆料和取料。堆料設(shè)備采用的是移動(dòng)卸料車，取料設(shè)備采用的是半門式刮板取料機(jī)。該取料機(jī)門架為L型結(jié)構(gòu)，軌道高低布置[1]。刮板機(jī)通過卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的鋼絲繩實(shí)現(xiàn)上下旋轉(zhuǎn)。門架坐在行走機(jī)構(gòu)上。設(shè)備帶動(dòng)刮板機(jī)沿著軌道前后行走，將料堆的料取入出料皮帶上運(yùn)走，兩邊共15+16個(gè)倉位。

2 改造技術(shù)方案

2.1 刮板取料機(jī)本體改造方案

2.1.1 刮板機(jī)定位系統(tǒng)

采用格雷母線進(jìn)行刮板取料機(jī)走行距離檢測，檢測精度可達(dá)到10mm。另外，根據(jù)編碼電纜檢測到的位置值，進(jìn)行料格的判斷。

2.1.2 大臂升降角度檢測。

刮板機(jī)取料時(shí)俯仰機(jī)構(gòu)傾斜角度直接決定了取料量和刮板電機(jī)負(fù)荷。通過編碼器實(shí)現(xiàn)俯仰機(jī)構(gòu)工作時(shí)傾斜角度的檢測。

2.1.3 刮板機(jī)取料料流檢測及防取料偏析

在刮板取料機(jī)原有料流檢測的基礎(chǔ)上在刮板下料口處安裝2D激光掃描儀，在取料時(shí)用于實(shí)時(shí)檢測取料料流，便于系統(tǒng)建立取料模型，控制取料料流[2]。

2.2 料場自動(dòng)盤庫功能

三維掃描系統(tǒng)，用于掃描堆、取料作業(yè)時(shí)料格內(nèi)物料堆垛的變化，在作業(yè)過程及作業(yè)結(jié)束后掃描獲取實(shí)時(shí)圖像信號(hào)進(jìn)行料堆三維圖像采集、傳輸和存儲(chǔ)，繪制3D料場模型，可打印上傳，系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果及3D模型，自動(dòng)生成物料盤點(diǎn)報(bào)表并上傳MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)料場盤庫的數(shù)字化。

2.3 設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)

監(jiān)測設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)，建立故障預(yù)警模型，對(duì)可能產(chǎn)生的故障，在預(yù)定的情況下做出預(yù)警，提醒監(jiān)控人員進(jìn)行處理。

對(duì)料場各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括運(yùn)行速度、電機(jī)的電流、電壓、轉(zhuǎn)矩及各元器件狀態(tài)等。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析整理留接口，此接口能和需要這些數(shù)據(jù)的設(shè)備用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信[3]。

所有與保護(hù)相關(guān)的檢測元件如皮帶的撕裂、跑偏、堵料限位、防撞限位等。

重要運(yùn)行數(shù)據(jù)如：走行的位置、刮板俯仰角度等。

重要部件運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)：斷路器、接觸器、主令控制器指令、制動(dòng)器開閘等；

故障信號(hào)：電氣聯(lián)鎖、機(jī)械過載、熱過載、限位保護(hù)、超速等；

2.4 無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

每臺(tái)刮板取料機(jī)和23米卸料小車均安裝2臺(tái)無線電臺(tái)，一臺(tái)用于傳輸控制信號(hào)，一臺(tái)用于傳輸視頻?？刂朴脽o線電臺(tái)為帶冗余功能，接2付雙極化全向天線，分別和作業(yè)區(qū)2端的無線基站進(jìn)行通信，保證傳輸穩(wěn)定性，掉線時(shí)可自動(dòng)切換另外一路。2臺(tái)基站通過光纜進(jìn)行連接，匯聚到漫游控制AC，然后接入到地面匯聚交換機(jī)中。視頻采用非冗余無線通訊網(wǎng)絡(luò)。

2.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

對(duì)刮板取料機(jī)和23米卸料小車視頻監(jiān)控改造，在設(shè)備及廠房內(nèi)安裝攝像頭，滿足生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控。每臺(tái)刮板取料機(jī)安裝4臺(tái)攝像頭，用于監(jiān)測刮板、皮帶、大臂、料堆。每臺(tái)卸料小車安裝2臺(tái)攝像頭：用于監(jiān)測料堆、皮帶。料場固定端兩側(cè)各安裝6臺(tái)攝像頭，對(duì)于整個(gè)料場全貌進(jìn)行監(jiān)控。整個(gè)C型料場共配置30個(gè)攝像頭。

2.6 二級(jí)系統(tǒng)

在中控室操作臺(tái)設(shè)置1臺(tái)操作站，由三臺(tái)工控機(jī)組成，用于設(shè)備綜合調(diào)度管理。料倉選擇、設(shè)備選擇、取料機(jī)自動(dòng)運(yùn)行、卸料小車自動(dòng)運(yùn)行和皮帶機(jī)運(yùn)行均通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度管理。同時(shí)具備設(shè)備狀態(tài)顯示、分析和簡單的診斷功能，具備遠(yuǎn)程操作功能。

2.6.1 生產(chǎn)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)原理

根據(jù)來料出料計(jì)劃進(jìn)行物料堆放場地分配以及堆料、取料作業(yè)流程選擇和排程。初期可采用人工方式制定作業(yè)計(jì)劃并下達(dá)作業(yè)指令進(jìn)行料場生產(chǎn)調(diào)度，后期需根據(jù)三級(jí)或其他二級(jí)系統(tǒng)發(fā)來電子計(jì)劃完成。將整個(gè)C型料場作為一個(gè)整體考慮，確定來料和出料信息（輸入和輸出），料場內(nèi)部各設(shè)備分配由本料場管理系統(tǒng)完成。

2.6.2 料場管理平臺(tái)的功能

（1）堆取作業(yè)任務(wù)管理。根據(jù)實(shí)際需求自動(dòng)生成或者控制人員人為編寫堆、取料作業(yè)任務(wù)，運(yùn)行人員根據(jù)任務(wù)執(zhí)行相應(yīng)的作業(yè)。對(duì)物料的堆放、抓取計(jì)劃和計(jì)劃執(zhí)行情況實(shí)時(shí)記錄，對(duì)作業(yè)過程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄，確保作業(yè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和歷史可溯。

通過卸料車和取料機(jī)高精度定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)位置識(shí)別，在料場坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確堆、取料的目標(biāo)，同時(shí)采集進(jìn)料場、出料場皮帶秤計(jì)量數(shù)據(jù)、堆取料機(jī)實(shí)時(shí)位置，準(zhǔn)確的控制取料機(jī)的位置和生產(chǎn)料流。

（2）料堆入場管理。物料進(jìn)入料場后，依據(jù)實(shí)際來料情況、料場各分區(qū)料堆堆放物料品種及來料特性，自動(dòng)生成卸料方案。用戶可根據(jù)實(shí)際情況判定及修改，最終制定準(zhǔn)確、合理的方案。并對(duì)卸料作業(yè)情況實(shí)時(shí)進(jìn)行跟蹤，反饋實(shí)際堆放執(zhí)行情況。

2.6.3 料場測量及盤庫

采用三維測量技術(shù)可以通過三維掃描獲取料堆外形輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，不僅可以計(jì)算出準(zhǔn)確的料堆體積，進(jìn)而計(jì)算料堆質(zhì)量，還可以使用三維成像技術(shù)繪制出料堆的外形輪廓，為實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)無人化控制提供支持。

3 結(jié)語

本文以大型機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備的智能化無人化改造為主要研究對(duì)象，以某料場智能化無人化改造項(xiàng)目為依托，將機(jī)器視覺、云平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)通信、三維成像、管理調(diào)度系統(tǒng)等跨界技術(shù)與電氣、嵌入式應(yīng)用等工業(yè)技術(shù)結(jié)合，以解決用戶“痛點(diǎn)”問題為突破口，實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)，具有很高的技術(shù)創(chuàng)新性，極具市場推廣價(jià)值。