许亮
上海华电电力发展有限公司望亭发电分公司 江苏省苏州市 215155
摘要：本文主要介绍了国内斗轮机控制系统的发展以及一种新型的斗轮堆取料机智能远程控制管理系统。该处理系统通过对执行的任务和反应堆取料机上各种传感器返回的数据进行数据处理。设备相关自动控制指令经控制系统处理形成后发出，完成斗轮堆取料机自动运行。
关键词:斗轮堆取料机；智能控制系统；研究策略
引言： 斗轮堆取料机是用于码头、电厂、露天矿场散料转运的一种高效的装卸设备。目前大部分斗轮堆取料机采用“驾驶室手动”操作模式，堆取料机精度低，运行管理效率低。斗轮堆取料机是一种露天储存设备，现场的灰尘会极大地遮挡司机的视线，尤其是在夏季多雨、多雾、夜间等恶劣环境下，容易发生事故。随着科学技术的发展，数据处理技术和检测技术都有了很大的进步。基于此，本文提出了一种提高效率和安全性的斗轮堆取料机自动运行控制系统。
一、斗轮堆取料机控制的发展
1.1单机手动控制阶段
从20世纪60年代到70年代，斗轮堆取料机主要由两组分立的自动继电器、接触器和多芯电缆等组成。控制管理系统软件中的自动位置检测和自动控制保护开关仍处于初步设计阶段，主要使用简单的机械控制开关，检测操作精度和保护性能水平较低。斗轮堆取料机的所有监控和操作只能是驾驶室内单个司机的现场监控和操作，不能满足多个系统之间同时联锁操作的要求。堆取料机和现场监控管理中心通过多芯电缆连接继电器电路实现。监控管理中心对设备的内部监控操作只能通过传统的监控模拟器和仪表板来实现，信息和数据的传输需要手动实现。这种控制系统由于电路复杂、体积庞大、自动化程度低，很难完全满足大型自动化设备生产线的要求。
1.2半自动控制阶段
该阶段堆取料机的设计中引入了各种可编程控制器和变频器。由于PLC及变频器的广泛使用，大量减少了接触器、继电器与控制电缆，降低了堆取料机的实际功耗，但其稳定性和工作效率也有了很大提高。
堆取料机的正常运行主要由机车司机手动控制，但同时程控上位机也有一定的自动控制权限。比如程控室可以直接控制堆取料机的启动和停止、大车的行走、与其他设备的联锁动作等。这些控制操作可以不经司机室人员允许直接进行。相反，当司机执行一些控制动作来操作堆取料机时，他必须首先通过程控室的系统授权控制，但这种授权控制操作模式仅限于堆取料机的简单控制操作。
1.3自动控制阶段
在大型火力发电厂、钢厂和现代港口中，需要大型料场来容纳大量散装材料。这些散装材料的运输和转移设备需要多个同时工作的堆取料机支持，以满足这一需求，还需要公司配备大量专业司机来协助操作这些运输设备。因此，为了有效适应高度自动化的设备生产，有效降低设备人工成本，改善司机工作环境，稳步提高工作效率等。诞生了堆取料机的高度自动化控制。
自动控制系统是指在用户发出各种堆取料任务后，无需任何控制即可自动装卸散装物料。工人甚至可以通过自动监控系统在程控室实时监控和自动控制斗轮堆取料机的工作情况。
二、斗轮堆取料机智能控制系统的设计
2.1自动堆料和拣选
2.1.1自动取料
生成整个料场整体部分的三维图后，可以快速准确地确定各部分重要起止节点具体位置、高度、宽度、外部料场结构整体形状等各种相关数据信息。从而在每次悬臂取料操作过程中，确定悬臂到每个指定角度边界时的底层角度，为我们判断和确定每次到达底层的指定角度边界的悬臂角度、尺寸和方向提供了重要依据。
2.1.2自动堆叠
在物料处理过程中，堆取料机每一步的后续堆放处理动作都必须依靠负责检测是否达到预设堆放高度的测量仪器。也就是说，只有当其堆放高度检测器达到预设的堆放高度值时，该堆取料机才能立即开始堆放，进行后续的下一个堆放处理动作。主要元件包括一个电子料位计，可以直接检测和组合各种电子传感器，如无线电、磁力或超声波等。
电子传感器技术可以大大提高堆料测量高度的控制精度和堆料检测量的可靠性。
2.2桩形模型的计算
利用边界测量原理模型，可以在机器取料周期时自动控制角度控制范围，操作过程人员可以在远程控制屏幕上自动修正机器取出料位周期时的角度控制范围，从而取出物料进行堆取料等控制动作，也可以由机器手动远程操作。
三、取料控制原则
3.1旋转分层分段取料
首先转动堆取料机，在物料顶层堆放斗轮。然后转动斗轮取出物料。斗轮旋转一个操作范围，大车行走一个固定值。旋转的剩余时间由料堆的剩余长度决定。取一层物料后，换另一层物料继续。大车的行走距离由给定值决定。物料取到底层后，重新进行换料操作，另一段按照工艺规定的时间要求重新取料。
3.2旋转分层非分段取料
旋转堆料作业的分层不同于分段堆料。这种新型的旋转分层堆料的方式，具有最高的堆料效率。它能有效避免由于部分堆料的倒塌而引起的过载，从而大大减少堆料设备的严重损坏。
3.3定点斜坡上取料
定点斜坡取料是一种“堆码优先、取料优先、间歇作业”的取料方式，效率较低。在取料作业过程中容易造成料堆坍塌，导致斗轮和悬臂架超载。根据斗轮堆取料机的自动取料控制和料堆本身的特点，本次设计的中决定采用旋转式分层取料。这种取料方式可以保证取料的安全性和效率。
四、自动取料控制
4.1堆取机构实时位置
为了获得堆取料机的俯仰、悬臂转动和大车行走机构的实际位置，在这些机构上安装了绝对值编码器，绝对值编码器实时更新的位置信息发送给可编程控制器，经处理后可获得其绝对物理坐标，这也是堆取料机各机构实现自动对准的基础。
4.2堆栈扫描模式
在自动取料中，料堆的扫描分为：整体扫描和实时扫描两种方式。
整体扫描：这种扫描方式应用于开始准备阶段，调整斗轮位置使其上升到最高位置，防止行走时与料堆碰撞。扫描仪可以针对所有需要图像扫描的料块和料堆，控制大车电机沿着运行轨迹穿过整个料堆，使图像扫描仪可以扫描整个料堆的表面，并对整个料堆内部进行完整的图像扫描。扫描的数据可用于分析、形成和生成新的材料堆的3D结构模型，或者更新先前的3D模型。
实时扫描：这种扫描方式主要用于堆料过程。在取料过程中，实时扫描操作区域，获取该区域的实时数据，实时更新堆料的形状。
4.3堆取料机自动对准
根据堆取料机切入点的坐标，通过可编程控制器控制实现堆取料机的自动对准。每个机构的实际坐标位置可以通过安装在其上的绝对值编码器来测量。为了防止绝对值编码器的累积误差，必须有相应的校正装置。
在自动控制过程中，可以采用分段控制的移动方式。当距离较远时，大车运行较快，当距离较近时，大车在移动的过程中运行较慢，从而实现快速对准。这种控制方式可以提高对准效率，保证对准精度。其他机构的定位控制，如转弯和俯仰，类似于手推车的定位。
结束语
本文重点介绍了国内斗轮堆取料机技术发展演变过程中，自动控制堆取料系统应用技术的研究与开发。然后，详细阐述了近年来广泛发展和应用的新型结构激光技术与工业计算机系统相结合的自动堆取料机的具体控制操作原则和物料控制操作。希望本文能给那些想进一步了解自动控制斗轮堆取料机的朋友提供一些帮助。
参考文献：
[1]陈泽,沈振军.斗轮堆取料机智能控制系统研究[J].计量与测试技术,2017,44(12):6-8.
[2]罗鹏. 斗轮堆取料机智能润滑应用技术研究[D].湖南师范大学,2015.