本發(fā)明涉及一種智能化全自動堆取料機，屬于散狀物料輸送技術領域和自動化技術領域。

背景技術：

自20世紀50年代開始，國外就采用連續(xù)堆取料工藝取代抓斗、鏟車等低效率設備，堆取料機開始在散貨搬運工作中起著重要作用。1966年大連工礦車輛廠設計了中國第一臺堆取料機，并于1968年在攀枝花鋼廠投入使用。20世紀80年代，中國開始改革開放，引進國外先進技術，合作制造，這是堆取料機的繁榮時期，在這時期，積累了經驗，設計、制造與檢驗水平有了很大進步。20世紀90年代末，我國已具備了自主設計開發(fā)大型堆取料機的能力。進入21世紀，國內的堆取料機設計制造能力已經與國外發(fā)達國家相當，基本滿足國內用戶的要求，完全可以取代國外進口的同類產品。

然而，堆取料機實現(xiàn)自動化的難度非常大！如果堆取料機能夠實現(xiàn)全自動化，則整個料場系統(tǒng)的自動化就很容易實現(xiàn)，就可提高生產效率、減少污染、降低成本、減少故障率，保證整個電廠的高效運行。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種智能化全自動堆取料機控制裝置，其具有典型堆取料智能模型功能、料堆形狀識別功能、自身位置識別功能、自動檢測和保護功能以及完備的中控功能。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：一種智能化全自動堆取料機控制裝置，包括：中央處理服務器、中控遠程PLC系統(tǒng)、堆取料機PLC系統(tǒng)、人機HMI操作界面以及激光掃描系統(tǒng)，其中，所述中控遠程PLC系統(tǒng)與所述中央處理服務器相連接，所述堆取料機PLC系統(tǒng)與所述中央處理服務器、所述中控遠程PLC系統(tǒng)分別連接，所述人機HMI操作界面與所述中央處理服務器、所述中控遠程PLC系統(tǒng)、所述堆取料機PLC系統(tǒng)分別連接，所述激光掃描系統(tǒng)與所述中央處理服務器相連接；所述智能化全自動堆取料機控制裝置中的連接皆是通過智能化遠程通訊網絡，包括工業(yè)現(xiàn)場總線網絡、工業(yè)以太網和/或工業(yè)電視網絡。

在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。

優(yōu)選地，所述中央處理服務器包括數(shù)據(jù)服務器和圖像服務器。

優(yōu)選地，在所述數(shù)據(jù)服務器中安裝有中控防碰撞系統(tǒng)，保證在多臺堆取料機同步作業(yè)的情況下，避免堆取料機碰撞。

優(yōu)選地，在所述圖像服務器中安裝有三維圖像處理系統(tǒng)，將所述激光掃描系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進行整合和計算，轉化為料堆三維圖像與料堆盤點數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述激光掃描系統(tǒng)包括多個用于掃描作業(yè)料堆的激光掃描儀，掃描當前作業(yè)料堆并進行數(shù)據(jù)的采集整理；所述激光掃描儀連接并將數(shù)據(jù)傳輸至所述圖像服務器，進而反饋到所述人機HMI操作界面上，并提供料場三維掃描堆形與料堆盤點數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述激光掃描儀配置在堆取料機上。

優(yōu)選地，所述激光掃描儀配置在堆取料機以外的機架或建筑物上。

優(yōu)選地，還包括視頻監(jiān)視系統(tǒng)，所述視頻監(jiān)視系統(tǒng)包括：多個安裝在堆取料機上的攝像頭、與所述攝像頭連接的視頻分頻器以及連接于所述視頻分頻器的視頻顯示器和視頻操作鍵盤；所述視頻顯示器還連接至所述人機HMI操作界面。

優(yōu)選地，還包括連接至所述中控遠程PLC系統(tǒng)進而控制所述堆取料機PLC系統(tǒng)的遠程操作手柄。

優(yōu)選地，可供使用的模式有：經典堆料模式、空場堆垛模式、補垛模式以及取料模式。

本發(fā)明的有益效果是：

1、專門的分段設定堆積高度模型減少因堆積原料落差太大而產生揚塵污染環(huán)境，當在雨季來臨時，也可以適當降低堆積高度，減少料堆塌方；

2、專門的分層分段堆料模型避免因為只分段所造成的塌垛情形；

3、經典的堆取料模型減少了大車多次調整大臂俯仰角度、行走、換層造成的不必要的能耗，并延長了設備的使用壽命，效益最大化；

4、中控遠程PLC系統(tǒng)授予操作員在緊急情況下的特殊操作，避免了在發(fā)生狀況時需通知現(xiàn)場點檢的時間損耗而造成的損失；

5、中控防碰撞系統(tǒng)避免堆取料機碰撞等嚴重安全事故的發(fā)生；

6、設備的全自動化作業(yè)，實現(xiàn)料場管理、中央控制、堆取料機無人控制的一體化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的智能化全自動堆取料機控制裝置的結構示意圖；

圖2a為本發(fā)明的定點俯仰堆積工藝圖一；

圖2b為本發(fā)明的定點俯仰堆積工藝圖二；

圖3為本發(fā)明的分段堆積高度方法示意圖；

圖4為本發(fā)明的旋轉分層取料工藝圖；

在附圖中，各標號所表示的部件名稱列表如下：

101 中央處理服務器

1011 數(shù)據(jù)服務器

1012 圖像服務器

102 中控遠程PLC系統(tǒng)

103 堆取料機PLC系統(tǒng)

104 人機HMI操作界面

105 激光掃描儀

106 攝像頭

107 視頻分頻器

108 視頻顯示器

109 視頻操作鍵盤

110 遠程操作手柄

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

請先參照圖1所示，其為本發(fā)明的智能化全自動堆取料機控制裝置的結構示意圖。所述智能化全自動堆取料機控制裝置包括：中央處理服務器101、中控遠程PLC系統(tǒng)102、堆取料機PLC系統(tǒng)103、人機HMI操作界面104以及激光掃描系統(tǒng)，其中，

所述中控遠程PLC系統(tǒng)102與所述中央處理服務器101相連接，所述堆取料機PLC系統(tǒng)103與所述中央處理服務器101、所述中控遠程PLC系統(tǒng)102分別連接，所述人機HMI操作界面104與所述中央處理服務器101、所述中控遠程PLC系統(tǒng)102、所述堆取料機PLC系統(tǒng)103分別連接，所述激光掃描系統(tǒng)與所述中央處理服務器101相連接；在本發(fā)明的所述智能化全自動堆取料機控制裝置中，所有的連接皆是通過智能化遠程通訊網絡，包括工業(yè)現(xiàn)場總線網絡、工業(yè)以太網和工業(yè)電視網絡，以滿足不同數(shù)據(jù)通訊的需要。

需要進行說明的是：由于本發(fā)明中設備繁多，為使附圖簡潔，省略了一些連接線，本領域技術人員應理解的是，關于本發(fā)明的連接關系，以文字描述為準。

中央處理服務器101，其包括數(shù)據(jù)服務器1011和圖像服務器1012，負責數(shù)據(jù)通訊、信號接收發(fā)送和參數(shù)計算修正等重要工作并建立一套完整的系統(tǒng)內部通訊網絡；

在所述數(shù)據(jù)服務器1011中安裝有中控防碰撞系統(tǒng)，所述中控防碰撞系統(tǒng)保證在多臺堆取料機同步作業(yè)的情況下，避免堆取料機碰撞等嚴重安全事故的發(fā)生；當所述中控防碰撞系統(tǒng)的防碰撞演算得出堆取料機可能發(fā)生碰撞時，立即通知所述堆取料機PLC系統(tǒng)103，及時修改和限定作業(yè)堆取料機的運行動作，防止碰撞事故的發(fā)生；

在所述圖像服務器1012中安裝有三維圖像處理系統(tǒng)，所述三維圖像處理系統(tǒng)將所述激光掃描系統(tǒng)所采集的一系列料堆掃描數(shù)據(jù)進行整合和計算，將這些數(shù)據(jù)轉化為料堆三維圖像的直觀呈現(xiàn)，以提供控制用的料堆盤點數(shù)據(jù)；

中控遠程PLC系統(tǒng)102，其負責協(xié)調各操作單元對所有堆取料機的控制，授予操作員在緊急情況下的特殊操作；所述中控遠程PLC系統(tǒng)102向三維圖像處理系統(tǒng)請求計算相關數(shù)據(jù)并獲得計算結果，然后發(fā)送給堆取料機PLC系統(tǒng)進行實時控制，所述中控遠程PLC系統(tǒng)102亦向三維圖像處理系統(tǒng)發(fā)送作業(yè)狀態(tài)等信息；

堆取料機PLC系統(tǒng)103，其從所述中央處理服務器101和所述中控遠程PLC系統(tǒng)102獲得控制指令和數(shù)據(jù)參數(shù)，下達命令給堆取料機的行走機構、回轉機構、俯仰機構、輪斗機構、尾車機構以及機上皮帶機構等；所述堆取料機PLC系統(tǒng)103實時將現(xiàn)場作業(yè)的各種作業(yè)參數(shù)和運作狀況信息反饋給所述人機HMI操作界面104；

人機HMI操作界面104，其包含了針對作業(yè)堆取料機的各項參數(shù)顯示以及可控制和修改實際作業(yè)流程的具體按鍵；在所述人機HMI操作界面104上，下發(fā)和修改作業(yè)指令和數(shù)據(jù)參數(shù)，通過所述中央處理服務器101和所述中控遠程PLC系統(tǒng)102的整合和計算，下發(fā)給所述堆取料機PLC系統(tǒng)103，使作業(yè)堆取料機按照具體指令進行運作；

激光掃描系統(tǒng)，其包括多個用于掃描作業(yè)料堆的激光掃描儀105，能實時和清晰地對當前作業(yè)料堆進行扇形掃描，快速準確地對作業(yè)料堆掃描數(shù)據(jù)進行采集和整理；然后，將掃描數(shù)據(jù)發(fā)送給所述圖像服務器1012，三維圖像處理系統(tǒng)隨即將數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)篩選和公式計算，進而轉化成可以直觀顯示的三維圖像模式，反饋到所述人機HMI操作界面104上；多個激光掃描儀105可配置在堆取料機上，也可配置在堆取料機以外的機架或建筑物上；

優(yōu)選地，所述智能化全自動堆取料機控制裝置還包括視頻監(jiān)視系統(tǒng)，其包括：多個安裝在堆取料機上的攝像頭106、與所述攝像頭106連接的視頻分頻器107、連接于所述視頻分頻器107的視頻顯示器108和視頻操作鍵盤109，所述視頻顯示器108還連接至所述人機HMI操作界面104；由此，所述視頻監(jiān)視系統(tǒng)實時將作業(yè)現(xiàn)場的真實畫面?zhèn)鬏數(shù)剿鲆曨l顯示器108上，同時亦顯示在所述人機HMI操作界面104上，方便操作員對現(xiàn)場作業(yè)場景進行實時的監(jiān)視，并協(xié)助做出準確的判斷；

優(yōu)選地，所述智能化全自動堆取料機控制裝置還包括遠程操作手柄110，其連接至所述中控遠程PLC系統(tǒng)102，通過工業(yè)現(xiàn)場總線網絡控制所述堆取料機PLC系統(tǒng)103。

在本發(fā)明的智能化全自動堆取料機控制裝置中，可供使用的模式有以下四種：

1、經典堆料模式

模型如圖2a、2b和3所示，工藝如下：

首先，根據(jù)垛堆寬度來確定落料點位置，落料點位置為堆垛寬度的中間位置，圖2a的CD線為堆場寬度中心線；

其次，根據(jù)堆存高度，來確定大臂的俯仰角度，保證落料位置為如圖2a所示的CD線上；

根據(jù)垛堆的長度S，煤種等信息，確定每次寸動的距離⊿S；

具體堆法：將大機行駛至堆料開始點位置，確定了大臂的俯仰高度和寸動距離后，設定該值并保持大臂俯仰高度不變，然后開始堆料，利用煤料的自然重力進行滑動，形成如圖2b所示的三角形截面；當堆至指定高度H后，料位計報警，則進行寸動走行⊿S距離，開始下一堆堆料，如此循環(huán)，直至寸動完料堆長度距離S，則堆料完成。作業(yè)中有時需要采用分段設定堆積高度的方法來減少揚塵。如圖3所示，堆積高度分為三段，6m、9m、12.4m，對應的懸臂高度為8.4m、11.8m、14.5m，堆積高度由“料位檢測器”進行控制。

自動堆料操作工藝：中控系統(tǒng)在收到包含作業(yè)貨種、計劃作業(yè)量的作業(yè)計劃后，根據(jù)作業(yè)貨種在基礎信息庫中查出對應堆比重、堆積角度信息，然后確定堆積方式；隨后分析料場當前使用狀態(tài)，確定作業(yè)機械、堆積地址、料堆堆高；將以上信息作為作業(yè)指令自動通過工業(yè)網絡下發(fā)對應堆取料機；同時給地面皮帶流程發(fā)送“堆料準備”指令。無人堆料過程中，堆取料機按照作業(yè)計劃，自動進行堆料計算，并進行自動對位，“定點堆積法”功能由堆取料機上PLC實現(xiàn)，堆取料機按照中控指令先啟動懸臂皮帶、中間皮帶，地面皮帶機按流程順序開始運轉，堆取料機按照堆料要求在起始地址等待物料通過，參照預定堆積原則對大車寸動距離和旋回角度進行調整，堆積結束后，自動調整堆積高度，進行第二層定點覆蓋補堆，直至預定高度，完成第一料堆的堆積。當?shù)谝涣隙堰_到規(guī)定高度、寬度時，堆取料機自動向第二堆積點移動，按照第一堆積點的作業(yè)順序方式重復堆積，直至作業(yè)結束。

自動堆料操作流程如下：

1)主服務器接收人機交互界面下發(fā)的堆料作業(yè)計劃；

2)分析堆料作業(yè)計劃內容，確定堆料模式，生成大機的堆料控制指令；

3)中控畫面顯示堆料作業(yè)控制指令，進行參數(shù)修正(包括走形、回旋和俯仰值)；

4)堆料控制指令下發(fā)到大機PLC系統(tǒng)；

5)大機收到堆料作業(yè)指令，進行正式作業(yè)前的調整工作；

6)大機走行到計劃堆料區(qū)域的起始地址，大機各機構作業(yè)準備完畢；

7)地面流程啟動，給料機與相應的輸送機開始作業(yè)，大機開始自動堆料作業(yè)；

8)自動堆料過程的控制；

9)大機未到達堆積終止地址(但給料機已停止給料)或堆料作業(yè)到達堆積終止地址，大機完成堆料作業(yè)的處理；

10)堆料結束后，將煤堆掃描數(shù)據(jù)進行分析和保存。

2、空場堆垛模式

此種情況下的堆料只需要確定堆垛起始地址和終止地址，系統(tǒng)會根據(jù)卸煤量、煤種來計算卸煤體積，再結合堆垛方法來模擬在場地的堆存效果，操作人員可以進行堆存預判。

空場堆垛方法：

1)根據(jù)卸車量、煤種信息，計算出堆存體積；

2)確定堆料起始地址；

3)選擇堆垛方法；

4)將堆存體積結合堆垛方法，模擬仿真堆存效果圖；

5)開始堆料；

6)堆料結束后，將煤堆掃描數(shù)據(jù)進行分析和保存。

3、補垛模式

此種情況下的堆料首先需要確定現(xiàn)有垛型的情況，確定堆存的起始地址和終止地址，系統(tǒng)會根據(jù)卸煤量、煤種來計算卸煤體積，再結合堆垛方法來模擬在現(xiàn)有存量的場地上所展現(xiàn)的堆存效果，操作人員由此進行堆存預判和選擇合適的場地。

補垛方法：

1)根據(jù)卸車量、煤種信息，計算出堆存體積；

2)確定堆料起始地址；

3)選擇堆垛方法；

4)掃描現(xiàn)有堆垛的數(shù)據(jù)，或者調用已保存的垛型數(shù)據(jù)；

5)將堆存體積結合堆垛方法，在現(xiàn)有堆垛上進行掃描生成堆存效果圖；

6)開始堆料；

7)堆料結束后，將煤堆掃描數(shù)據(jù)進行分析和保存。

4、取料模式

經典模型如圖4，首先操作堆取料機行走，旋轉、俯仰裝置使整機置于料堆頂層作業(yè)開始點位置上，然后靠旋轉控制開始取料，每達到旋轉范圍時行走機構微動一個設定距離即進給量，取完第一層后，進行換層操作，每層的旋轉角度由物料的安息角及層數(shù)決定；俯仰高度由層數(shù)設定，行走距離由進給量決定。臂架旋轉速度應與臂架回轉角度成確定函數(shù)關系，并根據(jù)驅動電動機的電流進行反饋，實現(xiàn)旋轉分層等量取料算法。

當垛型較大較長時，有時需進行旋轉分層分段取料，即按照設定的供料段的長度進行，取完當前層時自動進行換層，當取完最下一層后進行換段操作，置于第二段最頂層的作業(yè)開始點上，重復進行取料，直到取料完成。自動取料操作流程如下：

1)實現(xiàn)料堆激光掃描三維成像并為自動取料控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)，作業(yè)計劃設定；

2)根據(jù)三維成像提供的分析數(shù)據(jù)，確定分層、寸動量、邊界值等數(shù)據(jù)，以設定系統(tǒng)自動取料的依據(jù)；

3)在取同一層時，根據(jù)設定參數(shù)自動運行取料；

4)當層取完后按照設定參數(shù)自動對位、開層、換層；

5)取料結束后，將煤堆掃描數(shù)據(jù)進行分析和保存。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。