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斗轮堆取料机自动控制系统
堆料机的操作模式一直以来都是人工手动操作,劳动强度大,自动化程度低,作业效率根据司机的疲劳程度、操作水平等起伏较大,容易出现作业质量事故等问题。因此,全自动、全天候智能堆料的控制系统对减少司机数量、降低劳动强度、提高作业效率和作业质量方面都有着重大的意义。本系统以数学模拟3d模型为基础,集雷达料堆防碰撞、空间定位防碰撞、精确配料控制、远程集中监控等技术为一体,可以实现全天候远程全自动作业,作业效率高于人工(3-5%),配料精度更优(±6%),节约操作人员,实现减员增效,真正实现了场区无人化作业,最大限度提高了生产的安全性。

硬件构架


软件控制

 

核心技术

地面三维激光扫描建模系统

系统由三维激光扫描仪、数码相机、扫描仪旋转平台、软件控制平台,数据处理平台及电源和其它附件设备共同构成,是一种集成了多种高新技术的新型空间信息数据获取手段。利用三维激光扫描技术,可以深入到任何复杂的现场环境及空间中进行扫描操作,并可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集,进而快速重构出实体目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。同时,还可对采集的三维激光点云数据进行各种后处理分析,如测绘、计量、分析、模拟、展示、监测、虚拟现实等操作。采集的三维点云数据及三维建模结果可以进行标准格式转换,输出为其它工程软件能识别处理的文件格式。
 

精确定位及测量系统

系统可根据实际需求和客观环境采用冗余绝对值多圈编码器定位、GPS定位、GNSS定位仪定位、超宽带脉冲(UWB)定位等多种技术实现斗轮机当前的空间状态的实时监控,从而更加快速灵活的进行设备管理。
 
使用编码器定位时编码器安装位置示意图

GPS定位系统移动站在斗轮机上安装位置示意图

 
GPS三维数据与斗轮机姿态定位转换实现示意图
 
采用UWB无线定位装置实现斗轮机空间定位时,整个系统的网络结构如下所示:


固定节点整个结构为一体结构,所有部件统一在一个室外防水箱中。固定节点通过U型卡件直接固定在安装支架上即可。将整个设备安装在挡煤墙网架上即可。


移动节点安装在斗轮机上用于测定斗轮机位置,移动节点体积小巧,采用强力磁铁方式安装,直接吸附在斗轮机大臂前端及主体适当位置即可。


三重防碰撞系统

由于堆取料机防碰撞控制直接关系到日常生产作业安全和堆取料的效率, 因此设计多台堆取料机无人化协同作业防碰撞控制策略时, 从多个角度出发, 制定出软硬件结合多级保护的完整解决方案。

软件防碰撞

中央控制室PLC通过光缆和现场总线实时采集全部堆取料机PLC的坐标位置数据, 并根据计算公式进行变换。根据精确测量的每台堆取料机的外形尺寸数据,结合堆取料机实际的走行值,计算堆取料机悬臂回转中心的坐标值, 再结合俯仰和回旋值, 计算斗轮前端的三维坐标值。堆取料机空间距离计算是对两台堆取料机斗轮前端三维绝对值坐标的距离DABS和两台堆取料机悬臂回转中心间的距离D-SR进行计算。对任意两个堆取料机空间距离计算值进行实时监控, 其中任何一个计算值达到设定值, 都需要进行相应处理。根据生产作业的实际需要, 防碰撞报警距离设置两个级别, 第1级为“接近报警”, 发出报警而不停止作业;第2级为“紧停报警”, 发出报警并立即停止作业。

激光扫描防碰撞

激光扫描仪安装于堆取料机悬臂两侧, 形成防护区域, 对悬臂两侧障碍物进行探测, 安装的具体位置视现场情况而定, 一般而言需安装在悬臂最易与料堆发生碰撞的部分。给每台激光扫描仪分别接电源线提供电源, 信号线负责传送开关信号, 参数设置线用于设置激光扫描仪参数。

为更好地满足堆取料机防碰撞要求, 同时又能给悬臂最大的运动空间, 我们为堆取料机设定了两级防护区域。第1级是减速区域, 当堆取料机运动过程中悬臂与料堆相距较近时, 堆取料机机构的运动速度要自动降低, 以慢速运动;第2级是紧停区域, 当堆取料机运动过程中悬臂与料堆相距很近时, 堆取料机机构的运动必须马上停止。进入紧停区域前, 堆取料机机构已进入减速区域,机构运动速度已经很低, 运动惯性很小, 能真正做到马上停止。

拉绳防碰撞

钢丝绳限位开关是最后的保护执行机构, 位于堆取料机悬臂的两侧。堆取料机运动过程中,如果外围保护钢丝绳触碰到了料堆、相邻堆取料机、料场地面其他作业机械时, 堆取料机PLC收到钢丝绳限位开关发出的限位触发信号, 就会立即采取紧急措施停止堆取料机动作。

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