无人堆取料系统

一、系统说明

（一）现场设备连接示意图

（二）堆取料机改造范围

1.堆料机和取料机原PLC控制柜整体换新，满足原有输入输出通道基础上，增加扩展模块，满足编码器、射频定位、超声波、电容料位计等传感器的信号接入。

2.堆料机、取料机增加编码器定位系统，用编码器对堆、取料机在轨位置实时定位，位置显示精度0.1米。

3.堆料机、取料机增加射频定位装置，对行走编码器进行多重校准，确保车轮打滑时，仍然能够定位准确。

4.在堆料机、取料机前、后两侧分别安装防撞超声波传感器和极限接近开关，实现多重极限保护。

5.堆料机大臂增加电容料位计和超声波料位计探测悬臂与料位高度，以实现自动化运行时自动抬大臂的功能。

6.堆料机大臂增加左右两侧防撞用超声波防撞传感器，以防大臂撞上料堆和取料机耙架。

7.堆料机大臂增加倾角传感器，用于检测堆取料机悬臂俯仰角度，防止俯仰角度失控，也便于远程操作时对现场设备的准确判断。同时参与上、下限位控制保护。

8.堆、取料机增加高清夜视监控摄像头，每台堆取料机增加4~6个摄像头。对刮板、料耙、刮板、下料口和皮带进行实时监控。

9.堆、取料机控制信号通过工业无线设备传输到堆场内地面箱，经过光纤与中控室操作员站通讯。最终实现远程无人值守控制。堆料机和取料机可以在给定区间内一键自动运行，通过精准定位实现两机防碰撞和极限多重保护。

10.堆、取料机联锁保护：堆、取料机交叉调车条件保护，位置联锁保护，防撞传感器联锁保护。中控远程自动控制：中控远程自动堆、取料机。中控远程换堆调车。

11.同时加装激光三维测控设备和3D可视化数字孪生平台，实现现场料场3D扫描建模。

二、系统方案

根据当前行业技术水平，完全脱离人为干涉的无人值守系统也存在安全隐患，因此由人员远程监控或遥控堆取料机进行自动化作业是可行性较高的方案，建议采用下述方案。对于人员远程操控机器作业或监控机器自动化作业，必须实现如下几个功能模块：

（1）堆取料机姿态定位模块：实时定位堆取料机在料场中的位置，堆取料臂的高度，悬臂式斗轮机的大臂偏转角度等。

（2）堆取料机防撞模块:单个料场中，堆料机与取料机的防撞机制、堆取料机与料堆之间的防撞机制、堆取料机与料场轨道末端限位之间的保护机制。

（3）堆取料机整体视频监控系统（料场高空必须安装有高清多倍球形摄像机）：无人化操作后，需要远方可随时观测堆取料机的状态及现场设备位置关系，以确保当现场保护系统失效后远端及时发现风险并进行紧急制动，同时对未经允许进入作业现场人员进行提醒，预警，驱离等操作。

（4）堆取料机自动作业系统：通过改造现场PLC控制柜，实现远程控制机器进行自动堆取料作业，过程中需要设定保护机制及堆取料流量监测机制，需要安装皮带流量测量装置。

（5）设备状态监测模块：考虑到现场设备老旧，可能需要安装压力传感器等设备监测机器电机或传动轴，卷扬机等重要设备状态。

（6）自动作业调整模块：完全自动堆取料作业需要料堆的实时外观轮廓数据，最好的方法是在煤棚顶部安装动态测量系统，实时测量料场外观轮廓，并通过坐标将数据传输给堆取料机无人值守PLC，用于判定下一步作业动作。

（7）料场数据远程传输模块：堆取料机的实时状态数据均需要使用稳定可靠的无线网络进行传输，现场需要搭建冗余无线网络（光纤+无线）的方式确保数据传输的时效性。

通过自动化、监测、测绘、计算机图像图形及时以及通讯技术，实现堆取料机的自动化堆取料作业。利用激光扫描技术，对料堆进行动态实时扫描，并进行仿真处理，形成三维图像及料堆信息数据库。将堆料、取料作业计划自动化为PLC控制指令，控制堆取料机自动寻址。根据设定的数据，进行自动堆料或者根据指定料堆，自动寻找料堆切入点，进行自动取料。