自动化控制系统在斗轮取料机的应用.pdfVIP

自动化控制系统在斗轮取料机的应用

摘要：在散货码头中,斗轮取料机是重要的堆场矿石中转设备。本文以鼠浪

湖码头7#、8#斗轮取料机为研究对象,阐述了一套自动化作业系统。该系统由3D

激光扫描仪、防撞保护装置、PLC控制系统、视频监控系统、斗轮机定位系统、

通讯系统、中控操作台、服务器系统等组成。斗轮取料机自动化作业控制系统利

用自动控制、激光3D扫描、精确定位技术等手段，实现斗轮取料机的全自动作

业控制。

关键词:斗轮取料机；自动化控制；取料工艺；PI控制

1斗轮取料机概况及现状

斗轮取料机是一种港口常用的连续的散状物料搬运设备，用于挖掘、

输送各种散状物料。它由斗轮机构、悬臂皮带机构、大车行走机构和回转机构等

部分组成。在工作过程中，斗轮取料机利用斗轮机构切割或挖掘物料，通过回转

机构及大车机构联动配合达成连续取料，然后物料通过悬臂皮带机构输送到地面

皮带上，最终通过地面传送带将物料运输到目的地。长期以来，斗轮机的作业模

式都是人工手动操作,人工投入大,自动化程度较低，作业质量得不到保证。当前

现状不符合时代的发展趋势以及国家提出的工业高度自动化要求。因此，自化控

制系统对降低人工成本、降低劳动强度、提高作业效率、提高公司竞争力等方面

有重大意义。

2斗轮机自动化作业系统

2.1自动化系统构成

斗轮堆取料机自动化作业系统结构包含：3D激光扫描仪、防撞保护装置、

PLC控制系统、视频监控系统、斗轮机定位系统、中控操作台、服务器系统、通

讯系统等组成。（1）3D激光扫描仪实现的作用是实时的扫描料堆数据然后存

放在服务器，通过软件把取料需要的数据发送给自动化控制的CPU，自动化控制

CPU通过逻辑运算实现自动化操作；（2）防撞保护装置的是通过安装在悬臂两

侧的防撞传感器和大车走行的前后的超声波传感器实现单机安全，悬臂防撞的作

用主要是为了在自动化自动取料过程中，防止悬臂两侧撞到悬臂运行轨迹上的物

体，大车走行防撞的作用防止大车撞到轨道上的行人或障碍物。（3）PLC控制

系统在自动化控制系统中的作用是实现大机的自动化逻辑运算处理及控制，处理

北斗发送过来的大车位置数据、大机行走编码器的位置数据、回转编码器的角度

数据、俯仰的角度数据。这些数据在自动化逻辑处理后实现斗轮取料机的自动取

料控制。（4）视频监控系统通过布置在斗轮取料机上的16个摄像头监视整个大

机及作业环境，主要的功能是实时监视自动取料过程，查看实时作业状态。（5）

斗轮机定位系统通过北斗定位和大车编码器两套定位装置结合，实现斗轮机实时

定位。（6）中控操作台为斗轮机操作员提供一个与自动控制系统人机交互的平

台（7）服务器系统用于存放3D扫描仪处理过的料堆数据（8）通讯系统主要以

工业以太网方式进行数据通讯，整体采用星形结构，中控设备对应每台大机，采

TCP/IP通讯方式进行数据交换。

通讯系统结构图

2.2自动化取料工艺

取料全自动作业采用旋转分层取料作业方式。旋转分层取料工艺，根据料堆

长度又可以分为旋转分层分段取料工艺和旋转分层不分段取料工艺两种作业方式，

为了使取料效率最大化，所以采用取料效率高的旋转分层不分段取料工艺。

旋转分层取料工艺图

旋转分层不分段取料作业，此作业效率最高，可以避免作业过程中由于塌垛

而造成设备的斗轮和臂架过载的危险，适用于较低、较短的料堆，在作业中臂架

不会碰及料堆。

2.3自动化取料基本逻辑

为实现“旋转分层等量取料”的目的，在自动控制方式下，按等量取料（恒

流量取料）算法，臂架旋转速度与瞬时流量成正比例关系，斗轮驱动电动机的

电流值可实时反映取料瞬时流量，为实现恒流量控制，将变频器计算的电机电流

反馈实时发送给PLC。PLC通过PI算法，将斗轮电流作为反馈信号，将臂架旋转

速度作为控制源，实现等量取料控制。通过3D激光扫描仪扫描料堆获取料堆信

息，自动化控制CPU将3D激光扫描仪的数据进行逻辑运算，然后控制斗轮取料

机行走至取料位置，回转、俯仰装置把斗轮置于料堆顶层作业开始点位置上，

然后靠回转控制开始取料，每达到旋转范围时行走机构微动一个设定距离(进给

量)，取完第一层后，进行换层操作，每层的旋转角度由物料的安息角及层数决

定，俯仰高度由层数设定，行走距离由进给量决定。整个系统随着工业自动化水

平和数据处理技术水平提高，监控技术的长足进步，斗轮取料机已经完全可以实

现自动化作业控制。斗轮取料机自动化作业控制系统利用自