散货料场无人化堆取工艺的制作方法

专利名称：散货料场无人化堆取工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及仓储物流技术，尤其涉及散货料场自动化控制堆取工 艺。本发明不但可以应用于大型的港口码头、货车车站、露天仓库， 还可以广泛应用于各类大型的矿山堆场、钢铁企业等的原料场。本发 明还适用于大型的散货(如矿石、煤炭、小碎石、黄沙等)堆料场。
(二)
背景技术：
大型的散货(如矿石、煤炭、小碎石、黄沙等)堆料场主要遍布 于矿山、能源仓储库、码头、货车车站等，尤其对于分布在仓储库、 码头的矿石、煤炭等散货料场，其作业工艺流程模式完全依赖人工进 行信息传递、计划、处理、操作、堆取策略、管理等。高大的堆取料 机设备在广阔的散货料堆场里起的作用只是充当了人工锹伊或一台抓 斗、铲车等装卸"工具"， 一切控制和操作过程都离不开人。堆取料机 操作司机根据作业计划单或口头任务指令，移动堆取料机至指定料堆， 根据个人的经验设定堆或取的控制策略。作业完成后，再等待下一个 指令。由于散矿料的堆场往往都是露天作业，受各种情况影响在作业 时常常是尘埃满天，工作环境非常恶劣，在堆场作业的员工常年在这 种环境下健康也大大地受到影响。此外，场地内散料堆的合理布置、 料位管理、计量信息、故障信息、计划信息、作业信息、堆场地的合 理利用以及各类作业指令的协同性、及时性、正确性等一直无法改观， 效率无法提升。图1所示的是现有堆取料机在大型散货料堆场的作业 模式。
由于大型堆料场没有实现整体自动化，各种堆料似一堆堆小山重 叠迷彰，场地料堆之间矿料种类不同、料堆的高度体积不同、不同的 气候下堆取料作业方式不同、各料堆的堆取流向不同、计划和业务之 间不同等，使得料场的堆取料机必需配备大量的操作司机和管理者来
驾驶、协调这些设备进行作业，其工作效率已难以进一步大范围地提 高，生产成本居高不下。
中国专利200310113433. x公开了《一种散料装卸方法及牵引式斗 轮堆取料机》，它阐述了一种专为散货堆场装卸作业的大型机械设备， 但在整个堆料场只能是一套大型的装卸"工具"而已，无法充当智能 化无人处理的角色。现有的大型散货堆料场装卸设备都离不开人工干 预，每台堆取料机设备的作业效率最大化离不开操作司机对整个堆取 料作业过程的长期经验积累，培养一个经验丰富的堆取料机司机成本 较高，时间周期较长。
散矿料堆场的场地内，每堆堆料的总量离不开目测度量，计算也 难以正确，堆料场的场地得不到合理、最大的利用，造成场地资源浪 费。

发明内容
本发明的目的在于提供一种散货料场无人化堆取工艺，该堆取工 艺可以实现堆取料机在现场无操作司机的情况下全过程自动堆取作 业，在堆取料过程中，中控室人员可以通过监控终端和工业电视视频 终端实时监视现场作业过程，特殊情况时可以通过位于中控室的操作 盘对堆、取料作业进行手动操作。从而克服了现有的散货料场自动化 程度低、操作者劳动强度高、作业效率低的缺陷。
本发明是这样实现的 一种散货料场无人化堆取工艺，其步骤是:
第一步，首先将现有的信息建立数据库，数据库包含料场、堆取料机、 作业货种、料堆、堆料策略和取料策略，堆料或取料实际作业量通过
地面物料传输皮带秤称量；
第二步，将包含作业货种、计划作业量的相关作业内容送入中控处理 单元，中控处理单元根据存储在数据库中的堆料策略和取料策略生成 作业指令、自动堆取料作业模式和准备进行自动堆取料作业过程控制
指令；
第三步，对自动堆取料作业模式进行选择，并对作业过程控制进行自 动或手动选择；
第四步，将选择结果送入中控PLC;
第五步，由中控PLC经工业网络将指令传递给对应本地堆取料机的 PLC，并进行数据交换；
第六步，本地PLC控制堆取料机的回转机构、俯仰机构、走行机构工 作，完成本地作业控制；同时通过料堆激光扫描装置对料场状况进行 实时扫描，将料堆信息经工业网络传输至中控处理单元；现场还装有 工业视频监控装置和各类传感设备，采集堆取料机各机构状态和故障 信息，将信息送入本地PLC和中控处理单元；
第七步，中控处理单元接收各堆取料机主要状态、故障信息，并发出
过程控制指令控制各堆取料机和发出相关警示；
第八步，中控处理单元实现堆取料机的堆型扫描数据的处理，生成料 堆特性数据、对料堆堆取优化计算及堆场作业过程监控，并及时将指
令发给对应本地堆取料机PLC;
第九步，中控PLC同时负责防冲撞演算、各堆取料机之间协同作业及 逻辑控制；
第十步，中控室设置的手柄操作盘在特殊情况下作为手动操作的备用 手段，手柄操作盘通过中控PLC连接本地堆取料机PLC，控制对应堆取 料机。
本发明散货料场无人化堆取工艺可以让大型散货料堆场全面实现 堆取料机在现场无操作司机的情况下全过程自动堆取作业。堆取料自 动控制工艺主要是指在堆取料机作业时，在充分保证料场利用率、发 挥堆取料机的堆取料能力和其它功能基础上，堆取料机司机室内无操 作司机进行操作和监视，中控室内也不需要人员进行全程的控制操作。 中控处理单元从管理系统获得作业任务后，根据料场情况和堆取料机 状态进行优化计算和安全性检验，自动产生相关堆或取模式信息，随 后系统自动将相关控制指令发送到对应本地堆取料机PLC，由堆取料 机进行全过程无人驾驶的自动堆、取料作业。在堆取料过程中，中控 室人员可以通过监控终端和工业电视视频终端实时监视现场作业过 程，特殊情况时可以通过位于中央控制室的手柄操作盘对堆、取料作 业进行手动操作。从而克服了现有的散货料场自动化程度低、操作者
劳动强度高、作业效率低和场地利用率低的缺陷。
(四)


下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1为现有堆取料机在大型散货料堆场的作业模式示意图； 图2为本发明散货料场无人化堆取工艺示意图； 图3为料堆激光扫描成像处理过程示意图； 图4为堆取料机堆料控制过程示意图； 图5为堆取料机取料控制过程示意图。
(五)
具体实施例方式
参见图2， 一种散货料场无人化堆取工艺，其步骤是
第一步，首先将现有的信息建立数据库，数据库包含料场、堆取料机、 作业货种、料堆、堆料策略和取料策略，堆料或取料实际作业量通过
地面物料传输皮带秤称量；
第二步，将包含作业货种、计划作业量的相关作业内容送入中控处理 单元，中控处理单元根据存储在数据库中的堆料策略和取料策略生成 作业指令、自动堆取料作业模式和准备进行自动堆取料作业过程控制 指令；
第三步，对自动堆取料作业模式进行选择，并对作业过程控制进行自 动或手动选择；
第四步，将选择结果送入中控PLC;
第五步，由中控PLC经工业网络将指令传递给对应本地堆取料机的 PLC,并进行数据交换；
第六步，本地PLC控制堆取料机的回转机构、俯仰机构、走行机构工 作，完成本地作业控制；同时通过料堆激光扫描装置对料场状况进行 实时扫描，将料堆信息经工业网络传输至中控处理单元；现场还装有 工业视频监控装置和各类传感设备，采集堆取料机各机构状态和故障 信息，将信息送入本地PLC和中控处理单元；
第七步，中控处理单元接收各堆取料机主要状态、故障信息，并发出
过程控制指令控制各堆取料机和发出相关警示；
第八步，中控处理单元实现堆取料机的堆型扫描数据的处理，生成料 堆特性数据、对料堆堆取优化计算及堆场作业过程监控，并及时将指 令发给对应本地堆取料机PLC;
第九步，中控PLC同时负责防冲撞演算、各堆取料机之间协同作业及
逻辑控制；
第十步，中控室设置的手柄操作盘在特殊情况下作为手动操作的备用
手段，手柄操作盘通过中控PLC连接本地堆取料机PLC，控制对应堆取 料机。
散货料场无人化堆取工艺分本地堆取料机控制过程和中控室内中 央控制过程两部分。
堆取料机上包括的设备有堆取料机PLC、料堆激光扫描装置、现场 视频监控装置、各类传感设备等，主要完成堆取料机的本地作业控制、 堆型扫描、现场监控视频传递等。每台堆取料机PLC实现堆取料作业 的控制逻辑，以及堆取料机各机构信息的采集，堆取料机PLC与中控 PLC通过工业网络连接。每台堆取料机上安装两套激光扫描装置采集料 堆堆型数据，然后通过工业以太网的方式传输数据送中控系统。
中央控制系统包括中控处理单元(即数据处理服务器)、自动化操 作监控设备、中控PLC、工业网络(网络通讯交换)以及远程操作盘等 设备。中央控制系统主要完成自动化作业指令的生成、自动堆取料作 业模式生成、自动堆取料作业过程控制；各堆取料机主要状态、故障 信息的采集，并警示；实现料堆堆型扫描数据的处理、料堆特性数据 生成、料堆堆取优化计算及堆场作业过程监控；中控PLC负责防冲撞 演算、各堆取料机之间协同作业及逻辑控制；中控室设置的手柄操作 盘在特殊情况下作为手动操作的备用手段，手柄操作盘通过中控PLC 连接堆取料机PLC。中央控制系统与各堆取料机之间采用工业网络方式 连接通讯，中央控制系统内部釆用工业以太网方式连接。
参见图3，散货料场无人化堆取工艺的实施前提和基础是釆集料场 料堆信息。在料堆信息采集方面选择己成熟的激光扫描技术，激光扫 描技术实时性高，数据采集周期短。料堆激光扫描装置包括激光扫描
设备、控制单元、各机构编码器以及数据通讯设备等，可以是数据采 集卡或无线通信设备。激光扫描设备安装在堆取料机悬臂两端，在堆 取料作业前后和作业过程中，激光扫描设备实时对料堆进行高速连续 扫描，根据激光测距的原理，获取料堆表面上各点的三维位置信息。 在料堆扫描时，将激光扫描设备所获得的被测料堆空间距离信息通过 通讯网络设备送中控处理单元。在中央控制系统中，图像处理模块将 来自堆取料机的大车走行、悬臂回转、悬臂俯仰位置信息，利用坐标 变换和三维重建算法构建成料堆的三维立体模型数据。
料堆信息包括料堆的品种、位置、形状、体积、比重、重量等， 料堆位置、形状及体积信息由扫描得到，品种、比重可通过计划信息 中得到。其中重量信息可通过货种的比重和体积得出，也可利用堆取 料过程中地面物料传输皮带秤的合计称量得出。料堆的三维坐标数据 即为堆取料机提供控制条件，又为整个料场生成实态信息。料场、料 堆信息均以数据库方式保存。
堆料和取料作业
斗轮堆取料机主要包括三种基本动作，即堆取料机大车走行、悬 臂回转、悬臂俯仰。通过这三种动作的协调配合完成堆料或取料作业。 在堆取料机的悬臂俯仰机构、悬臂回转机构、大车走行机构上均安装 绝对值编码器，通过编码器发出的二进制编码信号能精确得到以上机 构的运行位置，即大车走行位置、悬臂回转角度、悬臂俯仰角度。
中央控制系统首先需建立包含料场、堆取料机、作业货种、料堆 等若干基础信息数据库，为产生自动堆、取作业模式提供支撑。堆料 或取料作业量来自于地面物料传输皮带秤称量。
参见图4，堆料作业步骤是 第一步，中控处理单元收到包含作业货种、计划作业量作业内容后， 根据作业货种在基础数据库中查出对应堆比重、堆积角度信息，运用 存放在数据库内的堆料策略确定堆积方式；
第二步，中控处理单元根据数据库内料场当前使用状态信息，确定作 业机械、堆积地址范围、料堆堆高，生成作业计划和作业模式；
第三步，将堆积方式、作业计划和作业模式作为作业指令通过工业网
络传送到本地堆取料机PLC;同时地面物料传输皮带流程启动；
第四步，本地堆取料机PLC收到指令后，送入位置计算程序模块，进 行计算，得出合适的悬臂俯仰、悬臂回转及大车行走的起始位置信息；
第五步，自动定位程序，将计算结果与装在堆取料机的悬臂俯仰机构、 悬臂回转机构、大车走行机构上的绝对值编码器测量出来的位置信息 进行比较，根据比较的差值，本地堆取料机PLC按预先设定好的数据， 对相应机构的电机发出旋转方向及速度给定指令，使相应机构以合适 的速度和方向运行，直至编码器测量反馈的实际位置信号与给定位置 吻合，电机停止运行，定位完成；
第六步，执行堆料策略， 一种是码头卸船机开始卸料作业，物料经过 地面物料输送皮带，通过堆取料机悬臂输送皮带卸至料场进行堆积； 另一种是从另一料堆经取料作业后，物料经过地面物料输送皮带，通 过堆取料机悬臂输送皮带卸至料场进行堆积，即实现将处于一处的料 堆转移到另一处的料堆。
第七步，激光扫描装置检测到堆料高度达到设定堆积的高度时，利用
已置于数据库内的自动堆料程序计算出各机构下一步的动作方向；
第八步，再启用第五步的自动定位程序，驱动各机构运转至下一堆料 点继续堆料；
第九步，重复第四步至第八步，直到堆料完成，自动堆料作业结束； 第十步，中控处理单元利用激光扫描装置实时记录料堆堆型的变化， 并保存于数据库中。
参见图5，取料作业分为在散货料场的一料堆取料和取料后将散货 料输送到货船上这两类。
在散货料场的一料堆取料作业步骤是 第一步，中控处理单元收到包含作业货种、计划作业量的取料作业内 容后，按照货种、料场实际堆料情况对堆取料机编排取料作业指令； 第二步，中控处理单元产生以下堆取料机取料初始控制信息 a)中控处理单元根据数据库内料场当前料堆堆型状态以及堆取料机本 身的条件确定第一次取料切入点，即堆取料机初始走行位置、悬臂初 始回转角度、俯仰角度；
b) 通过作业货种的比重、计划作业料堆的形状、取料计划作业量信息 确定料堆取料开层长度；
c) 根据作业货种的比重来确定取料时堆取料机每次寸动的距离； 第三步，将以上信息传送到本地堆取料机PLC，同时启动地面物料传 输皮带流程；
第四步，本地堆取料机PLC收到信息后，将其中走行、回转、俯仰机 构的初始作业位置信息送入自动定位程序，完成各机构的自动定位； 使得斗轮以合适的角度和深度切入料堆，作业准备就绪，取料开始； 第五步，斗轮堆取料机利用悬臂回转、斗轮旋转对料堆进行分层取料， 取料步骤为
五一，取料堆顶层料，堆取料机回转机构每回转一个取料单程后 大车向前寸动一定距离，然后回转机构向反方向回转继续取料，如此 反复直到大车走行距离达到中控处理单元传送的取料开层长度为止； 堆取料机大车开始后退，即向取料寸动相反的方向运行进行换层取料；
五二，根据中控处理单元传送的取第二层料时堆取料机斗轮取料 切入点的信息，大车后退到指定位置，然后调整俯仰角度开始取第二 层料，取料过程与取顶层料相同；
五三，如此反复直到取最底层料。
取料过程中，取料流量的恒定控制是通过控制堆取料机的寸动距 离及悬臂回旋速度来实现；根据作业货种的比重不同确定不同的寸动 距离，悬臂回旋速度的确定依据斗轮电流的变化，建立斗轮电流与取 料流量之间的数学模型，通过斗轮电流可得出对应取料流量；堆取料 机实时采集斗轮电流，并将其加入控制悬臂的回旋速度的回路中，从 而可恒定控制取料流量。
在每层进行取料时，对每一次回转取料单程中取料边界的确定方 法是首先中控处理单元对取料料堆堆型进行预分析，然后根据堆取 料机取料时的走行位置、回转角度、俯仰角度信息，估算出每次回转 角度的范围；堆取料机每次发生一次取料寸动时代表一次新的回转取 料开始，并及时反馈至中控处理单元；中控处理单元根据堆取料机上 激光扫描设备返回的料堆信息及堆取料机的相关状态信息计算出在此
处取料时悬臂回转角度的范围，即回转角度最大值和最小值，并将计 算出的回转角度范围下发到对应本地堆取料机PLC;本地堆取料机 PLC根据回转最大值和回转最小值控制悬臂回转角度，确定料堆取料 边界。
从散货料场的一料堆取料后将散货料输送到货船上，其取料作业 是要根据货船装船情况的反馈信息来控制取料作业，其取料作业步骤 是
第一步，中控处理单元收到包含作业货种、计划作业量的取料作业内 容及装船作业船舶配载信息后，按照装船作业船舶配载信息中要求的 装船顺序、货种、装船量以及料场实际堆料情况等内容重新对堆取料 机编排详细取料作业指令；
第二步至第五步与在散货料场的一料堆取料作业步骤相同； 第六步，取料作业取料后将散货料通过输送皮带输送到货船上，因此 取料作业作为装船作业的上道工序，必须与装船作业中的每个作业环 节配合默契；装船作业过程中需频繁进行移舱，在移舱过程中堆取料 机取料应停止，即斗轮停止运转；中控处理单元利用船舶配载信息， 即装船移舱的顺序及每次作业量，以及装船作业发出的移舱信号控制 堆取料机自动取料作业的暂停和重新开始；当取料实际作业量达到计 划作业量时，自动取料停止；
调整水尺是装船作业的最后一道工序，通过调整水尺来保持船舶 船体平衡；此阶段取料作业由中控室内的人员根据船体情况预设定水 尺调整的取料作业量，随后堆取料机再次开始自动取料，当实际取料 量达到预设定量时，堆取料机停止作业，完成全部取料作业。
自动堆取料过程中的中断处理，在堆料或取料过程中，如出现流 程避让或等待船舶排水等情况时，中控室人员可中断此次作业，中控 处理单元自动记录保存此时堆取料机的各机构位置、状态信息及作业 信息；当流程避让结束，中控室人员发出重新作业指令，堆取料机恢 复到中断前的状态，重新开始自动堆料或取料作业。
手动控制堆料或取料，特殊情况下，中控处理单元允许人工远程 手动操作，在中控室内设置手柄操作盘，直接连接到中控PLC的I/O 端口上，中控室人员在中控室通过操作手柄远程控制堆取料机进行生 产作业。在作业时，中控室人员观察远程监控画面和工业电视画面来 操纵操作手柄，控制堆取料机的大车行走、悬臂回转、悬臂俯仰到达 指定的位置，然后进行堆料或取料作业；操作手柄根据中控人员操作 的方向和位置，发出相应的编码信号，送中控PLC;随后中控PLC将 信号通过工业网络送到对应本地堆取料机PLC进行处理，控制堆取料 机各机构运转进行作业。
防碰撞策略，在堆料或取料作业过程中，堆取料机斗轮、悬臂与 料堆或与相邻堆取料机的斗轮、悬臂可能会发生碰撞问题。为防止此 类碰撞，在斗轮和悬臂处装有测距传感器，实时监测斗轮、悬臂与料 堆的相对位置；当有碰撞发生时，要及时提请堆取料机PLC避让或停 止作业，并警告中控人员。同时中控处理单元的防碰撞模块实时采集 各堆取料机的相对位置、悬臂角度和回转角度，并及时计算出存在碰 撞可能性的位置状态信息，协调各堆取料机之间的作业，确保相邻堆 取料机之间保持安全距离。
作业进程信息反馈，在堆料或取料作业进程中，各类作业信息将 及时反馈中央控制室，并显示在中控室的画面上，例如中控处理单元 实时采集各堆取料机PLC中各机构的运动状态信息、通过激光扫描装 置采集料堆形状的变化信息以及通过地面物料输送带掌握物料流动的 情况等。
故障自动检测，在作业过程中，中央控制系统利用各堆取料机PLC 实时采集设备关键部位的状态及故障信息，同时将堆取料机发生的设 备异常信息提示中控人员。在中控操作盘上设有警停按钮，在紧急情 况下，可停止自动堆取料作业和地面物料传输皮带流程。
现场视频监控，在作业现场安装有现场视频监视设备，通过工业 网络送视频信号到中控室视频服务器，中控人员可实时査看现场作业 情况，还可通过专用端口进行远程监控。
作业报表输出，中控系统可以随时对作业相关信息进行统计，并 以报表方式输出。
本发明可以实现堆取料机在现场无操作司机的情况下全过程自动
堆取作业，在堆或取料过程中，中控室人员可以通过监控终端和工业 电视视频终端实时监视现场作业过程，特殊情况时可以通过位于中控 室的操作盘对堆、取料作业进行手动操作。
本发明不但可以应用于大型的港口码头、货车车站、露天仓库， 还可以广泛应用各类大型的矿山堆场、钢铁企业等的原料场，应用前 景广阔。
权利要求
1.一种散货料场无人化堆取工艺，包括以下步骤第一步，首先将现有的信息建立数据库，数据库包含料场、堆取料机、作业货种、料堆、堆料策略和取料策略，堆料或取料实际作业量通过地面物料传输皮带秤称量；第二步，将包含作业货种、计划作业量的相关作业内容送入中控处理单元，中控处理单元根据存储在数据库中的堆料策略和取料策略生成作业指令、自动堆取料作业模式和准备进行自动堆取料作业过程控制指令；第三步，对自动堆取料作业模式进行选择，并对作业过程控制进行自动或手动选择；第四步，将选择结果送入中控PLC；第五步，由中控PLC经工业网络将指令传递给对应本地堆取料机的PLC，并进行数据交换；第六步，本地PLC控制堆取料机的回转机构、俯仰机构、走行机构工作，完成本地作业控制；同时通过料堆激光扫描装置对料场状况进行实时扫描，将料堆信息经工业网络传输至中控处理单元；现场还装有工业视频监控装置和各类传感设备，采集堆取料机各机构状态和故障信息，将信息送入本地PLC和中控处理单元；第七步，中控处理单元接收各堆取料机主要状态、故障信息，并发出过程控制指令控制各堆取料机和发出相关警示；第八步，中控处理单元实现堆取料机的堆型扫描数据的处理，生成料堆特性数据、对料堆堆取优化计算及堆场作业过程监控，并及时将指令发给对应本地堆取料机PLC；第九步，中控PLC同时负责防冲撞演算、各堆取料机之间协同作业及逻辑控制；第十步，中控室设置的手柄操作盘在特殊情况下作为手动操作的备用手段，手柄操作盘通过中控PLC连接本地堆取料机PLC，控制对应堆取料机。
2. 根据权利要求l所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是 料堆激光扫描装置对料场状况进行高速连续扫描，获得料堆表面的三 维信息，将料堆的实时信息传输至中控处理单元，中控处理单元的图 像处理模块将来自堆取料机的大车走行、悬臂回转、悬臂俯仰位置信 息，运用坐标变换和三维重建算法构建成料堆的三维立体模型数据， 并储存在数据库内。
3. 根据权利要求1或2所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是料堆激光扫描设备安装在堆取料机悬臂两端。
4. 根据权利要求l所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是 堆料作业步骤是第一步，中控处理单元收到包含作业货种、计划作业量作业内容后， 根据作业货种在基础数据库中査出对应堆比重、堆积角度信息，运用 存放在数据库内的堆料策略确定堆积方式；第二步，中控处理单元根据数据库内料场当前使用状态信息，确定作 业机械、堆积地址范围、料堆堆高，生成作业计划和作业模式；第三步，将堆积方式、作业计划和作业模式作为作业指令通过工业网络传送到本地堆取料机PLC;同时地面物料传输皮带流程启动； 第四步，本地堆取料机PLC收到指令后，送入位置计算程序模块，进 行计算，得出合适的悬臂俯仰、悬臂回转及大车行走的起始位置信息； 第五步，自动定位程序，将计算结果与装在堆取料机的悬臂俯仰机构、 悬臂回转机构、大车走行机构上的绝对值编码器测量出来的位置信息 进行比较，根据比较的差值，本地堆取料机PLC按预先设定好的数据， 对相应机构的电机发出旋转方向及速度给定指令，使相应机构以合适 的速度和方向运行，直至编码器测量反馈的实际位置信号与给定位置 吻合，电机停止运行，定位完成；第六步，执行堆料策略， 一种是码头卸船机开始卸料作业，物料经过 地面物料输送皮带，通过堆取料机悬臂输送皮带卸至料场进行堆积； 另一种是从另一料堆经取料作业后，物料经过地面物料输送皮带，通 过堆取料机悬臂输送皮带卸至料场进行堆积；第七步，激光扫描装置检测到堆料高度达到设定堆积的高度时，利用 已置于数据库内的自动堆料程序计算出各机构下一步的动作方向；第八步，再启用第五步的自动定位程序，驱动各机构运转至下一堆料点继续堆料；第九步，重复第四步至第八步，直到堆料完成，自动堆料作业结束； 第十步，中控处理单元利用激光扫描装置实时记录料堆堆型的变化， 并保存于数据库中。
5.根据权利要求1所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是 在散货料场的一料堆取料作业步骤是第一步，中控处理单元收到包含作业货种、计划作业量的取料作业内 容后，按照货种、料场实际堆料情况对堆取料机编排取料作业指令； 第二步，中控处理单元产生以下堆取料机取料初始控制信息a) 中控处理单元根据数据库内料场当前料堆堆型状态以及堆取料机本身的条件确定第一次取料切入点，即堆取料机初始走行位置、悬臂初始回转角度、俯仰角度；b) 通过作业货种的比重、计划作业料堆的形状、取料计划作业量信息确定料堆取料开层长度；C)根据作业货种的比重来确定取料时堆取料机每次寸动的距离； 第三步，将以上信息传送到本地堆取料机PLC,同时启动地面物料传 输皮带流程；第四步，本地堆取料机PLC收到信息后，将其中走行、回转、俯仰机 构的初始作业位置信息送入自动定位程序，完成各机构的自动定位； 使得斗轮以合适的角度和深度切入料堆，作业准备就绪，取料开始； 第五步，斗轮堆取料机利用悬臂回转、斗轮旋转对料堆进行分层取料， 取料步骤为五一，取料堆顶层料，堆取料机回转机构每回转一个取料单程后 大车向前寸动一定距离，然后回转机构向反方向回转继续取料，如此 反复直到大车走行距离达到中控处理单元传送的取料开层长度为止； 堆取料机大车开始后退，即向取料寸动相反的方向运行进行换层取料;五二，根据中控处理单元传送的取第二层料时堆取料机斗轮取料 切入点的信息，大车后退到指定位置，然后调整俯仰角度开始取第二 层料，取料过程与取顶层料相同；五三，如此反复直到取最底层料。
6. 根据权利要求5所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是取料过程中，取料流量的恒定控制是通过控制堆取料机的寸动距离及悬臂回旋速度来实现；根据作业货种的比重不同确定不同的寸动距离， 悬臂回旋速度的确定依据斗轮电流的变化，建立斗轮电流与取料流量 之间的数学模型，通过斗轮电流可得出对应取料流量；堆取料机实时 采集斗轮电流，并将其加入控制悬臂的回旋速度的回路中，从而可恒 定控制取料流量。
7. 根据权利要求5所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是 在每层进行取料时，对每一次回转取料单程中取料边界的确定方法是 首先中控处理单元对取料料堆堆型进行预分析，然后根据堆取料机取 料时的走行位置、回转角度、俯仰角度信息，估算出每次回转角度的 范围；堆取料机每次发生一次取料寸动时代表一次新的回转取料开始， 并及时反馈至中控处理单元；中控处理单元根据堆取料机上激光扫描 设备返回的料堆信息及堆取料机的相关状态信息计算出在此处取料时 悬臂回转角度的范围，即回转角度最大值和最小值，并将计算出的回 转角度范围下发到对应本地堆取料机PLC;本地堆取料机PLC根据回 转角度最大值和最小值控制悬臂回转角度，确定料堆取料边界。
8. 根据权利要求5或6或7所述的散货料场无人化堆取工艺，其 特征是从散货料场的一料堆取料后将散货料输送到货船上，其取料作业步骤是第一步，中控处理单元收到包含作业货种、计划作业量的取料作业内 容及装船作业船舶配载信息后，按照装船作业船舶配载信息中要求的 装船顺序、货种、装船量以及料场实际堆料情况重新对堆取料机编排详细取料作业指令；第二步，进行在散货料场的一料堆取料作业；第三步，取料作业作为装船作业的上道工序，必须与装船作业中的每 个作业环节配合默契；装船作业过程中需频繁进行移舱，在移舱过程 中堆取料机取料应停止，即斗轮停止运转；中控处理单元利用船舶配 载信息，即装船移舱的顺序及每次作业量，以及装船作业发出的移舱 信号控制堆取料机自动取料作业的暂停和重新开始；当取料实际作业 量达到计划作业量时，自动取料停止。
9. 根据权利要求8所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是 调整水尺是装船作业的最后一道工序，通过调整水尺来保持船舶船体 平衡；此阶段取料作业由中控室内的人员根据船体情况预设定水尺调 整的取料作业量，随后堆取料机再次开始自动取料，当实际取料量达 到预设定量时，堆取料机停止作业，完成全部取料作业。
10. 根据权利要求1所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是: 自动堆取料过程中的中断处理，在堆料或取料过程中出现流程避让或 等待船舶排水情况时，中控室人员可中断此次作业，中控处理单元自 动记录保存此时堆取料机的各机构位置、状态信息及作业信息；当流 程避让结束，中控室人员发出重新作业指令，堆取料机恢复到中断前 的状态，重新开始自动堆料或取料作业。
11. 根据权利要求1所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是: 手动控制堆料或取料，中控处理单元允许人工远程手动操作，在中控 室内设置手柄操作盘，直接连接到中控PLC的I/0端口上，中控室人 员在中控室通过操作手柄远程控制堆取料机进行生产作业，在作业时， 中控室人员观察远程监控画面和工业电视画面来操纵操作手柄，控制 堆取料机的大车行走、悬臂回转、悬臂俯仰到达指定的位置，然后进 行堆料或取料作业；操作手柄根据中控人员操作的方向和位置，发出 相应的编码信号，送中控PLC;随后中控PLC将信号通过工业网络送 到对应本地堆取料机PLC进行处理，控制堆取料机各机构运转进行作 业。
12. 根据权利要求1所述的散货料场无人化堆取工艺，其特征是: 防碰撞策略，在斗轮和悬臂处装有测距传感器，实时监测斗轮、悬臂与料堆的相对位置；同时中控处理单元的防碰撞模块实时釆集各堆取 料机的相对位置、悬臂角度和回转角度，并及时计算出存在碰撞可能 性的位置状态信息，协调各堆取料机之间的作业。
全文摘要
本发明涉及港口仓储物流技术。一种散货料场无人化堆取工艺，第一，建立数据库；第二，根据输入的作业货种、计划作业量生成作业指令、自动堆取料作业模式和准备进行自动堆取料作业过程控制指令；第三，将相关指令送入中控PLC并经工业网络传递给对应本地堆取料机PLC；第四，本地PLC控制堆取料机各部件工作，完成本地作业控制；同时通过料堆激光扫描装置对料场状况进行扫描并经工业网络传输至中控处理单元；第五，中控处理单元实现堆取料机的堆型扫描数据处理，生成新指令发给对应本地堆取料机PLC；第六，中控室设置的手柄操作盘在特殊情况下作为手动操作的备用手段。本发明可应用于大型的港口码头、露天仓库、矿山堆场、钢铁企业等原料场。
文档编号B65G65/28GK101104480SQ20061002896
公开日2008年1月16日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者吉同祥, 刚 吴, 孔利明, 张子才, 张逸国, 施明星, 王健华, 苏 肖, 胡玉良, 云 金, 陈在根, 顾奕华 申请人:宝山钢铁股份有限公司;上海宝信软件股份有限公司