基于PLC数据分区域存储的斗轮机无人值守的控制方法与流程

本发明涉及涉及固体颗粒散物料堆放或提取移走的悬臂斗轮堆取料机，具体涉及基于plc数据分区域存储的斗轮机无人值守的控制方法。

背景技术：

悬臂斗轮堆取料机由、走行机构、回转机构、带式输送机、尾车、俯仰、喷水除尘、电缆卷筒、配重、门座等二十几个部件组成（图1）。作为一种连续、高效的散装物料装卸运输设备，具有很强的规律性，易实现自动化。被广泛应用于大型火力发电厂、工矿企业及港口散装物料储料场。

现有斗轮机运行方式大致分为三类：

一、就地手动控制：指的是操作人员在斗轮机驾驶室内对单台设备进行现场操作，不能实现系统复杂的联锁要求，斗轮机独立运行。输煤系统主控室内的工作人员不了解现场设备的工作情况和设备的运行参数，控制室内也没有设备的报警信号及相关数，此种方式已经逐渐被淘汰。

二、半自动控制：斗轮机的正常运作都是靠手动操作，但集控室上位机也有一定的控制权限，集控室里的工作人员可以直接控制斗轮的启停，大车的运动等。这些操作不必经过斗轮机控制室里的司机的许可就可进行，此种方式应对于小规模作业。

三、自动控制：自动控制指的是斗轮机实现无人控制方式，工作人员可在远方控制室内对斗轮机进行堆取料及各种控制。工作人员可在远方控制室内通过监控系统监视斗轮机的工作情况，远方控制室内的监视屏幕上有反映斗轮机工作位置和工作情况的运行情况图示，有自动报警系统，也可以通过计算机了解斗轮机的各种运行参数并通过打印机获得所需要的数据。

现阶段斗轮机的自动控制方式（无人值守）主要是通过如图2的形式实现的，工艺流程大致为：1、通过激光扫描仪对料场的整个料堆进行扇形扫描。2、斗轮机定位系统确定堆取料机的行程、回转、俯仰角度数据。3、数据通信将定位好的斗轮机的位置参数和料堆的边界数据传送至操作终端。4、图像处理软件对激光扫描仪、定位数据等进行处理，转换成料堆的直观三维图像，并提供料堆重要边界点的坐标参数。5、控制人员根据实际的作业任务建立作业计划，初始化模型参数后下发作业指令，利用料堆模型和plc模块控制斗轮机自动化作业。但是这种依靠激光扫描仪定位的无人值守系统成本高、而且从激光测量到数据处理都存在着误差，另外，现有激光扫描仪的安装位置大部分是安装在悬臂上，而悬臂经常处在运动状态，间接影响激光扫描仪的扫描准确性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供基于plc数据分区域存储的斗轮机无人值守的控制方法，用于斗轮机数据分区域存储，实现斗轮机对不同区域的煤场定位，从而达到斗轮机全自动无人值守功能，以克服上述现有技术的不足。

本发明的技术方案是这样实现的，该斗轮机无人值守控制系统具体包括如下步骤：

步骤s1：对煤场进行人工划分煤场区域，并将划分后的各个煤场区域边界数据按照煤场区域数量分区域存储至plc中作为分区域存储各个煤场区域内斗轮机储存数据的条件；

步骤s2：将步骤s1中划分的煤场区域储存至工控机组态软件中，并设置煤场区域选择按钮，当斗轮机进行煤场区域选择操作的同时，plc读取该区域的边界数据，与斗轮机位置数据进行对比，如果斗轮机当前不在该区域则斗轮机进行行走动作；

步骤s3：斗轮机首次进入到该区域时，建立斗轮机在该区域的初始数据并储存至plc中，其中，如果煤场为空煤场时，斗轮机的初始数据设定为煤场某一固定位置开始作业；如果煤场区域有物料，需通过远程操作台手动将斗轮机开到需要作业的位置，然后根据实际情况选择作业方式；

步骤s4：斗轮机作业结束后将产生该区域的历史数据，plc会根据斗轮机的作业方式，对斗轮机堆料结束时的位置数据和取料结束时的位置数据分别存储，当斗轮机再次接到作业命令式，触发plc存储器中该区域的斗轮机历史位置数据，根据当前的作业命令和作业区域调用该区域斗轮机堆料或取料的历史数据；

步骤s5：将该区域斗轮机的历史数据与当前斗轮机位置数据进行比较，在确保斗轮机运行轨迹安全的前提下，斗轮机会自动定位上一次的工作点即实现对煤场区域进行定位，当斗轮机到达预定位置后进行自动堆取煤作业；

步骤s6：斗轮机在自动堆料作业时，利用斗轮机头部的料位计，当堆料达到设定高度时斗轮机进行下一个堆料动作，从而实现斗轮机自动堆料，再结合斗轮机上的保护限位和高清视频监控系统确保斗轮机安全平稳运行;

步骤s7：斗轮机在自动取料作业时，利用皮带秤或者激光料流传感器配合斗轮机回转角度，当斗轮机回转达到历史角度后且皮带秤或激光料流传感器的料流值小于一定值时，判定斗轮机已经取料到煤堆边缘，然后斗轮机进行前进动作，前进结束后斗轮机反方向回转，同理往复动作实现自动取料。

本发明的优点及积极效果是：

1、本发明不需要借助激光扫描仪便可实现斗轮机对煤场的定位，通过划分煤场区域，并用煤场区域的数据和斗轮机当前位置数据比较，实现了斗轮机对煤场的定位，再由斗轮机进入煤场区域作为plc读取该区域煤场存储的斗轮机各项数据来作为斗轮机自动定位煤场的依据，当斗轮机开始进行作业后煤场的各项数据开始根据斗轮机的状态不断更新，直到斗轮机停止作业。

2、本发明基于plc数据分区域存储的斗轮机无人值守控制系统突破了传感器定位的传统模式，以一种数据分段式存储来实现斗轮机对煤场作业点的定位，不仅降低了斗轮机自动定位系统的成本，而且还大大降低了因传感器测量以及复杂计算带来的误差，再结合plc控制、视频监控、检测元件和上位机等技术，实现了斗轮机“一键启停”、智能掺配煤和无人值守的功能，节约了人力资源、提高了生产效率、降低了现场人身事故的发生概率，而且本发明基于plc数据存储不仅可以应用在斗轮机的自动定位，对于大型设备复杂工况的自动定位也起到了启发性的作用。

附图说明

图1是现有技术的斗轮机结构示意图。

图2是本发明的流程图。

图3是本发明的控制流程图。

图4是本发明的原理流程图。

具体实施方式

本发明是通过plc将斗轮机在煤场各个区域内工作结束时的位置数据存储起来，然后当斗轮机下次对该区域煤场作业时的不同条件触发读取斗轮机在该区域的历史数据，可以让斗轮机自动找到上次作业时的位置从而实现的斗轮机对煤场的定位，再结合斗轮机自动作业工艺从而实现斗轮机无人值守。

参照图3，本实施例具体包括如下步骤：

步骤s1：对煤场进行人工划分煤场区域i、ii、iii、iv，并将划分后的煤场区域i、ii、iii、iv边界数据分别存储至plc中作为煤场区域i、ii、iii、iv内斗轮机储存数据的条件；

步骤s2：将步骤s1划分的煤场区域i、ii、iii、iv储存至工控机组态软件中，并设置煤场区域选择按钮i、ii、iii、iv，当斗轮机选择煤场区域i的同时，plc读取煤场区域i的边界数据，与斗轮机位置数据进行对比，如果斗轮机当前不在煤场区域i则斗轮机进行行走动作，进入到煤场区域i内的指定位置；

步骤s3：斗轮机首次进入到煤场区域i时，建立斗轮机在煤场区域i的初始数据并储存至plc划分的煤场区域i中，其中，如果煤场区域i为空煤场时，斗轮机的初始数据设定为煤场区域i某一固定位置开始作业；如果煤场区域i有物料，操作人员需通过远程操作台手动将斗轮机开到需要作业的位置，然后根据实际情况选择作业方式；

步骤s4：斗轮机作业结束后将产生煤场区域i的历史数据，plc会根据斗轮机的作业方式不同，对斗轮机堆料结束时的位置数据和取料结束时的位置数据分别存储，当斗轮机再次接到作业命令式，触发plc存储器中煤场区域i的斗轮机历史位置数据，根据当前的作业命令和作业区域调用煤场区域i斗轮机堆料或取料的历史数据；

步骤s5：将煤场区域i斗轮机的历史数据与当前斗轮机位置数据进行比较，在确保斗轮机运行轨迹安全的前提下，斗轮机会自动定位上一次的工作点即实现对煤场区域进行定位，当斗轮机到达预定位置后进行自动堆取煤作业；

斗轮机历史数据的调用，当斗轮机进入到设定的煤场区域i时斗轮机便会调用煤场区域i的历史数据，然后根据斗轮机当前的作业命令（堆料或取料）来调取煤场区域i历史（堆料或取料）的位置数据，步骤如下：

如果本次作业为堆料，煤场区域i的斗轮机上最近一次的位置数据为堆料的位置数据，斗轮机则直接调用该数据；

如果本次作业为堆料，煤场区域i斗轮机上最近一次的位置数据为取料的位置数据，且取料的历史数据中变幅的高度低于设定的堆料高度，则堆料的位置数据为该区域的固定堆料预设数据；如果历史取料数据的变幅高度大于或等于设定的堆料高度，则堆料的位置数据为上一次取料的位置数据。

如果本次作业为取料，该区域斗轮机上最近一次的位置数据为取料的位置数据，斗轮机则直接调用该数据；

如果本次作业为取料，该区域斗轮机上最近一次的位置数据为堆料的位置数据，斗轮机在调用该数据后，要在变幅高度的数据之上做预设的降低，因为堆料时料堆对斗轮的高度是通过料位计预设好的。

步骤s6：斗轮机在自动堆料作业时，设定堆料高度，斗轮机到达堆料点后开始堆料，当料位计检测达到预设堆料高度，斗轮机左转堆料，当最后一次回转后（回转范围可以预设在plc内，也可以在上位机上设置），料位计再次动作，斗轮机后退，后退结束后斗轮机继续堆料，料位计动作斗轮机做反向回转，回转结束后大车继续后退，由此反复作业。

步骤s7：斗轮机在自动取料作业时，斗轮机到达取料点后开始取料，初始的回转方向如果斗轮机上一次是在取料左转那么本次操作如果是取料，当斗轮机到达预定位置后，斗轮机会继续进行取料左转作业，当回转达到历史堆料边缘范围时，同时皮带秤的模拟量料流量接近于0时，认定斗轮机取到煤堆边缘，同时斗轮机的大车前进一段距离（前进距离预设在plc里），前进结束后，回转做反向回转，当反向角度达到堆料范围，同时皮带秤的模拟量料流量接近于0时，认定斗轮机取到煤堆另一侧边缘，由此反复动作实现自动取料作业。

通过对皮带秤的数据做对取料的存储和运算，用以对斗轮机堆、取作业量的数据进行存储和计算，通过皮带秤累积煤量的计算，堆料时做加法运算，取料做减法运算，可以计算出煤场区域i的煤量，区别于激光扫描体积乘以密度的粗略算法。

料流恒定系统，通过采集皮带秤瞬时流量信号，结合回转变频速度模拟量信号，通过编程实现了对斗轮机取料的pid控制，达到了平稳取煤的效果。

当斗轮机定位到作业切入点后，我们通过远程操作台对斗轮机进行堆/取料作业方式的选择，斗轮机在煤场区域i进行自动堆取料作业。当斗轮机进入到自动作业状态下plc将不再对煤场数据进行读取，而是作为根据斗轮机的运行状态更新煤场数据的触发条件，直到作业结束或者通过设置作业量来实现对无人值守操作的完成命令，又或者在遇到特殊情况通过远程操作台进行人工干预操作，由于数据的存储是根据煤场区域来触发的，所以不受操作方式的影响，实现人工和自动无干预操作，自动作业结束后，斗轮机自动回到原点。

现场工控机同时还设有手柄操作台，在特殊情况为手动操作备用和对斗轮机自动作业的手动干预微调功能，手柄操作台通过plc远程从站与斗轮机plc主站以现场总线形式通讯。

基于plc数据分层存储的斗轮机无人值守控制系统突破了传感器定位的传统模式，以一种数据分段式存储来实现斗轮机对煤场作业点的定位，不仅降低了斗轮机自动定位系统的成本，而且还大大降低了因传感器测量以及复杂计算带来的误差，再结合plc控制、视频监控、检测元件和上位机等技术，实现了斗轮机“一键启停”、智能掺配煤和无人值守的功能，节约了人力资源、提高了生产效率、降低了现场人身事故的发生概率，而且这种基于plc数据存储及深度算法的模式不仅可以应用在斗轮机的自动定位，对于大型设备复杂工况的自动定位也起到了启发性的作用。