哈尔滨重工散料设备股份有限公司  薛明

摘要：随着智能化的高速发展，以“无人值守”为核心延伸的各种智能管理服务走入了大众视线。提高设备运行自动化程度势在必行，斗轮机无人值守的管理模式具有广阔的发展前景。斗轮机作业时间长，需频繁操作，人工操作具有作业效率不稳定和安全运行风险较高的弊端，对此我公司提出采用无人值守控制系统。本文介绍了斗轮机的组成结构，安装无人值守控制系统后可实现实时监控、检测、自行设定、自动调节等功能。

关键词：斗轮堆取料机，无人值守，自动化，远程控制

斗轮堆取料机是一种大型、连续、高效的散料装卸机械。设备具有堆料、取料及通过功能。适用于大中型火力发电厂、码头、矿山、冶金、化工和大型水利工地等工矿企业储料场中散状物料的堆取。

斗轮堆取料机按结构分为臂架型和桥架型。

1. 臂架型斗轮堆取料机结构组成。

臂架型斗轮堆取料机由斗轮机构、上部金属结构、悬臂胶带机、行走机构、俯仰机构、回转机构、中部料斗、附属结构、尾车、配重、除尘系统、润滑系统、高低压电气室、司机室、电气系统等组成。

斗轮机构由料斗、轮体、圆弧挡板、驱动机构及溜料板等组成。斗轮机构通过挖掘提升将散料取到悬臂胶带机上，是取料的工作机构。

上部钢结构由前臂架、门柱、前拉杆、后拉杆及配重架等组成，是斗轮堆取料机的主要钢结构。

悬臂皮带机由驱动滚筒、改向滚筒、托辊及皮带驱动机构等组成。皮带机能正反向运动，以此来实现堆料及取料功能。

行走机构由平衡梁、台车架、车轮组及台车驱动机构组成。行走速度可以实现无极变速。在进行堆取料工作时采用低速，调车时采用高速，节省时间，提高工作效率。

俯仰机构由液压油缸及液压油站等组成。上部钢结构的整体摆动由俯仰机构带动，实现斗轮机不同部位堆取料。

回转机构是由上座圈、下座圈、回转轴承及回转驱动机构组成。以实现皮带机±110°范围内堆取料。

尾车的结构形式分为单尾车、折返尾车、双尾车及全功能尾车。单尾车能实现单向堆料，单向取料功能；折返尾车能实现单向堆料单向取料功能；双尾车能实现单向堆料，双向取料功能；全功能尾车能实现双向堆料及双向取料功能。

2、桥架型斗轮机分为门式斗轮堆取料机和桥式斗轮取料机

门式斗轮堆取料机

门式斗轮堆取料机：具有一个门形的金属构架和一个可升降的活动梁，活动梁上有两条固定带式输送机和一条可移动且可双向运行的堆料带式输送机，在门架一侧的料场带式输送机线上设有随门架运行的尾车。无格式斗轮机构通过圆形滚道、支承轮、挡轮机构，装在可沿升降活动梁运行的小车上。堆料时，物料经料场带式输送机、尾车转至堆料带式输送机上，最后抛卸至料场。通过活动梁的移动及其上堆料带式输送机的运行，使物料形成一定形状的料堆。取料时，由横向运行的小车及其上旋转的斗轮连续取料，物料在卸料区卸到活动梁带式输送机上，最后转卸到料场带式输送机运走。通过活动梁的升降和门架的运行，可将料堆取尽。

桥式斗轮取料机

桥式斗轮取料机与门式斗轮堆取料机在结构上的主要区别是:它没有高大的门架,桥架是固定不升降的，而且处于较低位置；没有堆料带式输送机和尾车；在斗轮的前方有固定在小车上的料耙。小车运行时带动料耙沿料堆端面运动，使上面的散料下滑，以便斗轮取料。料耙还能使由堆料机按不同物料分层堆放的物料在下滑时混匀，因此往往又称为桥式斗轮混匀取料机。

目前国内绝大部分斗轮机的堆料由斗轮机司机在现场人工操作斗轮机来完成，在取料过程中斗轮机的取料量是由肉眼来判断，通过操控斗轮机回转臂的启停来控制流量。

由于斗轮机运行作业时间长，且在堆取料过程中操作频繁，使得作业人员劳动强度非常大，容易疲劳，进而导致长时间作业效率不稳定。高强度的人工操作强度易引起视觉疲劳，造成机械冲击，增加安全运行风险，甚至影响设备寿命。同时，皮带秤受斗轮机本身的影响，无法准确测量。但受现场干扰因素较多，在堆料过程中料流无法结合斗轮机的控制，容易造成料垛的不规则堆放，降低了料场存料量。在取料过程中凭人工经验判断，手动调节，取料量的不稳定降低了取料效率，同时也容易出现过载现象，影响系统的安全运行。斗轮机大车行走启停、大臂回转两侧过程时，容易产生设备抖动，通过降低速度来减小抖动，影响斗轮机作业效率。斗轮机原有的图像监视覆盖小，存在死角，堆料作业过程中不能有效地全方位全天候监控，尤其是在夜间或雾天作业时难度更大，不利于安全运行，影响取料过程的效率。

    针对上述斗轮机存在的问题，本公司提出采用斗轮机识址系统、安全防撞系统、三维建模系统、数据传输系统、流量监测系统、通讯系统、远程操作中心及中央控制站进行恒流取料控制和智能顺序控制，最终实现斗轮机全自动无人值守控制系统。

尽管采用全自动无人值守控制系统，但也保留斗轮堆取料机就地人工操作方式，在此基础上，实现远程手动、半自动、全自动工作方式。远程手动包括远程硬手动操作和远程软手动操作； 半自动操作包括自动定位煤堆，在堆料/取料方式和边界识别等方面需要人工选择和确认；全自动操作专指在作业时，只需要工作人员确认堆煤、上煤方案等初始设定后，下达作业命令，实现设备工作过程的无人干预，即可控制条形堆取料自动完成堆取料机构行走、旋转、俯仰等工作，保持堆取料机工作在额定出力范围内，工作过程涵盖自动堆料和自动取料。实现远程硬手动操作在输煤集控室为斗轮机安装一套可远程操作的操作终端。实现堆取料的手动、自动无扰切换及驾驶室的就地手动、自动无扰切换，提高作业效率和系统安全性。

通过激光扫描仪在悬臂胶带上方进行断面扫描，实现实时检测煤流瞬时量，通过断面计算取料量，实现全自动恒流量取料，同时设置煤流瞬时量一级过载报警、二级过载连锁跳机功能，煤流瞬时量达到堆取料机额定值时系统自动报警，同时自动调整取料流量，确保设备正常工作。对于超出额定值一定范围时，系统实现连锁跳机。

斗轮机的定位系统包括主要运动机构——大机行走、悬臂俯仰、悬臂回转。采用高精度多圈绝对值编码器，同时加装位置校正设备，大车行走采用射频识别系统校正现场统一通讯协议，将编码器的数据传入PLC中，实时检测变幅角度变化并将采集到的数据传入PLC进行处理，方便中控室对堆取料机运行情况进行控制和观察。

俯仰角采用俯仰仪进行测量，行走和回转采用格雷母线定位，其他定位采用编码器取得斗轮机的位移信息，实现定位跟踪。

全自动堆料策略：自动堆料选择大车行走定点堆料或悬臂回转定点堆料方式，堆料高度采用料高检测装置实时检测，系统采用“全层回转堆料法”，每层堆料厚度不超过1米，顶部平整，斗下缘最低点距落煤点高度小于1米，降低损耗，减少环境污染。堆料高度及宽度可自行设定，系统自动调节回转速度和后退步进，全过程无需人工干预。对于进入到煤场的堆煤，生成堆煤台账。

全自动取料策略：斗轮堆取料机按工艺流程自动启动相关设备（悬臂皮带、斗轮）后自动开始取料（取煤量可根据需要进行设定）。控制系统自动控制取料步进及悬臂回转，直至完成取料流程。系统采用“分层分段（区）取料法”，斗轮悬臂横向旋转接近90°至煤垛外缘，保持煤场平整，外形规范。斗轮机控制系统根据取煤量设定值自动调节，保持恒流取料，全过程无需人工干预。根据当前区域煤量，生成取煤台账。

实时盘煤：在斗轮机作业期间（包括手动模式、自动模式），对煤垛进行实时盘煤，煤垛数据在斗轮机远程操作员站实时更新，同时在斗轮机远程操作员站可进行煤堆数据（图形）手动删除、误删一键恢复，在图形服务器进行煤堆数据（图形）历史回放。斗轮堆取料自动化系统需要利用煤场测量系统数据为建模基础，实现实时指导斗轮堆取料机自动化模型指导。

无人值守斗轮机自动化系统自带诊断功能，当测点故障、失效或者系统发生重大故障时能发出报警，并在斗轮机监控画面上醒目显示外，能在远程操作终端上发出声光报警。斗轮机运行参数超出设定值时能自我保护，以便斗轮机远程监控人员及时发现并干预。在不影响安全的情况下，自动停止运行，并报警。

无人值守系统能对斗轮机关键部位进行视频监测，斗轮机上安装视频摄像头，视频信息通过工业电视网络传输到集控室，操作员对现场作业场景进行实时的视频监视。能够对尾车位置尾车皮带；悬臂皮带与地面皮带；塔顶位置；堆料、取料大臂状况；电缆卷盘位置，观察电缆卷盘；回旋位置，观察堆取料时大臂状况；悬臂皮带下方，观察斗轮；低压配电室，观察电气设备运行情况。

传统斗轮堆取料机技术与创新信息技术相结合来实现斗轮堆取料机全自动无人值守控制系统新型设备。该系统通过激光扫描技术实时获取现场堆场的信息、斗轮机的位置和悬臂俯仰角度和回转角度的实时状态，通过特定算法，自动控制斗轮机执行指定任务。通过该系统实现了对堆场内的散料自动堆料和取料，加强了对厂内散料的管理，提高了运行效率。

综上所述，随着我国经济发展和转型，劳动力成本逐步提升，普通技术型工人将非常短缺，而斗轮堆取料机属于重型工作制，至少需要三班倒连续作业，因此以往采用手动控制操作设备运行的管理模式必将越来越困难，提高设备运行自动化程度势在必行，斗轮机无人值守的管理模式是未来发展的必然趋势，具有广阔的发展前景。