封闭料场智能控制系统及具有预均化功能的智能控制方法

摘要

封闭料场智能控制系统及具有预均化功能的智能控制方法，所述封闭料场包括封闭贮料棚、物料输入系统、物料输出系统；所述智能控制系统包括实现堆料逻辑控制及堆料各机构状态、故障信息采集的物料输入系统控制系统；实现取料的逻辑控制及取料各机构状态、故障信息采集的物料输出系统控制系统；包括数据处理服务器，自动化操作设备，物料信息管理设备，中控PLC，网络设备以及远程操作台的中央控制系统；系统之间采用工业无线以太网连接，中控室与各设备之间工业建立以太网及工业控制网的链路，作为各类信息交换的通信平台，进行数据交换，堆料时实现自动分层堆料，取料时同时切削多个料层，实现预均化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种料场智能控制系统及其操作控制方法。尤其是涉及一种应用于封闭料场内无人化智能控制系统及其智能控制方法，还涉及一种具有预均化功能的智能控制方法。

背景技术

目前，普通露天贮料场已在电厂、水泥厂、钢铁冶金等行业大量应用。在散状物料的贮存和处理上，露天贮料场具有工程应用实例多，工艺布置灵活，技术成熟，设备可靠，土建及其它公辅配套设施成熟等特点，但传统的露天料场受风、雨等自然条件影响大，且在堆、取料作业过程中的粉尘，对环境的影响很大，存在着环境污染、操作环境恶劣、物料损耗、水分波动、占地面积大、防冻解冻难等问题。

封闭式贮料场利用封闭式贮料棚保护物料不受大风和雨水侵蚀，减少物料的扬尘损耗。封闭式料场内的料堆周围一般设有挡墙，有利于提高料堆的堆高，从而可以提高贮料场的贮料能力，减少贮料场的占地面积。目前，封闭料场的控制和操作过程多数都离不开人，操作人员根据作业计划单或口头任务指令，个人的经验设定堆料或取料的控制策略。然而由于封闭式贮料场在作业时有比露天贮料场更高的扬尘浓度，工作环境更加恶劣，严重影响在堆场作业人员的健康。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，生产成本较高。由于封闭料场没有实现整体自动化，管理缺乏智能化，使得在生产过程中原料的搭配均匀性也较差，普遍缺乏预均化功能。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明解决的技术问题在于：提供一种封闭料场智能控制系统、控制方法及具有预均化功能的智能控制方法，可以实现封闭料场在无现场操作人员的情况下全过程自动堆取料作业，在堆取料过程中，操作人员可以通过远程监控终端实时监视现场作业，还可以通过远程操作台对堆料、取料作业进行手动操作，从而克服了现有的封闭料场自动化程度低、操作者劳动强度高、操作环境恶劣，作业效率低，难以实现原料的预均化等缺陷。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种封闭料场智能控制系统，应用于封闭料场中，所述封闭料场包括封闭贮料棚、物料输入系统、物料输出系统，所述物料输入系统包括输入胶带机和可沿料场长度方向移动的卸料装置；所述物料输出系统包括取料带式输送机和可沿料场长度方向移动的半门式刮板取料机，所述封闭料场智能控制系统包括物料输入系统的控制系统、物料输出系统的控制系统和中央控制系统；物料输入系统的控制系统实现堆料的逻辑控制及堆料各机构状态、故障信息采集，它包括卸料装置的本地PLC和走行定位系统，第一视频监控系统，物料高度检测装置，用于判断卸料装置是否有来料的来料检测装置以及卸料装置的行走限位装置；物料输出系统的控制系统实现取料的逻辑控制及取料各机构状态、故障信息采集，它包括半门式刮板取料机的本地PLC和走行定位系统，第二视频监控系统，半门式刮板取料机的走行限位装置，半门式刮板取料机的俯仰控制装置；所述中央控制系统包括数据处理服务器，自动化操作设备，物料信息管理设备，中控PLC，网络设备以及远程操作台，物料输入系统的控制系统、物料输出系统的控制系统和中央控制系统之间采用工业无线以太网连接。

堆料时，中央控制系统根据物料信息，料场信息，卸料装置位置信息，料堆高度信息下达堆料作业计划，物料输入系统根据堆料作业计划，按照预先的参数进行堆料作业；取料时，中央控制系统根据物料信息，料场信息，半门式刮板取料机位置信息，侧刮板俯仰位置信息及料堆高度检测信息下达取料作业计划，物料输出系统根据取料作业计划，按照预先的参数进行取料作业。

作为进一步改进技术方案，本发明提供的封闭料场智能控制系统，所述卸料装置和/或半门式刮板取料机的走行定位系统，包括安装在卸料装置和/或半门式刮板取料机上的感应天线，沿卸料装置和/或半门式刮板取料机的运行轨道安装的编码电缆。

作为进一步改进技术方案，本发明提供的封闭料场智能控制系统，所述第一视频监控系统包括设置在卸料装置的卸料位置、来料位置、堆料位置以及检修平台上的摄像头，用于监控卸料装置的行走及堆料过程，所述摄像头通过无线以太网将监控画面实时传回中央控制系统，中央控制系统对摄像机进行云台控制，实现摄像机多角度运动，扩大中央控制系统的监控画面的范围。

卸料位置的摄像头用于监控卸料口、卸料皮带之间的物料，来料位置的摄像头用于监控尾车皮带、尾车皮带上的物料及卸料装置后退情况，堆料位置的摄像头用于监控堆料口处的料堆，检修平台上的摄像头用于监控卸料装置前进时的情况。

作为进一步改进技术方案，本发明提供的封闭料场智能控制系统，所述物料高度检测装置包括设置在卸料装置的落料口的上方，用于检测堆料高度的检测器。

作为进一步改进技术方案，本发明提供的封闭料场智能控制系统，所述物料输出系统的控制系统还包括半门式刮板取料机的刮板电机电流采集装置；断链拉力保护装置。

作为进一步改进技术方案，本发明提供的封闭料场智能控制系统，所述物料输出系统的控制系统还包括可通过PLC控制的记忆封闭料场内不同区域待取料面的位置角度的编码器。

为了解决上述技术问题，第二方面，本发明提供一种封闭料场智能控制方法，是封闭料场智能控制系统的控制方法，所述封闭料场智能控制系统，应用于封闭料场中，所述封闭料场包括封闭贮料棚、物料输入系统、物料输出系统，所述物料输入系统包括输入胶带机和可沿料场长度方向移动的卸料装置；所述物料输出系统包括取料带式输送机和可沿料场长度方向移动的半门式刮板取料机，所述封闭料场智能控制系统包括物料输入系统的控制系统、物料输出系统的控制系统和中央控制系统；物料输入系统的控制系统实现堆料的逻辑控制及堆料各机构状态、故障信息采集，它包括卸料装置的本地PLC和走行定位系统，第一视频监控系统，物料高度检测装置，用于判断卸料装置是否有来料的来料检测装置以及卸料装置的行走限位装置；物料输出系统的控制系统实现取料的逻辑控制及取料各机构状态、故障信息采集，它包括半门式刮板取料机的本地PLC和走行定位系统，第二视频监控系统，半门式刮板取料机的走行限位装置，半门式刮板取料机的俯仰控制装置；所述中央控制系统包括数据处理服务器，自动化操作设备，物料信息管理设备，中控PLC，网络设备以及远程操作台，物料输入系统的控制系统、物料输出系统的控制系统和中央控制系统之间采用工业无线以太网连接，封闭料场智能操作控制方法包括以下步骤：

1）利用工业无线以太网连接通信技术，使中央控制系统与物料输入系统和物料输出系统之间建立以太网及工业控制网的链路，作为双方信息交换的通信平台，进行数据交换；

2）卸料装置的走行定位系统和半门式刮板取料机的走行定位系统分别检测卸料装置和半门式刮板取料机的位置，完成对卸料装置、半门式刮板取料机的定位、连锁和生产管理：中央控制系统在数据库中建立模拟划分区域信息，将料场分为若干个区域，每个区域的具体位置，与安装在卸料装置、半门式刮板取料机轨道上的编码电缆一一对应，中央控制系统根据检测到卸料装置、半门式刮板取料机的位置，料堆高度，在数据库中的区域信息，确定卸料装置和/或半门式刮板取料机在料场的具体位置；

3）实现自动堆料：卸料装置收到来自中央控制系统的堆料指令信息，结合料堆信息，走行位置、料堆高度检测信息，控制卸料装置自动完成作业定位，并按照预先设定好的参数进行堆料作业，当物料高度检测装置检测到料堆高度达到预定的堆积高度时，卸料装置自动转到另一堆料点继续堆料，以此类推，直到堆料完成或者启动另一堆料地址；

4）实现自动取料：半门式刮板取料机收到来自中央控制系统的取料指令信息，结合走行位置、侧刮板俯仰位置信息及料堆高度检测信息，控制半门式刮板取料机完成作业定位并进行取料作业。

为了保证产品质量、提高生产效率、确保设备和人身安全，作为进一步改进技术方案，本发明提供的封闭料场智能控制方法，所述第一视频监控系统包括设置在卸料装置的卸料位置、来料位置、堆料位置以及检修平台上的摄像头，用于监控卸料装置的行走及堆料过程，所述摄像头通过无线以太网将监控画面实时传回中央控制系统，中央控制系统对摄像机进行云台控制，实现摄像机多角度运动，扩大中央控制系统的监控画面的范围。

作为进一步改进技术方案，本发明提供的封闭料场智能控制方法，通过中央控制系统的远程操作台，可以直接操作物料输入系统、物料输出系统的设备的运行。

为了解决上述技术问题，第三方面，本发明提供一种封闭料场具有预均化功能的智能控制方法，是应用封闭料场智能控制系统实现散状物料预均化的方法，所述封闭料场智能控制系统，应用于封闭料场中，所述封闭料场包括封闭贮料棚、物料输入系统、物料输出系统，所述物料输入系统包括输入胶带机和可沿料场长度方向移动的卸料装置；所述物料输出系统包括取料带式输送机和可沿料场长度方向移动的半门式刮板取料机，所述封闭料场智能控制系统包括物料输入系统的控制系统、物料输出系统的控制系统和中央控制系统；物料输入系统的控制系统实现堆料的逻辑控制及堆料各机构状态、故障信息采集，它包括卸料装置的本地PLC和走行定位系统，第一视频监控系统，物料高度检测装置，用于判断卸料装置是否有来料的来料检测装置以及卸料装置的行走限位装置；物料输出系统的控制系统实现取料的逻辑控制及取料各机构状态、故障信息采集，它包括半门式刮板取料机的本地PLC和走行定位系统，第二视频监控系统，半门式刮板取料机的走行限位装置，半门式刮板取料机的俯仰控制装置；所述中央控制系统包括数据处理服务器，自动化操作设备，物料信息管理设备，中控PLC，网络设备以及远程操作台，物料输入系统的控制系统、物料输出系统的控制系统和中央控制系统之间采用工业无线以太网连接，封闭料场散状物料的预均化方法包括以下步骤：

1）利用工业无线以太网连接通信技术，使中央控制系统与物料输入系统和物料输出系统之间建立以太网及工业控制网的链路，作为双方信息交换的通信平台，进行数据交换；

2）卸料装置的走行定位系统和半门式刮板取料机的走行定位系统分别检测卸料装置和半门式刮板取料机的位置，完成对卸料装置、半门式刮板取料机的定位、连锁和生产管理：中央控制系统在数据库中建立模拟划分区域信息，将料场分为若干个区域，每个区域的具体位置，与安装在卸料装置、半门式刮板取料机轨道上的编码电缆一一对应，中央控制系统根据检测到卸料装置、半门式刮板取料机的位置，料堆高度，在数据库中的区域信息，确定卸料装置和/或半门式刮板取料机在料场的具体位置；

3）实现自动堆料：卸料装置收到来自中央控制系统的堆料指令信息，结合料堆信息，走行位置、料堆高度检测信息，控制卸料装置自动完成作业定位，并按照预先设定好的参数进行堆料作业，当物料高度检测装置检测到料堆高度达到预定的堆积高度时，卸料装置自动转到另一堆料点继续堆料，以此类推，直到堆料完成或者启动另一堆料地址；堆料时，卸料装置采用自下而上的堆料方式进行分层堆料，在堆料的过程中，沿着料堆长度方向分层堆料，每一料层的厚度一致，每一料层在料场长度方向的长度与在料场中的堆料区域的长度一致；

4）实现自动取料：半门式刮板取料机收到来自中央控制系统的取料指令信息，结合走行位置、侧刮板俯仰位置信息及料堆高度检测信息，控制半门式刮板取料机完成作业定位并进行取料作业；取料时，调节半门式刮板取料机刮板臂的俯仰角度，对料堆从侧面采用自上而下的取料方式沿着料堆长度方向进行分层取料，在每次刮板取料过程中，同时切削多个料层。

为了保证产品质量、提高生产效率、确保设备和人身安全，作为进一步改进技术方案，本发明提供的封闭料场具有预均化功能的智能控制方法，所述第一视频监控系统包括设置在卸料装置的卸料位置、来料位置、堆料位置以及检修平台上的摄像头，用于监控卸料装置的行走及堆料过程，所述摄像头通过无线以太网将监控画面实时传回中央控制系统，中央控制系统对摄像机进行云台控制，实现摄像机多角度运动，扩大中央控制系统的监控画面的范围。

作为进一步改进技术方案，本发明提供的封闭料场具有预均化功能的智能控制方法，通过中央控制系统的远程操作台，可以直接操作物料输入系统、物料输出系统的设备的运行。

在不冲突的情况下，前述改进方案可单独或组合实施。

本发明提供的技术方案，可实现封闭料场的堆料、取料作业操作无人化，克服恶劣工作环境对堆场作业人员健康的影响。减少堆料、取料作业的人为影响因素，减员增效。可使场地内散料堆合理布置、提高运行效率，降低生产成本。由于封闭料场实现整体自动化，智能化管理，在生产过程中原料的搭配均匀性也更好，能较好地实现散状物料的预均化生产，节约储存和运行费用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是实施例封闭料场的结构示意图；

图2是实施例智能控制系统实现预均化作业分层堆料示意图；

图3是实施例智能控制系统实现预均化作业分层取料示意图；

图4是智能控制系统实现预均化作业时的预均化效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

如图1所示具有预均化功能的封闭料场，包括封闭贮料棚18、物料输入系统、物料输出系统。封闭料场中部设有中间挡墙5，中间挡墙5具有上部平台和中部平台。物料输入系统包括设在上部平台上的输入胶带机14和可沿料场长度方向移动的卸料装置15，卸料装置15的堆料臂带式输送机的一端伸出所述上部平台的外沿。物料输出系统包括位于中间挡墙5一侧的第一取料带式输送机12和第一半门式刮板取料机13、位于中间挡墙5另一侧的第二取料带式输送机17和第二半门式刮板取料机16；第一半门式刮板取料机13的卸料口位于第一取料带式输送机12的上方，第二半门式刮板取料机16的卸料口位于第二取料带式输送机17的上方；第一半门式刮板取料机13和第二半门式刮板取料机16的一端置于地面上的条形轨道上，另一端跨过料堆置于中间挡墙5的中部平台上的条形轨道上，并可沿着轨道在料场长度方向上进行走行运动。封闭贮料棚18内设有与中间挡墙5浇筑在一起将料场分隔成不同区域的隔料墙1，地面上设有水喷淋系统19。

封闭料场智能控制系统包括物料输入系统的控制系统、物料输出系统的控制系统和中央控制系统；物料输入系统的控制系统实现堆料的逻辑控制及堆料各机构状态、故障信息采集，它包括卸料装置15的本地PLC和走行定位系统，第一视频监控系统，物料高度检测装置，用于判断卸料装置15是否有来料的来料检测装置以及卸料装置15的行走限位装置；物料输出系统的控制系统实现取料的逻辑控制及取料各机构状态、故障信息采集，它包括第一半门式刮板取料机13和第二半门式刮板取料机16的本地PLC和走行定位系统，第二视频监控系统，第一半门式刮板取料机13和第二半门式刮板取料机16的走行限位装置，第一半门式刮板取料机13和第二半门式刮板取料机16的俯仰控制装置，第一半门式刮板取料机13和第二半门式刮板取料机16的刮板电机电流采集装置，断链拉力保护装置，可通过PLC控制的记忆封闭料场内不同区域待取料面的位置角度的编码器；所述中央控制系统包括数据处理服务器，自动化操作设备，物料信息管理设备，中控PLC，网络设备以及远程操作台，物料输入系统的控制系统、物料输出系统的控制系统和中央控制系统之间采用工业无线以太网连接。卸料装置15、第一半门式刮板取料机13和第二半门式刮板取料机16的走行定位系统，包括安装在各自设备上的感应天线，它们运行轨道安装的编码电缆。第一视频监控系统包括设置在卸料装置15的卸料位置、来料位置、堆料位置以及检修平台上的摄像头，用于监控卸料装置15的行走及堆料过程。物料高度检测装置包括设置在卸料装置15的落料口的上方，用于检测堆料高度的检测器。卸料位置的摄像头用于监控卸料口、卸料皮带之间的物料，来料位置的摄像头用于监控尾车皮带、尾车皮带上的物料及卸料装置后退情况，堆料位置的摄像头用于监控堆料口处的料堆，检修平台的摄像头用于监控卸料装置前进时的情况。摄像头通过无线以太网系统将监控画面实时传回中控室，并且结合控制键盘，对重点摄像机进行云台控制，实现摄像机多角度运动，扩大中控室的监控画面的范围。

堆料时，中央控制系统根据物料信息，料场信息，卸料装置15位置信息，料堆高度等信息下达堆料作业计划，物料输入系统根据堆料作业计划，按照预先的参数进行堆料作业；取料时，中央控制系统根据物料信息，料场信息，半门式刮板取料机13、16位置信息，侧刮板俯仰位置信息及料堆高度检测信息等信息下达取料作业计划，物料输出系统根据取料作业计划，按照预先的参数进行取料作业。

在作业过程中，封闭料场智能控制系统实现预均化堆取料作业的智能控制方法包括以下步骤：

1）利用工业无线以太网连接通信技术，使中央控制系统与物料输入系统和物料输出系统的本地PLC之间建立以太网及工业控制网的链路，作为双方各类信息交换的通信平台，进行数据交换；

2）卸料装置15的走行定位系统和半门式刮板取料机的走行定位系统分别检测卸料装置15和半门式刮板取料机的位置，完成对卸料装置15、半门式刮板取料机13、16的定位、连锁和生产管理，中央控制系统在数据库中建立模拟划分区域信息，将料场分为若干个区域，每个区域的具体位置，与安装在卸料装置15、半门式刮板取料机13、16轨道上的编码电缆一一对应，中央控制系统根据检测到卸料装置15、半门式刮板取料机13、16的位置，料堆高度，在数据库中的区域信息，确定卸料装置15和/或半门式刮板取料机13、16所在料场的具体位置；

3）实现自动堆料：卸料装置15收到来自中央控制系统的堆料指令信息，结合料堆信息，走行位置、料堆高度检测信息，控制卸料装置15自动完成作业定位，并按照预先设定好的参数进行堆料作业，当物料高度检测装置检测到料堆高度达到预定的堆积高度时，卸料装置15自动转到另一堆料点继续堆料，以此类推，直到堆料完成或者启动另一堆料地址。在自动堆料时，首先，卸料装置15借助走行定位系统将每个区域的具体位置，通过安装在堆料机轨道上编码电缆进行一一对应，卸料装置15根据作业计划行走到堆料区域的起始位置，然后启动地面堆料流程，卸料装置15按照作业计划控制指令判断堆料方式开始堆料作业，当为定点堆料时，物料高度检测装置检测到料堆高度达到预定的堆积高度时，卸料装置15按照作业流程设定的距离自动移动到另一堆料点继续堆料，以此类推，直到卸料装置15作业到达堆积终止地址，堆料完成；当为混匀堆料方式时，卸料装置15根据作业计划在堆料时，从初始地址位置走到终止地址位置，然后反向堆料，如此反复，实现物料一层一层均匀堆料，直到物料高度检测装置检测到料堆高度达到预定的堆积高度时，完成堆料。为了达到预均化效果，堆料时，卸料装置15采用自下而上的堆料方式进行分层堆料，在堆料的过程中，沿着料堆长度方向分层堆料，每一料层3的厚度一致，每一料层3在料场长度方向的长度与在料场中的堆料区域的长度一致。堆料区域的长度可以为整个料场的长度或两相邻隔料墙之间的长度；为了保证预均化的效果，堆料作业时，堆料的层数3尽量多，堆料料层为300层以上，堆层数3越多，料层3越薄，预均化效果更好。

4）实现自动取料功能：半门式刮板取料机13、16收到来自中央控制系统的取料指令信息，结合走行位置、侧刮板俯仰位置信息及料堆高度检测信息，控制半门式刮板取料机13、16完成作业定位并进行取料作业。在自动取料时，半门式刮板取料机13、16在收到相应的控制指令后，进行作业前的准备工作，首先，半门式刮板取料机13、16借助走行定位系统将每个区域的具体位置，通过安装在取料机轨道上编码电缆进行一一对应，半门式刮板取料机根据作业计划取料区域位置行走到起始位置，当半门式刮板取料机13、16俯仰侧刮板通过半门式刮板取料机13、16卷扬机构到达取料位置，并且通过卷扬机构的角度编码器记录刮板下降的角度，然后启动地面取料流程，取料机按照作业计划控制指令开始取料作业，当半门式刮板取料机行走到终止地址位置时，按照作业计划，并通过卷扬机构角度编码器精确控制卷扬机构下降一个吃料角度，然后半门式刮板取料机反向运行，如此反复，实现物料一层一层均匀取料，直到取料作业完成。为了达到预均化效果，取料时，调节半门式刮板取料机13或16刮板臂的俯仰角度，对料堆从侧面采用自上而下的取料方式沿着料堆长度方向进行分层取料，在每次刮板取料过程中，同时切削多个料层3。取料时，在靠近中间挡墙上部区域刮板切削不到的位置2，物料自燃坍塌下来，半门式刮板取料机13或16即时将坍塌的物料取走。

5）第一视频监控系的摄像头对设备运行工作状态进行现场图像采集，并将图像实时传回中央控制系统，并将采集的图像，在中央控制系统存储；结合控制键盘实现对重点摄像机进行云台控制，实现摄像机多角度运动，扩大中控室的监控画面的范围。

6）可通过中央控制系统的远程操作台，可以直接操作物料输入系统、物料输出系统的设备的运行。

显然，本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明权利要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。