張?zhí)m慶，柯 波，楊柏依，張林輝，夏 陽(yáng)

（1.華能萊蕪發(fā)電有限公司，山東 萊蕪 271102；2.北京能為科技股份有限公司，北京 豐臺(tái) 100071）

0 引言

全封閉圓形煤場(chǎng)及其堆取料設(shè)備，具有技術(shù)先進(jìn)，程控水平高，環(huán)保性能突出等特點(diǎn)，已經(jīng)在許多電廠中采用。圓形堆取料機(jī)作為圓形煤場(chǎng)的主要作業(yè)設(shè)備，由中心柱及下部的圓錐形煤斗、堆料機(jī)、取料機(jī)、振動(dòng)給煤機(jī)、電氣和控制設(shè)備等組成，其堆料過(guò)程為：物料經(jīng)皮帶輸送至堆料機(jī)頂部，經(jīng)由溜槽落入堆料機(jī)頂部的懸臂膠帶機(jī)，通過(guò)懸臂膠帶機(jī)皮帶的輸送，將物料運(yùn)送到懸臂膠帶機(jī)另一端，并落到地面形成料堆。取料過(guò)程為：取料機(jī)以柱結(jié)構(gòu)為中心運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)料耙將堆積后的松散物料通過(guò)耙齒耙到地面，再通過(guò)刮板機(jī)構(gòu)的一系列運(yùn)動(dòng)，由刮板將遠(yuǎn)離中心的料刮送至堆取料機(jī)的中心，落入轉(zhuǎn)移溜槽，再由取料機(jī)下的皮帶機(jī)將料運(yùn)走。

目前在煤場(chǎng)內(nèi)堆取料機(jī)操作絕大多數(shù)仍然在采用人工就地或遠(yuǎn)程手動(dòng)操作方式完成堆取料操作，這種操作方式自動(dòng)化程度低、設(shè)備可管理性較低，嚴(yán)重影響料場(chǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)，堆取料司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率根據(jù)司機(jī)的疲勞程度、操作水平起伏較大，遇到新手往往就會(huì)造成作業(yè)效率較低，甚至引發(fā)事故。

因此，采用自動(dòng)化的堆取料機(jī)堆料、取料控制算法代替人工作業(yè)對(duì)提高輸煤系統(tǒng)作業(yè)效率，降低事故、故障發(fā)生率、減輕運(yùn)行人員職業(yè)病危害，提高電廠燃料系統(tǒng)的管理水平及降低發(fā)電煤耗有著重大意義。對(duì)某電廠機(jī)組圓形煤場(chǎng)堆取料機(jī)進(jìn)行無(wú)人智能化改造。利用先進(jìn)的激光掃描技術(shù)、高精度的編碼定位技術(shù)在堆取料機(jī)工作過(guò)程中獲取煤場(chǎng)堆煤的實(shí)時(shí)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)精確的三維建模技術(shù)完整還原料場(chǎng)的真實(shí)情況，結(jié)合后臺(tái)堆取料機(jī)智能控制算法將堆取料機(jī)空間位置關(guān)系與料場(chǎng)料堆三維數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，控制堆取料機(jī)按照煤場(chǎng)堆取料任務(wù)自動(dòng)進(jìn)行堆取料工作，在堆取料工作過(guò)程中利用多角度的視頻監(jiān)控技術(shù)，超聲波及雷達(dá)防護(hù)技術(shù)，保證設(shè)備在自動(dòng)化、無(wú)人控制情況下地安全運(yùn)行。

智能化改造的關(guān)鍵是通過(guò)自動(dòng)化堆取料模型控制算法，實(shí)現(xiàn)利用三維激光測(cè)量系統(tǒng)獲取料堆的三維模型建模，確定每個(gè)料堆在堆場(chǎng)中的起始角度、終止角度、高度、作業(yè)范圍角度、外部形狀、各料層重要位置的坐標(biāo)信息；在堆、取料作業(yè)規(guī)劃時(shí)，自動(dòng)提取目標(biāo)料堆的起始角度、終止角度，為單機(jī)自動(dòng)堆料或取料對(duì)位提供依據(jù)；通過(guò)計(jì)算每層的高度和寬度，為開(kāi)層、換層策略提供依據(jù)。

1 三維掃描成像處理

三維掃描成像是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)堆料、自動(dòng)取料的關(guān)鍵。系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)智能算法軟件，通過(guò)激光實(shí)時(shí)掃描系統(tǒng)、精確定位系統(tǒng)與堆取料機(jī)PLC 系統(tǒng)及人機(jī)操作界面軟件之間的集成與聯(lián)動(dòng)，從激光三維模型軟件中提取垛型的邊界數(shù)據(jù)，從而在取料過(guò)程中，在對(duì)位、開(kāi)層、換層及取料上具有自動(dòng)控制功能，堆料過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)空?qǐng)龆讯夂脱a(bǔ)垛功能［1］。

1.1 料場(chǎng)掃描

料場(chǎng)掃描通過(guò)安裝于取料機(jī)門架兩側(cè)和堆料臂頭部?jī)蓚?cè)的激光掃描儀實(shí)現(xiàn)，在堆取料機(jī)堆料、取料過(guò)程中，利用取料門架和堆料臂回轉(zhuǎn)對(duì)整個(gè)煤場(chǎng)進(jìn)行掃描。在初次完成整個(gè)煤場(chǎng)掃描后，在煤場(chǎng)堆取料作業(yè)結(jié)束后煤場(chǎng)圖像將完成實(shí)時(shí)更新。掃描完成的數(shù)據(jù)通過(guò)三維圖像處理與成像軟件進(jìn)行處理，處理后三維模型如圖1 所示。

圖1 激光掃描儀掃描的圓形煤場(chǎng)模型

由于激光掃描測(cè)量采集的數(shù)據(jù)密度大，且由于抖動(dòng)和距離變化等因素，這些點(diǎn)的分布不規(guī)范，采用全部離散的點(diǎn)進(jìn)行三維模型的構(gòu)造，將占用較多的計(jì)算資源，不利于后續(xù)的實(shí)時(shí)計(jì)算處理。而三維圖像處理與成像軟件具有自動(dòng)糾錯(cuò)、降噪處理功能，對(duì)明顯的噪聲數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)過(guò)濾，形成直觀、平滑、完整的模型數(shù)據(jù)。

1.2 多數(shù)據(jù)源通信技術(shù)

為實(shí)時(shí)獲取激光掃描儀和堆取料機(jī)的數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)中采用了多線程設(shè)計(jì)方法，利用主線程創(chuàng)建兩個(gè)獨(dú)立的輔助線程分別采集兩種設(shè)備的數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)濾除，然后對(duì)得到的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行解析和數(shù)據(jù)軟同步，同時(shí)進(jìn)行兩線程間的數(shù)據(jù)通信，最后建立坐標(biāo)系進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)計(jì)算。通過(guò)該種方式實(shí)現(xiàn)了激光掃描儀、PLC、上位機(jī)、服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信，并保持?jǐn)?shù)據(jù)的同步性。

1.3 離散點(diǎn)均值化處理算法

通過(guò)采用規(guī)則格網(wǎng)DEM 數(shù)據(jù)模型進(jìn)行激光測(cè)量離散數(shù)據(jù)的組織，規(guī)則格網(wǎng)DEM 數(shù)據(jù)模型具有數(shù)據(jù)排列規(guī)則、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于計(jì)算分析每一點(diǎn)的高程值具有良好的實(shí)時(shí)性，能充分表現(xiàn)高程的細(xì)節(jié)變化，拓?fù)潢P(guān)系簡(jiǎn)單，算法實(shí)現(xiàn)容易等優(yōu)點(diǎn)。此外，可以通過(guò)調(diào)整規(guī)范化網(wǎng)格的DEM 數(shù)據(jù)的網(wǎng)格間隔以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)所需要的精度和計(jì)算效率［2］。

通過(guò)離散數(shù)據(jù)的網(wǎng)格規(guī)范化處理將平面分布的離散測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，如圖2 所示。根據(jù)系統(tǒng)中給定的平面坐標(biāo)P（x，y）利用鄰近的已知離散測(cè)量點(diǎn)作為參考點(diǎn)，計(jì)算出點(diǎn)P 的高程。由于激光采集的數(shù)據(jù)密度大，算法在系統(tǒng)計(jì)算點(diǎn)P 的高程時(shí)采用了加權(quán)平均算法。該算法的思想是將分布在同一個(gè)網(wǎng)格中的點(diǎn)的高度z 進(jìn)行均值化，且規(guī)定網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y）為每個(gè)網(wǎng)格中心。通過(guò)合理地制定網(wǎng)格的大小，在不影響精度的條件下盡可能增大網(wǎng)格，可以提高計(jì)算效率，在計(jì)算時(shí)間和精度兩方面達(dá)到平衡，同時(shí)能夠降低抖動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)的影響，如圖3 所示。

圖2 均值化之前的離散點(diǎn)分布

圖3 均值化后的離散點(diǎn)分布

完成點(diǎn)云離散化處理后，再采用三維點(diǎn)云空間匹配算法計(jì)算坐標(biāo)差值進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)優(yōu)化三維圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與提取設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)堆取料作業(yè)過(guò)程獲得的三維圖像共享，對(duì)作業(yè)過(guò)的料堆能夠形成完整的三維模型數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)服務(wù)器中，在下次對(duì)該料堆進(jìn)行作業(yè)時(shí)，能夠自動(dòng)調(diào)用該數(shù)據(jù)，不必進(jìn)行多次掃描，從而節(jié)省作業(yè)輔助時(shí)間，提高作業(yè)效率。

2 自動(dòng)堆料算法

圓形煤場(chǎng)堆取料機(jī)自動(dòng)堆料主要是通過(guò)設(shè)定相應(yīng)的堆料范圍及堆料高度后，通過(guò)堆料臂的定點(diǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成整個(gè)堆料過(guò)程。在進(jìn)行自動(dòng)堆料算法的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要包括作業(yè)任務(wù)生成、作業(yè)任務(wù)啟動(dòng)、作業(yè)任務(wù)處理等幾個(gè)過(guò)程。

2.1 堆取料機(jī)堆料工藝過(guò)程

堆料機(jī)定點(diǎn)給煤至煤場(chǎng)地面，形成一個(gè)圓錐形煤堆。當(dāng)煤堆達(dá)到一定高度，其頂面觸及堆料機(jī)端部的探頭時(shí)，堆料機(jī)回轉(zhuǎn)一定的角度，緊靠原煤堆堆積另一個(gè)煤堆。按此方式，堆料機(jī)沿360°圓周方向逐漸堆積數(shù)個(gè)緊靠的煤堆，直到煤場(chǎng)充滿，或堆料機(jī)已回轉(zhuǎn)到與取料機(jī)的安全距離極限位置［3］。

2.2 作業(yè)任務(wù)生成

通過(guò)在人機(jī)界面或數(shù)字化料場(chǎng)系統(tǒng)輸入堆料起始角度σ1、堆料終止角度σ2、堆料高度h 等基本控制參數(shù)后，通過(guò)輸入的起始角度、終止角度、堆料高度及煤堆安息角σ0（約40°）計(jì)算自動(dòng)堆料起始角度σ3、自動(dòng)堆料終止角度σ4，如圖4 所示。

圖4 堆料作業(yè)俯視圖

已知懸臂拋料點(diǎn)離回轉(zhuǎn)中心距離為L(zhǎng)，則：

式中：σ3為自動(dòng)堆料起始角度；σ1為堆料起始角度；σ4為自動(dòng)堆料終止角度；σ0為堆料安息角；L 為懸臂拋料點(diǎn)距離回轉(zhuǎn)中心的距離。

安息角是斜面使置于其上的物體處于沿斜面下滑的臨界狀態(tài)時(shí)，與水平表面所成的最小角度（即隨著傾斜角增加，斜面上的物體將越容易下滑；當(dāng)物體達(dá)到開(kāi)始下滑的狀態(tài)時(shí)，該臨界狀態(tài)的角度稱為休止角）。

計(jì)算完成的σ3與σ4發(fā)送到堆取料機(jī)控制系統(tǒng)中，堆取料機(jī)根據(jù)獲取的起始角度及堆料高度，運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的堆料位置。

2.3 作業(yè)任務(wù)啟動(dòng)

作業(yè)任務(wù)可以分為自動(dòng)啟動(dòng)和人工啟動(dòng)兩種方式，自動(dòng)啟動(dòng)根據(jù)作業(yè)時(shí)間，作業(yè)時(shí)間到達(dá)后，自動(dòng)啟動(dòng)對(duì)取料臂及相關(guān)附屬設(shè)備；人工啟動(dòng)為操作員確認(rèn)所有參數(shù)后，通過(guò)上位機(jī)點(diǎn)擊按鈕“開(kāi)始堆料”，堆料皮帶啟動(dòng)，堆料臂回轉(zhuǎn)至自動(dòng)堆料起始角度σ3或自動(dòng)堆料終止角度σ4。

2.4 作業(yè)任務(wù)處理

作業(yè)任務(wù)過(guò)程中，根據(jù)當(dāng)前堆取料機(jī)堆料臂的位置，自動(dòng)判斷運(yùn)動(dòng)方向，按照就近原則，可以節(jié)省設(shè)備運(yùn)動(dòng)時(shí)間，提高工作效率，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

1）當(dāng)懸臂在自動(dòng)堆料角度范圍之外，若懸臂離起始點(diǎn)更近，懸臂回轉(zhuǎn)至起始點(diǎn)開(kāi)始堆料。堆料達(dá)到堆料高度后，懸臂向終止方向回轉(zhuǎn)，直至料位高度小于設(shè)定堆料高度時(shí)停止回轉(zhuǎn)；繼續(xù)堆料；如此往復(fù)，直至整個(gè)堆料進(jìn)程結(jié)束。

2）當(dāng)懸臂在自動(dòng)堆料角度范圍之外，若懸臂離終點(diǎn)更近，懸臂回轉(zhuǎn)至終止點(diǎn)開(kāi)始堆料。堆料達(dá)到堆料高度后，懸臂向起始方向回轉(zhuǎn)，直至料位高度小于設(shè)定堆料高度時(shí)停止回轉(zhuǎn)；繼續(xù)堆料；如此往復(fù)，直至整個(gè)堆料進(jìn)程結(jié)束。

3）當(dāng)懸臂在自動(dòng)堆料角度范圍之內(nèi)，懸臂停留在當(dāng)前位置堆料，堆料達(dá)到堆料高度后，懸臂向離較遠(yuǎn)的起始點(diǎn)或終止點(diǎn)方向回轉(zhuǎn)，直至料位高度小于設(shè)定堆料高度時(shí)停止回轉(zhuǎn)；繼續(xù)堆料；如此往復(fù)，直至整個(gè)堆料進(jìn)程結(jié)束。

3 自動(dòng)取料算法

圓形煤場(chǎng)堆取料機(jī)自動(dòng)取料工藝流程，首先通過(guò)預(yù)先設(shè)定取料回轉(zhuǎn)范圍，取料機(jī)將在設(shè)定范圍內(nèi)開(kāi)始回轉(zhuǎn)取料［4］。取料機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)行受其與堆料機(jī)之間距離限制，回轉(zhuǎn)范圍不能進(jìn)入與堆料機(jī)的安全極限范圍，這時(shí)取料范圍將由堆料機(jī)位置優(yōu)先決定。堆取料機(jī)取料過(guò)程中，主要算法包括刮平判斷、切入點(diǎn)計(jì)算、安全俯仰角計(jì)算、取料回轉(zhuǎn)角度計(jì)算，通過(guò)這幾個(gè)計(jì)算數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)的自動(dòng)取料功能［5］。

3.1 刮平判斷

取料開(kāi)始后，需要首先將取料面進(jìn)行刮平處理，之后才能夠進(jìn)行恒流量取料。刮平處理需要在取料作業(yè)區(qū)域內(nèi)按照高度選擇3 個(gè)點(diǎn)（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3），計(jì)算其傾斜度t1、t2、t3；如果角度小于1°證明此區(qū)域已經(jīng)刮平，可以結(jié)束刮平任務(wù)，給可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）發(fā)送結(jié)束信號(hào)。

式中：t1、t2、t3為傾斜度；（x0，y0）為煤場(chǎng)中心坐標(biāo)；（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3）均為取料作業(yè)區(qū)按照高度選取點(diǎn)；M 為堆取料機(jī)中心轉(zhuǎn)軸到刮板轉(zhuǎn)軸的距離。

如果（t1-t2）＜1°，且（t1-t3）＜1°，且（t2-t3）＜1°，則證明此區(qū)域已經(jīng)刮平。

3.2 切入點(diǎn)計(jì)算

堆取料機(jī)取料工作首先要解決取料切入點(diǎn)的選擇問(wèn)題。堆取料機(jī)控制系統(tǒng)接收到數(shù)字化料場(chǎng)發(fā)送的作業(yè)角度后，根據(jù)作業(yè)角度確定作業(yè)區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，選擇在此區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)附近的所有點(diǎn)，并按照坐標(biāo)x 或者y進(jìn)行排序，分別計(jì)算取出的所有（x，y，z）坐標(biāo)點(diǎn)前5位和后5 位的平均值進(jìn)行俯仰角β1、回轉(zhuǎn)角β2計(jì)算，如圖5 所示。

圖5 取料作業(yè)流程

式中：點(diǎn)（x，y，z）為最高點(diǎn)附近所有點(diǎn)的平均值。

計(jì)算完兩組回轉(zhuǎn)角、俯仰角后，根據(jù)大臂回轉(zhuǎn)位置，選擇回轉(zhuǎn)動(dòng)作小的作為切入點(diǎn)。采取的方法是：根據(jù)兩個(gè)切入點(diǎn)的回轉(zhuǎn)角度（γ1，γ2）以及大臂當(dāng)前的角度γ3，可以算出以圓堆半徑為半徑的圓上的3個(gè)點(diǎn)分別為H1（x1，y1），H2（x2，y2），H3（x3，y3），分別比較H1與H2、H3之間的距離L1、L2，距離小的為切入點(diǎn)確定回轉(zhuǎn)動(dòng)作最小的切入點(diǎn)。

式中：R 為煤場(chǎng)半徑。

若L1＜L2，則選擇回轉(zhuǎn)角為γ1的數(shù)據(jù)作為切入點(diǎn)。

取料切入點(diǎn)計(jì)算完成后，無(wú)人值守服務(wù)器軟件根據(jù)PLC 判定的回轉(zhuǎn)方向，計(jì)算取料懸臂當(dāng)前位置到起始點(diǎn)或終止點(diǎn)路徑內(nèi)堆煤扇形面的高點(diǎn)，并換算成取料臂調(diào)車俯仰角度，發(fā)送給PLC 控制系統(tǒng)。取料臂上仰至計(jì)算得到的俯仰角度，懸臂開(kāi)始往切入點(diǎn)回轉(zhuǎn)，到達(dá)回轉(zhuǎn)切入點(diǎn)后，懸臂俯仰至俯仰切入點(diǎn)，完成整個(gè)取料前準(zhǔn)備動(dòng)作。

3.3 安全俯仰角計(jì)算

取料臂在到達(dá)切入點(diǎn)前，為了加快取料機(jī)運(yùn)動(dòng)效率，通過(guò)三維料堆計(jì)算出一個(gè)取料臂運(yùn)動(dòng)安全俯仰角度，取料臂根據(jù)該安全俯仰角度抬升后再旋轉(zhuǎn)，可以減少俯仰等待時(shí)間，縮短取料臂進(jìn)入切入點(diǎn)的時(shí)間。在確定切入點(diǎn)后，計(jì)算在當(dāng)前角度到作業(yè)回轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)最高點(diǎn)（x，y，z），利用最高點(diǎn)求出俯仰角度，加上一個(gè)固定角度δ1作為安全俯仰角δ2，保證取料大臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的安全。

計(jì)算方法為

式中：δ1為固定角度；δ2為安全俯仰角；（x，y，z）為確定切入點(diǎn)后，計(jì)算在當(dāng)前角度到作業(yè)回轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)最高點(diǎn)。

3.4 取料回轉(zhuǎn)角度計(jì)算

計(jì)算取料回轉(zhuǎn)角度，用來(lái)確定每次取料范圍的大小。取料回轉(zhuǎn)角度通過(guò)在數(shù)據(jù)庫(kù)中取出當(dāng)前俯仰角度減去0.5°以上的點(diǎn)，進(jìn)行排序，將前5 個(gè)和后5個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行取平均值分別為（x1，y1）、（x2，y2），計(jì)算出回轉(zhuǎn)角度邊界：

式中：Am、An分別為回轉(zhuǎn)角度邊界；（x1，y1）、（x2，y2）分別為前5 個(gè)和后5 個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。

算出回轉(zhuǎn)角度后在軟件內(nèi)進(jìn)行是否留邊的計(jì)算，判斷后根據(jù)PLC 給出的左、右換層次數(shù)m、n，進(jìn)行留邊的回轉(zhuǎn)角度計(jì)算。

小角度邊界為Am+0.5m；大角度邊界為An+0.5n。

3.5 自動(dòng)取料作業(yè)流程

在完成切入點(diǎn)計(jì)算、取料面刮平處理后，自動(dòng)取料流程開(kāi)始正式啟動(dòng)。通過(guò)在人機(jī)界面上獲取的參數(shù)，取料刮板自動(dòng)啟動(dòng)，刮板臂上仰至安全角度，取料機(jī)回轉(zhuǎn)至切入點(diǎn)，刮板臂俯仰至俯仰切入點(diǎn)，取料機(jī)進(jìn)入自動(dòng)回轉(zhuǎn)取料程序，如取料刮板自動(dòng)取料回轉(zhuǎn)方向?yàn)樽宰笙蛴一剞D(zhuǎn)，服務(wù)器應(yīng)提前給定右側(cè)邊界角度值。服務(wù)器給定的刮板邊界值應(yīng)使刮板的（刮板寬度）置于煤面上，取料刮板到達(dá)邊界后刮板機(jī)開(kāi)始自動(dòng)下俯，下俯深度為（200～600 mm；一般為刮板高度的）。取料刮板下俯到吃料深度后，取料回轉(zhuǎn)往反方向回轉(zhuǎn)取料；如此反復(fù)，直至完成取料任務(wù)。

4 常見(jiàn)堆形中邊界角數(shù)值給定和取料臂高低料位計(jì)動(dòng)作的工藝

由于堆料方式不同，在取料過(guò)程中，需要對(duì)不同堆料模型進(jìn)行處理，對(duì)于不同料堆，需要常見(jiàn)的煤堆模型主要有以下幾種：尖堆型（料堆堆積角較小形成）、寬堆型（料堆堆積角較大形成）、雙堆型（兩個(gè)料堆交錯(cuò)形成）。

4.1 尖堆型取料

對(duì)于尖堆型料堆，在獲取取料任務(wù)后，自動(dòng)取料系統(tǒng)將給定邊界值應(yīng)為刮板換層下俯后刮板與煤堆的交點(diǎn)。若服務(wù)器給定的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，此時(shí)刮板兩側(cè)的垂直低料位將會(huì)起到關(guān)鍵作用，如圖6 所示。

圖6 尖堆型取料圖

當(dāng)給定的邊界值過(guò)大，回轉(zhuǎn)將會(huì)根據(jù)料位計(jì)檢測(cè)的吃料深度（空料）進(jìn)行下俯回轉(zhuǎn)換邊。當(dāng)給定的邊界值過(guò)小，回轉(zhuǎn)會(huì)根據(jù)料位計(jì)檢測(cè)的吃料深度判定是否進(jìn)行回轉(zhuǎn)（如吃料深度在范圍內(nèi)，繼續(xù)回轉(zhuǎn)直至該回轉(zhuǎn)方向側(cè)料位計(jì)空料，在下俯回轉(zhuǎn)換邊）。

4.2 寬堆型取料

對(duì)于寬堆型料堆，在獲取取料任務(wù)后，自動(dòng)取料系統(tǒng)將判斷取料范圍，包括取料地邊界角度等。當(dāng)判斷第一層的右側(cè)邊界角度值（假如終止范圍在右側(cè)）等于輸入的終止角度范圍值，以后每次換邊到右側(cè)應(yīng)比上一層的邊界值小0.5°（該值根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況）。右側(cè)換邊也可根據(jù)取料臂右側(cè)45°高料位值判定下俯回轉(zhuǎn)換邊。如右側(cè)45°高料位值小于1 m（該值根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況確定）回轉(zhuǎn)進(jìn)行換邊，如圖7 所示。

通過(guò)調(diào)整數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)圖8 所示的最終實(shí)現(xiàn)取料堆形效果。

4.3 雙堆型取料

雙堆型取料，是在兩個(gè)料堆中間進(jìn)行取料任務(wù)。該任務(wù)進(jìn)行時(shí)，服務(wù)器給定回轉(zhuǎn)俯仰切入點(diǎn)。當(dāng)回轉(zhuǎn)至靠近兩側(cè)煤堆時(shí)，每次換層邊界值將比上一層邊界值小0.5°（該值應(yīng)根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況確定）。左右兩側(cè)換邊也需根據(jù)取料臂右側(cè)45°高料位值判定下俯回轉(zhuǎn)換邊。如右側(cè)45°高料位計(jì)小于1 m（該值根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況確定）將進(jìn)行下俯回轉(zhuǎn)換邊，如圖9 所示。

通過(guò)該判斷方式，最終實(shí)現(xiàn)取料堆形效果如圖10 所示。

圖7 寬堆型取料圖（計(jì)算）

圖8 寬堆型取料完成圖

圖9 雙堆型取料圖（計(jì)算）

圖10 雙堆型取料完成圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)激光掃描料場(chǎng)三維輪廓完成料場(chǎng)三維數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)將高級(jí)編程語(yǔ)言算法引入到智能控制工作中，將以往只能通過(guò)人工完成的料場(chǎng)堆取料過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、無(wú)人化的處理。目前，整個(gè)系統(tǒng)在投運(yùn)以來(lái)，在多方面都有很大的改進(jìn)，包括操作人員工作量、人力成本、設(shè)備利用率提高、料場(chǎng)存料取料管理精細(xì)化等都取得了明顯的提高。同時(shí)，通過(guò)本系統(tǒng)的投運(yùn)提升了整個(gè)煤場(chǎng)管理水平和配煤摻煤的精準(zhǔn)性，提高了煤場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)化、信息化、智能化水平，確保企業(yè)跟上工業(yè)4.0 現(xiàn)代化步伐，為未來(lái)數(shù)字化電廠、智慧化電廠的實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。