混匀料场堆料机自动控制及扫描系统

系统功能需求

为实现混匀堆料机全自动工作，结合混匀料场 堆料工作特点，系统需满足以下要求:

( 1) 作业任务的接收和拆解。河钢乐亭设计铁 前 MES 系统，根据烧结厂需求，MES 系统将混匀料 需求下传到原料厂二级系统，系统拆解订单信息，将 订单量分解到每个相关设备的具体工作，协调配合 完成供料、堆料作业。

( 2) 自动堆料。系统拆解订单后，将堆料机的 工作内容下达到堆料机机上控制系统，控制系统根 据目前料堆堆型和自身当前位置，完成料机走行、堆 料、回转等功能。

( 3) 料堆扫描。在堆料机堆料和走行过程中， 实时扫描料堆形状，并显示在中控室画面上。在 堆取料机扫描过程中，实现对混匀料场库存盘点。

( 4) 远程介入。在原料集中控制室内设置远程 急停按钮，并具备远程手动操作功能。在现场堆取 料机作业过程发生报警后，提示远程操作人员介入， 急停所有设备，人工介入直到报警消失，经人工确定 后重启自动运行。

自动堆料作业

混匀料场堆料机的工作方式采用走行定点一次 堆料、往复平铺的模式。系统根据河钢乐亭铁前 MES 系统获取到的来料量测算堆料计划，计算料堆 的长度，每次堆料作业提前设定堆料终点，根据造堆 计划，确定堆料起点位置。堆料过程中，将堆料机大 臂设定为固定角度，从起点开始在固定高度进行堆 料，当料堆达到设定高度后，大车向前走行一段距 离，继续按照固定高度卸料，直到料堆终点位置时， 抬起堆料机大臂，反向继续卸料，并按照同样的方法 向起点移动，往复行走完成堆料作业。

堆料机走行过程中通过编码电缆对自身位置进 行定位，并在 HMI 终端上进行位置信息显示。在堆 料机卸料点附近安装超声波测距仪。相较于其他测 距手段，超声波对环境污秽、扬尘等干扰因素并不敏 感。卸料过程中大臂相对料堆或地面的距离应考虑 每层料高和环境因素，距离较近影响堆料效率，距离 较远会造成扬尘。测距仪探测料堆高度到达预定高 度后发出信号，提示大车向前走行。

为保证堆料机自动走行过程中的安全性，系统 设置堆料机电流检测，卸料量过载时，堆料机电机和 传送皮带电机发出报警，提醒中控室人员介入操作。 为防止卸料过程中大臂与料堆、走形过程中大车与 固定建筑之间碰撞，在堆料机大臂两侧和堆料机大 机座上安装微波测距仪，实时监测与障碍物之间的 距离，到达安全距离后发出报警。

料堆激光扫描

常见的激光料堆扫描方法有二维激光配合旋转 云台和三维激光扫描仪两种方式。二维扫描仪 在每次发射一束面激光，结合云台旋转角度，形成料 堆整个表面的扫描信息，而三维扫描仪通过激光光 束直接建立料堆表面的点云模型［8］。综合扫描精 度与成本因素，决定采用二维激光扫描仪配合旋转 云台的方案，设备安装位置如图 1 所示。

 4激光扫描原理

激光扫描仪通过计算发射光束和接收光束的时 间差计算出反射点和激光光源的距离。二维激光扫 描仪的扇形扫描面是通过扫描仪内部旋转镜片实 现。料堆表面形状通过含有距离和角度信息的激光 点云描述出来。对料堆表面扫描后形成的点云信息 量巨大，在扫描过程中因环境、光照等因素的干扰， 存在着一些噪点。形成料堆三维模型之前应对点云 模型进行处理，采用方形或三角形网格滤波方法剔 除噪点后，建立点云之间的拓扑关系，形成平滑曲面 完成模型重构。