引言：斗轮堆取料机是煤炭行业的重要设备，是现代煤炭加工行业中的主要运输设备，也是散料输送的主要渠道之一。目前，斗轮堆取料机主要用于煤矿、钢铁、电力等行业的资源装卸、堆存、转运作业，其作业特点是物料量大，设备工况复杂，工况变化频繁。因此斗轮堆取料机作为大型装卸设备，需要具备较高的自动化程度，减少操作人员数量，但是该类型体系在运行中也存在一些问题，如技术成本较高、运维管护难度大等，为进一步提高斗轮堆取料机的自动化程度，减少对操作人员的依赖，需要结合实际情况，提出相应的解决措施，实现斗轮堆取料机的无人值守，保障技术价值的长效性。

一、斗轮堆取料机无人值守技术的功能优势

较比传统工作机制，斗轮堆取料机能大幅提升工作效率，有效降低劳动强度，减少现场操作人员数量，更好地实现安全生产，使斗轮堆取料机的运行更加稳定，保证设备和人员的安全^[1]。另外，其自动化程度更高，设备稳定性更强，使现场管理更加简单，减少设备故障发生率。目前，斗轮堆取料机的自动化程度已经非常高了，基本上都可以实现无人化作业，如果还需要结合实际情况进行切换，具有一定难度，所以这也是行业未来发展的主要方向，具体的内容如下：

（一）安全高效

斗轮堆取料机在实际运行中，物料的特性和需求对设备的稳定性及安全性能提出了严峻的挑战。传统堆取料机设备相对处于封闭空间，在作业中存在着物料对设备产生冲击、设备出现故障后无法进行紧急停车等诸多安全隐患，严重威胁着作业人员和设备的安全。而通过技术改造，斗轮堆取料机的作业环境得到了极大的改善，采用智能感知、人工智能等技术，斗轮堆取料机在堆取料作业过程中，能够对物料进行精确识别和分析，并对可能产生的安全隐患进行报警提示，使安全事故发生概率得到极大降低。另外，智能感知技术还可以提高作业效率，并提高生产安全性，从根源上降低风险问题出现的概率，并通过技术革新等手段，稳定提高工作效率，缩短机器的使用时间。

（二）节能降耗

斗轮堆取料机是工业领域的重要设备，其运行过程中消耗的电能较高，所以斗轮堆取料机属于典型的大功率设备，对电网的冲击也比较大。对此，在进行自动化改造时，能够同时对设备的运行控制策略进行改造，如通过采用变频调速技术、软起动技术、功率因数校正技术、模糊控制技术等，将电机功率降低到一定水平，使系统节电效果达到最佳。而后，由于斗轮堆取料机的作业环境比较恶劣，在改造时要尽可能地提高设备自动化程度，以减少人为操作失误和维护工作量。另外，在完成设备的无人值守技术应用后，工作人员能够保障堆取料作业出力均匀，减少主设备的运行时间，切实减少成本，同时辅以科学有效的管理，能够降低设备损耗，提高设备的使用寿命。

（三）减员增益

应用无人值守斗轮堆取料机时，工作人员在驾驶室内操作设备，与斗轮协同工作，完成作业任务，可将生产效率显著提升而且，无人值守斗轮堆取料机在自动驾驶模式下，可自动识别料堆位置和堆料设备运行状态，实现自动定位、自动导航、自动转弯、自动控制等功能，从而实现人员作业由“有人看”向“无人看”的转变，提高了生产效率和安全性，降低对人力的依赖。另外，其经济效益显著，如利用无人值守系统可以将部分工作流程集中处理，减少生产辅助工作量，较比传统工作机制，借此，能够有效减少生产辅助作业时间，提升生产效率30%，同时按年运行1500小时考虑，年节约电费及检修维护费用约100万元左右。与此同时，人力方面的效益也不可忽视，3台斗轮机堆取料机在实现无人值守前后的岗位人员配置，按照每人年成本10万元计算，可节约150万元/年，即无人值守前每台斗轮机每班次2人，3台机5班次，共计30人，无人值守后，每班次1人，3台机5班次，共计15人^[2]。

二、斗轮堆取料机无人值守技术的基本框架

（一）整体架构

本单位开展的斗轮堆取料机无人值守技术研发主张吸收海内外先进的工作观念，配合技术优势开展自动控制方面的深入研究，并结合国内产业的实际情况，开展定向优化与开发，如合理使用数学模拟3D建模技术、二维激光扫描技术和三维激光扫描相结合，集远程自动控制、雷达煤堆防碰撞、空间定位防碰撞、精确流量控制、远程集中监控、垛型边界建模仿真、网络通信和PLC控制等技术，完成集成优化，构建一体化体系，实现全天候的高效运作，并设置自动控制体系，以达到稳定的工作效果，从而稳定工作流量，减少人力工作强度^[3]。

（二）单元功能说明

1. 三维扫描建模服务器

目前，三维扫描建模服务器主要负责2D、3D激光扫描模型的建立，对每台堆取料机的姿态信息进行实时读出，并对其进行扫描操作。而后，对大型机械进行点云的加工与规范化，产生标准化的DEM信息，再对煤场的物料进行实时的容积估算，并按预先设定的密度来进行称重，随后对该模型的运行结果进行了实时的更新，并将其传递到核心服务器系统之中，利用立体化的检测手段，帮助工作人员明确工作目标，降低外部因素的影响。

2. 雷达模拟建模服务器

雷达模拟建模服务器负责运行期间的实时堆料和取料模型，其内置有与大型机PLC系统、中控远程PLC系统的通信程序，主要负责数据通信、信号接收发送以及参数的计算和校正，负责接收并比较最新的激光扫描数据，并在工作中将操作命令反馈给其他设备，从而使堆取料机的运行更加合理。

3. PLC系统

目前，PLC系统是无人值守技术的实施核心之一，其能够对整个工作硬件体系进行集成，提高工作效率。其一，其能够利用现有的工作机制，完成操作台、手柄等设施的信息采集和操作管理，确保其运行稳定，并且能够相辅相成，提高工作效率。另外，能够借助PLC系统完成大机的远程控制，实现对单机流程的程序下发与验证，降低外部因素的影响，推动行业实现稳定发展^[4]。

另外，还可以在PLC的基础上，增加一个自动控制模块，通过PLC对设备的操作进行控制。而后，主机PLC从模型服务器获取相应的控制命令及数据，并向操作机发出相应的命令。由此可见，堆取料机的主要自动化操作逻辑都是通过 PLC来配置的，所以它可以做到完全无故障地全时工作。在工作的时候，若远程中控的HMI服务器或模型服务器发生了停机或网络故障，那么该控制系统就能够自发继续运行，直至该中控系统恢复正常。

4. 雷达和激光扫描系统

工作人员可以在大机堆料小车和取料小车的两端，安装雷达设备，并维持高频效率，也可以在顶部衡量等位置，安装有数台高精度的激光扫描设备，实时清晰地对作业料堆进行扫描，过程大约呈现扇形，快速准确地将信息进行收集和利用，进而充分展现技术特性。

三、斗轮堆取料机无人值守单元功能说明技术的功能设计

斗轮堆取料机无人值守技术是实现智能生产的重要支撑，该技术通过智能化控制、无人化操作、可视化管理等手段，实现智能生产。而且，在智慧化产业的建设中，通过无人化控制手段，实现堆取料机的智能化控制，后结合现场实际情况，通过优化控制策略、提升操作水平、加强设备管理等手段，实现智能化的堆取料机运行管理^[5]。在实现堆场作业的同时，通过可视化管理系统，实时监控设备状态及工作数据，具体功能设计方案如下：

（一）远程手动堆取料

斗轮堆取料机是大型散料堆场和料场的主要装卸设备，具有结构复杂、动作频繁、功率大、物料性质变化大等特点，尤其在大型料场的堆取作业中，不仅要求设备的性能稳定可靠，而且要求设备运行快速、高效和安全。其中，所谓远程手动堆取料是指在斗轮堆取料机运行期间，利用远程控制系统，对现场设备进行操作和控制，再通过远程控制系统的调度和调度管理功能，实现对现场设备的手动启停等功能。较比传统的手动机制，远程手动堆取料技术可以减轻操作人员的劳动强度，提高工作效率，为安全生产提供了保障。而且，随着国家能源行业信息化的不断发展和大型煤场及料场自动化的进一步推进，这种技术将越来越受到重视。

对此，在实际运用过程中，需要借助上位操作界面的工鞥，实现对工作台手柄的处理，并借助手柄的结构性能，完成大车行走、活动梁上下动作和受料皮带等设备启停等远程工作^[6]。而后，借助上位操作界面，实现对设备的洒水除尘，并定期完成润滑等工作。另外，可以在大车行走、堆料小车行走时，借助输入目标值的手段，确保机构到位后能够自动停止。

（二）远程自动堆取料

远程堆取料是斗轮堆取料机在完成堆料作业的同时，还能自动进行取料作业，这种作业方式可以通过遥控、操作和传感器等实现，无需人工操作。较比原有的工作体系，远程自动堆取料的优点是：斗轮堆取料机能在不影响工作效率的前提下，实现远程无人自动化堆料作业，能提高工作效率，降低劳动强度，减少人员的劳动强度和安全事故，避免事故后的人工清理工作。同时，设备自动化程度高，可提高设备运行效率和降低运行成本，且在远程控制技术的支持下，设备可根据现场情况自主地进行自动调整，不受天气、环境等外界因素的影响。另外，操作人员可以随时掌握设备的工作状态，合理安排生产计划。

实际运行过程中，远程自动堆取料操作的功能是复杂的，所以需要结合实际情况，确定具体的功能内容，如根据料堆三维成像提供的分析数据或者根据工业视频图像以及料场管理人员的指令，确定远程手动对位走行值、活动梁高度值、堆料小车抛料位置值。而后，可以输入对应的目标值，启动对位功能，过程中可以随时停止和调整，难度更高。另外，在完成对位后，可以设置皮带的旋转方向等参数，启动设备后实现标准的物料转运，维持设备的运行效率^[7]。

（三）防碰撞功能设计

对于斗轮堆取料机系统而言，设备之间的碰撞是危险的，为防止出现类似问题，避免设备和建筑物、设备和料堆之间出现接触，相关人员需要制定完善的防碰撞机制，确保问题可控，同时还要结合实际情况，设置多级报警系统，降低外部设备故障的概率。对此，相关人员需要在活动梁的两侧位置，安装防撞微波开关和高频雷达监测设备，防止出现活动梁相互碰撞的情况，保障该方案可以实现全天候自动化无人化作业。另外，能够借助斗轮系统的运行数据，计算电流实时的负载情况，防止出现斗轮的碰撞问题，降低危险性。

（四）数字模拟三维建模系统

在大风天气下，当灰尘多时，会导致扫描头被遮挡，从而导致3D模型的准确性下降，无法保障后续24小时的全自动、全自动分拣工作。为此，斗轮堆取料机无人值守技术提出一种利用雷达信息进行仿真的3D模型构建方法，实现对物料的全天时、全自动、无人操作的管理。实际应用时，在常规的气候条件下，采用激光模型，在遇到恶劣的气候条件下，则会自动转换为数值仿真模型，以确保每台机器都可以24小时不间断地进行全自动装卸操作。另外，在此基础上还可以采用常规气象条件下的激光雷达观测资料，对该模型的累计误差进行校正，提升后续工作的规范性。

结束语：综上所述，斗轮堆取料机无人值守技术目前已经得到了较大的发展，设备运行速度、作业效率都得到了较大提升，并能在很大程度上保证设备的安全稳定运行。但是由于该技术涉及的专业知识较多，而且还需结合其他自动化系统才能实现对堆取料机的有效控制，因此需要不断加强研究与创新，如此堆取料机无人值守技术必将得到更快、更好的发展。

参考文献

[1]陆懿.圆形煤场堆取料机无人值守系统的应用探索[J].内蒙古煤炭经济,2023,(23):115-117.

[2]王晓斌. 基于模型自学习的智能斗轮堆取料机关键技术研究与应用[J].起重运输机械,2023,(23):52-56.

[3]张筱悦,张波,朱士增,等.水泥窑取料机技改无人值守系统的应用[J].中国水泥,2023,(11):86-87.

[4]袁文胜.斗轮堆取料机无人值守技术研究及应用[J].今日制造与升级,2023,(07):54-57.

[5]李海涛,薛家阳,李军,等.火电煤场门式斗轮堆取料机自动控制系统的研究及应用[J].自动化应用,2023,64(09):48-50.

[6]陈梁,季瑞丰,林戟,等.圆形煤场堆取料机无人值守系统研究与应用[J].能源与节能,2022,(08):149-153.

[7]张鑫,赵新宇,赵学刚.变频调速在斗轮堆取料机行走控制系统中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2022,(01):168-170.