港口堆取料機自動控制系統設計分析

蘇青

[摘? ? 要]堆取料設備在港口裝卸作業領域中有著廣泛的應用，同時也是不可缺少的重要設備之一，目前大部分港口在堆取料作業過程中依然使用半自動控制方法以及人工控制方法，這些已有的控制方法存在準確率不足和工作效率低等問題，因此需要在控制方法上進行創新，逐漸提升系統操作的準確性。本文在研究的開始階段對港口堆取料機組成機理、功能進行了介紹，之后對自動控制系統設備進行了深入分析，在綜合實際需求的情況下提出了新的觀點，希望可以通過這種方式確保港口堆取料設備操作質量和效率。

[關鍵詞]堆料設備;自動控制系統;系統設計方案

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–00–02

Design Analysis of Automatic Control System for Port Stacker

Su Qing

[Abstract]Stacking equipment is widely used in the field of port loading and unloading， and it is also one of the indispensable important equipment. At present， most ports still use semi-automatic control methods and manual control methods in the process of stacking. This paper introduces the mechanism and function of the port stacker at the beginning of the research， and then analyzes the equipment of the automatic control system in depth.

[Keywords]Stacking equipment; Automatic control system; System design

1 港口堆取料機自動控制系統的構成和功能簡介

在港口堆取料自動化操作系統中包含了2個主要部分，分別為堆取料本地操作系統和遠程操作系統。在本地操作系統中主要涵蓋了掃描成像程序、定位程序、本地PLC、預防碰撞系統、預防載量過大系統等，本地操作系統在功能上正在逐漸優化和創新，目前可實現物料堆定位、現場動態監控、操作安全避讓以及現場設備自動控制等，在程序中還安裝了激光掃描設備以及懸掛手臂，短時內就能完成物料對的三維激光掃描，本地操作系統在實現遠程操作的初始階段，需要將以太網最為紐帶，達到數據實時交換的效果，信息方面具有交互性。應用遠程操作系統時，一定要重視操作系統的管理、現場物料堆放管理，使用自動化客戶端對物料堆進行仿真計算，系統中擁有獨立的中央控制系統，可以根據準確的時間節點下發堆放和取料指令，整個操作過程都能實現準確記錄，反饋物料堆放位置和具體操作情況，系統應用中要重視防碰撞系統操作，不能出現物料碰撞和超載等情況，工作人員只有在收到終端授權指令之后才能進行操作，使用遠程操作系統也能實現人工操作干預[1]。

2 三維操作系統設計

2.1 三維成像系統操作原理

在三維成像系統中匯集了數據處理模塊、圖像生成模塊以及數據采集模塊等，激光掃描裝置可以精準測量物料輪廓，完成距離和角度等方面的掃描，形成良好的三維坐標信息點。三維成像系統中主要使用數據處理模塊完成地理信息、信息反饋、機構信息等方面的分析，對于三維坐標數據也能進行有效干預，確?？臻g坐標轉化的合理性以及規范性，之后采用良好的計算機算法完成過濾處理，保證擁有良好的數差值，最后將數據存儲到數據庫中。應用三維讀取數據庫可以對圖片進行渲染，保證圖片繪制和拼接的合理性，最終還能構成精度與模型都符合標準的堆料[2]。

2.2 三維成像系統的設計

在激光掃描設備的初始點T出發，對物料表面B進行測量，之后按照各點要點建立良好的三維坐標系，設坐標系原點為（0，0，0），初始點T和地面之間的高度為H，（0，0，H），激光束和ZX表面之間的夾角是0，與XY表面之間形成的夾角是α。激光初始點距離表面測量點的距離是L，在這種情況下B點坐標是（a，b，c）。在應用掃描設備過程中，使用懸臂對大量數據點進行采集，為三維坐標系建成提供數據基礎，確?？梢詽M足物料堆取作業需求，對于設備采集到的原始坐標進行采集，將其逐漸變成原始參考坐標系。使用定位操作系統可以控制掃描工程進度，得出回轉機構的實時定位以及瞬間位置，保證原始測量點和位置數據的精準性，最后實現初始坐標數據的有效轉換。由于測量點的數據相對較大，密度也相對較高，使用激光掃描裝置時工作任務量很大，所以不能使用直接采集的方法，要不然會占用大量的計算機資源，數據過大、老數據出現丟失的概率更高。為了逐漸優化計算環境，提升計算效率，需要在初始階段考慮仿真資源以及數據處理資源，之后還要對原始數據點進行規范處理。在表現矩陣的過程中通常使用散點的方法，使用二維數據的格式對其進行存儲，初始坐標系和數組元素相對應。在成功獲取測試點云數據之后，需要使用信息操作系統完成三維渲染，之后在上位機中顯示出實時數據，模型建立時間需要在200 ms以內，仿真精度也需要低于0.2 m[3]。

3 自動控制系統設計

3.1 調速系統設計

為了達到理想的系統設計目標，需要在堆料堆放和存取開始階段完成多個作業結構的精準定位，完成作業機構的準確控制，從而設計出良好的變頻減速控制系統。調速系統設計的重點在于采樣周期的確定，對于電機轉速也需要進行合理控制，保證控制方案的合理性。在系統采樣過程中可以將周期設定為T，使用PLC系統分析不同階段的采樣和反饋系統，通過確定脈沖次數確定實時轉速。將固定掃描周期內部的編制程序碼存儲到寄存器中，每次在達到理想采樣目標的情況下，將存放數據連接到寄存器中，同時還要將D1和D2中的數據進行清零處理，使用檢查掃描周期和變化規律的方法確定不同的采樣點。程序在日常運轉過程中，MI00保持ON狀態的情況下，D43具有的存放值是0，在這種狀態下掃描周期達到要求之后會將T0傳遞到B33中，之后的掃描數據會存放在D34中，在T1大于T0的情況下，M110會保持良好的ON狀態，此階段無法執行停止命令，程序會時刻保持穩定運行狀態。

在閉環控制過程中使用了P1算法，在系統中輸入信號，使用控制設備將其傳輸到D/A通道中，之后使用變頻設備與電機之間進行連接，系統數據信號在經過編譯設備之后反饋給PLC控制設備，從而完成良好的閉環控制。通過良好的閉環系統可以逐漸提升設備定位精度，增加作業結構的效率與精準度，提升速度，讓堆料過程和取料過程之間也保持著相同的移動距離，確保堆料形狀和規格滿足操作要求，高度也需要和實際設計具有一致性。

3.2 斗輪切入點計算

在物料場地上選擇良好的切入點，將其作為基礎切入點，之后按照基準點讓懸臂時刻保持靜止狀態，在懸臂保持水平狀態的情況下，基準點和斗輪之間具有的存垂直度是0，回轉中心距離斗輪頭之間的距離設為L，從而得出切入點坐標是（A，B，C），在這種情況斗輪回轉角度為N，對俯視角度M和車輛位置X進行計算可以使用的公式為：

（1）

3.3 自動定位系統設計

在PLC系統中擁有獨立的自動定位模塊，通過應用編碼器的方式逐漸獲取行走機構，確定斗輪和回轉結構的位置，通過及時糾正錯誤位置方式降低數據誤差度，使用變頻器控制的方法可保證每個機構的移動效果。在定位大車行走機構過程中，大車位置坐標可以設置成X，系統參數是Y，若是大車位置指向錨定點，在X>Y的情況下，最大差值的絕對值會在8之上，大車速度也就是V，始終朝著正方向逐漸移動。若是絕對差值在8以內，那么大車就會沿著負方向逐漸移動，若是X=Y，車輛處于完全靜止狀態。在回轉機構定位過程中，可以將實際旋轉角度設為A，系統參數值設為B，在A大于B的情況下，得出的絕對值會在8之上，懸臂也會快速向右進行旋轉，絕對差值在8以內的情況下，懸臂會緩慢向右進行旋轉。在B小于A的情況下，絕對值在8之內，旋轉角度為w，旋轉方向始終為右。在X和Y數值相等的情況下，懸臂會時刻保持靜止狀態。

3.4 自動循環取料系統設計

在使用PLC中控系統時，需要根據實際的作業機構位置以及信息確定三維輪廓信息，構建全面科學的三維數據坐標庫，之后計算出取料邊界，將斗輪和邊界作為坐標系建立的切入點。在回轉機構和行走機構完成定位之后，斗輪下方會與切入點之間保持重合狀態，發現這種情況時可開啟取料命令。進行取料操作過程中系統會經過條件模塊對回轉機構進行測量，同時還能實現微調操作，逐漸增加回轉機構的旋轉速度，讓取料的流量時刻保持恒定狀態。一定要保證調節模塊可以得到足夠的電流支持，這樣才能將得到的數據回轉到機構中，電路質量也非常重要，會直接影響電流回轉速度以及效果。在設備應用過程中需要將回轉機構作為中心點，根據回轉中心確定懸臂和半徑之間的距離，從而繪制出良好的回轉機構平面圖，回轉機構平面圖如圖1所示。

通過對圖1進行觀察得出，幾何關系可以直接表示出回轉角度以及旋轉速度之間的關系，一定要控制好旋轉角度和旋轉速度，保證取料的效果符合標準，提供足夠的供給距離，讓物料深度和厚度都可以滿足實際操作標準。在進行物料堆放和獲取過程中，需要在滿足d和h的情況下控制旋轉速度，按照已有的邏輯對數據關系進行編輯，最后錄入到編程控制設備中，在每次開展物料作業的準備階段，都需要對物料流量進行控制，還需要使用編碼器計算出回轉角度，最后將其傳輸到PLC系統中。在斗輪頭部出現移動的情況下，首先需要確定物料位置，之后改變已有的回轉機旋轉方向，持續取料，使用反復循環的方法達到理想的物料堆取效果。在完成取堆取料工作之后，需要及時發出暫停命令，這樣斗輪就會逐漸移動到下一層切入點，讓切入點具有穩定性。在沒有發出任何指定程序的情況下，系統會處于待命狀態，只要輸入正確的堆取命令，程序將會自動進行控制與監督。

4 結語

綜上所述，本文在研究的開始階段對港口堆取料機組成機理、功能進行了介紹，之后對自動控制系統設備進行了深入分析，通過研究的方法得出為了保證港口堆取料工作效率，提升日常工作的準確性以及合理性，就要針對港口堆取料機控制系統的基本原理進行了解，完成系統模式的更新，提升系統操作的穩定性以及準確性，保證自動化系統的先進性，為行業發展提供穩定基礎。

參考文獻

[1] 李響初，張微.基于PLC的礦山堆取料機自動控制系統研究與設計[J].世界有色金屬，2017（18）：45-46.

[2] 周東鋒，陳旋，趙志安，等.燒結優化混勻配料的控制系統[J].金屬世界，2008（3）：47-50.

[3] 王慶芳，馬永明，陳長勇，等.集散控制技術在安鋼混勻料系統中的應用[J].鋼鐵研究，2006（3）：48-50.