堆取料机全自动堆取料
堆取料机全自动堆取料 Prepared on 24 November 2020
全自动散货堆场堆取方法
来源：广搜网本站原创公益为中国网民提供数字化信息发布日期：2013-6-12 9:22:07
发明人：王智（摘要：本发明涉及一种应用于大型的港口码头、货车车站、露天仓库的全自动散货堆场堆取方法。该方法主要是指在堆取料机作业时，在充分保证料场利用率、发挥堆取料机的堆取料能力和其它功能基础上，堆取料机司机室内无操作司机进行操作和监视，现场工控机内也不需要人员进行全程的控制操作。现场工控机从管理系统获得作业任务后，根据料场情况和堆取料机状态进行优化计算和安全性检验，自动产生相关堆或取模式信息，随后系统自动将相关控制指令发送到对应本地堆取料机PLC 控制器，由堆取料机进行全过程无人驾驶的自动堆、取料作业。从而克服了现有的散货料场自动化程度低、操作者劳动强度高、作业效率低和场地利用率低的缺陷。）
1. 一种全自动散货堆场堆取方法，包括以下步骤：
(1) 三维激光扫描仪与PLC 控制器通过TCP/IP 和现场工控机连接，现场工控机通过三
维激光处理软件整合各个编码器、传感器和三维激光扫描仪的数据，从而建立整个作业区
域的三维空间坐标模型，三维激光处理软件运算出最佳堆取料初始点，并输入到现场工控
机的数据库；
(2) 现场工控机根据存储在数据库中的堆料策略和取料策略生成作业指令、自动堆取
料作业模式和准备进行自动堆取料作业过程控制指令；
(3) 现场工控机对自动堆取料作业模式进行选择，并对作业过程控制进行自动或手动
选择，并将选择结果送入PLC 控制器；
(4)PLC 控制器通过总线通讯模式，结合现场的绝对编码器、倾角传感器、执行机构控制
堆取料机的回转机构、俯仰机构、走行机构工作，完成本地作业控制；同时通过料堆激光扫
描装置对料场状况进行实时扫描，将料堆信息经工业网络传输至现场工控机；
(5) 现场工控机实现堆取料机的堆型扫描数据的处理，生成料堆特性数据、对料堆堆取
优化计算及堆场作业过程监控，并及时将指令发给对应本地堆取料机的PLC 控制器；
其特征在于，激光扫描装置的数据扫描方法如下：
将大型散货堆划分为多个区域；
在物料堆两侧的斗轮机上各安装一台三维激光扫描仪，并设定料堆子区域的中点延长
线和斗轮机轨道的交点为测量点；
驾驶斗轮机停止在测量点，打开扫描仪开始做静止测量；
两台斗轮机分别测量该子区域内煤堆的一侧，将两个测量结果集成就可获得该区域内
物料的体积信息及三维轮廓图；
对每个物料子区域进行测量，即可获得每个子区域的物料信息以及整个堆场的总体信
息。
2. 根据权利要求1 所述的全自动散货堆场堆取方法，其特征在于：所述堆取现场还装
有工业视频监控装置和各类传感设备，采集堆取料机各机构状态和故障信息，将信息送入
现场工控机和PLC 控制器；现场工控机接收各堆取料机主要状态、故障信息，并发出过程控
制指令控制各堆取料机和发出相关警示。
3. 根据权利要求1 所述的全自动散货堆场堆取方法，其特征在于：所述现场工控机还
设有手柄操作盘，在特殊情况下作为手动操作的备用手段，手柄操作盘通过PLC 控制器控
制本地堆取料机。
4. 根据权利要求1 所述的全自动散货堆场堆取方法，其特征在于，堆料作业步骤如下：
现场工控机收到各个编码器、传感器和三维激光扫描仪的数据，运用存放在数据库内
的堆料策略确定堆积方式；
现场工控机根据数据库内料场当前使用状态信息，确定作业机械、堆积地址范围、料堆
堆高，生成作业计划和作业模式；
将堆积方式、作业计划和作业模式作为作业指令通过工业网络传送到PLC 控制器；同
时地面物料传输皮带流程启动；
PLC 控制器收到指令后，送入位置计算程序模块，进行计算，得出合适的悬臂俯仰、悬臂
回转及大车行走的起始位置信息；
自动定位程序，将计算结果与装在堆取料机的悬臂俯仰机构、悬臂回转机构、大车走行
机构上的绝对值编码器测量出来的位置信息进行比较，根据比较的差值，PLC 控制器按预先
设定好的数据，对相应机构的电机发出旋转方向及速度给定指令，使相应机构以合适的速
度和方向运行，直至编码器测量反馈的实际位置信号与给定位置吻合，电机停止运行，定位
完成；
执行堆料策略，由带式输送机运来的散料经尾车卸至臂架上的带式输送机，从臂架前
端抛卸至料场；通过整机的运行，臂架的回转、俯仰可使料堆形成梯形断面的整齐形状。
5. 根据权利要求1 所述的全自动散货堆场堆取方法，其特征在于，取料作业步骤如下：
现场工控机收到各个编码器、传感器和三维激光扫描仪的数据，对堆取料机编排取料
作业指令；
现场工控机产生以下堆取料机取料初始控制信息：现场工控机根据数据库内料场当前
料堆堆型状态确定第一次取料切入点，即堆取料机初始走行位置、悬臂初始回转角度、俯仰
角度；
将以上信息传送到PLC 控制器，同时启动地面物料传输皮带流程；
PLC 控制器收到信息后，将其中走行、回转、俯仰机构的初始作业位置信息送入自动定
位程序，完成各机构的自动定位；使得斗轮以合适的角度和深度切入料堆，作业准备就绪，
取料开始；
斗轮堆取料机利用悬臂回转、斗轮旋转对料堆进行分层取料：将活动梁置于堆料上方，
大车开至料堆端部，系统处于取料工况，滚轮旋转，调整活动梁的高度，使取料斗吃料厚度
逐步加到预定位，滚轮小车开始行走；当从一端行至另一端时，大车步进，继续取
料，直至取完第一层物料，然后以料堆另一端为起点重复上述取料过程，以分层取料方式完
成取料任务。
全自动散货堆场堆取方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种自动化控制堆取方法，特别涉及一种应用于大型的港口码头、货
车车站、露天仓库的，还可以广泛应用于各类大型的矿山堆场、钢铁企业等的原料场的全自
动散货堆场堆取方法。
背景技术
[0002] 斗轮机，是现代化工业中连续装卸散状物料的一种重要设备，主要用于港口、码
头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等大宗散料，如矿石、煤、焦炭、砂石等在存
储料场的堆放、提取作业。利用斗轮连续取料，用机上的带式输送机连续堆料的有轨式装卸
机械。它是散状物料( 散料) 储料场内的专用机械，是在斗轮挖掘机的基础上演变而来的，
可与卸车( 船) 机、带式输送机、装船( 车) 机组成储料场运输机械化系统，生产能力每小
时可达1 万多吨。斗轮堆取料机的作业有很强的规律性，易实现自动化。控制方式有手动、
半自动和自动等。
[0003] 大型的散货( 如矿石、煤炭、小碎石、黄沙等) 堆料场主要遍布于矿山、能源仓储
库、码头、货车车站等，尤其对于分布在仓储库、码头的矿石、煤炭等散货料场，其作业工艺
流程模式完全依赖人工进行信息传递、计划、处理、操作、堆取策略、管理等。高大的堆取料
机设备在广阔的散货料堆场里起的作用只是充当了人工锹铲或一台抓斗、铲车等装卸“工
具″，一切控制和操作过程都离不开入。堆取料机操作司机根据作业计划单或口头任务指
令，移动堆取料机至指定料堆，根据个人的经验设定堆或取的控制策略。作业完成后，再等
待下一个指令。由于散矿料的堆场往往都是露天作业，受各种情况影响在作业时常常是尘
埃满天，工作环境非常恶劣，在堆场作业的员工常年在这种环境下健康也大大地受到影响。
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。由于大型堆料场没有实现整体自动化，各种堆料似一堆堆小山重叠迷彰，场地料堆之间
矿料种类不同、料堆的高度体积不同、不同的气候下堆取料作业方式不同、各料堆的堆取流
向不同、计划和业务之间不同等，使得料场的堆取料机必需配备大量的操作司机和管理者
来驾驶、协调这些设备进行作业，其工作效率已难以进一步大范围地提高，生产成本居高不
下。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种全自动散货堆场堆取方法，该堆取方法可以实现堆取
料机在现场无操作司机的情况下全过程自动堆取作业，在堆取料过程中，现场工控机人员
可以通过监控终端和工业电视视频终端实时监视现场作业过程，特殊情况时可以通过位于
现场工控机的操作盘对堆、取料作业进行手动操作。从而克服了现有的散货料场自动化程
度低、操作者劳动强度高、作业效率低的缺陷。
[0005] 为解决上述技术问题，所述的全自动散货堆场堆取方法，包括以下步骤：
[0006] (1) 三维激光扫描仪与PLC 控制器通过TCP/IP 和现场工控机连接，现场工控机通
过三维激光处理软件整合各个编码器、传感器和三维激光扫描仪的数据，从而建立整个作
业区域的三维空间坐标模型，三维激光处理软件运算出最佳堆取料初始点，并输入到现场
工控机的数据库；
[0007] (2) 现场工控机根据存储在数据库中的堆料策略和取料策略生成作业指令、自动
堆取料作业模式和准备进行自动堆取料作业过程控制指令；
[0008] (3) 现场工控机对自动堆取料作业模式进行选择，并对作业过程控制进行自动或
手动选择，并将选择结果送入PLC 控制器；
[0009] (4)PLC 控制器通过总线通讯模式，结合现场的绝对编码器、倾角传感器、执行机构
控制堆取料机的回转机构、俯仰机构、走行机构工作，完成本地作业控制；同时通过料堆激
光扫描装置对料场状况进行实时扫描，将料堆信息经工业网络传输至现场工控机；
[0010] (5) 现场工控机实现堆取料机的堆型扫描数据的处理，生成料堆特性数据、对料堆
堆取优化计算及堆场作业过程监控，并及时将指令发给对应本地堆取料机的PLC 控制器；
[0011] 其特征在于，激光扫描装置的数据扫描方法如下：
[0012] 将大型散货堆划分为多个区域；
[0013] 在物料堆两侧的斗轮机上各安装一台三维激光扫描仪，并设定料堆子区域的中点
延长线和斗轮机轨道的交点为测量点；
[0014] 驾驶斗轮机停止在测量点，打开扫描仪开始做静止测量；
[0015] 两台斗轮机分别测量该子区域内煤堆的一侧，将两个测量结果集成就可获得该区
域内物料的体积信息及三维轮廓图；
[0016] 对每个物料子区域进行测量，即可获得每个子区域的物料信息以及整个堆场的总
体信息。
[0017] 本发明全自动散货堆场堆取方法可以让大型散货料堆场全面实现堆取料机在现
场的全自动堆取作业。全自动散货堆场堆取方法主要是指在堆取料机作业时，在充分保证
料场利用率、发挥堆取料机的堆取料能力和其它功能基础上，堆取料机司机室内无操作司
机进行操作和监视，现场工控机内也不需要人员进行全程的控制操作。现场工控机从管理
系统获得作业任务后，根据料场情况和堆取料机状态进行优化计算和安全性检验，自动产
生相关堆或取模式信息，随后系统自动将相关控制指令发送到对应本地堆取料机PLC 控制
器，由堆取料机进行全过程无人驾驶的自动堆、取料作业。在堆取料过程中，现场工控室人
员可以通过监控终端和工业电视视频终端实时监视现场作业过程，特殊情况时可以通过位
于中央控制室的手柄操作盘对堆、取料作业进行手动操作。从而克服了现有的散货料场自
动化程度低、操作者劳动强度高、作业效率低和场地利用率低的缺陷。
附图说明
[0018] 图1 为本发明全自动散货堆场堆取方法的流程图。
[0019] 图2 为本发明全自动散货堆场堆取方法中扫描测量的结构示意图。[0020] 图3 为本发明全自动散货堆场堆取方法的斗轮控制程序的结构方框图。具体实施方式
[0021] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0022] 如图1 所示的全自动散货堆场堆取方法，包括以下步骤：
[0023] (1) 三维激光扫描仪与PLC 控制器通过TCP/IP 和现场工控机连接，现场工控机通
过三维激光处理软件整合各个编码器、传感器和三维激光扫描仪的数据，从而建立整个作
业区域的三维空间坐标模型，三维激光处理软件运算出最佳堆取料初始点，并输入到现场
工控机的数据库；
[0024] (2) 现场工控机根据存储在数据库中的堆料策略和取料策略生成作业指令、自动
堆取料作业模式和准备进行自动堆取料作业过程控制指令；
[0025] (3) 现场工控机对自动堆取料作业模式进行选择，并对作业过程控制进行自动或
手动选择，并将选择结果送入PLC 控制器；
[0026] (4)PLC 控制器通过总线通讯模式，结合现场的绝对编码器、倾角传感器、执行机构
控制堆取料机的回转机构、俯仰机构、走行机构工作，完成本地作业控制；同时通过料堆激
光扫描装置对料场状况进行实时扫描，将料堆信息经工业网络传输至现场工控机；
[0027] (5) 现场工控机实现堆取料机的堆型扫描数据的处理，生成料堆特性数据、对料堆
堆取优化计算及堆场作业过程监控，并及时将指令发给对应本地堆取料机的PLC 控制器；
[0028] 激光扫描装置的数据扫描方法如图2 所示：
[0029] 将大型散货堆划分为多个区域，虚线将4 个长条形料堆划分为20 个子区域；
[0030] 在物料堆两侧的斗轮机上各安装一台三维激光扫描仪，并设定料堆子区域的中点
延长线和斗轮机轨道的交点为测量点，如图2 小圈所示；
[0031] 驾驶斗轮机停止在测量点，打开扫描仪开始做静止测量；
[0032] 如图2，测量点1 和测量点6，两台斗轮机分别测量该子区域内物料堆的一侧，将两
个测量结果集成就可获得该区域内物料的体积信息及三维轮廓图；
[0033] 对每个物料子区域进行测量，即可获得每个子区域的物料信息以及整个堆场的总
体信息。
[0034] 其中，所述堆取现场还装有工业视频监控装置和各类传感设备，采集堆取料机各
机构状态和故障信息，将信息送入现场工控机和PLC 控制器；现场工控机接收各堆取料机
主要状态、故障信息，并发出过程控制指令控制各堆取料机和发出相关警示。[0035] 其中，所述现场工控机还设有手柄操作盘，在特殊情况下作为手动操作的备用手
段，手柄操作盘通过PLC 控制器控制本地堆取料机。
[0036] 其中，堆料作业步骤如下：
[0037] 现场工控机收到各个编码器、传感器和三维激光扫描仪的数据，运用存放在数据
库内的堆料策略确定堆积方式；
[0038] 现场工控机根据数据库内料场当前使用状态信息，确定作业机械、堆积地址范围、
料堆堆高，生成作业计划和作业模式；
[0039] 将堆积方式、作业计划和作业模式作为作业指令通过工业网络传送到PLC 控制
器；同时地面物料传输皮带流程启动；
[0040] PLC 控制器收到指令后，送入位置计算程序模块，进行计算，得出合适的悬臂俯仰、
悬臂回转及大车行走的起始位置信息；
[0041] 自动定位程序，将计算结果与装在堆取料机的悬臂俯仰机构、悬臂回转机构、大车
走行机构上的绝对值编码器测量出来的位置信息进行比较，根据比较的差值，PLC 控制器按
预先设定好的数据，对相应机构的电机发出旋转方向及速度给定指令，使相应机构以合适
的速度和方向运行，直至编码器测量反馈的实际位置信号与给定位置吻合，电机停止运行，
定位完成；
[0042] 执行堆料策略，由带式输送机运来的散料经尾车卸至臂架上的带式输送机，从臂
架前端抛卸至料场；通过整机的运行，臂架的回转、俯仰可使料堆形成梯形断面的整齐形
状。
[0043] 其中，取料作业步骤如下：
[0044] 现场工控机收到各个编码器、传感器和三维激光扫描仪的数据，对堆取料机编排
取料作业指令；
[0045] 现场工控机产生以下堆取料机取料初始控制信息：现场工控机根据数据库内料场
当前料堆堆型状态确定第一次取料切入点，即堆取料机初始走行位置、悬臂初始回转角度、
俯仰角度；
[0046] 将以上信息传送到PLC 控制器，同时启动地面物料传输皮带流程；[0047] PLC 控制器收到信息后，将其中走行、回转、俯仰机构的初始作业位置信息送入自
动定位程序，完成各机构的自动定位；使得斗轮以合适的角度和深度切入料堆，作业准备就
绪，取料开始；
[0048] 斗轮堆取料机利用悬臂回转、斗轮旋转对料堆进行分层取料：将活动梁置于堆料
上方，大车开至料堆端部，系统处于取料工况，滚轮旋转，调整活动梁的高度，使取料斗吃料
厚度逐步加到预定位，滚轮小车开始行走；当从一端行至另一端时，大车步进，继续
取料，直至取完第一层物料，然后以料堆另一端为起点重复上述取料过程，以分层取料方式
完成取料任务。
[0049] 取料分为分层取料和顶部垂直取料。分层取料：将活动梁置于堆料上方，大车开至
料堆端部，系统处于取料工况，滚轮旋转，调整活动梁的高度，使取料斗吃料厚度逐步加到
预定位，滚轮小车开始行走。当从一端行至另一端时，大车步进，继续取料，直至取完第一层物料，然后以料堆另一端为起点重复上述取料过程，以分层取料方式完成取料任务；顶部垂直取料：这一取料方式主要用于整理料场，选择性地挖取料场顶部任意位置的物料，方便料场管理。[0050] 如图3 所示，根据斗轮机的工艺，结合程序设计模式，采用主程序嵌套子程序方式，根据倾角传感器采集的角度数据，设计出了以下斗轮机控制程序结构。在图示逻辑中，走行及回转控制逻辑最为复杂，走行要控制走行电机、卷放缆电机、悬臂、皮带等设备同时工作，要求配合协调，保护到位，从而实现大车高速走，低速行走，制动等操作；回转则主要实现回转电机的调速。[0051] 本发明全自动散货堆场堆取方法可以让大型散货料堆场全面实现堆取料机在现场的全自动堆取作业。全自动散货堆场堆取方法主要是指在堆取料机作业时，在充分保证料场利用率、发挥堆取料机的堆取料能力和其它功能基础上，堆取料机司机室内无操作司机进行操作和监视，现场工控机内也不需要人员进行全程的控制操作。现场工控机从管理系统获得作业任务后，根据料场情况和堆取料机状态进行优化计算和安全性检验，自动产生相关堆或取模式信息，随后系统自动将相关控制指令发送到对应本地堆取料机PLC 控制器，由堆取料机进行全过程无人驾驶的自动堆、取料作业。在堆取料过程中，现场工控室人员可以通过监控终端和工
业电视视频终端实时监视现场作业过程，特殊情况时可以通过位于中央控制室的手柄操作盘对堆、取料作业进行手动操作。从而克服了现有的散货料场自动化程度低、操作者劳动强度高、作业效率低和场地利用率低的缺陷。[0052] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点。本行业的技术人士应该了解，本发明不受上述实施条例的限制，上述实施条例和说明书中描述的只是用于说明本发明的原理，在不脱离本发明原理和范围的前提下，本发明还可有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围内。[0053] 本发明要求保护范围同所附的权利要求书及其它等效物界定。