斗轮机自动化定位系统关键技术研究.pdf
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1、2023.7 下 EPEM 273电力装备Electric Equipment斗轮机自动化定位系统关键技术研究华能威海发电有限责任公司 史本天 王 铂 于庆伟 常 越 四川能为环保科技有限公司 李 剑摘要:基于火电厂燃煤供应市场现状与煤场智能化发展需求,燃煤的自动化精确掺配成了提高电厂市场竞争力的关键。而斗轮机作为一种对燃煤散料进行装卸、堆取的重要设备,其自动化运行不仅可提高生产效率,还可保证燃煤堆取料过程的精确性。本文针对斗轮机于煤场的自动化燃煤分层堆叠掺配方式,提出采用UWB和编码器两种定位方式,互为冗余,同时辅以RFID定位校正装置,以实现斗轮机行走、悬臂回转、悬臂仰俯过程的精确定位。关
2、键词:火电厂;斗轮机;定位系统;燃煤掺配斗轮机是一种对散料进行连续性装卸、堆取的重要输送设备,被广泛应用于电厂、码头、港口、矿场等领域。斗轮机在初期使用中主要以手动操作为主,该操作精度低,人员劳动强度大,且粉尘环境对操作人员的身体健康有一定影响,现阶段随着科学技术的飞速发展,斗轮机通过结合监测远传、信息处理、三维成像、自动化控制等技术1-2,实现了自动化运行,具备了在堆取料过程中的自动寻址、定位、追踪、监视等功能,保证了斗轮机高效、安全运行,解决了原始手动操作精度低的问题。而实现斗轮机自动化控制的基础需保证斗轮机大车和悬臂在煤场内精确定位,以相适应的计算出大车行走方向、行走速率、行走时间、悬臂
3、回转速率和仰俯角度等重要参数,保证斗轮机在堆料和取料过程中的精确可靠运行,为斗轮机自动化控制提供技术保障。目前,燃煤电厂为解决露天煤场扬尘污染的问题,多采取了煤场封闭改造,使得斗轮机在封闭煤场内运行,斗轮机无线定位装置也在封闭煤场中完成信号收发,并联锁斗轮机作业,但因无线定位装置易受封闭煤场内的建筑物干扰,造成信号出现偏差,导致定位精度降低,影响斗轮机各运行动作的精确度,鉴于斗轮机被用作燃煤掺配的重要设备,其精确运行决定着燃煤掺配的均匀性,影响着发电成本和锅炉设备的安全,因此定位设备的冗余设置和定位校正成了保证斗轮机精确运行的关键。1 定位方式的选择1.1 现有定位方式燃煤电厂中煤场的动态数字
4、化管理是科技发展的必然趋势,斗轮机自动化运行是煤场数字化管理的核心技术,而斗轮机定位决定着其自动化运行的精确性,目前斗轮机定位方式包含有人工确认、GPS 无线定位、编码器装置、行走限位开关、UWB 无线定位、激光位移传感、RFID 等,具体功能原理如下。一是人工确认:人工确认主要针对斗轮机手动运行方式,其利用人眼确定斗轮机大车和悬臂的位置,该方式对操作人员的要求高,且受人为因素影响较大,精度差、效率低,无法适应智能化发展需求。二是 GPS/UWB 无线定位:无线定位技术是通过设备上的信号接收天线确定设备的空间定位信息,而后通过模拟函数、逻辑算法将设备空间位置转换为以煤场为基础的斗轮机位置参数,
5、进而确定斗轮机位置。其中,GPS 定位设备在空旷的地方反应灵敏精度高,若在封闭煤场空间中,信号易受到墙体阻隔或反射无法进入煤场,影响定位精度;而 UWB定位技术则适于在室内使用,其一般精度为10cm,最高精度可达5cm 以内。三是编码器装置:编码器是一种将设备运行的角位移或直线位移转换成电信号的装置,该方法技术成熟,可实现长量程的直线位移检测,但对于煤274 EPEM 2023.7 下电力装备Electric Equipment场恶劣环境需进行较高的保护,且在斗轮机车轮打滑时难以克服滑差,影响测量精度。四是行走限位开关:行走限位开关是将限位开关装置预先设置于指定位置,当斗轮机运行至指定位置后则
6、限位开关完成触点动作,实现电路切换,该技术属于点定位,对连续性位置精测存在盲区,无法满足斗轮机由起始位置行走至堆料位置的定位要求。五是激光位移传感:激光位移传感是利用激光技术对斗轮机的运行位移、距离进行测量,该测量方式在运行路径不平的条件下会因斗轮机抖动使反光板靶位不准,降低位置检测精度,针对煤场煤块散落环境以及斗轮机自身运行震动情况,该技术无法进行斗轮机定位使用。六是 RFID:无线射频识别技术是通过无线电信号对设置在指定位置的定位标签进行识别,并读写储存在标签内的绝对位置坐标数据,其可完成快速扫描识别,具有较强的抗污染能力和耐久性,可适应恶劣的煤场环境,是斗轮机辅助定位的优选。1.2 定位
7、方式的确定基于上述定位技术的研究,考虑到斗轮机本身具有的设备大、运动惯性强、振动大、设备启停硬性的特征,某种单一定位方式无法完全满足斗轮机行走、悬臂回转与仰俯位置的精确定位要求,因此采用适于室内定位的 UWB 无线定位技术、绝对值编码器和RFID 等多种技术的结合、互为冗余,构成斗轮机定位系统,以同时保证斗轮机大车由起始点行走至目标堆料点和斗轮机悬臂仰俯与回转运行作业过程的精确性。2 定位系统构架 以斗轮机自动化运行和煤场数字化管理为中心,立足于斗轮机运行路径,综合定位测量、定位校正、信息处理、逻辑计算等技术,建立斗轮机大车行走、悬臂回转与仰俯的全流程、全周期位置监控系统,全面采集斗轮机大车和
8、悬臂的三维坐标位置参数。该系统通过结合现场层、管控层和应用层实现斗轮机的精确定位,其中现场层由斗轮机悬臂两侧的激光扫描仪、UWB 定位基站与标签、编码器和 RFID读写器与定位标签等装置组成,是煤场监测和斗轮机定位的关键;管控层主要完成现场设备的信息采集、数据处理转换和指令下发,实现斗轮机运行的控制;应用层是对现场采集的数据进行多维图表展示,为运行人员提供直观的分析数据。其中,现场设备运行和状态数据具有可追溯性,以便于优化设备运行指令或为后期的监测点完备提供依据。3 斗轮机自动定位流程斗轮机自动定位系统主要是通过激光扫描仪,对燃煤料堆的表面进行扫描并获取点云数据,形成料堆三维图像,而后控制系统
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