系統功能需求

為實現混勻堆料機全自動工作，結合混勻料場 堆料工作特點，系統需滿足以下要求:

( 1) 作業任務的接收和拆解。河鋼樂亭設計鐵 前 MES 系統，根據燒結廠需求，MES 系統將混勻料 需求下傳到原料廠二級系統，系統拆解訂單信息，將 訂單量分解到每個相關設備的具體工作，協調配合 完成供料、堆料作業。

( 2) 自動堆料。系統拆解訂單后，將堆料機的 工作內容下達到堆料機機上控制系統，控制系統根 據目前料堆堆型和自身當前位置，完成料機走行、堆 料、回轉等功能。

( 3) 料堆掃描。在堆料機堆料和走行過程中， 實時掃描料堆形狀，并顯示在中控室畫面上。在 堆取料機掃描過程中，實現對混勻料場庫存盤點。

( 4) 遠程介入。在原料集中控制室內設置遠程 急停按鈕，并具備遠程手動操作功能。在現場堆取 料機作業過程發生報警后，提示遠程操作人員介入， 急停所有設備，人工介入直到報警消失，經人工確定 后重啟自動運行。

自動堆料作業

混勻料場堆料機的工作方式采用走行定點一次 堆料、往復平鋪的模式。系統根據河鋼樂亭鐵前 MES 系統獲取到的來料量測算堆料計劃，計算料堆 的長度，每次堆料作業提前設定堆料終點，根據造堆 計劃，確定堆料起點位置。堆料過程中，將堆料機大 臂設定為固定角度，從起點開始在固定高度進行堆 料，當料堆達到設定高度后，大車向前走行一段距 離，繼續按照固定高度卸料，直到料堆終點位置時， 抬起堆料機大臂，反向繼續卸料，并按照同樣的方法 向起點移動，往復行走完成堆料作業。

堆料機走行過程中通過編碼電纜對自身位置進 行定位，并在 HMI 終端上進行位置信息顯示。在堆 料機卸料點附近安裝超聲波測距儀。相較于其他測 距手段，超聲波對環境污穢、揚塵等干擾因素并不敏 感。卸料過程中大臂相對料堆或地面的距離應考慮 每層料高和環境因素，距離較近影響堆料效率，距離 較遠會造成揚塵。測距儀探測料堆高度到達預定高 度后發出信號，提示大車向前走行。

為保證堆料機自動走行過程中的安全性，系統 設置堆料機電流檢測，卸料量過載時，堆料機電機和 傳送皮帶電機發出報警，提醒中控室人員介入操作。 為防止卸料過程中大臂與料堆、走形過程中大車與 固定建筑之間碰撞，在堆料機大臂兩側和堆料機大 機座上安裝微波測距儀，實時監測與障礙物之間的 距離，到達安全距離后發出報警。

料堆激光掃描

常見的激光料堆掃描方法有二維激光配合旋轉 云臺和三維激光掃描儀兩種方式。二維掃描儀 在每次發射一束面激光，結合云臺旋轉角度，形成料 堆整個表面的掃描信息，而三維掃描儀通過激光光 束直接建立料堆表面的點云模型［8］。綜合掃描精 度與成本因素，決定采用二維激光掃描儀配合旋轉 云臺的方案，設備安裝位置如圖 1 所示。

 4激光掃描原理

激光掃描儀通過計算發射光束和接收光束的時 間差計算出反射點和激光光源的距離。二維激光掃 描儀的扇形掃描面是通過掃描儀內部旋轉鏡片實 現。料堆表面形狀通過含有距離和角度信息的激光 點云描述出來。對料堆表面掃描后形成的點云信息 量巨大，在掃描過程中因環境、光照等因素的干擾， 存在著一些噪點。形成料堆三維模型之前應對點云 模型進行處理，采用方形或三角形網格濾波方法剔 除噪點后，建立點云之間的拓撲關系，形成平滑曲面 完成模型重構。