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问题背景系统硬件结构的设计该方案的优点
问题背景
堆料机是国内外煤炭码头紧张的堆场作业配置装备部署。它的主要浸染是将卸船机卸出的煤贮存在堆场中，以便取料机取运。不断以来，堆料机的操作方式为家养操作，劳动强度大，被动化水平低，依据驾驶员的疲惫水平，操作水一律高下笔直，易发生消耗品质事件等。
为此，小兔提出了一套全被动、全天候、智能化的堆料操作系统，可实用地削减司机人数，减轻劳动强度，普及使命功能以及品质。能实用地削减经济损失。该系统主要包罗激光扫描雷达测距三维建模系统、智能堆料操作以及空间防撞系统、PLC操作系统、短途人机界面监控系统等。
系统硬件结构的设计
该系统所需硬件分说装置在堆料机、取料机、中控机三个物理位置，系统硬件结构图见图。从下图可能看到，堆料机装置了激光扫描仪、雷达测距仪、摄像机、PLC操作器、GPS行动站以及主服务器等通信配置装备部署，经由以太网、GPRS无线网络等通信方式与服务器中控、PLC、RSVIEW监控系统、硬盘录像机以及gps基准站等配置装备部署妨碍通信。所有现场信息均可经由中控多种呈现器呈现，同时具备操作功能。
公司继承原企业的**资质及业务，是机械工业部重点企业，是我国散装物料装卸设备、输送设备、起重设备、港口设备的制造厂家。公司主营：耙料机、耙砂机、刮板取料机、堆取料机、装船机、卸船机、门座起重机、集装箱起重机、液压翻板、干雾抑尘等产品。
- 激光扫描仪控制程序：负责激光扫描仪的精度配置、特殊参数的设置等工作。
- 三维堆场数据采集程序：利用3维激光扫描仪实时采集堆场煤层点云数据，并与堆料机的行走、旋转、俯仰等数据进行坐标转换。
- 雷达数据采集程序：PLC采集多点雷达测距信息，根据堆料机的位置数据将雷达数据转换成实际的煤堆三维坐标。
- 煤堆三维数据处理建模程序：首先对点云数据进行中值滤波，然后对其进行规范处理，在规格化过程中，以雷达采集的煤堆位置信息作为加权计算的主要阀值，规格化完成后对数据的完整性进行检查，对死角扫描部分进行数学拟合，对数据进行补充，*后生成完整的dem网格数据。
- 煤堆三维可视化程序：将计算好的网格数据以三角片方式进行三维绘制，并采用纹理映射的方法使其接近真实场景，能够实时交互地显示煤堆的三维轮廓和体积信息。
- 堆料机自动作业计算程序：根据中控发出的作业指令，自动计算相应场跺的煤堆轮廓信息，并计算*佳堆料切口，在遇到被取料机取走部分物料时，将取料机取走的计量吨进行体积估算，初步更新煤堆三维变化信息，并计算出一个低精度堆料点，当堆料机到达指定场跺后，重新快速扫描和同步更新煤堆三维信息，如果需要调整堆料策略，则进行适当调整，过程中会不间断启动流程，实现作业效率零影响。
- 堆料机PLC控制主程序：全自动堆料作业时，根据自动作业计算程序发出的堆料位置指令，自动将悬臂移至**位置进行堆料作业，堆料作业时，将根据雷达测距仪提供的探测数据，实时调整悬臂高度和行走位置，实现全自动作业：同时接受远程RSVIEW监测界面的各种操作指令，并控制堆料机执行各种动作，以及与取料机之间的空间防碰撞报警或停止作业等。
- 空间防碰撞监测程序：通过RTK-GPS定位系统，服务器采集全港所有堆料机、取料机的悬臂三维空间位置，将全港大型机的空间位置显示在三维界面上，操作者可以看到大型机的实时位置状态：程序自动计算大型机之间可能发生碰撞的*短距离，当*短距离小于预先设定的阀值时，向中控PLC发出相应大型机的报警或停车指令。
- 中控PLC主程序：负责收集空间防撞程序发出的报警或停止操作指令，并向相应的堆料机、取料机发出警报或停止操作指令：负责监控煤堆的取料信息，当煤堆的场存发生变化时，及时将变化的数据(体积、位置)传送给相应的堆料机，供堆料机进行初次堆料参考。
- 取料机PLC主程序：主要负责取料机的正常操作，并接受PLC中间控制指令，指示其防撞报警和停车。
- PLC数据通信程序：负责自定义软件和PLC控制器之间的数据通信，接收堆料机PLC在堆料机上的位置信息，作业开始指令，将作业开始的堆料点发送给PLC，在堆料过程中料堆的实时状态。
- 远程RSVIEW监控人机界面：包括自动工作、人工工作、报警、机上保护开关显示等画面，中控操作人员可根据需要进行交互，必要时可实现远程人工操作。
通过实际操作，该系统运行稳定可靠，实现了无人值守全自动堆料作业，即使天气恶劣，仍能正常运行。这一系统所带来的好处如下：
- 经济效益得到了有效提高。由于操作班次属于四班制，可以取消操作班次，每台单机可节省操作班次8人，一名操作班次年综合成本15万元，可直接节省人工成本8*15=120万元。因为驾驶员不需要在堆料机上操作，消除了很多安全隐患，上下大机都有职业病隐患，同时考虑了8名员工的间接管理费用。
- 工作效率得到提高。全自动工作时间为一周7天，一天24时，全自动工作效率远高于人工工作。全自动作业避免了人工作业时误操作而导致的停机，为减少操作人员的劳动强度构建了一个全新的作业环境。
- 减少操作费用。降低操作成本，提高经济效益，并获得人工操作无法实现的高附加价值(例如：高精度混合操作.
- 料场管理智能化得到提高。提高物料仓库管理的自动化、信息化水平，为立式数字化、智能化物料仓库信息管理提供真实可靠的数据支持服务，从而进一步提高物料仓库管理水平。
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