一、行業(yè)背景
我國(guó)礦山、冶金、電廠等行業(yè)均存在大量的布料工藝環(huán)節(jié)，通過(guò)布料將礦料分揀、輸送、卸放于不同料棚或料倉(cāng)，布料工藝是選礦物流過(guò)程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。
目前這些行業(yè)在礦料分揀、輸送、卸放過(guò)程中，普遍采用人工現(xiàn)場(chǎng)操作布料車，由人工控制布料車的前進(jìn)、后退、停止和下料量。操作工操作布料車不間斷來(lái)回行走，單班行走里程可達(dá)十幾公里、甚至數(shù)十公里以上，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)操作人員工作強(qiáng)度非常大，而且現(xiàn)場(chǎng)存在大量粉塵與噪音污染，嚴(yán)重危害著操作工人的身心健康。因員工行走、操作不慎造成碰撞、掉入料倉(cāng)傷亡的重大安全事故時(shí)有發(fā)生，給企業(yè)安全生產(chǎn)、員工身心健康及人身安全造成很大的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，而且生產(chǎn)效率很不穩(wěn)定、產(chǎn)品品質(zhì)難以保證。
我公司經(jīng)過(guò)多年的努力，開發(fā)了智能布料機(jī)器人系統(tǒng)產(chǎn)品，技術(shù)水平居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，智能布料機(jī)器人系統(tǒng)的研發(fā)成功和運(yùn)用，徹底解決了礦料布料環(huán)節(jié)的各種難題，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、信息化的布料操作，通過(guò)自動(dòng)化、信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)替代人工操作，實(shí)現(xiàn)布料操作過(guò)程的本質(zhì)安全，消除布料生產(chǎn)過(guò)程中存在的各種安全隱患、提高生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)質(zhì)量。
二、產(chǎn)品工作原理
智能布料機(jī)器人技術(shù)的基本原理是運(yùn)用智能信息技術(shù)與自動(dòng)化智能布料機(jī)器人裝備的協(xié)同運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)礦料選礦布料工藝的自動(dòng)化、信息化。
（一）、智能布料機(jī)器人工作原理
1、智能布料機(jī)器人系統(tǒng)初始化，布料車激光定位系統(tǒng)開始工作，布料車自動(dòng)行進(jìn)到第一個(gè)料倉(cāng)位置。
2、智能布料機(jī)器人系統(tǒng)的超聲波料位檢測(cè)系統(tǒng)啟動(dòng)，檢測(cè)第一個(gè)料倉(cāng)的料位情況，料倉(cāng)內(nèi)礦料高度低于預(yù)設(shè)料位上限時(shí)，布料車將停留在第一個(gè)料倉(cāng)，準(zhǔn)備向料倉(cāng)里投料。如果料倉(cāng)內(nèi)礦料高度達(dá)到預(yù)設(shè)料位上限，布料車將行進(jìn)到下一個(gè)料倉(cāng)。如果所有料倉(cāng)均滿倉(cāng)時(shí)，智能布料機(jī)器人系統(tǒng)將發(fā)送信號(hào)至輸送帶系統(tǒng)，通知礦料輸送帶系統(tǒng)停止輸送礦料。
3、輸送帶將礦料從料場(chǎng)輸送到智能布料機(jī)器人系統(tǒng)的布料車的料斗中。
4、布料車開始將礦料漏放到第一個(gè)料倉(cāng)中，同時(shí)系統(tǒng)的超聲波料位檢測(cè)系統(tǒng)開始檢測(cè)料位高度，當(dāng)檢測(cè)到料倉(cāng)內(nèi)礦料高度達(dá)到預(yù)設(shè)料位上限時(shí)，布料車停止布料，前進(jìn)到第二個(gè)料倉(cāng)、第三個(gè)料倉(cāng)……依次布料。
5、所有料倉(cāng)礦料高度達(dá)到預(yù)設(shè)料位上限后，智能布料機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)送信
號(hào)至輸送帶系統(tǒng)，通知礦料輸送帶系統(tǒng)停止輸送礦料。
6、當(dāng)料倉(cāng)組中某個(gè)料倉(cāng)的礦料被使用后，料倉(cāng)清空或料位下降至料位上限以下時(shí)，布料車會(huì)自動(dòng)行進(jìn)到該料倉(cāng)位置，開始布料。
（二）、關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備
智能布料機(jī)器人系統(tǒng)示意圖見圖1、實(shí)物圖見圖2。
圖1智能布料機(jī)器人系統(tǒng)示意圖
圖2智能布料機(jī)器人
1、智能布料機(jī)器人關(guān)健技術(shù)介紹
（1）、智能布料機(jī)器人位置感知系統(tǒng)
智能布料機(jī)器人的位置感知系統(tǒng)包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、傳感探測(cè)器等。它一方面支承機(jī)身、動(dòng)作元件等；另一方面根據(jù)要求在廣闊的空間內(nèi)移動(dòng)，使機(jī)器人性能有了飛躍性的提高，可實(shí)時(shí)把驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和定位傳感器傳輸信號(hào)傳輸給智能布料機(jī)器人主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能布料機(jī)器人準(zhǔn)確識(shí)別下料倉(cāng)位，精度達(dá)到1mm，做到準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、安全下料，見下圖3。
圖3智能布料機(jī)器人位置感知系統(tǒng)
（2）、智能布料機(jī)器人倉(cāng)位識(shí)別系統(tǒng)
智能布料機(jī)器人倉(cāng)位識(shí)別系統(tǒng)在每個(gè)下料倉(cāng)點(diǎn)安裝有獲得發(fā)明專利的自動(dòng)料位檢測(cè)裝置，本裝置可旋轉(zhuǎn)，拉動(dòng)便于清掃。采用高頻非接觸式雷達(dá)料位計(jì)保證料位檢測(cè)有效。裝置采用耐腐蝕材料，解決礦山環(huán)境高粉塵，礦石多含硫腐蝕等問題，有效的保證料位檢測(cè)。同時(shí)帶有料倉(cāng)漫料開關(guān)，徹底防止漫料事故。
智能布料機(jī)器人倉(cāng)位識(shí)別系統(tǒng)見下圖4。
圖4智能布料機(jī)器人倉(cāng)位識(shí)別系統(tǒng)
（3）、智能布料機(jī)器人車地互聯(lián)系統(tǒng)
采用抗強(qiáng)磁干擾的雙向無(wú)線傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)數(shù)據(jù)暢通、可靠的傳輸，保證在智能布料機(jī)器人行走過(guò)程中無(wú)延時(shí)傳輸。
（4）、智能布料機(jī)器人車載控制系統(tǒng)
智能布料機(jī)器人車載控制系統(tǒng)包含車載控制分站數(shù)據(jù)處理、車載紅外攝像頭圖像傳輸系統(tǒng)。通過(guò)車地互聯(lián)系統(tǒng)把遙控、遙測(cè)數(shù)據(jù)與地面站控制系統(tǒng)無(wú)縫連接，形成統(tǒng)一、高效的數(shù)據(jù)鏈。
智能布料機(jī)器人車載控制系統(tǒng)見下圖5。
圖5智能布料機(jī)器人車載控制系統(tǒng)
（5）、智能布料機(jī)器人地面控制系統(tǒng)
智能布料機(jī)器人地面系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理、機(jī)器人語(yǔ)言編譯和人機(jī)接口功能，同時(shí)也利用它的大數(shù)據(jù)運(yùn)算能力完成坐標(biāo)變換、軌跡插補(bǔ)，并實(shí)時(shí)地把運(yùn)算結(jié)果作為行走運(yùn)動(dòng)的增量值送到公共內(nèi)存供所有系統(tǒng)調(diào)用。智能布料機(jī)器人根據(jù)每個(gè)礦倉(cāng)料位的高低，采取料位自動(dòng)加倉(cāng)，定點(diǎn)加倉(cāng)雙控制方式。根據(jù)料位計(jì)的料位高低進(jìn)行算法優(yōu)化，然后根據(jù)測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
（6）、智能布料機(jī)器人人機(jī)交互系統(tǒng)
采用跨平臺(tái)、開放式人機(jī)交互系統(tǒng)。在系統(tǒng)操控性上秉承簡(jiǎn)單、智能、用戶體驗(yàn)友好的精神，降低學(xué)習(xí)成本。人機(jī)交互界面自帶控制方式選擇、重要參數(shù)顯示、歷史曲線、參數(shù)設(shè)置、報(bào)表打印等功能。
智能布料機(jī)器人人機(jī)交互系統(tǒng)圖見下圖6
圖6智能布料機(jī)器人人機(jī)交互系統(tǒng)圖
智能布料機(jī)器人系統(tǒng)控制室見下圖7。
圖7智能布料機(jī)器人系統(tǒng)控制室
我司研發(fā)的智能布料機(jī)器人技術(shù)具有很強(qiáng)的兼容性與擴(kuò)展性，可以與企業(yè)內(nèi)部的控制系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)、全廠管理信息系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全廠智能管控一體化應(yīng)用。完全符合礦業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)、工控組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)總線通信規(guī)范、信號(hào)接口和接地規(guī)范、選礦綜合自動(dòng)化軟件模塊化設(shè)計(jì)規(guī)范、選礦綜合自動(dòng)化軟件接口規(guī)范、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口、信息集成規(guī)范等。
三、技術(shù)指標(biāo)
1、功能安全
自動(dòng)布料機(jī)器人的視檢、功能檢查和檢查信息應(yīng)符合 7.4 的規(guī)定，基本要求符合 GB/T 29482.1-2013 中 7.1.2 的規(guī)定。
2、電氣安全
自動(dòng)布料機(jī)器人的電擊防護(hù)、保護(hù)聯(lián)結(jié)、絕緣電阻、耐電壓檢驗(yàn)要求應(yīng)分別符合 GB/T 29482.1-2013 中7.3、7.4、7.5、7.6的規(guī)定。
3、運(yùn)行安全
（1）、自動(dòng)布料機(jī)器人在高溫及低溫氣候條件下運(yùn)行檢驗(yàn)、溫度變化運(yùn)行檢驗(yàn)、耐交變濕熱檢驗(yàn)應(yīng)分別符合GB/T 29482.1-2013中4.1.2、4.1.3、4.1.4的規(guī)定。
(2)、自動(dòng)布料機(jī)器人的外殼防護(hù)檢驗(yàn)應(yīng)符合 GB/T 29482.1-2013 中 5.7 的規(guī)定。
（3）、自動(dòng)布料機(jī)器人的振動(dòng)檢驗(yàn)、沖擊檢驗(yàn)應(yīng)符合 GB/T 29482.1-2013 中 4.2.1、4.2.2 的規(guī)定。
（4）、自動(dòng)布料機(jī)器人的電磁兼容檢驗(yàn)應(yīng)符合 GB/T 17799.2-2003以及 GB/T 17799.4-2012 的規(guī)定。
應(yīng)用案例
我司研發(fā)的智能布料機(jī)器人運(yùn)用于馬鋼、武鋼、梅鋼等客戶，在馬鞍山鋼鐵股份有限公司己有2套實(shí)施完成，在武鋼集團(tuán)公司已有一套正在實(shí)施。在梅山礦業(yè)發(fā)展有限公司選礦廠，自2008年11月起至今已先后有9臺(tái)智能布料機(jī)器人生產(chǎn)線投入應(yīng)用，并一直可靠安全運(yùn)行，產(chǎn)品性能與應(yīng)用已達(dá)到最優(yōu)化。
我司研發(fā)的智能布料機(jī)器人由南京自動(dòng)化及儀表協(xié)會(huì)組織測(cè)試，專家組經(jīng)過(guò)鑒定論證，認(rèn)為智能布料機(jī)器人的主要功能全部達(dá)到，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，梅山礦業(yè)發(fā)展有限公司通過(guò)引進(jìn)我司的智能布料機(jī)器人，在選礦生產(chǎn)自動(dòng)化控制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)智能布料控制，將物料根據(jù)需要均勻卸放在指定的料倉(cāng)中，完全替代人工操作，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，改善勞動(dòng)環(huán)境、大幅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)生產(chǎn)安全水平，企業(yè)累計(jì)實(shí)現(xiàn)收益近億元，實(shí)現(xiàn)安全效益和經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。
梅山礦業(yè)發(fā)展有限公司的項(xiàng)目被中礦協(xié)列為重點(diǎn)示范項(xiàng)目，見下圖9。
圖9 中礦協(xié)智能布料機(jī)器人示范項(xiàng)目
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