一、方案设计背景与目标
1、市场环境
煤场管理属于工厂比较重要的环节，其发挥的作用不仅仅只是一个煤料存储的地方，也是配煤掺烧的起点和源头，煤场管理的成功与否直接决定工厂的经济效益。如何做到精细化盘煤存煤，如何做到按照配煤掺烧的指令精准取煤，这些方面都与堆取料机和煤场盘料系统自动化程度相关联。同时，盘料系统和堆取料机设备作为煤场最重要的设备，如何提高工作效率，减少设备磨损，也是不容忽视的问题。尤其是在目前煤料供应紧张，煤价高位运行的时期，如何节能减排，如何提高设备寿命，如何减员增效、如何减少现场安全隐患？都是需要工厂管理工作者认真思考的事情。因此煤场盘料系统的先进和准确性，堆取料机的节能、提效是目前煤场管理的重中之重。
但是长期以来，煤场大型堆取料机都是采用人工操作的方式、传统的盘煤系统存在误差及盲区，煤场安全监测系统不完善，人工操作及监测存在很多弊端，堆取煤都是凭操作人员的经验进行，很难有高精度可言。另外堆取料机驾驶室选在煤堆上方，操作时全凭肉眼观察，存在较多的视线忙点。人工堆取煤的结果与智能化煤场脱节，没形成信息闭环。人工操作使得煤场分区分层不精准。因此，很难达到精准堆卸和参配煤的目的。
2、需求分析
煤场工作是一项辛苦而且带有一定危险性的工作。工作人员长期面临酷暑和严冬等恶劣天气的考验，加上煤场粉尘和有害气体，很容易给工作人员的身体健康造成影响。加上现在国家大力提倡环保，各地都在纷纷改造煤场未全封闭是煤场，这样，煤场里面的粉尘和有害气体浓度只会进一步提高。在很多封闭煤棚里面，很多工作人员都是带着口罩（甚至带着防毒面具的）在工作。如何避免这些危害，有效保护工作人员身体健康，确实是一件急需解决的重要问题。大型机械设备工作现场都存在人身安全隐患问题。为了避免现场安全事故的发生，设备的智能化无人值守改造势在必行。
· 智能化煤场围绕如何科学利用好燃煤和如何高效管理入厂煤进行设计
智能化煤场管理的思路是，在可靠全面的煤场盘煤系统数据的支撑下将煤场按不同煤种及相关参数分为多个存煤分区，然后根据煤情况，要求运煤司机或者堆取料机将原煤卸在指定的卸煤位置，现场运行人员根据不同的热值参数将原煤运输到煤场的合适区域。实时形成整个煤场立体图形，实时、动态的展示各个分区所堆放的煤量、热值、含硫、挥发份等相关参数。在系统内建立一组配煤掺烧方案，在不同负荷及运行参数条件下，下发合理的配煤方案。配煤方案确定之后，系统按照煤场存煤情况及堆取料机所在位置自动计算煤场取煤方案，并在煤场图示上用不同的颜色标记待取煤分区。有效指导取煤上仓过程。
煤场管理主要对煤场的进煤、耗煤、存煤三方面进行量、质、价的综合管理和自动化操作。
1、进煤管理。对于库存的进煤主要管理来煤后的存放，包括存什么地方、存多少量。并在卸煤后登记具体卸煤情况，包括卸煤量、卸煤点进行记录，并根据来煤暂估的煤质与煤价对煤堆的成本重新核算。
2、耗煤管理。耗煤包括每班发电用煤的掺配方案及上煤计划，并对实际耗煤包括掺烧情况、其他用煤进行登记，并根耗煤情况及时对煤场库存成本进行重新核算。
3、存煤管理。库存煤主要是对煤场存煤进行管理，包括定期盘点（对煤量、煤质、煤价、煤形进行盘点）、煤温管理等进行管理。
4、修正数据。对入厂煤和入炉煤之间容易因为水分、自燃等方面造成的煤质变化（水分、热值等）进行科学合理的修正。需要考虑利用密度等关键数据实现入炉数据还原到入厂数据的平衡计算。
煤场信息管理包括煤场管理、配煤掺烧、成本分析、统计和查询四个大模块，是整个煤场智能化管理系统中的一部分，当前各个工厂可能最需要解决的有两个问题：第一是入厂煤和入炉煤热值差的问题，第二是如何配煤掺烧使锅炉的燃烧率最好，工厂的经济效益最高。而我们现在要做的智能化煤场就是为了解决第二个问题，同时也对第一个问题进行了一定程度的监测反馈。从另一个方面分析，煤场智能化煤场管理系统是对煤“量、质、价、进、存、耗”这六个字进行深入管理的，只有对煤料在“进、存、耗”这三个过程进行精细化的管理、才能保证煤的“量、质、价”，在所有过程中要生成多种报表，并对其进行统计分析，通过分析各种统计报表，使各种数据比较直观的得到呈现，方便管理，进而推动我们向管理要效益，通过管理提升企业的核心竞争力。
· 数据接口是为了确保系统的兼容性与扩展性，同时考虑流程工业特点进行设计。
目前，我国的工厂主要采用MIS系统对煤场进行管理，在企业内部，通过计算机网络系统对煤耗用量、储存量等数据管理，从这些反馈出来的数据来研究掺煤配煤的比例以及规律性，进一步分析整个燃烧过程的结构。但实际上，我国越来越多的工厂长期存在燃煤煤质偏离设计煤质的问题，导致机组运行存在一些问题：
1、优质动力煤日益减少，大量劣质煤的清洁利用显得较为迫切；
2、发电效率偏低，供电煤耗明显偏高；
3、污染物排放超标；
4、过分追求市场价格便宜的煤种以至于锅炉燃烧出现频繁的结渣等情况危害锅炉安全运行。
这种状态下，煤场管理与运行管理，几乎没有有效、有机的结合起来，也就无法站在整个工艺流程的高度，实现对煤场全流程精细化管控。
据现场了解，本次智慧化工厂建设，将重点设计和实施运行优化系统，运行优化系统将通过对各工况标杆库的建立，实现对运行操作的指导，确保运行的优化，因此，在接口和对接其他系统方面，需要重点考虑与该系统的数据关联和接口设计，有必要的话需要实现煤场管理的一体化平台。
3、方案设计目标
煤场智能管控一体化系统的设计，旨在为企业提供涵盖煤场管理各流程的整套信息化、自动化解决方案。系统的建成将很大程度上改变目前煤场管理的现状，通过智能化、可视化、信息化管理方式取代人为作业模式，从数据的录入、检查、浏览、分析提供完整的保障链，保证数据的可靠性、准确性、稳定性、可复制性，站在整个发电工艺流程的角度考虑煤场综合管理，充分利用资源，节约生产成本。
同时，系统可以针对不同的工况（煤质、负荷、环境温度以及其他外部客观情况），通过对历史大数据的分析，提供最优的掺配掺烧方案。
· 建设完善的煤场智能管控系统。通过建设智能化煤场管控系统，包括煤场信息管理系统、堆取料机无人值守、机器人巡护盘料系统等，实现煤场的智能化全过程管控，并为其他功能系统提供准确的基础数据。考虑到现场的实际情况，需要考虑煤场混配，
· 建设合理的数据接口。尤其是重点设计和打造与配煤掺烧、智慧工厂的数据接口。
二、方案设计依据与原则
料场在整个物料管理中属于承上启下的环节，其发挥的作用不仅仅只是一个物料存储的地方，也是各种物料掺配的起点和源头，料场管理的成功与否直接决定工厂的经济效益。如何做到精细化堆存管理，如何做到按照指令精准堆取，这些方面都与堆取料机的自动化程度相关联。同时，堆取料设备作为料场一个大功率的设备，如何提高工作效率，减少设备磨损，也是不容忽视的问题。尤其是在目前各种物料供应相对紧张，供货商管理存在不规范的情况下，如何节能减排，如何提高设备寿命，如何减员增效、如何减少现场安全隐患？都是需要工厂管理工作者认真思考的事情。因此作为料场主要的硬件设备之一，堆取料设备在节能、提效、减少设备磨损方面大有潜力可挖。
长期以来，料场大型堆取料机都是采用人工操作的方式，人工操作存在很多弊端：首先存在操作误差。堆取料都是凭操作人员的经验进行，很难有高精度可言。另外堆取料机驾驶室一般选在料堆上方，操作时全凭肉眼观察，存在较多的视线盲点。人工堆取料的结果与智能化料场脱节，没形成信息闭环。人工操作使得料场分区分层不精准。因此，很难达到精准堆卸和掺配的目的。
料场工作是一项辛苦而且带有一定危险性的工作，很容易给工作人员的身体健康造成影响。如何避免这些危害，有效保护工作人员身体健康，确实是一件急需解决的重要问题，大型机械设备工作现场都存在人身安全隐患问题，为了避免现场安全事故的发生，设备的智能化无人值守改造势在必行。
煤场智能管控一体化系统是一个结合实际的工程需要的系统，不仅仅煤场本身的管理和控制，而需要考虑煤场全工作中的各工作环节以及与煤场管理相关的设备设施的自动化、智能化、人性化。在进行系统设计时，完全依照工厂所提出的要求，统一规划、分步实施，除此以外在具体设计过程中我们还遵循以下的基本原则：
1、模块化原则：分层次、分模块设计，突出专业职能部门的应用，强化模块的内聚，做到模块并联，自由裁制，扩展灵活；下联各类设备，上联多级管理机构，横向能与企业信息其他系统相联。
2、一体化原则：统一平台、统一流程、统一标准、集中部署。在本系统中，必须做到煤场管理全过程中的设备、各分子系统等所有平台的统一，确保数据共享更加及时，减少各个系统模块之间建立接口的单点故障。
3、标准化原则：数据编码标准化、业务流程标准化、管理制度标准化。由分公司和工厂组织相关标准的制定，系统建设按照统一的标准执行。
4、全盘管控与过程追溯原则：通过全自动实时盘料系统，对煤场进行无盲区扫描，同时生成三维建模配合门式堆取料机无人值守操作，并配合安全监测系统，形成一套完整的煤场管理系统。
5、数据安全原则：内部数据不能任意修改，需一定权限人员在审核情况下才可进行数据维护，提高数据的可信和操作过程的可控程。
6、系统安全原则：系统保证7×24稳定运行，在突发情况下不能影响正常工作， 保证工作的连续性，在工作连续性的基础上，保证各项数据的准确性和可靠性。各分子系统建立多重的安全防护机制或备用机制，确保整个系统的安全运行。同时需要考虑两网络的划分原则和指导意见，将系统按照业务功能部署在生产控制网和管理信息网，通过网闸隔离，确保生产控制网数据只能单向流向管理信息网。
7、辅助决策原则：实现业务和数据的高度整合，让领导直接了解到煤场每天、每周等的真实情况，并能及时了解到各种统计分析数据，为工厂的考核、决策提供支持。
8、经济性原则：充分利用已有的设备和场地因地制宜，在设备和产品确保安全、稳定、可靠、高效的前提下，尽可能选择较经济性的方案。
9、可扩展性：考虑到智能化工厂的发展趋势，系统需要充分考虑未来的可扩展性，如在线煤质检测接口的预留，综合指标、金属壁温、DCS报警、耗差、性能、厂经济指标之间的关系等接口的预留。
10、开放性：系统所有设备符合通用标准，传感器均符合4-20mA信号等工业制式，具有良好的开放性；可扩展的网络 EtherNet/IP、DeviceNet 、RS485第三方通讯模块可拓展的网络 Profibus、 DPInterbus-S、Modbus/Modbus IP等。软件方面，智能化操控软件具备多种接口模块，使系统具有良好的兼容性和通用性。软件具备OPC、FTP、TCP、UDP等标准通讯数据接口，能与工厂自动化各控制系统及平台无缝接入，从而可以将监控数据源源不断的上传到工业网络平台，真正实现数据共享。
三、系统设计方案
1、煤场智能管控系统一体化平台
一体化管控平台中煤场信息化管理模块以实时掌握煤场信息为目标，通过数据处理技术从出入厂计量设备、煤质、煤价数据、盘存设备直接或间接采集数据，以三维智能化煤场方式实时展示煤场煤量、煤质等信息状态。
系统从煤场出场后的前段环节获取每批次来煤量、矿点等实时数据并形成表单，作为煤场管理的基础数据。
实现数字煤场总览。对所有煤场的当前状态等全局信息，进行可视化动态展示，集中展示煤场平面状况、进耗存量、煤质信息、标煤单价等信息，让管理人员通过一个界面对企业的所有煤场的总体存量等大致情况有个初步的了解。
煤场实时状态。系统将自动盘料系统测量数据进行集成接入，并构建数字模型，将煤场状态进行实时图形展示。图形可实现旋转、放大、缩小、平移等基本操作，还可以查看其断面数据，断面图中可以看出不同煤层的分布情况。可通过三维和二维图形结合的方式，直观展示煤场实时存煤情况（包括煤种煤量、热值、硫分、挥发分、标单、堆存时间、温度等）并关联至煤场形态、体积、煤种堆放位置等，煤场实现分别堆区管理，不同煤种通过不同颜色进行区分，实时显示进出煤场的来煤矿别、数量、质量和价格等信息，实时显示煤场存煤的分类堆存情况，不同煤种堆放采用不同颜色进行区分。实现煤场相关业务流数据的整合、发布，并具备进耗存数据配备相互校验的功能。
可通过堆取料机PLC系统接口获取堆取料机的实时定位信息包括堆取料机所有动作机构的位置信息，并匹配煤场的统一坐标系和堆取料机的三维模型进行展示。
1）调度计划管理
进煤情况一览。作为与燃料部门的接口，接入进煤计划数据进行展示，对最近到厂计划、到厂煤种及煤质预测进行提前预判。
卸煤计划方案。煤场专工了解到来煤的信息后，根据煤场现存煤状况和机组负荷情况，指定下个工作日进煤计划里所来的各个煤种、煤质的存放区域，或者直接做出上煤的排定。
上煤计划方案。根据机组负荷状况和掺配煤的方案，指定几种从各个煤场区域取一定量的煤的方案。对堆取料机的上煤操作指令进行自动排定（指定班次、时间段和上煤区域、上煤后的仓位），并可对历史数据进行查询。
配煤计划管理通过配煤掺烧模块指令经人工确认形成最终配煤参考方案，进而自动形成上煤计划方案，并可对历史数据进行查询。
搬倒计划管理。根据工作需要，在一段时间后或存煤发生较大的变化后，将存煤进行存放区域的调整计划，利于后续的存放和上煤取用；对煤场存煤的互倒操作（指定从那个煤场倒入，那个煤场倒出，倒入/倒出的量），并可对历史数据进行查询。
具备煤场合理库存量设置功能，当库存量少于设置值时，发出报警，提醒相关人员进行燃煤采购。
2）现场工作展示
上煤工作一览。通过展示最近需要上煤的指导方案，为现场操作员和输煤程控员提供直观的指引，并通过对接皮带秤、给煤机下的电子秤、SIS、MIS等设备或系统，获取相关数据，从而对上煤情况进行统一展示。同时，记录取料操作时设备的位置状态信息，从而加强现场信息的监控。
设备程控状态。直观的展示堆取料机/堆取料机等大型设备的现场工作状态，实时展示斗轮堆取料机各个检测信号的状态以及空间位移的变化情况。
煤场盘点管理。对煤场的存煤数量进行清点，系统利用建设于煤场钢结构顶棚的激光扫描仪，定期主动采集扫描仪的数据，生成煤场图形，计算出煤场各个分段体积，并根据煤堆的平均密度或历史密度计算煤场总的存煤量，并可进行历史数据查询。
3）智能专家分析
每日进耗简报。每天在固定时间，汇总每天存入煤场总卸煤量和从煤场上煤取用的总耗用量等信息，形成煤场每日进耗煤量简报，可以通过系统消息进行提示，可形成公司的台账，并可对盘煤量进行复核。
存煤时间预警。燃煤堆放时间过久容易出现自燃现象。决策中枢系统对煤种的堆放时间进行实时追踪，发现煤堆放时间过长，智能提示预警。
煤质预警。通过入厂与入炉煤质对比，对偏差较大的煤种进行提醒管理。
通过配煤掺烧系统，结合合同价格与预测未来一段时间负荷情况，推荐到场计划煤种和优先采购煤种。
4）精细化可视化的管理
煤场信息化管理子系统应与建模系统三维数据模型的相互支持，实现在3D模型下的煤场可视化管理，模型依托于真实数据，达到煤场精细化管理。
煤场信息化管理为发电企业提供涵盖煤场管理各流程的整套信息化、自动化解决方案，本系统的建成将很大程度上改变煤场管理现状，通过智能化、可视化、信息化管理方式取代人为作业模式，从数据的录入、检查、浏览、分析提供完整的保障链，保证数据的可靠性、准确性、稳定性、可复制性，站在整个发电工艺流程的角度考虑煤场综合管理，充分利用资源，节约生产成本。
1.1 总体架构
煤场智能管控系统一体化平台采用多层的Client + Browser / Server的混合模式。其中，Client部分主要针对各种设备的终端控制和数据操作，包括部分上下位机的控制、仪器设备的接口及通讯处理，实现整个系统中对现场数据的收集工作；Browser部分主要针对非现场数据的录入、数据收集后的展示和远程控制，主要包括与Client部分的通讯、各项数据的查询、统计分析展示以及基础数据的输入和用户权限管理等，实现整个系统中对用户、数据的接口。
煤场智能管控系统一体化平台运用轻量级JavaEE技术，利用该框架高度模块化的技术优势，为开发、实施、运行、升级和后期维护提供了便利条件：
1、实现了对多种操作系统和代码执行环境等异构环境下的运行通用性，取消了复杂的注册机制，取而代之的是反射等程序实现手段，简化了部署、调试和维护的易用性；
2、实现了一致的面向对象编程环境和软件部署环境，因使用了标准的公共运行库，对多种开发语言和开发的多种类型程序提供了良好的基础支持，为Client和Browser统一运行提供了便利；
3、提供了一个可提高代码执行安全性的代码执行环境，同时也提供了多种程序验证机制，保证了程序运行安全性。
· 系统业务架构
以煤场智能管控一体化系统核心，集成若干生产控制系统模块，包括：煤场信息管理、煤场盘点模型模块、堆取料机无人值守作业模块、智能掺配模块等。
· 系统技术架构
系统采用C/S+B/S混合架构，即在生产控制系统中采用C/S架构设计，每个生产控制系统就地安装控制主机，实时采集就地设备的信息进行汇总并上报中心服务器；一体化平台采用B/S架构设计，由中心应用服务器集中处理各个生产控制系统产生的信息数据，以WEB页面的形式向生产管理人员展示。
优势：
1.生产控制系统采用C/S架构设计，充分考虑了该的实时性，利用高效的本地化应用可以及时对该系统的工作状态作出反馈。
2.生产控制系统采用C/S架构设计 ，充分考虑该系统统的安全性，不会因为中心服务器故障而影响生产控制系统的正常工作。也不会因为本系统的故障而影响相邻生产控制系统的正常运转。
3.智能燃料一体化管理平台采用B/S架构设计，充分考虑该系统的易维护性，管理者不需要安装繁琐的应用插件，且平台入口单一，风格美观大气，信息更为直观。
· 系统数据库架构
系统的数据库架构被划分为三层，即存储层，服务接口层，应用层。
存储层，核心业务数据库由oracle11g搭建，用于存储各业务系统的基础结构化数据和历史数据。非结构化数据采用fastdfs进行分布式存储。
服务接口层，主要构建为外部应用提供服务的业务数据查询中间库，以及与主库进行数据同步的ETL工具，以此来减轻主库的访问 压力，提高主库的安全性。除了数据库链接的访问形式，该层还需构建有以web service 访问接口，避免因应用对主库直接访问适成多过占用资源，防止因访问过多造成主库崩溃。
应用层，除了智能采制化系统，其它生产控制系统在就地控制主机设有本地缓存数据库，以便就地集控主机在与中心系统通讯断开的情况下，仍然能够对现场的工况信息做出反应。在采制化业务系统中，根据信息化安全的要求，终端和操作员站都不能缓存直接数据，这部分数据会被直接推送到中心业务数据库中，操作员站的本地应用再通过网络查询接口，调回中心数据库业务数据进行运算，避免人为对计量数据的干预。
数据库架构
1.2 系统网络拓扑
一体化平台系统中，与辅机设备相连，实现数据采集和生产控制的，接入生产控制网，通过组态软件实现对设备的监视和控制，同时系统将设备状态信息、运行信息、安全信息、数据流信息以及操作人员信息等与管理有关的信息送到镜像服务器，以B/S架构的方式，在管理信息网以WEB方式展示。在管理信息网侧建立关系数据库，存储生产控制网传输的过程和状态数据，方便在WEB段的查询、统计以及分析。
1.3 系统安全设计
1.3.1系统对外安全
系统严格按照网络安全划分原则，将辅机控制和监控职能全部划分并入到生产控制网，将信息查询与管理功能划分到管理信息网。系统严格采用电力隔离网闸，确保数据智能单向从生产控制网络传输到管理信息网络平台。确保任何不可信任网站都无法访问生产控制网，确保设备和生产的绝对安全。
1.3.2系统内部安全
智能煤场管控一体化平台平台提供完善的安全组件，实现数据加密、用户管理、功能权限管理、会话管理等一系列安全功能；
应用系统安全结构图
会话超时重新登录界面
· 系统安全内容
智能煤场管控一体化平台安全要素总共可分为4大类，如下表：
|
分类 |
安全要素 |
|
网络安全 |
统一的访问管理和控制机制。 采用VPN机制的Internet访问系统和防火墙系统。 |
|
服务器安全 |
建设高可靠、高可用性的数据库服务器系统。 完善系统日志审计。 设置基于角色的访问控制机制。 建立可靠的系统备份和恢复系统、应急预案体系。 |
|
应用系统安全 |
用户的身份认证及授权。 建立应用系统访问安全，设定IP段、登录时间段、连接数、登录次数的限制等。 通过权限设置，控制用户对程序资源的访问。 通过设置业务流程和对应角色，实现对业务功能的安全控制。 设置数据域的访问控制机制。 数据的加密。 |
|
安全管理体系 |
建立安全管理组织体系，配备管理人员。 严格的管理制度和具体的操作规范。 |
· 网络安全
网络安全包含多个方面，从物理层到应用层都需进行防护。现阶段网络安全系统防护主要在链路层、网络层等。在网络系统安全建设时，我们主要从以下几个方面进行网络安全部署：
对网络设备，如路由器、交换机等，进行安全设置和维护。如对路由器进行如下安全设置：禁止Telnet到路由器；禁止通过SNMP进入到路由器；通过访问控制系统控制对路由器的访问；关闭不需要的服务；按适当的级别登录；路由更新认证等。
· 服务器安全
建设高可靠、高可用性的数据库服务器系统。如采用双机热备，共享磁盘阵列的方式来提高系统的可靠性与安全性。并在磁盘阵列上采用了RAID技术，充分保证了数据的安全性和可恢复性。
建立高可用性的应用服务器集群系统，实现应用系统的负载均衡，防止因单点故障导致的应用系统不可用。
限制超级用户的权限，完善系统日志审计。
结合网络规划，合理、科学的规划服务器群，科学的利用子网划分原则，有效的防止病毒的感染和漏洞攻击的可能。
· 应用系统安全
功能设计：
- 系统身份认证：是安全的第一道大门，是各种安全措施可以发挥作用的前提，系统在登录阶段提供的身份认证机制包括：用户名和密码认证、登录验证码、登录次数监控、登录时段监控等。
- 数据加密：为系统的信息传输、控制、存储提供灵活的、可供选择的加密算法，系统提供三种加密方式：简单加密、对称加密、非对称加密。为关键业务、敏感信息、商业机密提供安全保护。
- 系统审计：对用户在系统上的一切操作，系统自动建立详细的安全审计日志，以便检测并跟踪入侵攻击、非法操作等。包括系统的登录审计、访问审计、接口调用审计、数据下载审计和其它系统的操作日志。
系统身份认证：
- 用户名和密码：实现系统的登录认证，高强度密码限制、静态密码等密码认证。
- 登录验证码：系统提供随机动态的登录验证码，防止恶意用户或恶意软件频繁连接登录工程项目管理信息平台，消耗系统服务器资源，最终导致服务器当机。
- 登录次数控制：限制用户每天登录系统的次数，以及输入三次错误的密码后锁定用户帐号（帐号锁定后需要系统管理员解锁后才能使用）。
- 登录时段控制：限制系统的用户登录系统的时间范围，如上午7点至12点、下午2点至6允许用户登录系统进行操作，其它时间禁止用户登录系统。
数据加密：
- 简单加密：系统提供统一的密钥，存储在配置文件中，提供统一的加密、解密算法，对敏感数据、商业机密信息的传输、控制、存储进行统一的加密控制。
- 对称加密：对称加密又称私钥加密，即信息的发送方和接收方用同一个密钥去加密和解密数据。它的最大优势是加/解密速度快，适合于对大数据量进行加密，但密钥管理困难。如果进行通信的双方能够确保专用密钥在密钥交换阶段未曾泄露，那么机密性和报文完整性就可以通过这种加密方法加密机密信息、随报文一起发送报文摘要或报文散列值来实现。
- 非对称加密：非对称加密又称公钥加密，使用一对密钥来分别完成加密和解密操作，其中一个公开发布（即公钥），另一个由用户自己秘密保存（即私钥）。信息交换的过程是：甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公钥向其他交易方公开，得到该公钥的乙方使用该密钥对信息进行加密后再发送给甲方，甲方再用自己保存的私钥对加密信息进行解密。
系统审核日志：
- 登录审计：对用户登录系统的活动进行日志记录，系统自动审计，及时提醒恶意用户进行的非法登录操作。
- 访问审计：对用户在系统中进行的各种操作进行日志记录，系统自动审计无权限的用户，查看、修改、删除敏感信息或商业机密。
- 接口调用审计：对系统内部各模块之间的接口调用、外部系统调用系统Web服务接口等进行日志记录，系统自动审计，不安全的内外接口的调用，并及时告警。
- 数据下载审计：对系统敏感信息或商业机密（如招投标文档等）的下载进行日志记录，系统自动审计。
- 其它系统日志：详细记录用户对系统进行的各种交互访问操作，以供系统管理员或系统运维人员备查，在发现数据错误、追踪错误来源时更及时、更准确地进行定位。
安全管理体系：
信息安全不仅仅是安全产品的问题，更重要的是管理问题。一个强有力的信息安全管理组织机构，相应的信息安全规章制度和管理人员是信息安全得以顺利实施的重要保障。
切实加强网络系统的组织领导和各业务部门之间的协调配合，安全工作从每个工作站、每个终端做起，牢牢控制人为因素。加强用户的培训，健全用户操作网络安全的各项制度。
加强对磁介质尤其是磁带的保管，放置于干燥、洁净的环境，注意防磁、防潮、防尘。
重视软件和数据库管理维护工作，加强对用户操作、口令、授权管理。如：设置口令失效限期，要求使用者定期更改口令等。
加强对光盘、U盘、移动硬盘等移动介质的操作管理，禁止在局域网内使用非法软件等。
网络服务器和数据库要保存在安全的地方，进出最好需要有通行证、专用钥匙或佩带徽章。也可以采用其它身份验证手段。
此外，还可以采用一系列的安全审计制度，对关键系统的操作都备案，并有日志以供查询。
信息安全是一个多层面、多因素的、综合的、动态的过程。因此，信息安全体系应当与业务应用系统的建设同步进行、持续改进、不断强化。
1.4 全场信息总览
从信息的全面性方面来考虑，煤场实时动态管理主要达到的目标是让所有人都了解到煤场的变化情况，除了图形也还需要伴随这数据量的变化。系统的实时动态管理从总体到分部，从图形到数据，完整的展示煤场的信息状态。
全场信息总览就是用来展示所有煤场的总体信息，对煤场全局进行可视化动态展示，集中展示煤场状态、进耗存量、标煤单价等实时信息。让管理人员对整个煤场的大致情况有个初步的了解。
1.5 分场实时状态
三维煤场的实现依托激光全覆盖的盘点等技术的实现，系统将现场设备进行集成，实现对激光设备的远程操作控制的同时接入扫描结果数据，并在系统中构建三维模型，将煤场状态进行实时展示。在系统内生成现场三维图形后，对图形实现旋转、缩放等基本功能，方便远端了解煤场现场状况。（下图供参考）。
1.6 煤场分区设置
煤场管理的前提是将煤场进行分区存储。系统按照条形煤进行处理：其中条形煤场按照煤场的长度来设置分区。每个分区可以设置存煤煤质区间、煤种、矿点等信息，在来煤后可按照设置信息进行存煤方案设置，并按照存煤方案指定存储。
在系统中根据现场实际情况和需要将煤场划分为若干区域，煤场的每个区域存放固定的一个矿或者几个矿的来煤。对于来煤单位多而煤场较小的单位，实施分区分层管理。实现对煤场分区计算。根据段分情况实现对燃煤的精确管理，包括精确取煤、精确计算入炉煤重量等。
1.7 调度计划管理
1.7.1进煤情况一览
作为与燃料部门的接口，接入进煤计划数据进行展示，对最近到厂计划、到厂煤种及煤质预测进行提前预判。
接入进煤计划数据进行展示，获取厂方来煤信息，包括：批次、供应商、煤源、煤种、煤量、煤质、预计到达时间等。
系统通过关联来煤矿别，可以检索历史来煤信息及供应商煤质数据库数据，做到煤质预测，进行提前预判等。
来煤计划是由供应部门将第二天或近期将要来的煤量、矿点等信息接入到系统中来，便于进行数据的管理和后续的工作指导。此功能为软件系统的边界功能。
系统根据来煤的方式，分成火车、汽车、水运等几种，部分厂家进行预设。煤场的管理人员在了解到来煤的情况后，进行后续的卸煤计划方案的制定。
1.7.2卸煤计划方案
卸煤预案是系统根据工作人员填报的来煤预报信息，综合煤场状况，利用三次配煤过程的第一次配煤算法，为各个供应商的来煤指定卸煤存放区域，经管理人员确定后下发输煤程控及煤场当班操作人员进行卸煤控制的功能模块。系统可设置为定时自动运行或根据用户输入手动运行，在第二天来煤前该项工作完成。
系统主要通过输出是各个供应商的来煤所存放的煤场区域或直供到原煤仓的标号。预案计算完成后，系统提示相关管理人员对预案进行审核。卸煤预案通过审核后，系统保存预案数据，并通过短信消息将卸煤区域通知工作人员。
1.7.3卸煤入库管理
卸煤信息系统实时登记，如果没有接入设备，可以采用手动输入的方式进行记录。对卸煤情况通过报表反映给管理人员提供分析的依据。卸煤完成后，系统自动生成每日的来煤简报。将每个供应商的来煤量、来煤车数进行汇总，结合煤质数据、卸车位置、存煤位置，将进煤的数据进行汇总统计，协助管理人员的工作。
操作完毕以后系统自动将煤场的实际情况与计划方案结合，对煤场的情况进行预调整。整个煤场及每个分区中的煤炭的重量、存煤的发热量、硫含量、水分、灰分、挥发分、灰熔点等信息的预期变化。
1.7.4上煤信息管理
系统按照现场要求的掺配方案输出掺配任务，形成一个时间段内需要用煤的煤质、煤量的分解数据，然后结合存储位置，形成上煤方案，告诉现场管理人员什么时间段从哪些区域分别取多少煤。方案经过管理人员确认后，自动流转通知现场工作人员排班工作。
具体上煤过程，可以通过对接皮带秤、给煤机下的电子秤、SIS、MIS等设备或系统，获取相关数据，从而对上煤情况进行衡量。同时，记录取料操作时设备的位置状态信息，从而加强现场信息的监控。
1.7.5搬倒计划管理
根据工作需要，在一段时间后或存煤发生较大的变化后，将存煤进行存放区域的调整计划，利于后续的存放和上煤取用；对煤场存煤的互倒操作（指定从那个煤场倒入，那个煤场倒出，倒入/倒出的量），并可对历史数据进行查询。
具备煤场合理库存量设置功能，当库存量少于设置值时，发出报警，提醒相关人员进行燃煤采购。
系统中的搬倒计划管理功能，针对煤场存煤的互倒操作（指定从那个煤场倒入，那个煤场倒出，倒入/倒出的量），一般情况下，现场一段时间后或存煤发生较大的变化后，需要将存煤进行存放区域的调整计划时才会使用。
通过系统中的煤场合理库存量设置功能，当煤场库存量少于设置值时，发出报警，提醒相关人员进行燃煤采购。
1.7.6配煤计划管理
通过对机组的负荷和现场煤质状况的优化算法得出最优经济性、最优安全性等多种可行的煤炭配比关系，并由人工确认形成配煤参考方案，进而指导管理人员细化出上煤计划方案，并可对历史数据进行查询。
1.8 现场工作指导
1.8.1上煤工作一览
通过展示最近需要上煤的指导方案，为现场操作员和输煤程控员提供直观的指引，并通过对接皮带秤、给煤机下的电子秤、SIS、MIS等设备或系统，获取相关数据，从而对上煤情况进行统一展示。同时，记录取料操作时设备的位置状态信息，从而加强现场信息的监控。
系统中上煤工作通过管理部门或集控部门进行业务流程，流转到输煤程控部门由相关负责人指令下达执行，进行线上审批确认，并自动生成记录，同时通过对接皮带秤、给煤机下的电子秤、SIS、MIS等设备或系统，获取相关数据，记录取料操作时设备位置状态信息等。
结合当前机组负荷、煤场库存相应情况及输煤设备的实时状态信息，进行上煤指导。包括煤场编号、取煤位置、煤种、煤质、作业时间、取煤量、终点煤仓等，比如根据配煤方案指导取料方案，要在哪个煤场哪个区域哪个位置，取什么煤种，取多少吨，终点煤仓等，然后系统将指令通过中控室PLC控制系统下达到堆取料机上进行执行，并对上煤情况进行统一显示。
1.8.2设备程控状态
系统直观的展示堆取料机/堆取料机等大型设备的现场工作状态，实时展示斗轮堆取料机各个检测信号的状态以及空间位移的变化情况。
监视堆/取料机行走系统状态：锚定状态、夹轨器松轨夹轨状态、行走模式、行走状态、行走方向、行走变频器状态、停止限位、极限限位、行走编码器工作状态、行走制动机构状态、行走电机加热器运行等。
监视电缆卷筒状态：动力卷筒运行状态、控制卷筒运行状态、卷筒行走方向过张力指示限位、卷筒过行走距离中心限位、卷筒空盘限位等。
监视单机机上回转系统状态：回转模式、回转状态、回转角度、回转变频器状态、回转极限限位、回转区域、回转制动器状态、回转编码器工作状态、回转过力矩安全状态等。
监视单机机上液压站系统状态：液压站油位状态、油缸实时压力、油缸实时温度、过滤器堵塞开关状态、油路开关状态、俯仰角度、俯仰极限限位、俯仰水平校正限位、俯仰编码器工作状态、司机室调平传感器状态等。
监视单机机上悬臂皮带机状态：运行、待机、故障、跑偏、急停、堵塞、打滑、电机实时电流、制动器、悬臂皮带张紧拉力值、皮带煤流的瞬时流量（皮带秤）、皮带秤累计量等信息。
监视单机机上润滑系统状态：润滑油缸油位、系统故障信号、油压信号等。
监视单机机上除尘系统状态：除尘系统状态、离心泵运行状态、自吸式水泵运行状态、空压机运行状态等。
单机机上风速实时监视、火警信号实时监视等。
监视单机机上电气系统状态：10KV进线柜隔离手车工作/实验位置、真空断路器综保状态、电能计量系统各参数值等。
监视单机机上安全系统状态：机上急停开关、悬臂皮带拉绳开关、跑偏开关、尾车皮带拉绳开关、悬臂过系统皮带安全区限位、悬臂防撞开关、机上司机室蜂鸣器报警信号、机上航空警示灯信号等。
监视单机机上自动润滑系统状态、故障、指令等。
监视单机机上各类参数显示：操作方式参数、机构设定参数、料堆模式参数、编码器参数、矫正参数、各类参数矩阵等。
监视单机机上称量系统参数：电度、功率等。
报警功能：
实现集控室与堆/取料机上报警的相对同步，并提供历史报警记录查询，提供单机机上各类故障、通讯类故障的报警功能。
实现相邻堆/取料机之间的防碰撞报警显示。
实现堆/取料机悬臂与煤垛之间的防碰撞报警显示。
报警设计充分考虑安全系统，分为普通报警和紧急停机报警，普通报警起提示作用，紧急停机报警则有连锁功能。
1.8.3 煤场盘点管理
煤场信息化管理系统对煤场的存煤数量进行清点，系统利用建设于煤场钢结构顶棚的智能巡护机器人（轨道式），主动采集扫描仪的数据，生成煤场图形，计算出煤场各个分段体积，并根据煤堆的平均密度或历史密度计算煤场总的存煤量，并可进行历史数据查询。
系统根据要求生成规范格式的盘煤报告，盘点时点至月末的来耗数据可从系统中取数，自动计算水分差调整，盘点煤堆图形能上传成为报告的内容。具备盘点数据与系统内煤场存煤模块中的存煤数据对比功能，系统根据盘煤以后的数据对账面数据进行修正，自动生成盘煤盈煤、亏煤信息。盘点报告能按设定流程周转审批并归档保存。
1.9 智能专家分析
1.9.1 每日进耗简报
每天在固定时间，汇总每天存入煤场总卸煤量和从煤场上煤取用的总耗用量等信息，形成煤场每日进耗煤量简报，可以通过系统消息进行提示，可形成公司的台账，并可对盘煤量进行复核。
各种数据的获取和控制最终需要提交管理人员对数据信息和过程进行了解、监管，为企业的各种正确决策提供基础数据支持。统计分析系统部分主要针对每个现场的不同要求进行信息的定制开发。
关于统计分析过程，对煤样情况、存煤煤质情况等都进行基础分析，并将掺配煤的分析过程用图形化表现，让专业的掺配煤管理人员能够通过图形，了解系统的掺配煤分析方法，并进行修正，保证掺配更加科学合理，满足实际需要。
1.9.2 预警管理
煤场预警管理主要是针对煤场的库存量超出系统设置值、煤堆温升或温度超过系统设置值、存煤时间超过系统设置值、盈亏数量过大等情况，系统在煤场图形上进行对超标区域进行标识，并对操作者进行提示，同时可以将预警信息通过手机短信息发送到系统中设置的联系人的手机。
如果堆温变化的速度超过了系统中设置的最大变化速度或者堆温超过了系统中的设置的最大值，则系统自动在图形上进行报警提示。
在系统中设置煤场库存的合理范围，如果煤场库存量超过或者低于设置的库存合理范围，则系统进行报警。
在系统中设置存煤的最长时间，如果发现煤场中的煤炭的存煤时间超过了系统中设置的最大值，则系统进行报警。
系统通过接口实时采集堆煤、取煤时候斗轮机的位置信息，监控斗轮机的堆煤、取煤的过程，如果发现斗轮机没有按照调度指令进行操作，系统自动在监控界面和斗轮机操作室的操作界面上进行报警提示，同时对异常情况进行记录。
以上异常报警提示采用弹出报警窗口，播放提示声音，颜色闪烁提示操作人员，同时发送预警短信给系统中设置的联系人。
另外，系统根据通过入厂与入炉煤质对比，对指定的煤质指标，如热值进行分析比较，对偏差较大的煤种进行提醒管理。
1.9.4优化采购和计划
通过配煤掺烧系统，结合合同价格与预测未来一段时间负荷情况，推荐到场计划煤种和优先采购煤种。
1.10 精细化可视化管理
煤场信息化管理子系统应与建模系统三维数据模型的相互支持，实现在3D模型下的煤场可视化管理，模型依托于真实数据，达到煤场精细化管理。
精细化可视化管理功能是在一项十分实用的功能。即将各个现场煤场管理现场的各个设备集中在一个界面上进行集中展示。如采样机、堆取料机、输煤皮带、皮带秤、原煤仓等设备和设施的状况，同时也将煤场管控系统中实用的摄像头等进行集中展现和集中控制。
1.11 基础信息设置
· 用户权限设置
用户权限设置主要包括对登录用户的用户名和密码进行分配和设置，同时也包括对用户对系统内数据和功能界面的操作能力的设置。
用户名的设定由系统管理人员按照工作编号或员工姓名方式进行设定，密码在默认设置的情况下提供用户自行修改。
系统使用基于角色访问控制技术RBAC（Role Based Access Control），形成用户权限管理结构：其中用户是指需要登录系统进行操作的人员；角色是多个用户所拥有的共同的属性所决定的分组；权限包括对数据的操作如：添加、删除、修改，以及对系统功能界面的开启能力。
系统提供的权限操作功能主要是：
1角色管理界面，由用户定义角色，给角色赋权限，将角色和权限联系起来，；
2用户角色管理界面，由用户给系统用户赋予角色，将用户和角色联系起来。
通过这种方式，可以将用户、相同属性的多人组以及人员的操作能力进行设置。
· 设备信息管理
系统将所有的仪器设备基础信息进行录入后，为系统内的设备通讯、设备的维护提醒、设备相关的联系厂家等提供管理功能。该管理功能主要包括三个方面的内容：
1、仪器设备的基础信息录入；
2、仪器设备在系统内因系统中的通讯和控制要求所需要设定的信息；
3、依据仪器设备的基础信息，系统对设备的定点、定时检修维护提示，并由相关人员将检修维护记录录入系统。
仪器设备的信息包括：仪器名称、仪器编号、仪器型号、采购时间、工作类型、通讯IP地址、设备读数设置、基本通讯方式、检修周期、最近检修时间、检修维护记录等信息。
· 人员信息管理
系统提供工作人员信息管理，将所有的现场工作人员和领导的信息进行管理，将人员可以归为不同的组织机构中，为系统内的多级通报和人员工作分配等功能提供基础信息。
工作人员信息包括：工作编号、人员姓名、身份证号、联系电话、电子邮件、学历信息、健康状况、照片、入职时间、所属部门、所属班组、担任职务、紧急联系人、紧急联系电话等信息。
· 供应商信息管理
供应商信息管理提供对供应商的基本档案信息的查询和维护管理功能。档案信息包括：开户行名称、银行帐号、公司名称、法人代表、法人代表电话、地址、供煤片区、供煤煤矿、运距、煤矿规模等，以便带入合同档案属性中。根据扣吨信息、来煤情况（可以加入其它信息），系统对供应商进行评级，指定时间或人员手工设定后进行评估操作、提供评级结果，便于领导选择供应商。
1.12 扩展接口
本系统根据智慧工厂与燃料管控一体化趋势，预留配煤掺烧、燃料管控系统、DCS系统及相关厂内系统接口。
2、机器人巡护盘料系统
充分利用了激光扫描技术及三维成像技术，以及从三维图形成像中提取有效边界条件为自动化取料提供数据依据研究成果。
使用国内外高端三维激光扫描仪设备对料堆进行连续扫描，获取料堆表面点云位置信息，通过采取“网格法”方式生成料堆外形点云坐标数据。通过工业以太网传送到位于集控室的图像服务器。
图像服务器对采集到的三维图像数据进行处理，结合来自定位系统的位置数据以及扫描仪本身的安装位置，构建料堆的三维立体模型，处理后的立体模型数据保存至集控室内的数据库服务器。
集控室内的“自动化堆料/取料操控系统”HMI界面利用“三维显示控件”读取数据库内的数据显示完整的料堆三维模型。
煤场三维数字建模系统是对料场整体实行在线式工况监测，对料场存储情况做到实时监控，以数据、图形、报表形式展现煤场库存实际情况。可按照既定策略触发作业和人为随机触发方式进行作业。三维煤场数字模型对煤场管理和无人堆取提供直观可视化的作业指导，完全改善了配煤作业中滞后数据对作业效率的影响。煤场三维数字建模系统嵌入一体化系统管理平台，与各系统对接联动，帮助专业人员快速直观了解煤场动态。
2.1 方案概述
机器人巡护盘料系统采用智能料场巡护机器人对煤场进行实时盘点建模的解决方案。可解决料场的实时盘点，全场测温，构建料堆实景数据模型和温度模型，料堆精准坐标导航指导堆取料机自动化作业，作业面定点巡护及时反馈作堆型异变等问题。系统主要是根据料场实际情况，在料堆上方平行搭建一条机器人运行轨道。轻型合金材质的专用密封滑线轨道，具有实时供电、信号传输功能，具备多重密封、防尘防腐及面维护设计。智能巡护机器人搭载真三维激光测量传感器、红外测温热像仪、高清摄像机，可对下方料堆进行覆盖式扫描测量和监控。同时将测量的三维空间数据及温度数据视频数据实时自动上传至服务器，经软件系统的建模计算，建立出库存料堆体积图形、三维空间效果模型、料场温度分布模型等、同时出具各种存煤结构图形及存煤量报表。
在智能巡检机器人中，集成三维动态激光扫描仪，通过巡检机器人的行走，对下方料堆进行快速扫描获得数据，全场数据采集时间不大于8分钟，采集完成后将数据传输到服务器上，结合三维成像技术，对数据进行合成计算，生成煤场的三维模型，同时生成煤堆的三维立体图形、体积等，结合煤堆密度，完成煤场的实时盘点。
在智能巡检机器人中，集成红外热像仪作为温度传感器，实现整个煤场煤堆表面的温度变化的实时监控，温度数据接入一体化系统，实时展示当前煤场内的整体温度分布图，直观查看出全场温度分布情况。
在智能巡检机器人中，集成高清视频模组，实现整个煤场视频的实时监控，视频数据接入一体化系统，实时展示当前煤场内的视频图像，实时了解现场工况。
智能巡检机器人实现实时供电及实时信号传输，数据采用有线传输的方式传送至远程终端服务器处理，或采用无线等方式进行中继传输。
该系统可以做到煤场全覆盖，自动化的盘点和建模，煤场温度场的实时监控，煤场视频的时候显示，无盲区、无死角。同时智能巡检机器人的运动不受机械条件与煤场环境影响，可最大化存煤。
巡检机器人集成的三维动态激光传感器，真三维扫描实现料堆的实景复制（不同于二维传感器加旋转云台，以实现三维功能的模式），具备自定位位、自校正功能，能适应巡检机器人在高速行进中的数据采集，极大的提高了数据采集的效率，可达到1～2米/秒的运行测量速度。同时极大的提高了测试精度，盘点测试相对误差小于千分之二。
2.2 安装方式
扫描示意图
2、依据煤场的情况，现场分为两个煤场，1号煤场为梯形煤场，长度为400m，短边跨度为180m，长边跨度为220米；煤场分布两条斗轮机轨道，每条轨道布置1台都轮堆取料机，1台都轮取料机。1#和2#为斗轮堆取料机，3#和4#为斗轮取料机，其中1#和2#斗轮机没有PLC控制系统，3#和4#斗轮机应用OMRON CS1G-CPU 43H的PLC控制系统。2号煤场为标准条形煤场，长度为460m，跨度为180m；煤场分布两条斗轮机轨道，每条轨道布置2台斗轮堆取料机，5#和6#斗轮机应用西门子S7-300系列PLC控制系统，7#和8#斗轮机应用西门子S7-1500系列PLC控制系统。
根据现场的实际情况，为1号煤场配置滑线轨道式智能盘料机器人系统3套，完成煤场的无死角盘点，为2号煤场配置滑线轨道式智能盘料机器人系统2套，完成煤场的无死角盘点。
2.3 功能模块
2.4 系统网络拓扑图
2.5 关键硬件介绍
· 三维动态激光扫描仪：（三维动态激光传感器）
1)扫描范围：> 62500 ㎡
2)分辨率：5mm
3)通信接口: 高速以太网
4)工作温度: -30℃～+ 80℃
5)静态误差: 15mm
6)角度分辨率(度): 0.01°
7)角度范围(度): 0°- 360°
8）IP等级：IP67
· 柔性滑线轨道运动系统：
1)供电：AC220±30V
2)功率：3kw
3)通信接口: 高速以太网
4)最高运动速度: 4米/秒
5)静态误差: 10mm
6）IP等级：IP67
2.6 系统主要功能特点
（1）料场智能盘点，实时更新存料图形和数据报表。管理人员可清晰及时的掌握料场实际存料结构。
（2）料场三维空间数据建模，通过三维激光扫描成像技术实景建立堆场的三维空间数字模型，实现料场精细化、可视化管理。
（3）无人堆取料工况指导:实时提供当前料堆数字模型及三维空间坐标，代替人眼识别工况，指导堆取料机精准对位、开层和取料作业，保障无人化智能作业。
（4）在线巡护：跟随堆取料机运动，监控现场作业面，发现踏垛现象及时反馈处理。
（5）系统多功能集成能力。可集成红外热像、粉尘、有害气体等传感器，对封闭料场中心区域进行测量，弥补堆取料机上方的空白区域
（6）对现场环境、安全及生产机械设备监管。辅助客户的管理系统，满足现代化运维系统的需要。
2.7 系统主要技术优势
（1）采用三维动态激光传感器采集数据，具有自身空间定位能力，瞬时扫描面测量点的数据量是二维激光传感器的数十倍，数据扫描密度、扫描效率、扫描精度远高于二维激光传感器，真正实现料堆的实景复制。
（2）可任意设定测量区域进行盘点作业，及时更新料场局部变化。
（3）集三维测量、测温、摄像为一体，实时掌控料场数据变化。
（4）测量运行速度可达1m/s保证5分钟完成全场盘点作业，巡航运行速度最快可达4m/s。在实现局部盘点时，高运行速度的效性更高。
（5）选用高性能滑线轨道，设计轻巧，具有防尘设计，清扫功能。
（6）行走方式不受积粉影响、运行不会产生卡顿，故障率低。
（7）具备自救功能，无需使用其他辅助设备救助。
（8）系统采用免维护设计。
2.8 技术关键点
（1）考虑到轨道安装无法做到绝对水平，为了避免该因素导致测量精度，需要采用动态三维传感器，对轨道水平角度等变化能够实现自适应。
（2）考虑到锂电池在煤场存在自燃、续航时间随着使用次数不断下降的风险，无法支持快速移动需要采用直供电的方式。
（3）为了减少投入，必须是集三维测量、测温、摄像为一体，实时掌控煤场数据变化。
（4）考虑到要尽量实时指导斗轮机作业，测量运行速度达到1m-2m/s，保证5-8分钟左右完成300米煤场全场数据采集工作，巡航运行速度最快可达4m/s。
（5）必须选用高性能滑线轨道，设计上要追求轻巧，同时必须具有防尘设计，清扫功能，行走及测量过程，不受粉尘的影响，运行不会产生卡顿，故障率低。
3、斗轮堆取料机全自动无人作业系统
3.1方案简介
本系统方案对自动化堆、取料作业的实现，是利用激光扫描设备作为检测装置，通过对堆场的目标料堆进行实时扫描，利用三维图像成像建模技术对扫描获得的实时数据进行三维建模，利用图像识别与分析技术提取料堆三维模型中关键作业参数，同时，通过多重安全防护措施，在确定安全的前提下，及时调整单机的走行、俯仰和回转动作，从而控制堆、取料机进行自动堆、取料作业。
(1)垛型数据的获取方式：利用激光扫描仪进行垛型表面数据的扫描，雷达物料计进行料位高度的探测，将扫描数据进行仿真处理，从而获得垛型边界数据。
(2)堆、取料计划：依据企业运行下达的相关堆、取料计划指令，依据地面程控中心服务器内的料堆三维模型，按照堆、取工艺控制策略要求自动计算得到作业起始点、终止点、垛高、垛层、堆、取料方式等参数，并可以在设计中通过实时扫描所得数据自动修正各个参数，并可接受人工指令。主控指令自动将计算所得参数计划分解为各项指令下发到斗轮机本地PLC控制系统。
(3)堆、取料执行：由程控中心斗轮机无人化作业控制系统生成的自动化堆、取料的各项指令，下发至斗轮机本地PLC系统，从而驱使斗轮机的走行、回转、俯仰等动作，从而完成堆料、取料等相关动作。
(4)料场工艺视频监控：将斗轮机关键点位的视频监控图像发送至程控操作室，由操控人员进行现场图像监视，实时掌握各单机行走机械部位、料堆图像、落料点图像等点位信息，实现安全作业监护。
(5)基于无人化操控平台开发设计符合现场作业操作习惯的人机交互系统，对界面的风格布局进行人性化设计，使操作界面更加友好易用，功能全面，系统稳定可靠，系统软件界面设计可结合现场需求定制。
3.2网络结构
本方案对全自动智能堆取料无人值守系统进行设计和开发，实堆、取料机的远程化、无人化自动堆料、取料作业，集控中心能依据生产作业实际工况进行远程干预和操控。
为了实现以上目标，需对集控中心、斗轮机机上系统、通讯网络进行如下改造：
（1）斗轮机上增设微波雷达料位计，将模拟量信号引入斗轮机本地PLC系统内。
（2）斗轮机上增设激光扫描仪，将料堆作业面扫描信号通过以太网网络传入图像服务器，实现料垛三维建模。
（3）料场上空安装高精度扫描头，实现对料场的整体建模，实时指导斗轮机作业。
（4）斗轮机上增设UWB移动站，将单机相关定位数据通过以太网络传入单机定位控制器实现，实现各单机精确定位。
（5）在料场四周安装UWB固定地面基站，将地面基站相关定位数据通过以太网络传入单机定位控制器实现，实现各单机精确定位。
（6）对斗轮机安装一套高精度编码器定位装置，同时对行走方式增加自动校准点。
（7）集控室内增设操作终端面板，配备操作手柄，作为堆（取）料机作业过程中人工干预的后备手段；
（8）斗轮机上增设工业电视监控，并将监控画面传送到集控视频监控服务器。
3.3功能说明
为实现上述要求，参照国内外同行业中类似系统研究及应用项目经验，依据料场斗轮机实际情况，系统主要按照7个子功能（系统）进行技术开发和实施：
功能结构图
（1）设计并实施远程通讯网络。利用工业通讯模块、工业网络设备，采用光缆/无线方式连接，建立集控系统与地面斗轮机之间工业以太网及工业控制网的链路，实现系统间信息数据交换，共享。
（2）利用编码器和无线技术实现斗轮机精确定位。通过精确定位系统计算单机的走行，俯仰，旋回值，并作为激光扫描成像，计算，控制的依据。该系统由安装在斗轮机上的行走、回旋编码器以及俯仰测量装置实现主定位系统，同时通过在现场布置无线基站和在斗轮机上安装移动标签，作为冗余定位系统备用，两套系统相互较正。系统解析计算得到的单机位置数据通过现场总线或EthernetTCP/IP网关接入PLC。
（3）利用激光扫描设施获取料堆表面三维数据。通过安装在单机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，进行空间数学变换得到料堆三维数据，实现料堆的三维成像。利用料堆三维图像数据，计算出堆料落料点，料堆高度、宽度、长度、取料作业每层切入点、悬臂回转角度、开层长度等数据，为实现自动堆、取料功能提供数据依据。
（4）开发自动化堆、取料控制模型。通过吸收和利用国内其他堆取料智能化控制系统研究成果，针对堆料、取料生产工艺特点，分别设计了自动化堆料与自动化取料工艺。依据自动化作业工艺要求，结合料垛三维图像信息，自动化PLC控制系统、上位机操作监控系统、工业电视视频监控系统，研究开发一套自动化堆、取料控制模型。实现单机自动执行行走、回转、俯仰等动作，自动完成定位、换层，换垛等堆料、取料作业。
（5）实现单机防碰预警及控制。通过采用PLC软件计算，激光防碰撞检测3种软硬结合的方式对单机进行实时防碰撞监控，对单机采用一级报警提示，二级报警停车的两重防护，确保单机的安全作业。
（6）利用智能化操作软件。按照自动化堆料、取料生产作业要求，吸收传统的上位机人机操作系统软件实时性高的优点，研究开发一套新的上位机操作软件。使用一个平台软件，完成远程自动化堆、取料上位机监控，以及单机状态实时监控。能够实现在远程手动、半自动、全自动三种作业模式下对斗轮机全面管理，能够实现在各种操作模式下，对斗轮机状态信号、故障信号、报警信号的实时采集、显示、分类、存储、查询、打印等功能。
（7）设计生产作业远程视频监视系统。依据单机机上操作员生产作业视频监控要求，在机上关键视角和部位安装数字网络摄像头，并通过工业电视网络，视频信号接入集控IP网络视频监控系统。实现实时监视料场工况以及大车位置和设备状态信息，确保斗轮机自动化作业的安全性、可靠性。同时考虑翻车机集控远程操作需要，在集控IP视频监控系统中预留相关视频接入端口，接入翻车机视频监视系统提供的视频信号，并在集控室增设翻车机视频显示站，实现实时监视翻车机现场作业情况。
3.4主要技术手段
· 远程通讯
为实现自动化作业所需的各个系统数据的通讯与共享需求，结合该项目的实际应用条件，设计的远程通讯方案应包含三种远程通讯网络：工业现场总线网络（控制网）、工业以太网（ETHERNET网）和工业电视网络。利用这些网络技术实现激光扫描仪、集控服务器、集控自动化PLC系统、堆、取料机PLC系统、操作监控站等设备之间的数据通讯，以及实现对斗轮机的实时视频监控。
· 激光扫描与三维建模
通过扫描机构实现对料场的全方位扫描，获取料场三维数据，通过插值等方式，实现表面三维模型的建立。
· 堆料与取料自动控制
利用计算机主控软件模块，实现激光扫描系统、精确定位系统，斗轮机PLC系统、集控自动化PLC系统和人机操作界面软件之间的集成与联动，从激光三维模型软件中提取垛型的边界数据，从而在取料过程中，在对位、开层、换层及取料上具有自动控制功能，堆料过程中，实现空场堆垛和补垛功能。
通过成熟的自动化堆/取料模型控制算法，实现利用盘煤系统获取的料堆的三维模型建模，确定每个料堆在堆场中的起始位置、终止位置、高度、宽度、外部形状、各料层重要位置的坐标信息；在堆、取料作业规划时，自动提取目标料堆的起始位置、终止位置，为单机自动堆料或取料定位提供依据；通过计算每层的高度和宽度，为开层、换层策略提供依据。
· 精确定位
利用在每台斗轮机上安装的斗轮机识址系统，实现实时了解斗轮机的位置信息，通过无线或光纤的方式并及时上传到三维动态激光扫描技术系统上，给该系统提供斗轮机大臂是否遮挡盘料区域提供数据支持。同时通过知道斗轮机位置信息指导料场的堆取料情况，为全自动智能料场管控一体化系统提供精确的数据支持。
斗轮机识址是整个斗轮机自动化的基础功能，为了确保识址系统的稳定可靠运行，设计上采用双冗余的识址系统，第一套采用编码器识址，第二套采用UWB无线识址。两套系统一主一备，相互校正。
· 防碰撞设计
· 斗轮机自动作业时，碰撞安全防护十分重要，包括相邻单机之间的防碰、单机大臂与料堆的防碰；一是通过获取单机位置坐标、大臂俯仰角度、水平旋转角度参数，计算大臂空间位置，防止与相邻单机之间的碰撞与报警，二是通过在单机大臂上安装激光防碰装置，实现大臂与料堆空间距离的报警，防止碰撞。三是通过在各单机悬臂两侧分别安装1套对射式防撞微波雷达开关，用来作为极限保护大臂两侧的区域。
· 智能一体化操控平台
本系统利用成熟的智能一体化平台产品，系统集成和异构数据融合技术，首次将单机选择、任务指令、三维图像、自动作业，报警监测、设备监测，料垛扫描等功能，统一到开放的智能一体化操控系统，实现了关系数据、实时数据和空间数据的融合共享。
利用一个平台将单机监控操作画面和自动操作画面进行了有机融合，更便于操作和维护，对画面的风格布局进行优化设计，根据操作人员的操作习惯，对画面的功能进行开发，使人机画面更加友好易用，功能更全面。
· IP网络化视频监控
在堆、取料机关键设备部位安装视频摄像头，视频信息通过网络传输到集控室，方便集控操作员对现场作业场景进行实时视频监视。摄像头将按照司机室的观察视角和堆、取料机的视角进行安装，以便于全方位远程了解作业现状，并将翻车机现有视频摄像头的信号传送至远程集控室。
3.5系统主要功能
3.5.1 远程通讯与信息交互
方案主要通过对斗轮机通讯网络进行搭建，为实现无人化堆取料控制搭建一套新的通讯网络来满足系统所有功能的数据传输。此通讯网络主要包括：工业控制网络（总线网）、工业以太网。
· 工业控制网络（总线网）
负责集控自动化PLC不同机架之间的数据通讯。
负责集控自动化PLC与集控室操作面板之间的数据通讯。
负责集控自动化PLC与单机PLC的通讯功能，采集单机所有状态、故障、报警信号。
负责集控自动化PLC与单机PLC的通讯功能，负责向单机发送相关作业指令。
负责集控室自动化PLC与控制系统PLC的通讯功能，获取流程运行相关作业指令，包括地面皮带机运行信号、换舱请求、移仓完成、皮带秤信号等所有有用信号。
· 工业以太网网络
负责集控室内各服务器之间的数据通讯。
负责集控室内服务器与上位机软件的数据通讯。
负责集控室内服务器与集控PLC之间的数据通讯。
负责激光扫描仪与集控室图像服务器的通讯；采集激光扫描仪探测数据，上传至集控室图像服务器。
负责集控室数据服务器与单机PLC的通讯。
负责差分GPS地面基站与改造斗轮机机上移动站进行通讯，传输差分信息。
负责集控室翻车机监控HMI系统与翻车机PLC控制系统通讯。
· 集控PLC系统与集控操作面板
集控PLC系统，负责协调各操作单元对所有堆、取料机的控制，授予了操作员在紧急情况下，对作业中的斗轮机进行直接控制的权限和手段。避免了在发生状况时需通知现场巡视的时间损耗而造成的损失，操作员可以在紧急状态下，马上通过集控PLC上对作业斗轮机进行直接的手动干预和紧急安全处理。
同时接入集控操作台操作面板上各操作相关信号。操作面板设置包括操作手柄、作业模式选择开关、作业单机选择开关、急停按钮、故障报警按钮等单机手动作业所需的全部按钮与开关，并保留备用按钮与开关，以方便远期的功能扩充要求，其中急停按钮应具备硬线连锁功能，报警按钮具有声光警示功能。
实现与输料集控控制系统PLC的通讯，用来获取自动化运行所必须的流程相关信息，包括但不限于地面皮带机运行信号、流程运行信号、皮带秤信号等。
实现与单机PLC的通讯，用来获取单机正常运行所需的所有状态信号、故障信号、报警信号等。
· 斗轮机机上PLC系统
通过在斗轮机机上PLC控制系统中新增自动化作业控制程序模块，斗轮机的具体运行动作由机上PLC系统控制执行。机上PLC系统从集控PLC系统单元获得控制指令和数据参数，并下达给作业单机。
通过工业以太网或工业总线的方式，实时地将本地现场作业的各种作业参数和运作状况信息反馈给“集控HMI操作界面”，方便操作员在集控室内对现场作业情况进行监视和控制。
斗轮机机上PLC通过“集控HMI操作界面”上下发的作业指令进行具体的堆取料作业，指令中包括了本次作业过程中，斗轮机所需要全部信息。
斗轮机上本地PLC收到这些信息后，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。PLC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，使相应机构以恰当的速度和方向运行。而在作业过程中，斗轮机如果需要更改这些参数，也是从“集控HMI操作界面”上进行堆取料参数修改后，下发给集控服务器，进而再通知单机PLC系统进行处理。
3.5.2 精确定位子系统
· 编码器识址
采用高精度绝对值编码器，分辨率为4096每圈。通过在编码器的连接轴上安装行走轮或者与斗轮机大臂同模数的齿轮，当斗轮机行走或者旋转时，通过行走轮和旋转齿轮带动编码器轴心旋转，每旋转一周，输出4096个脉冲信号。通过统计脉冲信号数量，计算行走的位移和旋转的角度。
由于行走测量模块采用的是编码器,编码器在铁轨上行走，时间长了就会有较大的误差，所以我们在编码器上安装一套位置校核装置，使编码器能够精确定位斗轮机的行走位置，通过计算车长、大臂长度等从而准确的定位斗轮的具体位置。结合料场分区情况，可以实时指导斗轮机的工作。
· 无线识址
无线超窄脉冲电磁波，使用脉冲宽度为ns级的无线脉冲信号作为定位载波，是无线定位领域的定位精度最高，性能最为稳定的技术。在频域上，由于其占用的频带较宽（也被称为超宽带技术，UWB技术），且无线功率密度较低，对于其他的无线设备来说相当于噪声信号，不会对其造成干扰，也加强了自身的抗干扰性。
无线定位系统使用先进的超窄脉冲精确测量飞行时间技术，实现了底层的精确测距/计时；结合位置解算算法，实现了上层的精确定位。
3.5.3 料堆模型的三维建模子系统
方案中充分利用了激光扫描及三维成像技术，以及从三维图形成像中提取有效边界条件为自动化取料提供数据依据研究成果。
使用国内外高端激光扫描仪设备对料堆进行连续扫描，获取料堆表面点云位置信息，通过采取“网格法”方式生成料堆外形点云坐标数据。通过工业以太网传送到位于集控室的图像服务器。
图像服务器对采集到的三维图像数据进行处理，结合来自定位系统的位置数据以及扫描仪本身的安装位置，构建料堆的三维立体模型，处理后的立体模型数据保存至集控室内的数据库服务器。
集控室内的“自动化堆料/取料操控系统”HMI界面利用“三维显示控件”读取数据库内的数据显示完整的料堆三维模型。
同时，通过三维图形处理软件将三维模型中的关键位置数据，包括取料高度、宽度、起始位置、终止位置及其他位置数据传送到单机全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑，具体方案如下：
· 料跺作业面三维建模
三维建模软件安装在对应的集控高性能料垛模型服务器中，方便独立地采集并计算整合现场的各个料堆空间数据模型信息。其中获取的关键参数信息主要有走行、俯仰和旋回数值以及几个特殊点信息的采集，这是为自动取料作业提供精确和有效参数的重要保障。
通过对现场的实际作业料堆进行实时扫描，将采集到的数据信息发送给“三维图像处理与成像软件系统”，三维图像系统随即将数据进行数据筛选和公式计算，进而转化成可以直观显示的三维图像模式，反馈到“无人化操作界面”上。
另外，三维图像处理与成像软件具有自动纠错、降噪处理功能，对明显的噪声数据、错误数据能够自动过滤，形成直观、平滑、完成的模型数据。
料堆作业面激光扫描示意图
· 多数据源同步处理
为实时获取激光扫描仪得到料堆扇形点云与堆/取料机的走行、俯仰、回转数据，采用了多线程设计方法,利用主线程创建两个独立的辅助线程分别采集两种设备的数据.
实时对采集的数据进行可靠性检验和错误数据滤除，然后对得到的数据分别进行解析和数据软同步，同时进行两线程间的数据通讯，最后建立坐标系进行测量点的三维坐标计算。
· 统一坐标下图像与数据共享
（1）避免重复扫描料垛，设计堆料作业优先扫描规则
在实际作业堆料作业完成后或推耙机攒垛后，利用下次作业间隙时间进行料垛扫描，为此设计实际料堆扫描采取堆料作业或推耙机攒垛后优先扫描规则。
（2）统一坐标下料垛扫描
为避免因各个堆料机、取料机对料垛进行扫描时，因数据重合存在分区，导致得到的三维扫描数据共享后堆料机与取料机作业时动作不能统一，数据无法利用，作业效果不理想等问题。为此，建立了一套全场料堆三维数据模型统一坐标系，实现现场所有料垛三维数据在一个坐标系完成三维扫描与图像数据建模，做到在一个坐标系下，料垛“标号唯一”与“三维数据唯一”。
（3）统一坐标下料堆三维数据共享
在料垛三维数据存储中采取“料垛号唯一”与“料垛三维数据唯一”相结合模式，堆三维图像数据存储与提取设计进行优化，实现了全场斗轮机之间三维数据互通、图像共享，避免同一料垛多次扫描，缩短了生产辅助时间，提供了整体生产作业效率。
3.5.4 自动堆料设计与实现
· 自动堆料工艺
堆料作业工艺主要有定点斜坡堆料、回转堆料及长堆辅筑法等三种基本方式。
· 定点斜坡堆料方式
堆料时只把前臂架调整到适当高度，在堆料过程中只需一面堆料一面调整前臂堆料高度，直至达到堆高要求后开动行走机构移动一个位置或者将臂架回转一个角度。这种堆料方式，动作单一，消耗功率小，操作也很简单，但在堆垛时，应注意填满堆料时产生的峰谷，以便提高取料时的效率(见下图)，此法也称人字堆料法。
定点斜坡堆料工艺
· 回转堆料方式
将主机先固定在某一位置，即大车暂不行走，物料按臂架回转半径的轨迹堆出，由低到高逐层进行(见下图)，其过程是当前臂架端点由a回转到b后，斗轮机向前行走到c，再回转堆料至d，再向前行走至e......， 堆到需要长度后，再升高一个高度，进行第二层第三层......堆料，直至堆到要求高度；这种堆料缺点是繁琐，功率消耗大，优点是堆料有规则，每层物料相对物理性能基本一致，可便于采用全自动程序取料或堆料。(建议少用)
回转堆料工艺
· 长堆辅筑法方式
堆料时先将臂架调整到一定的高度，按图上顺序堆料，堆至一定高度h时，大车向前行走一段距离继续堆料，走至规定长度后，臂架变幅至第2号处，在堆料达到h高时，大车向后退一端距离继续堆料，这样循环将底层1-6堆好后，开始第二层的7-11堆位， 依次类推。此法的优缺点介于人字法与回转堆料法之间，并可使堆料均匀，也可防止颗粒分层（见下图）。
长堆辅筑法工艺
· 自动堆料实现
（1）操作人员在中控操作画面中创建堆料计划，内容包括：料种、作业量、垛高、堆料模式（空场堆、补堆）等信息，并通过操作画面将该计划下发给中控服务器的后台主控程序。
（2）后台主控程序收到堆料计划后分析堆料计划内容并通知三维模型计算堆料的起始、终止地址，计算完成后生成堆料作业控制指令，并显示在自动堆料操作画面上。
（3）操作工确认自动堆料操作画面上的堆料指令，必要时在画面上进行参数修正，最后下发到堆料机PLC。
（4）堆料机PLC收到堆料指令，开始进行作业前的准备工作。
（5）堆料机到达堆料作业的起始地址并且各机构准备完毕，堆料作业准备就绪。
（6）地面流程启动，堆料机开始自动堆料。
（7）自动堆料过程的控制。
（8）自动堆料作业结束。
我方实施的条形料场项目堆料计划界面截图
3.5.5 自动取料设计与实现
· 自动取料工艺
本取料自动化作业改造中采用旋转分层取料作业方式。旋转分层取料工艺，根据料堆长度又可以分为旋转分层分段取料工艺和旋转分层不分段取料工艺两种作业方式，但本项目建设中，为了使取料效率最大化，所以采用取料效率高的旋转分层不分段取料工艺。如下图为旋转分层取料工艺的示意图。
旋转分层取料工艺图
旋转分层不分段取料作业，此作业效率最高，可以避免作业过程中由于塌垛而造成设备斗轮和臂架过载的危险，适用于较低、较短的料堆，在作业中臂架不会碰及料堆。为实现“旋转分层等量取料”的目的，在自动控制方式下，按等量取料算法，臂架旋转速度应与臂架回转角度成确定函数关系，并根据斗轮驱动电动机的电流进行反馈。此种方式为自动化取料采用的取料工艺模型。
首先操作斗轮取料机行走，旋转、俯仰装置把斗轮置于料堆顶层作业开始点位置上，然后靠旋转控制开始取料，每达到旋转范围时行走机构微动一个设定距离(进给量)，取完第一层后，进行换层操作，每层的旋转角度由物料的安息角及层数决定;俯仰高度由层数设定，行走距离由进给量决定。
因此，依据自动化取料工艺标准模型的设计要求，结合取料生产作业特点，现场实际操作模式，针对性制定了自动化取料作业过程控制策略，保障全自动化取料具备较强的可操作性，实现性，提升系统适应能力和价值。
系统还可根据实际需求，选择斜坡多层切削取料工艺、水平全层取料工艺等。
斜坡多层切削取料工艺
水平全层取料工艺
· 自动取料实现
自动取料工作流程图
如上图（自动取料工作流程图）所示，自动取料的总体处理流程如下：
（1）操作人员在系统画面上创建取料作业计划，内容包括：料种、作业量等信息，并通过操作画面把取料作业计划下发给中控服务器的后台主控程序。
（2）后台主控程序分析取料计划内容，并通知三维模型计算取料作业的作业角度区域，切入点等取料指导参数，计算完成后生成取料控制指令，并显示在取料操作画面上。
（2）操作工确认取料控制指令，必要时可作修正，然后将控制指令下发到取料机PLC。
（3）取料机PLC收到控制指令，开始取料作业前的准备工作。
（4）取料机到达目标地址，机上各机构准备完毕，取料作业准备就绪。
（5）地面流程启动，自动取料作业开始。
（6）自动取料过程控制。
（7）自动取料结束。
3.5.6 恒流量调节的控制策略
大车机构上置有回转机构，回转机构上置有悬臂，悬臂的一端置有斗轮，在斗轮上有斗齿，回转机构能够以中轴线为圆心，以固定的速度不断进行来回往复的旋转，而大车机构能够使取料机沿着轨道方向前进或后退。取料机取料时，斗轮随回转机构的旋转始终旋转，各个斗齿依次在料堆中挖取物料，并随着斗轮的旋转，将物料放到悬臂的皮带上。因为斗轮的旋转速度是固定不可调节的，所以取料流量只能是靠回转机构的运转速度来控制。
在自动取料时后，取料机上没有了操作人员的人工干预，就必须依靠软件控制来完成复杂的回转速度整定。
可以通过采样取料机的负载，并与实际皮带流量建立对应关系。在控制中，以负载作为负反馈信号，自动调节取料时的悬臂旋转速度，以达到控制取料流量的目的。负载值越大，则取料流量越高，两者基本可确定为正比例关系。
自动取料开始时，操作人员在货料场设定取料机本次作业需要设定的取料流量，并选择本次作业的具体煤料品种，然后开始自动取料作业。
作业开始后，通过斗轮驱动变频器输出电缆上的电流互感器进行采集，得到斗轮负载实时量。根据实时采集的斗轮负载，建立斗轮负载与取料流量的关系。取料机在取料时斗轮以恒定速度进行旋转，以调整悬臂回转速度来调节取料流量。在实际取料过程中，采集斗轮负载值和悬臂的皮带秤流量，两者对应可得到电流值与皮带秤流量的对应关系，负载值越大，则取料流量越高，两者基本可确定为正比例关系。
在取料作业中，当斗轮以恒定速度旋转进行取料后，若悬臂回转速度越快，则取料流量越高，斗轮负载越大。所以，以斗轮负载值作为负反馈信号，适当控制悬臂回转速度，即可控制斗轮负载，也即控制取料流量。根据上述控制模型，利用比例积分 PI 调节控制原理，可建立简化的数学函数。
在 PID 参数进行整定时如果能够有理论的方法确定 PID 参数当然是最理想的方法，但是在实际的应用中，只能是通过凑试法来确定 PID 的参数K2和Ti。
在货料场的实际生产作业中，各种散煤货物因品种不同，密度不同，堆比重也各不相同。若采用单一的控制模型，必将造成控制精度不高的缺陷，甚至导致过程失控。所以需要建立一个依据煤品种的经验数据库，在生产不同的煤种时，根据选定的煤品种，控制程序能够调用不同的控制调节参数。这样能够更好的满足控制精度要求。
该数据库中包括了不同的煤品种，所对应的比例系数 K1、K2、Ti。这些数据可根据现场的反复试验测得。
恒流量控制SAMA图
3.5.7 无人化堆取料操控软件
利用成熟的智能一体化平台，结合料场堆取作业实际需求，开发一套全自动无人化堆取操控系统软件。将单机监控操作界面和自动操作界面进行了平台融合，更便于操作和维护，对界面的风格布局进行优化设计，根据操作人员的操作习惯，对画面的功能进行开发，使人机界面更加友好易用，功能更全面。
该软件能够有效实现在远程手动、半自动、全自动三种作业模式下对堆、取料机的全景式管理，能够实现在各种操作模式下，对堆、取料机所有状态信号、故障信号、报警信号的实时采集、显示、分类、存储、查询、打印等功能，满足现场实际生产要求。
软件架构图
· 界面设计
基于无人化操控平台开发设计符合现场作业操作习惯的人机交互系统，对界面的风格布局进行人性化设计，使操作界面更加友好易用，功能全面，系统稳定可靠。
系统软件采用通用图形HMI配置工具与C#高级语言结合方式开发，满足现场实际生产要求。主要界面及显示功能如下：
1、无人化堆取料控制软件主要分为登录画面、主画面、各堆取料单机界面、网络通讯状态画面、报警主画面等相应操作界面。
2、无人化堆取料控制软件的堆料和取料功能主画面有料场3D存料模型显示功能，图形具有可操作性，可进行断面切割、颜色分区等功能，并可显示料场任一点存料具体参数（矿名、热值、重量密度、温度等）。
同时主界面可通过报警信息栏实现报警信息实时推送与查询，进入历史数据存储与查询，设备状态实时图像化监测与显示。
3、无人化堆取料控制软件堆料功能主界面具备参数设置及维护、创建计划、修改料堆、初始化、设备操作、扫描仪操作、设备运行状态监控、故障复位、堆料计划显示、主要报警信息显示、3D存料模型显示等各功能。
· 主要功能
1、基于权限管理的远程操控与运行状态实时监测。斗轮机全自动智能无人值守控制软件，通过软件合理分配各级的管理和操控权限，登录相应各个操控界面后可实现对设备进行远程操控、运行状态及网络通讯状态进行实时检测，通过报警信息栏可快速查询最新或历史报警信息。
2、自动提取料堆三维数据。斗轮机全自动智能无人值守控制软件实现与激光三维建模系统软件接口对接，软件可根据条件快速检索料堆点云数据，软件实现实时采集各料堆建模数据及各设备状态及控制各扫描仪动作等功能。
利用激光三维建模系统提供的料堆高精度三维坐标数据，实现对堆/取料机大臂回转及俯仰动作精准控制，
3、动态更新作业过程料堆三维图像与数据。软件与激光扫描成像子系统进行对接，实现对堆料或取料过程中发生的堆高/料堆边界数据按指令更新，并主动制定相应的料堆边界检测与控制策略，并可对达到对堆/取料机作业全过程进行预警提醒保护。
4、生成基于计划的作业指令：软件（全自动智能料场管控一体化系统）与堆/取料机设备PLC系统实现作业关键数据实时通讯与交互，实现根据原料斗料位自动获取上料重量并根据上料指令参数、料场存料数据分析（温度、来料时间、料种）、料场存料点云数据、输料系统设备状态等自动计算出最佳取料数据，通过软件操作界面对燃料运行人员进行提示，当燃料部运行人员或其他授权操作人员确认无误好，系统自动将回转、俯仰角度等数据下发至斗轮机PLC，实现自动堆料、取料作业。
5、堆料设备控制指令的自动下发与主动激光盘料。无人化控制软件（根据来料原始信息及料场存料信息、设备状态、自动计算出堆料位置并将堆料指令显示在相关操作界面上，在输料运行人员确认后自动将指令下发至输料系统PLC及斗轮机PLC，斗轮机根据指令数据自动完成堆料作业。
堆料作业结束后，系统自动驱动盘料仪（或手动驱动）对新料堆实现覆盖扫描（激光盘料仪应具有全自动实时扫描功能，盘点一次时间不超过5分钟）。
同时系统软件可从工厂已建的“管理软件”或其他信息系统软件实时自动获取来物料化验分析数据，通过计算及匹配自动完成相应料堆的数据更新并在操作界面对运行人员进行提示。管理人员可通过获取一定权限能够对料场数据进行修改及更新。
6、操作记录。为保障安全生产作业，系统具备对所有操作指令进行自动记录和存储，实现生产作业有记可查，有记可循，为事后分析，决策提供基础数据支持。
3.5.8 单机安全防碰撞子系统
· 实时计算各单机大臂间距实现防碰撞报警
在集控PLC控制程序设计防碰撞距离计算程序，实时输入各个单机走行、俯仰、回转数据，与将单机大臂进行平面投影，实时计算 轨道和相邻轨道上堆料机与取料机，取料机与取料机的大臂之间距离，人为设定参数15米一级报警阀值，10米二级报警阀值，实现防碰撞自动报警。
堆料机、取料机大臂平面投影如下图所示。
单机大臂平面投影示意图
· 激光雷达主动防碰撞报警
通过在堆料机与取料机悬臂前段两侧各安装高性能激光雷达，实时扫描悬臂附近的物料，并通过相关软件设定雷达的安全保护区域。如下图所示。
大机PLC通过实时采集与激光雷达输出报警信号，从而实现堆料机与取料机大臂主动防碰撞预警。
系统接收到大臂防撞预警信息后，对相应的堆料机、取料机行走，回转，俯仰动作进行预计或停止控制处理。
激光雷达报警区域设置示意图
· 对射式微波雷达开关极限防护
对射式微波雷达防碰开关是堆料机、取料机最后的极限机构，位于悬臂两侧，在单机运动过程中，对射信号一旦触碰到料堆，或者其他物体（料场或地面的作业机械），限位开关向机上PLC发送信号，此时，机上PLC采取紧急措施控制大机停止动作。
3.5.9 集控视频监控子系统
通过视频监控子系统网络，将堆料机与取料机关键设备部位安装的数字化视频摄像头视频信号接入集控室设备的数字IP网络视频系统，同时在集控室远程操作平台上安装堆料机、取料机视频监控工作站，方便操作员对现场作业场景进行实时的视频监视。摄像头将按照司机室的观察视角和堆、取料机的视角进行安装，以便于全方位远程了解作业现状。
视频监控位置示意
· 系统诊断管理
支持实时监控系统内网络视频设备以及其他设备的状态，主动检测各个设备工作状态。当发现异常情况时，按事先设定的事件处理办法自动处理。
支持记录所有功能操作、异常情况的日志，并提供多种检索、查询方案。
支持对设备运行状态的监视，支持设备运行状态报表功能，保证设备正常工作。
具有自愈能力，当意外掉电、网络故障等问题修复后，服务器自动回复到故障发生前的状态继续运行。
· 单机机上及集控室分级操控管理
系统建设可实现斗轮机机上本地监控操作以及集控室集中管理监控。堆、取料机（斗轮机）本地监控操作部分在与集控室主干通信网络故障时，可独立运行，可在本地司机室内实现摄像机图像监控、操作及图像存储等功能。集控监控系统监控存储主机在联网监控应用模式下，可管理多台斗轮机NVR设备，实现统一的信息处理和业务访问，有效实现了统一管理、统一配置的业务需求。
同时考虑后续可能存在大型联网视频监控需求，本系统应具备被上级平台统一管理，并能满足从中小规模联网到大规模联网的全局智能检索、智能视频分析等多种应用需求。
视频监控系统网络图
· 单机机上及集控室2级存储
基于对堆、取料生产作业业务的深入理解，以及IP监控系统的本身的特点，监控平台的存储系统模式采用2级存储方式，在斗轮机司机室内设置的NVR设备，将本地6只摄像机的图像存储在本地NVR，并保存7天以上。同时通过监控系统网络将本地图像传输至调度中心监控存储主机，可将多台斗轮机的视频数据集中存储在中心监控存储主机设备上，图像根据用户需求保留。
· 实时图像查看
实时调阅查看所有摄像头图像，包括本次和未来新增监控点。支持单播/组播实时视频流的接收播放, 支持1/4/9/16等多种窗口显示方式，支持摄像机显示列表，支持通过双击列表中摄像头或拖动到窗口中实现窗口图像的快速切换。
· 历史图像管理和回放
实现对所有存储的历史图像资源进行检索、调阅、本地下载、回放等功能。被授权人员可对各监控点的历史图像进行回放。支持多种条件的录像检索。支持检索和回放精确到秒。录像检索效率高，一天的录像检索时间小于2s。支持游标检索回放。支持单帧播放，便于检查图像细节。
三、项目概算
|
序号 |
名称 |
单位 |
数量 |
单价（万元） |
总价（万元） |
|
1 |
滑线轨道式智能巡检机器人盘料系统（含三维激光盘煤系统及红外测温系统等） |
套 |
5 |
120 |
600 |
|
2 |
斗轮机无人值守系统 |
套 |
8 |
240 |
1920 |
|
3 |
煤场信息化智能管理平台 |
套 |
1 |
120 |
120 |
|
4 |
安装调试费及技术服务费 |
项 |
1 |
190 |
190 |
|
5 |
合计 |
2830 |
|||
