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綠色低碳發(fā)展優(yōu)秀實踐案例(九):智慧庫區(qū)起重機自動控制系統(tǒng)關鍵技術研究與應用

發(fā)布時間:2025-04-28 來源:中國建材機械工業(yè)協(xié)會

2024年建材機械行業(yè)綠色低碳發(fā)展優(yōu)秀實踐案例共選出9項,詳見《關于公布2024年建材機械行業(yè)綠色低碳發(fā)展優(yōu)秀實踐案例名單的通知(中建機協(xié)[2024]16號)為充分發(fā)揮案例示范效應,加快推進建材機械行業(yè)綠色低碳轉型,本公眾號將陸續(xù)展示優(yōu)秀案例內容,歡迎持續(xù)關注。本期優(yōu)秀案例精選:智慧庫區(qū)起重機自動控制系統(tǒng)關鍵技術研究與應用——中國葛洲壩集團水泥有限公司、葛洲壩宜城水泥有限公司。

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企業(yè)概況


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  中國葛洲壩集團水泥有限公司系國務院國資委直接管理的國有大型上市公司——中國能源建設集團有限公司的成員企業(yè)、中國葛洲壩集團股份有限公司骨干子公司,1971年為配套建設萬里長江第一壩——葛洲壩水利樞紐工程應運而生。公司產品廣泛應用于大壩、路橋、機場、港口、油氣井等關系國計民生的重點項目,是三峽工程、葛洲壩工程、秦嶺隧道、矮寨大橋等國之重器的主要供應商,被譽為“中國的大壩糧倉”。近年來,中國葛洲壩集團水泥有限公司大力實施結構調整,創(chuàng)新商業(yè)模式,延伸產業(yè)鏈條,積極介入?yún)f(xié)同業(yè)務,有序推進國際業(yè)務,致力于發(fā)展成為集水泥、商品混凝土、砂石骨料、物流運輸、技術研發(fā)、咨詢服務、水泥窯協(xié)同處置廢棄物等業(yè)務為一體的一流的建材提供商。

主要措施

傳統(tǒng)的行車效率低、能耗高,噪音大,系統(tǒng)復雜,自動化程度低,其定位準確度完全依賴駕駛員的熟練程度。這種起重機的性能顯然已無法滿足生產和安全要求,尤其是在聯(lián)合儲庫復雜無序的工藝環(huán)境中,智慧庫區(qū)起重機自動控制系統(tǒng)的研制更是勢在必行。

智慧庫區(qū)起重機自動控制系統(tǒng)關鍵技術研究與應用”擬解決四個方面的問題:一是降低生產成本,二是提高生產效率,三是穩(wěn)定產品質量,四是加速數(shù)智化轉型。                                   

發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點:   

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起重機無人駕駛系統(tǒng)構架

1.深度融合先進的平臺軟件、傳感技術、無線通訊技術、傳動技術、PLC處理技術以及物聯(lián)網(wǎng)技術,集成生產DCS系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、抓斗防搖系統(tǒng)、大車防撞系統(tǒng)、鋼絲繩防脫槽裝置、物料配料系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)等,開發(fā)了一套集全自動、半自動、手動一體的聯(lián)合儲庫起重機無人駕駛系統(tǒng),實現(xiàn)庫區(qū)無人化生產。                                

智慧庫區(qū)起重機自動控制系統(tǒng)以ICCS軟件系統(tǒng)為核心,向上可對接生產DCS系統(tǒng)(含配料系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng))、中控集中監(jiān)控系統(tǒng),向下可對接庫區(qū)地面IO分站和起重機自動控制系統(tǒng),同時ICCS軟件系統(tǒng)可對接視頻存儲和中控室PLC,實現(xiàn)視頻聯(lián)動及與PLC系統(tǒng)的交互。

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起重機無人駕駛系統(tǒng)軟件界面    

起重機駕駛模式包括全自動模式、半自動模式、手動模式,全自動模式由物流系統(tǒng)或生產DCS系統(tǒng)(配料系統(tǒng))發(fā)送卸料與供料信號,結合庫區(qū)四維模型通過AI算法,在作業(yè)距離、滿斗率、作業(yè)安全等多個維度取得最佳作業(yè)起重機、最佳抓料點與投料點,調度起重機自動從泊車位置啟動、移向抓取點、下降抓斗、抓取物料、提升抓斗、移向放料倉、投料,然后返回泊車位置或重復動作,實現(xiàn)無人操控,該模式為正常生產模式;半自動模式由操作員判斷生產需求、物料狀態(tài)及料位,選擇抓取和投放位置并輸入重復的次數(shù),起重機自動從泊車位置啟動、移向抓取點,下降抓斗、抓取物料,提升抓斗、移向進料口、稱重計量、投料、返回泊車位置或重復動作,實現(xiàn)半自動操控,該模式主要用于軟件系統(tǒng)或傳感器故障時生產;手動模式由操作員通過聯(lián)動臺或無線遙控器操縱起重機完成移動、抓斗升降、抓取、投料等動作,該模式主要用于檢修作業(yè)。                              

2.研究開發(fā)了適用于聯(lián)合儲庫環(huán)境的起重機自動定位裝置、防搖擺技術、4D成像建模技術,為起重機自動調度提供了數(shù)據(jù)基礎。           

(1)研究開發(fā)了適用于聯(lián)合儲庫環(huán)境的起重機自動定位裝置與防搖擺系統(tǒng)。自動定位裝置實時為系統(tǒng)提供起重機位置坐標,包括大車、小車以及抓斗三大機構的定位。

三大機構使用絕對坐標與相對坐標形成初精結合的定位方式,消除累計誤差,實現(xiàn)精準定位。  

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聯(lián)合儲庫4D模型

(2)首次將基于視覺SLAM的三維形貌重建技術應用于建材聯(lián)合儲庫,通過與物流系統(tǒng)通訊,賦予三維模型時間信息,形成庫區(qū)物料4D模型,為起重機自動調度提供了數(shù)據(jù)基礎。

實時模擬物料輪廓形貌,起重機作業(yè)時,接收生產DCS系統(tǒng)生產指令,自動在作業(yè)距離、滿斗率、原材料成分、作業(yè)安全等多個維度取得最佳抓料點與卸料點,提高生產效率,穩(wěn)定產品質量。       

3.采用三機構聯(lián)動和多機協(xié)同技術實現(xiàn)起重機自動調度和智能路徑規(guī)劃,大幅度提高了庫區(qū)物料的轉運效率。

根據(jù)生產指令合理規(guī)劃抓斗運行路徑,大車、小車、抓斗三機構同步運行,有效提升了單機效率,每作業(yè)循環(huán)縮短6-8秒;同時按最優(yōu)方式規(guī)劃作業(yè)任務,合理分配起重機,實現(xiàn)庫區(qū)內對每臺起重機的最優(yōu)協(xié)同作業(yè),比無多機協(xié)同最大可提升35%的極限效率。

實施效果

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項目成果在葛洲壩宜城水泥混合材聯(lián)合儲庫成功應用,并在葛洲壩荊門水泥公司混合材聯(lián)合儲庫及原煤儲庫推廣應用,后續(xù)計劃推廣至葛洲壩水泥公司其它窯線企業(yè),并積極凝練成果,根據(jù)內部實踐經驗,嘗試在其它水泥企業(yè)、電力、化工等行業(yè)推廣應用。

1.經濟效益

智慧庫區(qū)起重機自動控制系統(tǒng)的應用解放勞動力,每臺起重機減少起重機駕駛員2人,宜城公司混合材聯(lián)合儲庫減少4名駕駛員,荊門公司混合材與原煤聯(lián)合儲庫減少6名駕駛員,減少人工成本約8.5萬元/人/年,合計節(jié)約人工成本4*8.5*2+6*8.5=119萬元。

大車、小車、抓斗三大運行機構采用變頻傳動技術降低了生產能耗,無人駕駛系統(tǒng)減少了不合規(guī)操作導致的異常損耗,通過遠程實時監(jiān)控設備健康狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)故障隱患,降低了設備的運行與維護成本,其中每臺起重機約減少運行維護成本6萬元/年,合計節(jié)約運行維護成本6*2*2+6*3=42萬元。

通過合理搭配原燃材料,每臺起重機抓取的低品位原燃材料摻入量增加1%,避免了資源浪費,節(jié)約原材料采購成本約6萬元/臺/年,合計節(jié)約原材料成本6*2*2+6*3=42萬元。

以上合計節(jié)約成本203萬元。

2.社會效益

項目實現(xiàn)水泥廠聯(lián)合儲庫起重機無人化作業(yè),降低了企業(yè)生產成本,提高了生產效率,穩(wěn)定了產品質量,推動了智能化發(fā)展。該項目入選國家工業(yè)和信息化部原材料工業(yè)司發(fā)布的2022年60個建材工業(yè)智能制造數(shù)字轉型典型案例,提升了水泥產品附加值及企業(yè)形象,推動品牌價值高端化,為行業(yè)數(shù)字化倉儲及未來工廠理論發(fā)展積累了寶貴的實踐經驗,對企業(yè)數(shù)字化轉型及智能工廠建設具有重要意義。