电厂斗轮机无人值守全自动堆取料改造分析

引言

近年来煤电行业面临着环保压力、市场竞争加剧等诸多挑战，使得提高燃料管理水平、降低人工成本、确保机组安全经济运行等成为了电厂生存发展的关键。斗轮机作为煤场堆取料的核心设备，其运行效率和可靠性直接影响着电厂的燃料供应，传统的人工操作模式，存在效率低、强度大、易疲劳、事故风险高等问题，所以实现斗轮机的无人值守和全自动化运行，充分利用人工智能、大数据分析、物联网等新技术，不仅是顺应智能制造的大趋势，更是电厂转型升级、提质增效的必由之路。

一、电厂斗轮机无人值守全自动堆取料改造的必要性

电厂燃料系统是保障机组安全稳定运行的重要环节，其智能化水平直接关系到电厂的经济效益。而斗轮机作为煤场堆取料的关键设备，实现其无人值守和全自动化运行，是电厂智慧化升级的重要一环。传统的斗轮机人工操作模式，存在工作强度大、操作质量不稳定、事故风险高等问题。司机需要频繁操作，易产生疲劳，难以保证堆取料过程的连续性与均匀性。夜间作业时，可视度低也增加了安全隐患[1]。同时人工作业质量容易受到天气、照明等因素的影响，堆煤形状不规则，易浪费库容；取料流量波动大，易发生堵煤、撒煤现象。人工配煤比例难以精准控制，无法充分发挥掺烧效益。此外，人工值守也意味着更高的人力成本投入。因此，实现斗轮机的无人化和自动化，不仅能提升堆取料效率，规避人为误操作风险，还可优化人员配置，节约运营成本，对于电厂实现减员增效、稳健发展具有重要意义。

二、电厂斗轮机无人值守全自动堆取料改造分析

（一）基于dcs 的全自动控制系统设计

全自动控制系统是实现斗轮机无人值守的关键所在，为了达成这一目标，技术人员首先对斗轮机原有的 dcs 控制器进行了升级改造，增加了远程 IO 模块和以太网通讯卡件，从而构建起一个“就地控制 + 远程控制”的多层级控制体系。在此基础上，他们还编写了包括远程手动、半自动、全自动等在内的多种控制逻辑，实现了对斗轮、变频器、皮带机等关键设备的统一调度和管理 [2]。与此同时，技术人员还对堆取料工艺流程进行了优化和简化，最终实现了一键启停和定点定量堆取等自动化功能，大大降低了操作复杂度。值得一提的是，该系统采用了工业以太网通讯技术，搭建了 dcs 与上位机之间的双向数据通道，形成了一个“分散控制、集中管理”的网络化架构。通过这种方式，堆取料作业状态、料位煤量、设备工况等各种生产数据可以实时上传至控制中心，有利于管理者对料场生产过程进行全面监控和优化。此外，系统还引入了大数据分析技术，深入挖掘数据价值，为远程智能调度和预测性维护提供了有力支撑。

（二）激光扫描与精准定位技术保障高精度作业

要实现斗轮机的全自动无人化作业，对环境感知和设备定位的要求非常高。为此，技术人员采用了高精度激光雷达对料场进行三维实时扫描，通过获取堆煤形态、体积等关键信息，动态构建出一个虚拟的数字煤场模型，为无人值守提供了数字化的支撑[3]。同时，他们还在斗轮机本体上安装了高精度编码器，实时获取回转角度、俯仰角度等关节参数，使得控制精度可以达到厘米级。另外，技术人员还在行走机构上加装了皮带秤，并在取料皮带上配备了煤流检测装置，从而实现了对堆取料量的实时监测和闭环反馈控制，有效保证了作业的均匀性。此外，系统还引入了 RFID、UWB 等先进定位技术对斗轮机行走位置进行精准跟踪，使得定位误差能够控制在 ±10cm 范围内。通过综合运用“料位检测 + 姿态测量 + 精准定位”等多源异构传感器，并将其融合构建成一个实时的数字孪生系统，可以为斗轮机的轨迹规划、抓斗控制等提供可靠的数据支撑，从而确保了设备在无人状态下的高精度连续作业。

（三）多重安全防护措施确保无人作业安全

在自动化系统的设计环节，充分考量各种意外工况的情况，于供电、通讯、运行、维护等诸多方面均设置了完备的安全防护举措。就供电方面而言，采用的是 AB 角双电源冗余设计方式，如此一来，当一路电源出现断电状况时，能够自动实现无缝切换操作，进而保障控制系统供电的连续性。与此同时，对于 dcs 控制器，采用的是双机热备方案，凭借此方案，很好地躲开了因单点故障而致使系统陷入瘫痪的风险。鉴于对紧急情况应对的考量，技术人员在现场以及远程控制室均设置了紧急停机按钮，通过这种设置，确保在意外发生之际可随时切断控制电源，以此最大程度地保障设备以及人身的安全。针对设备本体的防护，相关人员在斗轮机的关键部位安装了防撞仪、断带检测等装置，并采用了非接触式限位开关，从而有效规避了机械碰撞和带式输送机事故的发生。在通讯方面，系统建立了“网络专线 + 无线通讯”的双链路数据传输通道，大大提高了通讯的可靠性。与此同时，软件层面还专门设计了断网检测、越界报警等功能，一旦发生异常就能自动停机，将事故风险降到最低。考虑到无人值守状态下机上维护的需求，系统还特别开发了声光报警功能，并且在维修时可通过一键使能现场手动操作模式，最大限度保障作业人员的安全。正是由于采取了如此多重立体的防护措施，斗轮机才得以在无人作业时全面消除安全隐患，为自主运行提供了坚实的安全保障。

（四）集中管控平台实现远程可视化作业

为了实现对斗轮机等煤场设备的远程集中监控、故障诊断、生产调度等功能，电厂在调度中心专门建设了一套集中管控平台系统，该平台上位机软件采用了 B/S 架构进行设计，支持跨平台的多点并发访问。同时，通过使用大屏幕拼接技术，管控平台形成了一个全景式的可视化操作界面，能够直观地呈现三维料场形态、堆取料作业的实时动态等各种关键信息。除此之外，该平台还开发了设备仿真培训、工艺参数整定、运行状态诊断等多种实用功能模块，使得操作人员可以远程实现对设备的精细化管理。借助高清视频传输技术，斗轮机上的摄像头图像可以被实时回传，让集控室内的工作人员足不出户就能完成对现场的可视化监督和巡检工作，大幅降低劳动强度。值得一提的是，集中管控平台还与燃料管理系统、DCS 系统实现了数据互联互通，形成了从煤炭采购、入厂验收到智能配煤掺烧的全流程数字化协同，构建起一个闭环式的煤场生产管理体系。与此同时，平台内还嵌入了大数据分析模型，能够对料场堆存布局和设备取料顺序进行动态优化，在最大限度提高煤场空间利用率的同时，有效提升燃料掺烧效益，为电厂燃料全生命周期的精益化管理提供助力。

三、结束语

综上所述，电厂斗轮机无人值守全自动堆取料改造作为燃料系统智能化升级的重要举措，通过构建高度自动化控制系统、引入先进感知定位技术、部署多重安全防护措施及搭建集中管控平台等，实现了真正意义上的“无人化”运行，带来极大提高燃料管理效率、降低人工成本以及为电厂安全生产提供可靠保障之成效。

参考文献

[1] 徐胜烨 . 电厂斗轮机无人值守全自动堆取料改造研究 [J]. 今日制造与升级，2024，(06)：104- 106.

[2] 张茜 . 火电厂斗轮堆取料机智能化无人值守系统的设计与应用[D]. 江苏大学，2022.

[3] 冀亚琼，雷志楠，田冠华，等 . 堆取料机无人值守改造在水泥企业的应用 [J]. 水泥，2021，(04)：48- 49.