CN111924713A - 电炉加料起重机智能控制***及控制方法 - Google Patents

电炉加料起重机智能控制***及控制方法 Download PDF

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Abstract

电炉加料起重机智能控制***及控制方法：主、副起升机构安装主、副起升高度检测设备。增加电子防摇设备、大车和主小车格雷母线。增加司机室摄像头。有对应料坑的料篮坐标扫描仪、主挂钩识别摄像头、料坑全景摄像头和副挂钩识别摄像头。对应电炉的卸料位全景摄像头。起重机运行区间两端分别设置无线AP数据、视频设备。大车端梁两端设置无线通讯和无线视频客户端。主小车格雷母线处设防火棉。增加电炉加料起重机载具起吊、废钢卸料和载具置的检测手段，对起重机本体上的检测设备进行筛选，辅以有效防护手段，增加远程视频操作设备，从而实现电炉起重机的智能化运行，较常规起重机的无人化运行方案采用的是人工监控、智能检测和自动运行的方案。

Description

电炉加料起重机智能控制***及控制方法
技术领域
本发明属于起重机智能控制***领域，特别涉及电炉加料起重机智能控制***及控制方法。
背景技术
在电炉厂里电炉炼钢的原料为废钢，加料设备为加料起重机，该起重机较常规起重机要多几个机构，而且由于属于生产设备，所以电控***通常也采用了互备冗余***。该起重机在电炉炼钢***中有着至关重要的地位，目前在电炉炼钢***中，均为人工控制运行。由于电炉炼钢冶炼废钢，并通过增加特殊杂质特钢改变炼钢品质，通过添加石灰来去除钢渣，所以在整个冶炼过程中，需要多次开炉进行加料，而不管是废钢加料还是特殊杂质、石灰等辅助材料加料都将造成大量的灰尘，而且由于生产的连续性，即使增加除尘设备仍然具有大量的粉尘弥漫在生产厂房内部。所以在电炉厂房内部工作的个人必须佩带口罩，以保护生产人员的身体健康。但在电炉厂房内长时间工作对工作人员的身体健康仍然具有较大的损害，尤其对加料起重机的操作人员的人身健康更是危害巨大。
在无人化和智能化广泛推广的大环境下，无论冷轧还是热轧，或是运输部都在推广无人化行车，由于这些生产厂区本身的污染较轻，再通过无人化起重机的推广，对起重机操作人员的身体健康和人身安全都有了非常大的保障。而电炉厂却是因为设备的特殊性、工艺的复杂性以及生产环境的恶劣性等诸多原因，迟迟无法进行无人化推广。其无人化实施的难点在于，一是起重机设备具有多个机构需要进行自动化控制，而常规起重机的自动化控制仅需要对三个机构进行控制即可；二是起重机设备需要吊运废钢进行炉顶加料，而加料时，炉火将蔓延到起重机本体上方，此时起重机本体上的设备将会受到火焰的炙烤或灼烧，对设备的耐高温性能有着非常苛刻的要求；三是加料工艺的复杂性，较常规起重机只需将载荷由A搬运到B的工艺流程相比，电炉加料起重机的工艺流程要复杂很多；四是电炉加料起重机的载具起吊、废钢卸料和载具回置要实现自动化没有有效的检测手段。
发明内容
本发明的目的是提供电炉加料起重机智能控制***及控制方法，增加独有电炉加料起重机的载具(料篮)起吊、废钢卸料和载具(料篮)回置的检测手段，并对起重机本体上的检测设备进行严苛筛选，再辅以有效防护手段，再增加远程视频操作设备，从而实现电炉起重机的智能化运行，相较常规起重机的无人化运行方案，采用了的针对性的先进技术方案。
采用的技术方案是：
电炉加料起重机智能控制***，包括起重机本体的大车、主小车、副小车、主起升机构、副起升机构、MainPLC、司机室子站、主小车/副小车驱动控制单元、主起升机构/副起升机构驱动控制单元、大车驱动控制单元、遥控器接收器、联动台、原交换机和超载限制器。
其技术要点在于：
主起升机构钢丝绳卷筒同轴安装主起升高度检测设备。
副起升机构钢丝绳卷筒同轴安装副起升高度检测设备。
设置对应大车的大车格雷母线位置检测设备和对应主小车的主小车格雷母线位置检测设备。
设置对应料坑的料篮坐标扫描仪、主挂钩识别摄像头和料坑全景摄像头。
设置对应电炉的卸料位全景摄像头。
设置对应副起升机构的副挂钩识别摄像头。
起重机运行区间的两端分别设置一套无线AP设备，每套无线AP设备均包括一个无线AP数据通讯设备和一个无线AP视频设备。
大车端梁设置无线通讯客户端和无线视频客户端。
起重机本体上设有电子防摇设备，电子防摇设备与大车格雷母线位置检测设备对应连接，大车格雷母线位置检测设备与主小车格雷母线位置检测设备对应连接。电子防摇设备与MainPLC对应连接。
本***内还有地面安全***。司机室还设置有司机室摄像头。
每个料坑对应一个料篮坐标扫描仪、三个主挂钩识别摄像头和一个料坑全景摄像头。
主小车格雷母线位置检测设备的主小车格雷母线外侧包裹第一防火棉层。
主小车端梁和主小车天线箱之间设置第二防火棉层。
无线AP设备、料篮坐标扫描仪、主挂钩识别摄像头、料坑全景摄像头和副挂钩识别摄像头分别通过各自对应的POE交换机、光电交换机等与工控机房对应的交换机和控制设备连接。
电炉加料起重机智能控制***的控制方法，包括下列步骤：
1)加料准备,完成主起升机构挂钩，副起升机构挂钩，起吊料篮运行至待机位置。
2)加料，运行至电炉上方，完成卸料，并返回到待机位置。
3)返回，完成副起升机构脱钩，料篮回置，主起升机构脱钩。
4)异常返回，无条件直接返回到待机位置。
运行过程中的几个关键参数为：大车坐标为X,主小车坐标为Y,主起升机构高度为Z,副小车坐标为y,副起升机构高度为z。
1)、主起升机构待机高度。2)、副起升机构待机高度。3)、主小车待机位置。4)、料篮位置。5)、起吊位置。6)、主起升机构挂钩高度。7)、主起升机构脱钩高度。8)、主起升机构挂钩检测高度。9)、待机位置。10)、副起升机构挂钩位置。11)、副起升机构挂钩高度。12)、副起升机构挂钩检测高度。13)、副小车挂钩检测位置。14)、电炉加料位置。15)、主起升机构电炉加料高度。16)、副起升机构电炉加料高度。
加料准备流程为：
1)大车和主小车运行到“起吊位置”。
2)主起升机构下降到“主起升机构挂钩高度”。
3)主小车后退到“料篮位置”Y0自动进行挂钩。
4)主起升机构上升到“主起升机构挂钩检测高度”进行挂钩检测。
5)主起升机构上升到“主起升机构待机高度”。
6)大车和主小车运行到“待机位置”。
7)主起升机构和副起升机构同步下降，直至主起升机构到达“副起升机构挂钩位置”Z1。
8)副小车调整到“副起升机构挂钩位置”y1。
9)副起升机构下降到“副起升机构挂钩高度”。
10)副小车前进到“副小车挂钩检测位置”。
11)副起升机构上升到“副起升挂钩检测高度”。
12)副起升机构上升至同步起升安全高度。
13)主起升机构和副起升机构同步起升，直至主起升机构到达“主起升机构待机高度”。
加料流程为：
1)大车运行到“电炉加料位置”X坐标。
2)主小车运行到“电炉加料位置”Y坐标。
3)主起升机构和副起升机构同步下降，直至主起升机构到达“主起升机构电炉加料高度”。
4)副起升机构上升到“副起升机构电炉加料高度”。
5)等待卸料完成。
6)主起升机构上升到“主起升机构待机高度”。
7)主小车返回“主小车待机位置”，副起升机构同时下降到“副起升机构待机高度”。
8)大车返回到“待机位置”的X坐标。
返回流程为：
1)主起升机构和副起升机构同步下降，直至主起升机构到达“副起升机构挂钩位置”Z1。
2)副起升机构下降到“副起升机构挂钩高度”。
3)副小车调整到“副起升机构挂钩位置”y1，检测副起升机构脱钩完成状态。
4)副起升机构上升至同步起升安全高度。
5)主起升机构和副起升机构同步起升，直至主起升机构到达“主起升机构待机高度”。
6)大车和主小车运行到“料篮位置”。
7)主起升机构下降到“主起升机构脱钩高度”,检测主起升机构脱钩完成状态。
8)主小车前进到“起吊位置”。
9)主起升机构上升到“主起升机构待机高度”。
异常返回流程：
1)主起升机构和副起升机构同步上升直至到达“主起升机构待机高度”。
2)主小车返回“主小车待机位置”，副起升机构同时下降到“副起升机构待机高度”。
3)大车返回到“待机位置”的X坐标。
其优点在于：
本发明针对前述的问题，提出一个有效的解决方案，通过对电炉加料起重机的深入研究，结合常规无人化起重机的控制方案，增加独有电炉加料起重机的载具起吊、废钢卸料和载具回置的检测手段，并对起重机本体上的检测设备进行严苛筛选，再辅以有效防护手段，再增加远程视频操作设备，从而实现电炉起重机的智能化运行，相较常规起重机的无人化运行方案，本发明采用的是人工监控、智能检测和自动运行的方案。
附图说明
图1是本***的***结构图。
图2是图1中的左半部的局部放大图。
图3是图1中的右半部的局部放大图。
图4是本发明主起升机构挂钩识别分析图。
图5是本发明在0米平台的设备安装布置图。
图6是本发明在10米平台的设备安装布置图。
图7是本发明在18米平台的设备安装布置图。
图8是本发明在30米平台的设备安装布置图。
图9是本发明在中控室的设备安装布置图。
图10是本发明在地下机房的设备安装布置图。
图11是本发明在起重机本体的设备安装布置俯视图。
图12是本发明在起重机本体的设备安装布置主视图。
图13是主小车格雷母线结构示意图。
图14是主小车格雷母线加防火棉安装结构示意图。
拉紧支架1、花篮螺栓2、钢丝绳夹3、绝缘子4、主小车格雷母线5、格雷母线支架6、UI夹具7、螺栓8、主小车天线箱9、螺杆10、天线箱支架11、第一防火棉层12、防火隔离带支架13、第二防火棉层14、主小车端梁15。
外形轮廓16、挂钩成功标志17、中控室18、起重机本体19、1#料坑20、2#料坑21、1#电炉22、2#电炉23、10米平台24、18米平台25、30米平台26、机房内用户原有的机柜27、大车格雷母线接收器28、主小车格雷母线接收器29，其他设备操作台30。
具体实施方式
本发明针对电炉加料起重机实现智能化运行的几个技术难点分别进行攻克，通过硬件手段辅以软件手段分别将电炉加料起重机实现智能化运行的几个技术难点一一解决，从而实现电炉加料起重机智能控制。
电炉加料起重机的主要任务是对电炉进行加料操作。加料任务时通过将料坑中的料篮吊运至电炉炉顶，然后通过主起升机构和副起升机构的配合动作，将料篮底部卸料门打开，然后料篮中的废钢(或其他原料)即可因重力作用自动掉落到电炉内部，从而完成加料任务。加料完毕之后，再闭合料篮的底部卸料门，将料篮重新吊运至原起吊位置，将料篮重新放回料坑。
通常每个料坑放置两个料篮，料坑做为料篮的存放点，同时也是料篮加料的地点，在料坑的顶部安装有可以移动的料斗，当一个空料篮被放回料坑后，料斗将被控制移动到料篮的正上方，然后废钢运输卡车将借助料斗将废钢卸放到料斗中，继而废料将掉落到料篮中。通常每个料篮的废钢是需要配给的，这个工作由生产指挥部完成，不在本发明内容中。每个料篮通常需要4至5卡车的废钢才能装满，在料篮装满后，通常旁边的另一个料篮也完成了加料任务被放回到料坑中，因此，料斗也将被控制移动到另一个料篮的正上方，开始对其进行装料操作，而本料篮将等待对电炉的加料任务。如此循环，实现两个料篮的循环使用。
通常在正常作业过程中仅有1个料坑的两个料篮在不断循环使用，而另一个料坑一直处于待命状态，仅在作业料坑出现故障或者需要清理时，另外一个料坑才被启用，因此两个料坑也是互为备用的冗余配置，从而可以保证电炉的生产不会间断。而本发明中以190t起重机为例讲述负责为两个电炉(1#电炉22和2#电炉23)进行加料。
本发明针对电炉加料起重机的运行工艺流程做了深入分析，对于其多个机构如何参与智能化运行的运行，制订了相应的运行方案。
1、防摇：由于电炉加料起重机在整个加料过程中有着不同的运行阶段，而每个阶段中对需要进行防摇的机构也有不同的要求，如副起升机构的防摇主要是开始阶段需要，而之后加料一直到返回都没有需求，而主起升机构则全程都需要进行防摇控制，所以针对该特点，采用以仅在主起升机构采用防摇技术，而副起升机构辅以高度控制和时间控制实现消摆，从而实现了多起升机构的自动化运行功能。
由于电炉加料起重机起升高度很高，常规的机械防摇方式并不能适用于电炉加料起重机的起升机构防摇，并且机械防摇需要通过多根钢丝绳进行牵拉吊具实现防摇，这种结构形式在电炉加料起重机上同样不适用，所以本发明将采用成熟的电子防摇技术实现电炉加料起重机的起升机构的防摇功能。电子防摇仅需要对驱动设备的电控***进行改造即可实现起升机构的防摇功能，并不需要对现有的机械结构进行改造，所以也不会对电炉起重机的吊具的现有吊运功能产生影响。
2、防火：对于起重机本体19上的检测设备需要应对火焰的炙烤或灼烧，对设备的耐高温性能有着非常苛刻的要求,对此本发明也做了大量的工作，主要从设备的耐高温性能方面着手，另外也从防护措施方面入手，最终解决了设备防火隔热和耐高温的问题。
3、流程：电炉加料起重机的运行工艺复杂，具有多个起点和多个终点，并且不仅要实现起点到终点的搬运工艺，还需要实现自动卸料和自动返回的工艺流程，同时如果加料条件不满足，还需要实现自动回等待位或者自动退料的工艺流程。而该问题基本上不是硬件设备的解决范畴，基本上属于软件编制的工作，所以在综合所有的运行工艺流程需求之后即可制定出对应的工艺流程方案，分别进行归纳汇总，进行多入口和多出口的流程编制，再辅以硬件检测传感器的数据，即可实现电炉加料起重机的运行工艺要求。
4、载具起吊、废钢卸料和载具回置检测：电炉加料起重机的载具起吊、废钢卸料和载具回置要实现自动化目前在国内还没有有效的检测手段，而本发明针对该问题做了诸多工作，以软硬结合，视频识别的手段，辅以人工监控来实现这些工艺关键节点的智能化检测实施。
为了保证自动化***的安全运行，尤其是本发明应用在冶金起重机中，上述的几个过程(主起升机构挂钩、副起升机构挂钩、主起升机构脱钩、副起升机构脱钩和卸料完成)，都要通过对应摄像头的视频识别进行状态判断以及人工通过监视器进行状态判断，并且需要通过“确认”按钮进行人工确认才能进行下一步的动作,经过智能识别和人工识别的双重判断保护保证了智能化控制***的可靠和安全的运行。
本发明可以有效解决目前电炉加料起重机实现智能化运行的所有难点，从而实现了电炉加料起重机的智能化运行，填补了国内电炉加料起重机智能化运行领域的空白。无论从降低生产成本方面还是从人员身体健康方面，本发明都有着积极的意义。另外本发明实现了电炉加料起重机智能化运行的零的突破，从而对整个电炉炼钢领域都有着深远的影响。
因为起重机的加料工作为其主要工作任务，所以本发明将用智能化运行的方案实现起重机的智能化为电炉加料的工艺流程。
首先本发明根据电炉加料起重机的运行工艺流程进行深入调研，对于其多个机构如何参与智能化运行，制订了相应的方案。
1、防摇：首先要解决的是起升机构的防摇问题，常规起重机三个机构运行已经有了成熟的解决方案，而电炉加料起重机的多机构运行没有适配的自动化方案。而国内外也没有针对多机构进行防摇运行的方案可以采用，主要是电炉加料起重机具有主起升机构和副起升机构两个起升机构，并且运行高度不同，所以理论上也不可能实现两个起升机构的运行防摇，所以只能从其他途径解决该问题。本发明通过实地考察，与现场生产人员沟通，得出结论，电炉加料起重机的主起升机构为防摇的首要目标，副起升机构由于平时处于待机位置，在主起升机构实现防摇运行的情况下，副起升机构自身晃动幅度并不大，而且副起升机构也仅在其进行料篮的扁担梁挂钩前需要防摇，在副起升机构挂钩之后和脱钩之后都不需要进行防摇。因为副起升机构在整个运行流程中都是处于较高的位置，而且挂钩之后，其因扁担梁的链条牵扯基本不会产生晃动，即使产生晃动也对生产没有影响，而脱钩之后就进入流程尾声，副起升机构也没有任务了，所以也无需防摇。而主起升机构要在整个运行流程中都需要防摇，所以本发明增加的防摇设备将为主起升机构所用，副起升机构将通过提高起升高度(在运行过程中始终将副起升机构起升至待机高度，通常待机高度定在其上升极限以下2米左右，大约在25米左右高度)降低摇摆幅度，同时在副起升机构挂钩和脱钩前增加等待时间(大约等待10秒左右)进行消摆，此方案在实际的实验中也取得了非常好的效果。
2、防火：另外，本发明将要解决起重机设备在吊运废钢进行炉顶加料时，炉火将蔓延到起重机本体19上方，对起重机本体19上的设备产生火焰的炙烤和灼烧，对设备的耐高温性能有着非常苛刻的要求的难题。在现场的深入考察中，以及进行自动化设备现场测试和实验过程中发现，实际上火焰只会产生在主小车位置，而且火焰主要出现在主小车下方，对起重机本体19上的设备危害并不大，而少数情况下，因为添加的废钢杂质过多时，炉内火焰偶尔会蔓延到主小车外部，并达到主梁位置，此时主小车轨道附近的设备确实会受到威胁，但因时间很短，通常仅会持续数秒，所以该问题并不是非常严峻而无法解决。在进行设备测试时也同时对炉顶加料时起重机主小车附近的温度进行了测量，最高环境温度不高于70℃，除非发生火焰的直接接触，否则整体环境的平均温度不会高于60℃，而且在离开炉顶区域后，温度会迅速下降到50℃以内，主小车的小车盘上方并无火焰生产，因为主小车盘的隔离，温度最高也不会高于60℃。而主小车在轨道附近需要安装的设备主要为主小车位移检测设备，主小车盘上方安装的主要是起升机构高度检测设备。主小车位移检测设备(主小车格雷母线位置检测设备)相对来说会受到火焰的威胁，所以首先工作温度要达到70℃，其次短时间的耐受温度应该达到100℃，所以经过综合比较，本发明采用了武汉生产的格雷母线作为主小车的位移检测设备，该设备本身已经在宝钢无人化项目中广泛应用，其耐高温的指标也符合本发明的要求。格雷母线位置检测设备中的格雷母线电缆为室外设备，暴露在恶劣环境中，其工作温度在80℃，短时耐温100℃，其外皮橡胶最耐温200℃以上，所以格雷母线位置检测设备可以满足本发明的苛刻要求。
主小车格雷母线位置检测设备包括地址编码发射器、地址编码接收器、主小车格雷母线5和主小车天线箱9四个部分。
主小车格雷母线位置检测设备以相互靠近的扁平状的主小车格雷母线5和主小车天线箱9之间的电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到主小车天线箱9在主小车格雷母线5长度方向上的相对其起点的位置，从而实现位置检测。
其中地址编码发射器、地址编码接收器均安装固定的接线箱中，可以远离主小车格雷母线本体，从而可以在物理空间上规避高温和火焰的难点。而格雷母线本身为扁平的软电缆，厚度在4厘米左右，宽度在10厘米左右，通过固定间隔的金属安装支架进行安装，主小车格雷母线5与主小车天线箱9通过间隔80毫米左右的间隔进行无线感应数据传输。
为了保证主小车格雷母线位置检测设备的长时间的可靠稳定运行，仍然需要对格雷母线设备进行高温防护，在主小车轨道附近与主小车格雷母线5之间增加一道防火棉(石棉布)隔火带，将格雷母线电缆和天线箱一起进行物理防火隔离，同时将主小车格雷母线5以及其前面用防火棉全面包裹隔离，如此即可实现主小车位移检测的可靠性。
图13、图14为本发明主小车格雷母线位置检测设备的安装图。
其中1至11项为常规情况下格雷母线的安装所需项目，而12、13、14项为本发明所增加的项目：第一防火棉层12、防火隔离带支架13和第二防火棉14。
拉紧支架1、花篮螺栓2、钢丝绳夹3、绝缘子4、主小车格雷母线5、格雷母线支架6、UI夹具7、螺栓8、主小车天线箱9、螺杆10和天线箱支架11。
主小车轨道旁角钢支架上的主小车格雷母线5外侧包裹第一防火棉层12。
防火隔离带支架13支撑在主小车轨道旁角钢支架上。
防火隔离带支架13位于主小车端梁15和主小车天线箱9之间。
防火隔离带支架13和主小车端梁15之间设有第二防火棉层14，第二防火棉层14位于防火隔离带支架13上。
第一防火棉层12和第二防火棉层14形成双层防护。
而主小车盘上的主起升高度检测设备U26采用德国POSITAL公司的绝对值编码器，通过将绝对值编码器与主起升机构的钢丝绳卷筒同轴安装，实现主起升机构的钢丝绳卷筒的转动圈数的检测，然后通过主起升钢丝绳的传动比的换算，即可计算出主起升机构的运行高度位置，这也是目前自动化起重机中起升机构高度检测的常规方式。德国POSITAL公司的编码器在工业领域有着非常广泛的应用，而在电炉的实地测试中也表现非常出色，无论在耐高温、抗干扰和抗震动等方面都有着出色的表现。
3、流程：电炉加料起重机虽然工作性质单一，但是工作循环周期长，每个工作周期内需要完成的动作繁琐，相较常规钢卷或者板坯的搬运起重机，电炉加料起重机的每个工作循环内需要完成的动作要多很多，不仅涉及到主起升机构搬运的工作，还要进行副起升机构的连锁动作。但经过现场考察，电炉加料起重机虽然工作循环内动作繁琐，但动作流程一致，即每个工作循环内完成的动作都是严格按照顺序依次完成，所以只要对控制程序进行严格把关，要实现电炉加料起重机的顺序控制，实现智能化加料还是可行的。其关键点是每个动作的开始节点以及完成的节点的标志如何实现，用什么设备实现。
目前国内还没有是实现电炉加料起重机智能化运行的先例，所以涉及到如何实现电炉加料起重机的每个动作的开始节点以及完成的节点的标志检测，要实现电炉加料起重机的载具起吊、废钢卸料和载具回置需要什么检测手段是本发明要解决的关键问题。
电炉加料起重机智能化运行流程主要包括四个工艺流程：
1)加料准备,完成主起升机构挂钩(载具起吊)，副起升机构挂钩，起吊料篮运行至待机位置。
2)加料，运行至电炉上方，完成卸料(废钢卸料)，并返回到待机位置。
3)返回，完成副起升机构脱钩，料篮回置，主起升机构脱钩(载具回置)。
4)异常返回，无条件直接返回到待机位置。
电炉加料起重机智能运行过程中的几个关键参数为(大车坐标为X,主小车坐标为Y,主起升机构高度为Z,副小车坐标为y,副起升机构高度为z)：数据以190t电炉加料起重机为例，针对不同的电炉、料篮和起重机，技术人员可以根据说明书的教导自行调整得到数据。
1)“主起升机构待机高度”：22米(上极限以下2米位置)。
2)“副起升机构待机高度”：25米(上极限以下2米位置)。
3)“主小车待机位置”：4米。
4)“料篮位置”：X0，Y0(激光扫描测量，单位为米)。
5)“起吊位置”：X0，Y0+5(单位为米)。
6)“主起升机构挂钩高度”：Z0(激光扫描测量，单位为米)。
7)“主起升机构脱钩高度”：Z0-0.2(单位为米)。
8)“主起升机构挂钩检测高度”：Z0+0.3(单位为米)。
9)“待机位置”:X1＝77,Y1＝4(单位为米)。
10)“副起升机构挂钩位置”：Z1＝15.87,y1＝0.5(单位为米)。
11)“副起升机构挂钩高度”:z1＝Z1-1.375(单位为米)。
12)“副起升机构挂钩检测高度”:z1+0.3(单位为米)
13)“副小车挂钩检测位置”:1.3(单位为米)。
14)“电炉加料位置”:24,15.194(单位为米)。
15)“主起升机构电炉加料高度”:Z2＝19.98(单位为米)。
16)“副起升机构电炉加料高度”:z2＝Z2+8.697(单位为米)。
一、加料准备流程为：
1)大车和主小车运行到“起吊位置”。
2)主起升机构下降到“主起升机构挂钩高度”。
3)主小车后退到Y0自动进行挂钩。
4)主起升机构低速上升到“主起升机构挂钩检测高度”进行挂钩检测(自动判断、人工视频观察和确认按钮相结合)。
5)主起升机构全速上升到“主起升机构待机高度”。
6)大车和主小车运行到“待机位置”。
7)主起升机构和副起升机构同步下降，直至主起升机构到达Z1。
8)副小车调整到y1。
9)副起升机构下降到“副起升机构挂钩高度”。
10)副小车前进到“副小车挂钩检测位置”。
11)副起升机构低速上升到“副起升挂钩检测高度”，进行副钩挂钩检测(自动判断、人工视频观察和确认按钮相结合)。
12)副起升机构全速上升3.75米。(至同步起升安全高度)。
13)主起升机构和副起升机构同步起升，直至主起升机构到达“主起升机构待机高度”。
二、加料流程为：
1)大车运行到“电炉加料位置”X坐标。
2)主小车运行到“电炉加料位置”Y坐标。
3)主起升机构和副起升机构同步下降，直至主起升机构到达“主起升机构电炉加料高度”。
4)副起升机构上升到“副起升机构电炉加料高度”。
5)等待卸料完成(自动判断、人工视频观察和确认按钮相结合)。
6)主起升机构上升到“主起升机构待机高度”。
7)主小车返回“主小车待机位置”，副起升机构同时下降到“副起升机构待机高度”。
8)大车返回到“待机位置”的X坐标。
三、返回流程为：
1)主起升机构和副起升机构同步下降，直至主起升机构到达Z1。
2)副起升机构下降到“副起升机构挂钩高度”。
3)副小车调整到y1，检测副起升机构脱钩完成状态。(自动判断、人工视频观察和确认按钮相结合)
4)副起升机构全速上升3.75米。(至同步起升安全高度)。
5)主起升机构和副起升机构同步起升，直至主起升机构到达“主起升机构待机高度”。
6)大车和主小车运行到“料篮位置”。
7)主起升机构下降到“主起升机构脱钩高度”,检测主起升机构脱钩完成状态(自动判断、人工视频观察和确认按钮相结合)。
8)主小车前进到Y0+5(米)。
9)主起升机构上升到“主起升机构待机高度”。
四、异常返回流程：
1)主起升机构和副起升机构同步上升直至到达“主起升机构待机高度”。
2)主小车返回“主小车待机位置”，副起升机构同时下降到“副起升机构待机高度”。
3)大车返回到“待机位置”的X坐标。
上升四个流程中，涉及主起升机构挂钩、副起升机构挂钩、料篮回置、主起升机构脱钩、副起升机构脱钩和自动卸料几个关键节点，同时也是技术难点，为本发明解决的关键动作节点。
其中的数值为本实施例中的一个项目数值参数，本领域技术人员可以根据说明书中的教导在现场自行根据实际设备高度、重量、载具相关尺寸进行调整。
在载具回置过程中，需要经历“加料”过程的反向过程，即副起升机构的脱钩和主起升机构的脱钩。副起升机构的脱钩相对难度要稍低，因为在扁担梁已经挂钩的情况下，扁担梁的位置已经相对固定了，因此对主起升机构、主小车、副起升机构和副小车的位置实现精确控制之后就可以实现扁担梁的脱钩控制，而在脱钩过程中可以通过副挂钩识别摄像头Cam4#的视频数据识别可以实现对脱钩成功的精确把握，辅以人工视频监控及确认，从而保证副起升机构脱钩成功率和安全性。
而主起升机构脱钩难度稍微大一些，但难度仍然要低于主起升机构的挂钩过程，在料篮回置之前，通过料篮坐标扫描仪(U37或U38)扫描料坑底部的高度，进而计算出主起升机构的脱钩高度，因为，主起升机构的脱钩关键的点在于主起升机构的高度，在主起升机构高度较为精确的情况下，脱钩难度并不大，辅以料坑的主挂钩识别摄像头(Cam1、2、3、5、6、7#)进行视频识别，即可精确判断出脱钩的结果是否成功，辅以人工视频监控及确认，从而保证主起升机构脱钩的成功率和安全性。
废钢卸料通过主起升机构高度和副起升机构高度的精确配合实现，在主起升机构和副起升机构的高度差大于一个固定值后，料篮的底部门即可打开，打开的程度与主起升机构和副起升机构的高度差成正比，再通过卸料位全景摄像头Cam12#的监控和载荷重量的监控，即可实现载荷卸载完成的判断，辅以人工视频监控及确认，从而保证载荷卸载的安全性。
1)主钩挂钩和脱钩检测：
电炉加料起重机的载具为大型料篮，需要通过主起升机构对料篮两侧的吊耳进行挂钩起吊，在自动吊运过程中，料篮的吊耳自动挂钩是个技术难点，由于其作业空间狭小，吊耳的挂钩精度要求很高，需要主起升机构和主小车的位置精确配合才能实现，需要达到定位精度到达±30毫米以内才能满足自动挂钩的要求。而实际应用中由于料篮的漏料，会造成料篮底部会逐渐被废料抬高，因而料篮的高度也逐渐被抬高和移位，从造成吊耳的挂钩位置在生产过程中是逐渐变化的，这就造成了料篮的挂钩困难。
为此，本发明在料篮正上方10米平台位置安装料坑全景摄像头(作为监控使用)，料坑有料篮坐标扫描仪，扫描料篮的吊耳外形数据，通过视频识别工控机读取其扫描数据，进而计算出吊耳的高度和水平位置，反馈给Main PLC，Main PLC通过该数据精确控制主起升机构高度和主小车的水平位置，从而实现精确挂钩的动作。本发明采用成熟的三维扫描技术，通过以太网通讯将三维料篮坐标扫描仪的数据采集到视频识别工控机中，然后通过成熟的三维扫描软件进行三维模型建模，然后提取出料篮的吊耳位置的数据以及料篮的外形数据，计算出料篮的三维数据(X,Y，Z)。另外本发明通过在料坑增加主挂钩识别摄像头，增加视频识别工控机，采用目前市场上较为成熟的视频识别技术，进行视频成像识别，从而可以完成在料坑位置挂钩时，主起升机构是否挂钩成功的智能化识别，本发明针对两个料坑，四个料篮进行视频识别，由于每个料篮具有两个吊耳，并且料篮很大，所以吊耳间距也很大，所以必须对每个吊耳分别进行视频拍摄才能实现自动挂钩识别功能，不过每个料坑安放两个料篮，两个料篮间距很小，这导致两个料篮相互挨着的两个吊耳距离很小，所以这两个吊耳可以采用同一个摄像头来进行挂钩识别操作，所以每个料坑安装三个主挂钩识别摄像头，这三个主挂钩识别摄像头中，两边的主挂钩识别摄像头分别识别其料篮外侧的吊耳画面，对其挂钩状态进行识别。中间的主挂钩识别摄像头为两个料篮公用，用来识别两个料篮内侧的吊耳挂钩状态。同样脱钩时，也将依赖于这六个摄像头进行视频识别，用来判断吊钩是否成功脱离吊耳。
2)副起升机构挂钩和脱钩：
料篮卸料需要通过主起升机构和副起升机构的高度配合实现料篮的底部开闭，从而实现卸料，因而副起升机构需要对料篮的扁担梁进行挂钩，从而实现料篮的底部开闭控制。扁担梁的挂钩位置在扁担梁的中间副吊耳部位，需要通过精确控制副起升机构的高度实现扁担梁的挂钩。而扁担梁的高度相对于料篮的高度是固定的，料篮高度由主起升机构控制，主起升机构高度可以得到精确控制，所以扁担梁的高度也可以实现精确控制，因此扁担梁的挂钩的难点在于副起升机构的高度精确控制和对副吊耳的位置的精确把握，并需与副小车的位置的精确配合才能实现扁担梁的自动挂钩。
本发明在副起升机构挂钩和脱钩时也采用了与主起升机构相同的视频识别技术，由于扁担梁在中间部位仅有一个副吊耳，所以本发明利在运行的路线的一个固定位置设置一个副挂钩识别摄像头Cam4#，对准副起升机构挂钩的位置。进行副起升机构的挂钩识别即可。在智能化运行到需要进行副起升机构的挂钩或者脱钩的步骤时，通过精确控制主起升机构和主小车的位置，运行至该位置，在动作完成关键节点时，通过副挂钩识别摄像头Cam4#对扁担梁进行多次拍照取样，通过视频识别工控机对扁担梁进行外形识别，进而计算出扁担梁的副吊耳具体高度位置，反馈给Main PLC，Main PLC通过该数据精确控制副起升机构高度和副小车的水平位置，从而实现扁担梁的精确挂钩和脱钩的动作，并通过副挂钩摄像头Cam4#判断是否挂钩成功或者脱钩成功。
3)卸料检测：
在炉顶进行卸料时，如何判断料篮中的废钢已经卸载完成，也是一项关键技术，本发明将通过在司机室的超载限制器U35中增加通讯模块(本领域普通技术人员可以自行安装连接)，通过ProfiBUS通讯方式与MainPLC进行通讯连接，将主起升机构的载荷重量数据采集到MainPLC中，同时超载限制器U35的检测精度要求从5％提高到1％，从而实现载荷的精确检测，通常需要通过更换超载限制器的仪表来实现(本领域普通技术人员可以根据需要提高的精度自行更换仪表)，如果由于设备本身的原因，更换仪表无法做到则要更换全套的超载限制器***来满足***的要求。由于料篮自身的重量是固定的，所以在载荷卸载完成后，检测到的重量将是空料篮的自身重量，以此来判断载荷是否卸载完成。同时电炉区域安装卸料位全景摄像头Cam12#，自动跟随起重机卸料运行位置，在卸料时将通过智能变焦将起重机卸料的画面切换到主显示器并进行放大，此时操作人员将可以清晰看到卸料的情况。智能化***判断卸料完成的时候将会预留20秒的缓冲时间，并进行声光提示，在此过程中一方面是要确保剩余废钢能够卸载完成，另一方面可以由操作人员进行观察确认，如果已经卸载完成则可以直接进行确认而进行下一个动作，如果存在卡料的情况时(在***误差范围内，小型物料产生卡阻时将无法检测)将通过人工介入按钮进行手动调整，由人工通过操作台的操作手柄以及监视器上的监控视频进行起重机的远程操作，调整主起升机构和副起升机构的高度，将剩余废料释放到电炉中，完成后再通过“确认按钮”，重新投入智能化运行，继续完成“卸料”流程后续的动作。
为了保证视频监控的流程度和通讯***的稳定性，本发明设置两套无线***，其中一套为无线数据通讯所用，另一套为无线视频监控所用。因为视频监控需要高速通讯以保证流畅度，但对准确性和可靠性要求不高，偶尔发生的数据错误或丢失并不影响视频监控的质量。而无线数据通讯的要求与视频无线通讯的要求可以说是相对立的，无线通讯的要求速度不是很高，但对准确性、稳定性、可靠性要求很高，偶尔的数据错误或者数据丢失都有可能造成生产事故，所以这两套无线***不能兼容，必须分别设置和采用独立无线设备。
图1是本***的***结构图。
图1中的右上角粗实线框内的设备为电炉190t加料起重机(大车、主小车、副小车、主起升机构和副起升机构均为已知机械结构)的标准配置。包括主CPU(D0，MainPLC)、司机室子站D1、主小车/副小车驱动控制单元U27、主起升机构/副起升机构驱动控制单元U28、大车(大车1#/大车2#)驱动控制单元U29、遥控器接收器U33、联动台U34、超载限制器U35和原交换机U25。
不过由于智能化的性能要求较高，因此智能化***改造后，MainPLC(D0)采用西门子的S7-1500系列PLC，型号为S7-1516-3PN，该型号PLC具有1个ProfiBUS接口和两个以太网接口。司机室子站D1为ET200M系列远程IO，原交换机U25为西门子X208系列交换机。
主小车/副小车驱动控制单元U27，主起升机构/副起升机构驱动控制单元U28，大车(大车1#/大车2#)驱动控制单元U29的驱动控制单元均为西门子S120系列驱动控制器(CU320)。遥控器接收器U33采用意凯希公司的遥控器产品。联动台U34为通用起重机联动台。超载限制器U35为上海西亚公司的产品，因为智能化的需求该超载限制器需要进行仪表更换，使该超载限制器满足智能化***需求。***中细实线连接网络为以太网通讯网络，粗虚线连接网络为ProfiBUS通讯网络。
图1中的粗实线框外的设备是智能化***新增加的设备。智能化***基本都采用以太网通讯网络，只有电子防摇设备U24、超载限制器U35、大车格雷母线U31和主小车格雷母线U32采用了ProfiBUS网络。
新增的智能化的设备包括如下设备:A10:地面操作台、A11:地面服务器控制柜、A12:30米平台交换机柜、A13:无线AP柜1、A14:无线AP柜2、A15:10米平台交换机箱、A16:地面交换机箱、A17:地面安全设备控制柜、A18:无线客户端箱1、A19:无线客户端箱2、U23:交换机、U24:电子防摇设备、U26:主起升高度检测设备、U27:副起升高度检测设备、U31:大车格雷母线、U32:主小车格雷母线、U36:司机室POE交换机、Cam8#:司机室摄像头1、Cam9#:司机室摄像头2、Cam10#:1#料坑全景摄像头、Cam11#:2#料坑全景摄像头、Cam12#:卸料位全景摄像头、Cam1#:主挂钩识别摄像头1、Cam2#:主挂钩识别摄像头2、Cam3#:主挂钩识别摄像头3、Cam4#:副挂钩识别摄像头、Cam5#:主挂钩识别摄像头5、Cam6#:主挂钩识别摄像头6、Cam7#:主挂钩识别摄像头7、U37：1#料篮坐标扫描仪、U38：2#料篮坐标扫描仪。
上述设备中A开头编号的设备为综合设备，是由多个单体设备组成，由U开头编号的设备为单体设备，由Cam开头编号的设备为摄像头。
上述设备中，A18、A19、U21、U22、U24、U26、U27、U31、U32、U36、Cam8#和Cam9#为起重机本体19结构中需要增加的设备(位于图1中的右上角长方形起重机本体虚线框内，随起重机行走)，其他设备是安装在厂区中各个部位中的。
从图1中可以看出，根据厂区的实际物理位置将整个智能化***横向分为三个区域，纵向分为四个区域，图1中以粗点划线进行了区域分割。
横向区域为工控机房、地面及厂房结构、起重机及料坑。纵向区域0米平台(即地面)、10米平台、18米平台、30米平台。工控机房为独立区域，不在厂区内，所以分为两个纵向区域，中控室18(地上部分)，地下机房(地下部分)。
工控机房负责管理、运算、操作和终端显示。中控室18中设置设备A10(地面操作台)，包括客户端操作台U1、地面PLC控制器U2和人机界面工控机U3。
地下机房设置视频监控工控机U6、光电交换机U4和千兆交换机U5。
U1为包含操作台柜体、四台显示器和操作台的操作面板。
U2为西门子PLC的ET200M系列的远程IO子站。
U3为西门子工控机IPC847D系列产品。
U4为西门子三光***换机X205-3系列产品。
U5为西门子千兆交换机XB004-1LDG系列产品。
U6为西门子工控机IPC427D系列产品。
地面及厂房结构区域主要布置网络连接交换机，以及布置厂区安全***(A17:地面安全设备控制柜)。
0米平台(即地平面)主要设置厂区安全***(信号指示以及报警器)、A16(地面交换机箱，包括光电交换机U18、POE交换机U19和POE交换机U20)。
10米平台主要设置A15(10米平台交换机箱，包括光电交换机U16和POE交换机U17)。
30米平台主要设置A12(30米平台交换机箱，包括光电交换机U11)、A13(无线AP柜1，包括无线AP数据通讯设备U12和无线AP视频设备U13)、A14(无线AP柜2，包括无线AP数据通讯设备U14和无线AP视频设备U15)，每个无线AP柜设置两台无线AP设备，其中1台作为数据通讯无线AP，另一台作为视频通信无线AP。无线AP柜A13、无线AP柜A14分别安装在起重机运行区间的两端，并且每台无线AP设备均设置两根定向天线(图1中仅示意了1根)，用于满足无线AP信号的覆盖。
A17包括信号指示以及报警器，信号指示灯选用上海南华的AL223型号指示灯，报警器选用上海南华的BC-8型号报警器。
U11、U16和U18选用西门子光电交换机X206-1系列产品。
U12、U13、U14和U15选用西门子SCALANCE W748-1系列产品。
U17、U19、U20和U36选用研华的POE交换机EKI-2525P。
起重机以及料坑还要布置信号采集传感器以及摄像设备。
0米平台一共有两个料坑，分别为1#料坑20和2#料坑21。
1#料坑20设置三个主挂钩识别摄像头(Cam1#、Cam2#和Cam3#)和1个料篮坐标扫描仪U37。
2#料坑21设置三个主挂钩识别摄像头(Cam5#、Cam6#和Cam7#)和1个料篮坐标扫描仪U38。
10米平台设置两个全景摄像头(1#料坑全景摄像头Cam10#和2#料坑全景摄像头Cam11#)。
18米平台设置两个摄像头(卸料位全景摄像头Cam12和副挂钩识别摄像头Cma4#)。
30米平台主要是在起重机本体19上设置设备。包括A18(无线客户端箱1，包含无线通讯客户端U21、A19(无线客户端箱2，包含无线视频客户端U22)、交换机U23、电子防摇设备U24、大车格雷母线U31、主小车格雷母线U32、超载限制器U35(更换仪表箱)、主起升机构高度检测设备U26和副起升机构高度检测设备U27。
另外在起重机本体19的司机室下方设置两个摄像头(Cam8#和Cam9#)。
Cam1#、Cam2#、Cam3#、Cam5#、Cam6#、Cam7#、Cam8#和Cam9#选用安迅士的Q1615-EMK-II产品。
卸料位全景摄像头Cam12选用型号为iDS-2DF8432IX-A/SP。
副挂钩识别摄像头Cma4#选用型号为选用安迅士的Q1615-E MK-II产品。
1#料坑全景摄像头Cam10#和2#料坑全景摄像头Cam11#选用型号为iDS-2DF8432IX-A/SP。
U37和U38选用SICK的型号为MRS1104C-011010的产品。
U21和U22选用西门子SCALANCE W748-1系列产品。
U23选用西门子的SCALANCE X208系列交换机。
U24选用西门子的SIMOTION C240电子防摇控制器。
U31选用武汉利德型号为BME-IRN-150MG的产品
U32选用武汉利德型号为BME-IRN-30MG的产品
U35选用上海西亚制的95t+95t，带ProfiBUS通讯接口的仪表箱。
U26和U27选用博思特型号为OCD58-PRON-1213-Y10的绝对值编码器。
A10中的客户端操作台U1通过电气线路将操作台的操作信号传递到地面PLC控制器U2，地面PLC控制器U2安装在客户端操作台U1底部柜体内。客户端操作台U1设置多个显示器，由人机界面工控机U3控制显示，人机界面工控机U3通过以太网连接到A11的千兆交换机U5的端口上，实现以太网通讯。地面PLC控制器U2另外再引出两路连接线路，一路以太网线路，其连接到A11的千兆交换机U5的端口上，另一路为电缆线路，连接到地面及厂房结构区域中的厂区安全***，用于控制信号指示灯和报警器工作。
A11中的千兆交换机U5为核心联络设备，其中的视频监控工控机U6、光电交换机U4均通过以太网线路连接到千兆交换机U5的端口上。光电交换机U4具有三路光口，其中一个光口通过多模光纤连接到A12的光电交换机U11的光口上，另一个光口通过多模光纤连接到A15中的光电交换机U16的光口上，最后一个光口连接到A16的光电交换机U18的光口上。
A12中的光电交换机U11具有多路以太网电气接口，其中了两个以太网接口通过以太网电缆连接到A13中的无线AP数据通讯设备U12和无线AP视频设备上U13，另外两个以太网接口通过以太网电缆连接到A14中的无线AP数据通讯设备U14和无线AP视频设备U15上。
A15的光电交换机U16的以太网接口通过以太网电缆连接POE交换机U17的以太网接口上。POE交换机U17具有多个POE接口，其中两个POE接口分别连接到18米平台的卸料位全景摄像头Cam12#和副挂钩识别摄像头Cam4#。另外两个以POE口通过以太网电缆分别连接到10米平台的1#料坑全景摄像头Cam10#和2#料坑全景摄像头Cam11#。
A16中的光电交换机U18具有多路以太网电气接口，其中两个以太网接口通过以太网电缆分别连接两个POE交换机(U19、U20)的以太网端口上，另外两个以太网接口通过以太网电缆分别连接到1#料坑20的料篮坐标扫描仪U37和2#料坑21的料篮坐标扫描仪U38。A16中的POE交换机具有多路POE接口，POE交换机U19的POE接口分出三路通过太网电缆分别连接1#料坑20的三个主挂钩识别摄像头(Cam1#、Cam2#和Cam3#)，另外一个POE交换机U20的POE接口分出三路通过太网电缆分别连接2#料坑的三个主挂钩识别摄像头(Cam5#、Cam6#和Cam7#)。
起重机本体19上增加的以太网设备比较多，原有交换机的端口已不足,所以在原设备基础上增加了一个交换机U23。该交换机U23将分别通过以太网电缆连接A18、A19中的无线通讯客户端U21、无线视频客户端U22，以及起重机本体19原有交换机U25、司机室POE交换机U36和主起升高度检测设备U26。
MainPLC(起重机本体PLC，D0)的ProfiBUS端口通过ProfiBUS电缆连接电子防摇设备U24，电子防摇设备U24通过ProfiBUS电缆连接大车格雷母线U31。
大车格雷母线U31将通过ProfiBUS电缆连接到主小车格雷母线U32。
主起升机构高度检测设备U26通过以太网电缆连接到副起升机构高度检测设备U27。
POE交换机U36通过两路以太网电缆连接到司机室下方设置两个司机室摄像头(Cam8#和Cam9#)。
图1中的粗实线框内的设备的原起重机本体19中的设备,不过在智能化改造后做了更新改造(如前所述)，其中MainPLC为主CPU作为起重机本体19的主要智能化执行设备。改造后大多数设备将采用以太网通讯。原有交换机U25为起重机本体19的交换机，将MainPLC(D0)、司机室子站D1、驱动单元(U27、U28、U29)、遥控器接收器U33连接到统一局域网中。联动台U34为利用旧产品，不做改造，其仍然通过电缆连接到司机室子站(D1)。超载限制器U35由于更换了仪表箱，增加通讯功能，所以通过ProfiBUS电缆连接到MainPLC(D0)的ProfiBUS通讯接口。
MainPLC连接原交换器U25，原交换器U25连接主小车/副小车驱动控制单元U27、主起升机构/副起升机构驱动控制单元U28、大车驱动控制单元U29和遥控器接收器U33。
原交换器U25还通过司机室子站连接联动台U34。
原起重机采用司机室联动台操作和遥控器操作两种操作方式。现场主要以遥控器操作为主。由操作工通过遥控器在地面跟随起重机行走，控制起重机进行加料和杂质或石灰的吊运，在电炉维修时，也参与电炉的维修工作。在智能化改造后将在原操作功能不发生变化的情况下再增加地面手动视频操作功能和地面远程智能化运行功能。
起重机本体19的MainPLC(D0)负责起重机本体19智能化设备的数据采集，并负责根据地面PLC控制器U2的指令信息，控制起重机本体19的机构和电子防摇设备U24，完成起重机从料坑进行起吊到电炉炉顶卸料，然后空料篮返回料坑，并释放料篮的整套动作。地面PLC控制器U2负责识别客户端操作台U1的指令信息，以及人机界面工控机U3的操作信息和视频监控工控机U6的识别信息，然后进行逻辑判断和综合处理。然后通过两个无线数据通讯AP设备(U12和U14)同步发送给起重机的无线数据通讯客户端U21，由起重机MainPLC(D0)进一步完成智能化作业任务。人机界面工控机U3负责实现起重机运行的状态监控数据采集，故障诊断并进行记录，实现人机操作界面。用户可以从人机界面实现数据查询、故障排查和任务下发工作。视频监控工控机U6负责实现料坑的六个主挂钩摄像头的视频识别(Cam1#～3#，Cam5#～7#)，副挂钩识别摄像头(Cam4#)的视频识别，两个料坑坐标(3D)扫描仪(U37、U38)的数据运算和处理，然后将数据通过以太网经由千兆交换机U5、光电交换机U4，无线数据通信AP设备(U12和U14)同步发送给起重机的无线数据通讯客户端U21，由起重机MainPLC(D0)进一步完成智能化作业任务。视频监控工控机U6同时也负责所有摄像头的视频采集，并进行记录，以便必要时进行回放，同时将实现视频跟踪的功能，包括安装在起重机本体上司机室的司机室摄像头(Cam8#和Cam9#),也通过无线视频客户端U22将视频信号通过无线视频AP设备U13和无线视频AP设备U15发给视频监控工控机U6。在起重机运行过程中，通过实际位置坐标(由起重机MainPLC(D0)采集主起升高度检测设备U26、副起升高度检测设备U27、大车格雷母线U31、主小车格雷母线U32数据计算出实际坐标并下发给地面PLC控制器U2)和载荷重量(来自超载限制器U35)，然后通过视频监控工控机U6判断当前起重位置所需要的摄像头编号(三个全景摄像机Cam10#～12#中的一个)，全景摄像头的云台角度和焦距数据，并将该数据发送至对应的全景摄像头，使全景摄像头正对起重机的关键作业部位，同时也将该全景摄像头视频数据切换到客户端操作台U1的主画面上，使得用户总能观测到起重机运行的情况。
原起重机手动通过遥控器或者司机室联动台进行操作时，至少需要3～4名操作人员，操作工1人，负责起重机的操作，指吊工1～2人负责料坑挂钩指吊和电炉卸料指吊，调度工1名，负责在中控室18实时根据电炉生产情况下达吊运指令给操作工和指吊工。在采用司机室操作时，由于视线不好，所以指吊工必须有2人，分别负责料坑挂钩指吊和电炉卸料指吊，而在采用遥控器操作后操作工可以就近观察挂钩情况，所以可以节省1名指吊工，但操作工需要徒步随起重机移动，劳动强度变大。在3班4运转的人员配置的情况下，需要12～16人的人员配置。
在实施智能化改造之后，操作人员仅在中控室18进行监控和必要的人工确认操作即可，少数异常情况通过客户端操作台U1进行人工干预即可实现整个190t加料起重机的完整运行操作。由于在中控室18操作，所以省去了调度工和指吊工，同时工作环境大幅度得到改善。在3班4运转的人员配置的情况下，仅需要4人的人员配置即可。
图4是本发明主起升机构挂钩识别分析图。
图4中，左部是挂钩前的料篮轮廓识别图像，其中有外形轮廓16。通过3D料篮坐标扫描仪数据可以识别出料篮虚线部分的轮廓数据，以及其高度数据。中间的圆形轮廓线可以标记出料篮口的外部形态，确认料篮的中心点，两侧的方形虚线框内的线条则标记出了吊耳的外部形态，确认挂钩的具***置。计算出的料篮中心坐标，将作为智能化起吊是大车和主小车定位的定位数据。通常料篮的中心数据变化不大，而主小车坐标(Y)的偏差基本不会对起吊造成影响，因为在主小车进行挂钩时需要越过料篮的中心坐标Y，继续后退400mm，以保证挂钩可靠，所以料篮的中心坐标Y仅做定位参考即可，对精度要求不高，而料篮的X坐标，即大车定位的坐标，要求稍高，因此3D扫描的X0坐标将作为实际的定位坐标，而初始化的X坐标作为参考和验证坐标使用。而3D扫描所得的Z0将是关键参数，将用于定位主起升机构挂钩的高度，可以避免料篮底部废料堆积对料篮高度的影响，使得挂钩成功率大幅度提高。
图4中，右部图形是视频挂钩识别的图形，通过主挂钩识别摄像头的视频图像识别出挂钩吊耳的轮廓，对吊耳的吊孔位置做图像判断，在挂钩前吊孔位置将为空白，而挂钩后该位置可以明显看到吊钩的钩头探出(挂钩成功标志17)，依次作为标志，判断挂钩的成功与否。
本发明将采用成熟的3D扫描软件和视频识别软件，可实现上述功能的技术指标。
然后用副挂钩识别摄像头Cam4#配合副起升机构对扁担梁的副吊耳进行挂钩。
图5是本发明在0米平台的设备安装布置图。
图5中所示圆圈数字标记的线条为起重机轨道的承重立柱，本发明所述190t加料起重机将负责两个料坑(1#料坑20、2#料坑21)的料篮吊运，以及两个电炉(1#电炉22、2#电炉23)的加料工作。
图5中有Cam1#、Cam2#、Cam3#、Cam5#、Cam6#和Cam7#为两个料坑的六个主挂钩识别摄像头，用于识别主起升机构挂钩的状态。这六个摄像头的安装必须确保能够清晰的观察到四个料篮的每个吊耳的状态，并且为了保证清晰度和摄像头的镜头整洁，还必须为这六个摄像头安装压缩空气吹扫设备(空气吹扫设备包括空压机和管路和减压阀，此类设备为电炉厂区标配设备)，以保证视频识别***的工作可靠性。
图5中有料篮(3D)坐标扫描仪(U37和U38)，用于扫描两料坑四个料篮的三维坐标。
图5中有地面交换机箱A16，用于安装光电交换机U18和POE交换机(U19和U20)，以及配套断路器、电源和一些端子(常规配置)。实现摄像头(Cam1#～3#、Cam5～7#)、料篮3D坐标扫描仪(U37和U38)等设备与中控室18的设备连接和通讯。
图5中A17为地面的安全设备，即厂区安全***中的设备，包括急停按钮、报警器和指示灯等常规设备，没有特殊要求。
图6是本发明在10米平台24的设备安装布置图。
图6中圆圈数字标记的线条为起重机轨道的承重立柱标记线，阴影标记部分即为10米平台24。
图6中有1#料坑全景摄像头(Cam10#)，2#料坑全景摄像头(Cam11#)，这两个摄像头由中控室18的视频监控工控机U6进行控制，可以实时跟踪起重机在1#料坑20或者2#料坑21作业时的实际状态。
图6中有10米平台交换机箱A15，安装有POE交换机U17和光电交换机U16，以及配套断路器、电源和一些端子(常规配置)。实现摄像头Cam10#、Cam11#设备与中控室18的设备连接和通讯。
图7是本发明在18米平台25的设备安装布置图。
图7中圆圈数字标记的线条为起重机轨道的承重立柱标记线，阴影标记部分即为18米平台25。
图7中有副挂钩识别摄像头(Cam4#)，用于识别副起升机构挂钩的状态。这个摄像头的安装必须确保能够清晰的观察到副起升机构的挂钩状态，并且为了保证清晰度和摄像头的镜头整洁，还必须为这个摄像头安装压缩空气吹扫设备，以保证视频识别***的工作可靠性(与主挂钩摄像头相同配置)。
图7中有电炉卸料区域的卸料位全景摄像头(Cam12#)，这个摄像头由中控室18的视频监控工控机U6进行控制，可以实时跟踪起重机在卸料区域作业时的实际状态。
图8是本发明在30米平台26的设备安装布置图。
图8中圆圈数字标记的线条为起重机轨道的承重立柱标记线，阴影标记部分即为30米平台26。
图8中有1#无线AP柜A13，2#无线AP柜A14，这两个箱子内均安装1套无线AP数据通讯设备(U12或U14)和1套无线AP视频设备(U13或U15)，以及配套断路器、电源和一些端子(常规配置)。两套无线***独立使用采用不同的频道通讯，这两个柜子分别设置在起重机运行区域的两端，并采用定向天线，覆盖整个起重机的运行区域，从而保证无线通讯的稳定性。
图8中有大车格雷母线U31，大车格雷母线U31敷设在大车运行轨道的附近，通过配套的安装支架安装，保证大车格雷母线U31在整个起重机运行范围内与大车的运行轨道横向距离和纵向距离均保持恒定，如此才能保证大车格雷母线接收器28可以采集到稳定的大车坐标数据。
图8中有30米平台26的交换机箱A12，其中设置光电交换机U11，以及配套断路器、电源和一些端子(常规配置)，实现无线AP设备(A13、A14)与中控室18的设备连接和通讯。
图9是本发明在中控室18的设备安装布置图。
中控室18仅设置一套地面操作台A10，安装于中控室18内空闲位置，本实施例安装于中控室18开门左侧。地面操作台A10包含客户端操作台U1、地面PLC控制器U2和人工界面工控机U3。地面PLC控制器U2安装于客户端操作台U1下方的控制柜内，负责采集客户端操作台U1的用户操作数据和人机界面工控机U3的操作数据。客户端操作台U1含有4个视频监视器，均组成安装于客户端操作台U1上面边缘，分为上下两层分布。图9中点划线框内为电炉厂其他设备操作台30，与本发明无关。
图10是本发明在地下机房的设备安装布置图。
图10中地下机房内用户原有的机柜以及其旁侧机柜为地下机房内用户原有的机柜27(点划线所示机柜)，本发明新增加的地面服务器机控制柜A11安装与机房内用户原有的机柜27右侧，便于从机房内用户原有的机柜27取电，并且保证美观。地面服务器机柜A11内安装视频监控工控机U6、光电交换机U4和千兆交换机U5，以及配套断路器、电源和一些端子(常规配置)。
图11、图12是本发明在起重机本体19的设备安装布置图。
图11、图12中有大车格雷母线接收器28，安装于大车的端梁侧面与30米平台26的大车格雷母线U31的扁平面保持平行，并且保证距离在30～80mm之间。
图11、图12中有主起升高度检测设备U26和副起升高度检测设备U27，这两个设备均采用德国POSITAL公司的绝对值编码器，型号均为OCD58-PRON-1213-Y10。主起升高度检测设备U26要求与主起升机构的钢丝绳卷筒同轴安装，保证与主起升机构的钢丝绳卷筒能够同步旋转，依此计算主起升的运行高度。副起升高度检测设备U27与主起升机构类似，要求与副起升机构钢丝绳卷筒同轴安装，保证与副起升机构的钢丝绳卷筒能够同步旋转，依此计算副起升的运行高度。
图11、图12中有主小车格雷母线接收器29，安装于主小车的底盘侧面与主小车格雷母线的扁平面保持平行，并且保证距离在30～80mm之间，具体安装见图13、图14主小车格雷母线的安装图。图13、图14中为主小车格雷母线5。主小车格雷母线5安装在主小车运行轨道的附近。通过配套的安装支架安装，保证主小车格雷母线5在整个主小车运行范围内与主小车的运行轨道横向距离和纵向距离均保持恒定，如此才能保证主小车格雷母线接收器29可以采集到稳定的主小车坐标数据。
图13、图14中有无线客户端箱A18和A19，其中A18安装一台无线通讯客户端U21，A19安装一台无线视频客户端U22，A18和A19分别安装在大车端梁的两侧，安装顺序没有要求。每个无线客户设备均安装3个全向天线，保证与对应的30米平台的无线AP设备(A13、A14)的定向天线在同一水平高度。
图13、图14中有司机室摄像头Cam8#和Cam9#，为安装于司机室底部的摄像头，用于观察起重机吊钩的运行状态，其中一个摄像头保正能观测到主起升机构上半段的行程，另一个摄像头保证能观测到主起升机构的下半段的行程。
图13、图14中有带通讯卡的超载限制器U35(190t)，安装于司机室内部，为了保证本发明的载荷检测的准确性，为了保证超载限制器U35的检测精度能够达到1％的精度，本发明需要更换仪表箱，同时为了保证能够实时检测到载荷的数据，还必须为该超载限制器仪表箱加装通讯卡，以实现超载限制器U35与起重机MainPLC的通讯，通讯方式为ProfiBUS通讯。
主小车格雷母线5型号为BME-IRN-20MG。
主小车格雷母线接收器29型号为29BME-VAR-50KG-D。
大车格雷母线型号为为BME-IRN-150MG。
大车格雷母线接收器28型号为BME-VAR-50KG-D。
另外上述设备以列举但未图示的设备均为起重机常规安装方式，不再做具体说明。本发明描述中未进行列举的设备均为起重机的常规设备。本领域普通技术人员根据说明书的教导可以重复实施本发明的技术方案。

Claims (14)

1.电炉加料起重机智能控制***，包括起重机本体(19)的大车、主小车、副小车、主起升机构、副起升机构、MainPLC、司机室子站(D1)、主小车/副小车驱动控制单元(U27)、主起升机构/副起升机构驱动控制单元(U28)、大车驱动控制单元(U29)、遥控器接收器(U33)、联动台(U34)、原交换机(U25)和超载限制器(U35)，其特征在于：
主起升机构钢丝绳卷筒同轴安装主起升高度检测设备(U26)；
副起升机构钢丝绳卷筒同轴安装副起升高度检测设备(U27)；
设置对应大车的大车格雷母线位置检测设备和对应主小车的主小车格雷母线位置检测设备；
设置对应料坑的料篮坐标扫描仪、主挂钩识别摄像头和料坑全景摄像头；
设置对应电炉的卸料位全景摄像头；
设置对应副起升机构的副挂钩识别摄像头；
起重机运行区间的两端分别设置一套无线AP设备，每套无线AP设备均包括一个无线AP数据通讯设备和一个无线AP视频设备；
大车端梁设置无线通讯客户端(U21)和无线视频客户端(U22)。
2.根据权利要求1所述的电炉加料起重机智能控制***，其特征在于：
MainPLC型号为S7-1516-3PN；
司机室子站(D1)为ET200M系列远程IO；
主小车/副小车驱动控制单元(U27)，主起升机构/副起升机构驱动控制单元(U28)，大驱动控制单元(U29)的驱动控制单元均为西门子S120系列驱动控制器CU320；
原交换机(U25)为西门子X208系列交换机；
超载限制器(U35)采用了ProfiBUS连接MainPLC；
主小车格雷母线位置检测设备的主小车格雷母线(5)型号为BME-IRN-20MG，主小车格雷母线接收器(29)型号为29BME-VAR-50KG-D；
大车格雷母线位置检测设备的大车格雷母线型号为BME-IRN-150MG，大车格雷母线接收器(28)型号为BME-VAR-50KG-D；
主起升高度检测设备(U26)和副起升高度检测设备(U27)，型号均为OCD58-PRON-1213-Y10。
3.根据权利要求1所述的电炉加料起重机智能控制***，其特征在于：起重机本体(19)上设有电子防摇设备(U24)，电子防摇设备(U24)与大车格雷母线位置检测设备对应连接，大车格雷母线位置检测设备与主小车格雷母线位置检测设备对应连接；电子防摇设备(U24)与MainPLC对应连接。
4.根据权利要求3所述的电炉加料起重机智能控制***，其特征在于：
电子防摇设备(U24)选用西门子的SIMOTION C240电子防摇控制器。
5.根据权利要求1所述的电炉加料起重机智能控制***，其特征在于：本***内还有地面安全***；司机室还设置有司机室摄像头；
每个料坑对应一个料篮坐标扫描仪、三个主挂钩识别摄像头和一个料坑全景摄像头。
6.根据权利要求1所述的电炉加料起重机智能控制***，其特征在于：
主小车格雷母线位置检测设备的主小车格雷母线(5)外侧包裹第一防火棉层(12)；
主小车端梁(15)和主小车天线箱(9)之间设置第二防火棉层(14)。
7.电炉加料起重机智能控制***的控制方法，其特征在于包括下列步骤：
1)加料准备,完成主起升机构挂钩，副起升机构挂钩，起吊料篮运行至待机位置；
2)加料，运行至电炉上方，完成卸料，并返回到待机位置；
3)返回，完成副起升机构脱钩，料篮回置，主起升机构脱钩；
4)异常返回，无条件直接返回到待机位置。
8.根据权利要求7所述的电炉加料起重机智能控制***的控制方法，其特征在于包括下列步骤：
运行过程中的几个关键参数为：大车坐标为X,主小车坐标为Y,主起升机构高度为Z,副小车坐标为y,副起升机构高度为z；
1)主起升机构待机高度；
2)副起升机构待机高度；
3)主小车待机位置；
4)料篮位置；
5)起吊位置；
6)主起升机构挂钩高度；
7)主起升机构脱钩高度；
8)主起升机构挂钩检测高度；
9)待机位置；
10)副起升机构挂钩位置；
11)副起升机构挂钩高度；
12)副起升机构挂钩检测高度；
13)副小车挂钩检测位置；
14)电炉加料位置；
15)主起升机构电炉加料高度；
16)副起升机构电炉加料高度。
9.根据权利要求7所述的电炉加料起重机智能控制***的控制方法，其特征在于包括下列步骤：加料准备流程为：
1)大车和主小车运行到“起吊位置”；
2)主起升机构下降到“主起升机构挂钩高度”；
3)主小车后退到“料篮位置”Y0自动进行挂钩；
4)主起升机构上升到“主起升机构挂钩检测高度”进行挂钩检测；
5)主起升机构上升到“主起升机构待机高度”；
6)大车和主小车运行到“待机位置”；
7)主起升机构和副起升机构同步下降，直至主起升机构到达“副起升机构挂钩位置”Z1；
8)副小车调整到“副起升机构挂钩位置”y1；
9)副起升机构下降到“副起升机构挂钩高度”；
10)副小车前进到“副小车挂钩检测位置”；
11)副起升机构上升到“副起升挂钩检测高度”；
12)副起升机构上升至同步起升安全高度；
13)主起升机构和副起升机构同步起升，直至主起升机构到达“主起升机构待机高度”。
10.根据权利要求7所述的电炉加料起重机智能控制***的控制方法，其特征在于包括下列步骤：加料流程为：
1)大车运行到“电炉加料位置”X坐标；
2)主小车运行到“电炉加料位置”Y坐标；
3)主起升机构和副起升机构同步下降，直至主起升机构到达“主起升机构电炉加料高度”；
4)副起升机构上升到“副起升机构电炉加料高度”；
5)等待卸料完成；
6)主起升机构上升到“主起升机构待机高度”；
7)主小车返回“主小车待机位置”，副起升机构同时下降到“副起升机构待机高度”；
8)大车返回到“待机位置”的X坐标。
11.根据权利要求7所述的电炉加料起重机智能控制***的控制方法，其特征在于包括下列步骤：返回流程为：
1)主起升机构和副起升机构同步下降，直至主起升机构到达“副起升机构挂钩位置”Z1；
2)副起升机构下降到“副起升机构挂钩高度”；
3)副小车调整到“副起升机构挂钩位置”y1，检测副起升机构脱钩完成状态；
4)副起升机构上升至同步起升安全高度；
5)主起升机构和副起升机构同步起升，直至主起升机构到达“主起升机构待机高度”；
6)大车和主小车运行到“料篮位置”；
7)主起升机构下降到“主起升机构脱钩高度”,检测主起升机构脱钩完成状态；
8)主小车前进到“起吊位置”；
9)主起升机构上升到“主起升机构待机高度”。
12.根据权利要求7所述的电炉加料起重机智能控制***的控制方法，其特征在于包括下列步骤：异常返回流程：
1)主起升机构和副起升机构同步上升直至到达“主起升机构待机高度”；
2)主小车返回“主小车待机位置”，副起升机构同时下降到“副起升机构待机高度”；
3)大车返回到“待机位置”的X坐标。
13.根据权利要求7所述的电炉加料起重机智能控制***的控制方法，其特征在于包括下列步骤：
主起升机构挂钩和脱钩检测：料篮坐标扫描仪扫描料篮的吊耳外形数据，进而计算出吊耳的高度和水平位置，控制主起升机构高度和主小车的水平位置，实现挂钩和脱钩的动作；
副起升机构挂钩和脱钩：副挂钩识别摄像头、副小车和副起升机构的配合实现挂钩和脱钩的动作。
14.根据权利要求7所述的电炉加料起重机智能控制***的控制方法，其特征在于包括下列步骤：
废钢卸料：通过主起升机构高度和副起升机构高度的精确配实现，在主起升机构和副起升机构的高度差大于一个固定值后，料篮的底部门即可打开；
卸料检测：通过检测判断重量是否为空料篮的自身重量来判断载荷是否卸载完成。
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