安庆电厂：抓斗卸船机智能化无人驾驶系统研究与应用

项目案例简介

本项目对2台抓斗卸船机实施智能化无人驾驶系统研究，在保持原操作系统不变的情况下，机上加挂卸船机无人驾驶系统软硬件，并在地面控制室建设远程控制协调系统。操作员在地面控制室内设置参数，下达卸船指令，主控系统通过激光雷达扫描建立船舱内煤堆三维动态数据库，依靠人工智能算法，自动控制抓斗卸船机起升、开闭、小车、大车机构运行。1名操作员可同时指挥2台卸船机作业。系统具备先进感知功能，在保证船体安全平衡的原则下精准抓取、平稳卸料，最终实现无人驾驶全自动卸船作业和无人清舱作业。

案例专题：2023综合能源服务暨数智化转型创新优秀项目案例汇编

选送单位：国能神皖安庆发电有限责任公司

项目案例背景

本项目对2台抓斗卸船机实施智能化无人驾驶系统研究，在保持原操作系统不变的情况下，机上加挂卸船机无人驾驶系统软硬件，并在地面控制室建设远程控制协调系统。操作员在地面控制室内设置参数，下达卸船指令，主控系统通过激光雷达扫描建立船舱内煤堆三维动态数据库，依靠人工智能算法，自动控制抓斗卸船机起升、开闭、小车、大车机构运行。1名操作员可同时指挥2台卸船机作业。系统具备先进感知功能，在保证船体安全平衡的原则下精准抓取、平稳卸料，最终实现无人驾驶全自动卸船作业和无人清舱作业。

主要创新点概述

1、激光雷达数据处理与对象剥离技术

可靠的物料轮廓的检测手段是抓斗实现自动抓取的前提。采用激光雷达准确获取船舱内物料的分布情况和精确的船舱边缘位置，这是抓斗实现自动抓取的关键。卸料过程中，由于船舱内物料的减少以及长江水位的影响, 船身会产生倾斜或上浮。在卸船机工作震动等恶劣环境下，系统拟采用优化差分算法，从实时扫描得到的点云数据中去除干扰，有效区分出船舱内物料的分布、舱口的实时位置，实现船舱和物料等不同对象的剥离，在动态卸船中实现舱口位置的自动补偿，为抓斗卸船机的控制提供有效的数据支持。

2、全自动模式下抓斗的动态防摇

抓斗卸船机的小车与抓斗之间采用钢丝绳连接，钢丝绳连接具有柔性、非线性特点，码头的风浪干扰也会造成一定的不确定性。在抓斗作业过程中，由于小车的加减速、抓斗升降，以及风力作用、钢丝绳摩擦等引起的扰动，都会引起抓斗的摇摆。抓斗的不受控摇摆严重影响了作业效率的提高，另一方面，抓斗摇摆也增加了卸船机的结构载荷，使结构疲劳加速，易产生安全隐患。

对于抓斗复杂的摇摆工况和保证卸船效率的现实要求，系统拟采用速度与位置预瞄跟随等算法实现坐标系内任意点出发与到达的抓斗全程动态防摇和小车全速占比更高的动态运行策略。

3、基于机器视觉的智能感知检测技术

抓斗卸船机出现卸煤斗已装满、船舱偏移时，抓斗必须停止继续卸煤，在人工操作模式下，这样的工况依赖于司机的肉眼观察。在全自动模式下，系统拟采用基于机器视觉的图像识别技术，利用深度学习网络结构，训练料斗满载、船舱偏移等特征模型，实现卸煤斗已装满、船舱偏移的智能感知。

人员监测识别预警系统采用机器视觉图像感知技术，完成自动检测人体，并能以视觉图像智能分析精确区分人和相干扰物体，如其他移动物体。可以检测出船舱内有无人员，并发出报警在抓取点附近停止抓取作业。

4、无人化清舱系统

因清舱作业环境恶劣，且安全性得不到充分保障。在现有清舱机增加电控系统和遥控器，实现舱内无人化清舱作业，保障操作人员健康安全和人身安全。

5、“一拖二”远程协调控制系统

人工作业模式下，码头卸船机的集成调度也较为复杂，涉及卸船机泊位分配、安全距离、串行作业、同一条船各舱位安全平衡卸船等。目前各卸船机协调调度和各舱位平衡卸船还依靠中控与卸船机司机对讲机下达，系统自动化程度低、可靠性差。

码头2台卸船机实现无人驾驶作业后，设计以待卸船舶为研究对象，考虑卸船机之间不可相互跨越以及设备作业能力匹配等现实约束，以卸船安全性为原则，以协调控制2台卸船机各舱位平衡卸船为目的，研究卸船机远程协调控制系统，实现2台卸船机全自动无人驾驶协调和平衡卸船功能。

应用情况及可推广前景简述

安庆公司综合码头两台无人值守卸船机已上线运行。已实现全天候整泊位两台卸船机联合作业及一台清舱机远程操控。运行期间，#1、#2卸船机联合作业平均出力达1400吨/小时，最大出力达1600吨/小时，有效清空率大于80%。

抓斗卸船机无人驾驶全自动系统和无人清舱系统的投运将为同类设备提供先进的技术经验，特别是在其他燃煤电厂卸船码头具有优良的工程应用和推广价值。改善工人工作条件，降低工作人员职业伤害风险，提高生产安全保障及生产效率。

经济效益及社会效益情况

抓斗卸船机无人驾驶全自动系统实施后，将优化组合卸船司机人数，降低人工成本32万元每年，同时卸煤更加平稳，控制精度更高，会减少抓斗碰伤船体而产生的维修补偿费。无人驾驶系统投运后，可减少煤炭运损。

系统的成功运行，大幅减轻了卸船机司机的劳动强度，显著提高了码头自动化运行水平，更好地保障人身安全、保障职工职业健康、有效解决了扬尘、撒煤等环保问题。

项目案例获专利及奖励情况

1、发明专利：卸船机无人值守监控方法、系统、介质及设备，专利号或申请号：202211249561.6，目前正在受理流程；

2、实用新型专利：一种无人值守卸船机抓料设备，专利号：ZL202222694546.4，已授权；

3、实用新型专利：一种无人值守卸船机用数据处理装置，专利号：ZL202222694260.6，已授权；

4、实用新型专利：一种无人值守桥式装卸船机，专利号：ZL202222694509.3，已授权。

选送单位简介

国能神皖安庆发电有限责任公司（以下简称公司）成立于1998年5月，于2011年10月成为国家能源集团安徽公司的全资子公司。根据集团公司批复同意，国能安庆能源有限责任公司于2023年8月成立，负责安庆三期扩建项目的投资、开发、建设、运营等工作，与国能神皖安庆发电有限责任公司实行“一套人马、两块牌子”管理模式。

总装机容量为2640MW，是安徽省统调最大发电厂。一期2×320MW机组于2005年投产，自2011年起，连续五年获全国300MW机组能效对标竞赛一等奖和供电煤耗最优奖；二期2×1000MW机组于2015年6月投产，2016～2019年，＃3机组连续四年获全国1000MW等级机组能效对标竞赛AAAAA级；2017～2021年，＃4机组连续五年获得AAAA级。2022年，四台机组全部获奖，＃1机组获得AAAAA级。

近年来，公司坚持走绿色低碳发展道路，积极履行央企社会责任，是安徽省首家“全厂超低排放”电厂。2021年以来，公司加快转型发展步伐，集中式光伏、分布式光伏、风电项目等相继开工建设。目前，光伏投产总容量137.8MW，100MW风电项目拟于2023年底前核准，三期两台1000MW清洁火电项目和配套1600MW新能源项目拟于2023年底前开工。同时，积极开拓综合能源市场，打造集“移动供热、溴化锂制冷、压缩空气外供”一体的综合能源平台，开启了绿色转型发展新篇章。