用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛设备制造技术

本发明专利技术公开了一种用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛设备，包括土壤翻抛机、通讯总线单元、磁导航单元、运动控制单元、防撞保护单元、自动充电单元、嵌入式工控机、行为决策单元和用户终端。通过将挥发性有机污染土壤常温解析涉及的工艺和流程，信息化为行为决策单元生产预案参数。行为决策单元通过分析生产预案数据，以及磁导航单元感知的行驶环境数据，给出任务决策，最后通过运动控制单元，控制土壤翻抛机实现自动导航、翻抛作业和自动充电等功能。本发明专利技术结合了机械翻抛技术、自动导航技术和智能控制技术，可以有效提升土壤翻抛解析设备的智能化程度，以及土壤治理工艺的一致性和生产安全性，同时节省人力物力。

【技术实现步骤摘要】
用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛设备
本专利技术属于土壤修复设备技术研发领域，具体涉及一种用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛设备。
技术介绍
随着我国经济发展和城市结构的转型，原来处于城区的化工企业搬迁后，遗留了数量众多的污染场地。据不完全统计，截止2018年，我国保有的有机污染场地数量约在数十万块数量级上。2019年1月，《中华人民共和国土壤污染防治法》正式实施，表明我国已经将土壤污染治理提升到国家立法高度，势必极大的推动我国土壤修复市场的发展，同时，市场也对先进的土壤修复技术和设备提出了迫切的需求。热脱附技术是一种有效的有机污染土壤快速修复方法，包括常温翻抛解析和高温热脱附两种技术。其中，高温热脱附技术通过消耗电力或燃气，将土壤温度提升至400～600摄氏度，即能够高效去除土壤中的挥发性有机污染物，也可以有效去除半挥发性有机污染物。但是，目前高温热脱附技术的能耗仍然达到3500～4000兆焦/吨，甚至更高，故高能耗仍然是影响该技术应用的主要因素。值得注意的是，大量场地污染调查数据显示，有机污染场地通常存在较大土方量的、主要包含挥发性有机物的污染土壤，常温翻抛解析技术适用于此类土壤的治理，并且拥有成本低、效率高等优点。例如，在申请号ZL201110460162.X的专利技术专利中，给出了一种典型的用于挥发性有机物污染土壤治理的常温翻抛解析技术。常温翻抛解析技术的主要工艺环节为，在密闭翻抛车间环境下，对待治理土壤实施多次翻抛及药剂添加作业，降低土壤的含水率、破碎土壤颗粒并提高土壤的通透性，从而加快挥发性有机污染物的脱附速率。一直以来，翻抛作业以人工操作土壤翻抛机的方式开展。由于密闭翻抛车间处于闷热、扬尘的环境条件下，并且富集了从土壤中挥发出来的高浓度有机污染物，其中通常包含致癌、剧毒以及刺激性恶臭气味气体，导致密闭翻抛车间属于高危工作环境，不适宜人员长时间工作。另一方面，人工操作翻抛设备受劳动强度及恶劣工作环境的影响，难以保证土壤翻抛均匀程度、土壤颗粒破碎程度，以及药剂投放量等参数的一致性，有时出现被处理土壤验收不达标的事件，影响了翻抛车间的生产效率。最后，土壤翻抛解析作业通常需要数月乃至整年连续不间断的开展，为了保障操作人员人身安全，需要多名操作人员多班轮换作业，增加了土壤治理工程的人力成本。针对上述问题，设备研发领域提出了自走式土壤翻抛机的概念，该概念通过人工在密闭翻抛车间外远程控制(有线或者无线)的方式，实现了土壤翻抛机的自走和翻抛作业功能。例如，申请号201620524226.6的专利技术专利，给出了一种典型的自走式土壤翻抛机技术方案，该方案通过在密闭翻抛车间内设置机械导向导轨，实现土壤翻抛机的自走导向，避免了人员直接暴露在翻抛解析车间内。该技术方案值得完善的地方在于：一方面，机械导轨导向方法增加了翻抛解析车间结构的复杂性和建设成本，影响了翻抛解析车间的生产布局；另一方面，自走式土壤翻抛机本质上仍属于人工操作作业方式，仅仅提升了操作人员的人身安全，并没有解决传统土壤翻抛设备自动化程度低、翻抛工艺一致性差等固有的问题，翻抛解析设备的效率并没有实质性的提高。因此，如何实现土壤翻抛设备的自动化导航和智能化作业，是国内土壤治理设备研发领域迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛解析系统，具体要解决的问题包括：研究土壤翻抛机自动导航技术，彻底实现土壤翻抛机无人值守作业能力；研究翻抛机智能化作业技术，解决传统土壤翻抛机工艺一致性差的问题。为达到上述目的，本专利技术提出了一种用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛设备，包括有土壤翻抛机、通讯总线单元、磁导航单元、运动控制单元、防撞保护单元、自动充电单元、嵌入式工控机和用户终端。其中，土壤翻抛机包括有蓄电池、电动翻抛机及药剂投料装置，用于对密闭翻抛车间内堆放的污染土壤，进行翻抛、破碎及药剂投料作业，实现加快土壤中有机污染物脱附速率的目的；通讯总线单元，用于通讯总线单元、磁导航单元、运动控制单元、防撞保护单元、自动充电单元、嵌入式工控机之间的数据通讯与控制；磁导航单元包括有磁条轨迹和磁导航传感器，用于感知土壤翻抛机的实际行走轨迹是否偏离磁条轨迹，为行为决策单元提供行驶环境数据，实现土壤翻抛机运行路径的寻磁导航功能；运动控制单元包括有土壤翻抛机动力舵机控制、方向舵机控制、投料控制以及翻抛滚筒等控制器，用于对土壤翻抛机动力、转向、滚筒及投料装置的自动控制；防撞保护单元包括有测距雷达、雷达信号处理器以及报警模块，用于土壤翻抛机自动导航安全冗余措施；自动充电单元包括有蓄电池电压监测、充电对接模块和充电站，用于土壤翻抛机蓄电池自动充电；嵌入式工控机包括行为决策单元，行为决策单元由生产预案软件模块、自动导航软件模块、自动充电软件模块及防撞保护软件模块组成，用于实现土壤翻抛机的任务规划、路径引导、翻抛作业、自动充电及安全防护功能。用户终端包括有移动终端和无线局域网，用于技术人员远程控制翻抛解析设备，并接收作业日志和警报信息。作为一种优选的技术方案，土壤翻抛机采用蓄电池动力，具备对条垛状土壤翻抛解析、粉碎及投放药剂等功能；所述土壤翻抛机兼具有人驾驶操作装置，土壤翻抛机可以在自动导航和有人驾驶模式之间切换；土壤翻抛机通过有人驾驶模式进入施工现场，之后进入自动导航模式；作为一种优选的技术方案，通讯总线单元采用can-bus总线，连接嵌入式工控机与各功能单元的传感器和控制器；作为一种优选的技术方案，磁导航单元磁条轨迹为根据预先规划的导航路径，在密闭翻抛车间底部混凝土层上敷设的柔性磁条；磁条位置位于土壤条垛之间的行车路径上，整个车间平面磁条轨迹成梳状闭合结构；磁条宽度30～50mm，地坪混凝土施工时将磁条预埋于混凝土层下10mm处；磁导航传感器安装于土壤翻抛机机架引向地面的连接杆顶端，工作于磁条正上方50～100mm高度处；作为一种优选的技术方案，运动控制单元通过通讯总线，接收行为决策单元发出的控制指令，并向行为决策单元反馈指令执行结果；作为一种优选的技术方案，防撞保护单元采用超声波测距雷达，安装于土壤翻抛机机架上端，测距量程优于10m，精度优于0.1m；行为决策单元根据超声波雷达采集的距离信息，判断土壤翻抛机与密闭翻抛车间棚壁之间是否处于安全距离内，出现紧急情况下发出土壤翻抛机制动指令，同时以声光和无线通讯报警的形式，通知生产安全人员；作为一种优选的技术方案，自动充电单元在翻抛作业间歇期间，或者蓄电池电压低于安全值时，完成土壤翻抛机蓄电池自动充电；作为一种优选的技术方案，行为决策单元运行于嵌入式工控机，采用VB或VC可视化语言编写；嵌入式工控机通过无线局域网与用户终端相连，接收用户终端发来的土壤翻抛机参数设置指令，并将作业日志及警报信息发送给用户终端；同时，嵌入式工控机还连接有触摸显示器，也可以通过触摸显示器设置土壤翻抛机控制指令；所述的生产预案软件模块，将挥发性有机污染土壤治理涉及的工艺和流程，信息化为行为决策软件生产预案参数；作为一种优选的技术方案，所述的用户终端可以是安装有用户终端软件、带有无线通讯功能的的平板电脑，或者手机等常用移动通讯设备。本专利技术的优点在于：与人工操作或者自走式土壤翻抛解析设备相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛设备，其特征在于：包括有土壤翻抛机、通讯总线单元、磁导航单元、运动控制单元、防撞保护单元、自动充电单元、嵌入式工控机和用户终端，其中：所述的土壤翻抛机，包括有蓄电池、电动翻抛机及药剂投料装置，用于对密闭翻抛车间内堆放的污染土壤，进行翻抛、破碎及药剂投料作业，实现加快土壤中有机污染物脱附速率的目的；所述的通讯总线单元，用于通讯总线单元、磁导航单元、运动控制单元、防撞保护单元、自动充电单元、嵌入式工控机之间的数据通讯与控制；所述的磁导航单元，包括有磁条轨迹和磁导航传感器，用于感知土壤翻抛机的实际行走轨迹是否偏离磁条轨迹，为行为决策单元提供行驶环境数据，实现土壤翻抛机运行路径的寻磁导航功能；所述的运动控制单元，包括有土壤翻抛机动力舵机控制器、方向舵机控制器、投料控制器以及翻抛滚筒控制器，用于对土壤翻抛机动力、转向、滚筒及投料装置的自动控制；所述的防撞保护单元，包括有测距雷达、雷达信号处理器以及报警模块，用于土壤翻抛机自动导航安全冗余措施；所述的自动充电单元，包括有蓄电池电压监测、充电对接模块和充电站，用于土壤翻抛机蓄电池自动充电；所述的嵌入式工控机包括行为决策单元，行为决策单元由生产预案软件模块、自动导航软件模块、自动充电软件模块及防撞保护软件模块组成，用于实现土壤翻抛机的任务规划、路径引导、翻抛作业、自动充电及安全防护功能；所述用户终端，包括有移动终端和无线局域网，用于技术人员远程遥控翻抛解析设备，并接收作业日志和警报信息。...

【技术特征摘要】
1.一种用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛设备，其特征在于：包括有土壤翻抛机、通讯总线单元、磁导航单元、运动控制单元、防撞保护单元、自动充电单元、嵌入式工控机和用户终端，其中：所述的土壤翻抛机，包括有蓄电池、电动翻抛机及药剂投料装置，用于对密闭翻抛车间内堆放的污染土壤，进行翻抛、破碎及药剂投料作业，实现加快土壤中有机污染物脱附速率的目的；所述的通讯总线单元，用于通讯总线单元、磁导航单元、运动控制单元、防撞保护单元、自动充电单元、嵌入式工控机之间的数据通讯与控制；所述的磁导航单元，包括有磁条轨迹和磁导航传感器，用于感知土壤翻抛机的实际行走轨迹是否偏离磁条轨迹，为行为决策单元提供行驶环境数据，实现土壤翻抛机运行路径的寻磁导航功能；所述的运动控制单元，包括有土壤翻抛机动力舵机控制器、方向舵机控制器、投料控制器以及翻抛滚筒控制器，用于对土壤翻抛机动力、转向、滚筒及投料装置的自动控制；所述的防撞保护单元，包括有测距雷达、雷达信号处理器以及报警模块，用于土壤翻抛机自动导航安全冗余措施；所述的自动充电单元，包括有蓄电池电压监测、充电对接模块和充电站，用于土壤翻抛机蓄电池自动充电；所述的嵌入式工控机包括行为决策单元，行为决策单元由生产预案软件模块、自动导航软件模块、自动充电软件模块及防撞保护软件模块组成，用于实现土壤翻抛机的任务规划、路径引导、翻抛作业、自动充电及安全防护功能；所述用户终端，包括有移动终端和无线局域网，用于技术人员远程遥控翻抛解析设备，并接收作业日志和警报信息。2.根据权利要求1所述的用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛设备，其特征在于：所述的土壤翻抛机采用蓄电池动力，具备对条垛状土壤翻抛解析、粉碎及投放药剂功能；所述土壤翻抛机兼具有人驾驶操作装置，土壤翻抛机可以在自动导航和有人驾驶模式之间切换；土壤翻抛机通过有人驾驶模式进入施工现场，之后进入自动导航模式。3.根据权利要求1所述的用于挥发性有机污染土壤治理的自动导航智能翻抛设备，其特征在于：所述的通讯总线单元采用can-bus总线，连接嵌入式工控机与各功能单元的传感器和控制器。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯广宇，
申请(专利权)人：中科院合肥技术创新工程院，
类型：发明
国别省市：安徽,34