CN104016139A - 一种悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机防撞控制方法 - Google Patents

Abstract

一种悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机防撞控制方法，包括以下步骤：悬臂堆料机PLC获取其纵向位置状态和悬臂的俯仰角度状态，桥式双斗轮取料机PLC获取其纵向位置状态和最高点与轨道（2）之间的横向距离，以上数据信息通过工业网络发送至中控PLC；中控单元PLC计算两设备之间的纵向距离；并与纵向最小安全距离进行比较，大于安全距离时，发送系统正常信号；小于安全距离时，中控单元PLC计算出悬臂堆料机通过桥式双斗轮取料机需要俯仰的最小角度；并比较当前悬臂的俯仰角度与的大小；当时，发送系统正常信号；当时，中控单元PLC向悬臂堆料机的PLC发送增加其俯仰角的指令或向桥式双斗轮取料机发送其小车向远离悬臂堆料机方向运动的指令。

Description

一种悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机防撞控制方法

技术领域

本发明涉及散状物料堆取料作业设备运行控制技术领域，尤其涉及一种悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机之间的防撞控制方法。

背景技术

悬臂堆料机是一种大型高效散状物料堆料作业设备，广泛应用于港口、码头、矿山、冶金、水泥、发电等领域的散状物料存储场。正常工作时，悬臂堆料机的悬臂处于水平位置，悬臂与轨道成90度。

桥式双斗轮取料机主要由一个像桥式起重机的金属架构和一个带斗轮的运行小车组成。取料过程是通过小车的横向运行和斗轮旋转实现的。

如图1所示，在大型料场3存在用悬臂堆料机6进行堆料作业和用桥式双斗轮取料机5进行取料混合作业的情况。在作业时，悬臂堆料机6会到桥式双斗轮取料机5的另外一侧工作，即进行工作位置变换。由于悬臂堆料机6的悬臂较长（长达几十米）所以存在极大的碰撞的风险。一旦发生碰撞会导致经济损失和人员伤亡事故。

目前悬臂堆料机6和桥式双斗轮取料机5的防撞控制都是凭人工操作，人工操作的主要方法有：

方法一是先将悬臂堆料机6运行至远离桥式双斗轮取料机5的地方,将悬臂回转至与轨道1重合来避免发生碰撞；

方法二是当悬臂堆料机和桥式双斗轮取料机距离很近时，人为增大悬臂堆料机的俯仰角，或者使桥式双斗轮取料机的小车4运行至远离到悬臂堆料机的位置来进行防碰撞。

现有技术存在以下不足：

其中方法一要求悬臂堆料机运行至远离桥式取料机的地方才进行回转，当空间有限时，悬臂堆料机则不能运行至足够远的地方使悬臂回转至与轨道重合；另外部分悬臂堆料机设计为不能回转机型时，该方法具有一定的局限性；

人工控制时，悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机的换位操作取决于操作工的经验和判断能力，操作员的视野对防撞控制影响很大。操作人员的情绪、状态乃至天气状况都有可能引起误操作，易造成悬臂堆料机和桥式双斗轮取料机发生碰撞事故。

由于人力资源成本逐步升高，为提高工作效益，降低生产成本，无人化料场是未来发展的趋势。无人化料场控制的关键是在无人操作的情况下既能进行正常的作业，又能保证堆料机和取料机在运行中不发生碰撞事故，从安全角度，需采用自动防撞技术。因此对悬臂取料机和桥式双斗轮取料机的自动防撞方法进行研究具有重要意义。

发明内容

针对现有料场堆取料机防撞控制方法的不足，本发明解决的技术问题在于：提供一种悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机防撞控制方法，提高了系统防碰撞的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提供的悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机防撞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC分别通过各自的走行编码器获取各自在水平面上投影的纵向位置状态，纵向位置状态数据信息通过工业网络发送至中控单元PLC；悬臂堆料机PLC通过俯仰角度编码器获取悬臂的俯仰角度状态，俯仰角度状态数据信息通过工业网络发送至中控单元PLC；桥式双斗轮取料机PLC通过机上小车走行编码器，获取桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影与桥式双斗轮取料机近悬臂堆料机端轨道之间的距离，距离数据信息通过工业网络发送至中控PLC；

2）中控单元PLC通过公式                                                计算悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机之间的纵向距离；并与纵向最小安全距离进行比较，当时，中控单元PLC向悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC发送系统正常信号；当时，则按以下步骤进行处理：

3）中控单元PLC通过公式计算桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影，与悬臂堆料机的悬臂和回转中心的交点在水平地面上的投影之间的横向距离；通过公式  计算出悬臂堆料机通过桥式双斗轮取料机需要俯仰的最小角度；并比较当前悬臂堆料机的俯仰角度与的大小；当时，中控PLC向悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC发送系统正常信号；当时，比较是否小于15°（悬臂堆料机的悬臂的俯仰角度范围为-15°至+15°），如果是则中控PLC向悬臂堆料机PLC发送增加悬臂俯仰角指令，然后再进行本步骤；如果，则中控单元PLC向桥式双斗轮取料机PLC发送桥式双斗轮取料机的小车向远离悬臂堆料机方向运动的指令，然后再进行本步骤，至中控PLC向悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC发送系统正常信号；

其中：

为中控单元PLC获得的悬臂堆料机走行编码器纵向位置数据，单位m；

为中控单元PLC获得的桥式双斗轮取料机走行编码器纵向位置数据，单位m；

Y为悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机之间的纵向距离，单位m；

X为桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影，与悬臂堆料机的悬臂和回转中心的交点在水平地面上的投影之间的横向距离，单位m；

X₁为悬臂堆料机悬臂和回转中心的交点在水平地面上的投影所在的直线与桥式双斗轮取料机近悬臂堆料机端轨道之间的横向距离，单位m；

X₂为桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影E与桥式双斗轮取料机近悬臂堆料机端轨道2之间的横向距离，单位m；

Z₁为悬臂堆料机悬臂和回转中心的交点距水平地面的高度，单位m；

Z₂为桥式双斗轮取料机最高点距水平地面的高度，单位m。

本发明带来的有益效果：目前的控制方法悬臂堆料机和桥式双斗轮取料机的控制都是由各自设备上的PLC单独控制，两台设备之间没有直接的信息交互，不知道对方的状态，容易造成碰撞的发生。本发明提供的技术方案引入中控单元PLC，中控单元PLC通过工业网络与悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC进行信息交互，获取两台设备的运行状态信息，并且在中控PLC中实现防撞控制算法，根据控制算法的结果向悬臂堆料机PLC或者桥式双斗轮取料机PLC发送控制信息，最终使得悬臂堆料机和桥式双斗轮取料机在运行中不发生碰撞。该方法在能提高了系统的可靠性，避免了人为因素导致的误碰撞。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是料场悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机在水平面上的投影位置示意图；

图2是料场悬臂堆料机和桥式双斗轮取料机俯视简化示意图；

图3是料场悬臂堆料机和桥式双斗轮取料机的主视简化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图3所示，料场3的悬臂堆料机6和桥式双斗轮取料机5设有各自的PLC（可编程逻辑控制器），料场还设有中控单元PLC（可编程逻辑控制器）、各自的走行编码器，悬臂堆料机还设有悬臂俯仰角度编码器，桥式双斗轮取料机机上小车设有走行编码器。中控单元PLC通过工业网络与悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC进行信息交互，获取两台设备的运行状态信息，并且在中控PLC中实现防撞控制算法，根据控制算法的结果向悬臂堆料机PLC或者桥式双斗轮取料机PLC发送控制信息，最终使得悬臂堆料机和桥式双斗轮取料机在运行中不发生碰撞。

将料场中悬臂堆料机6和桥式双斗轮取料机5进行简化，其俯视图简化图如图2所示，其主视简化图如图3所示。图2，图3中的B处为桥式斗轮取料机5中可能与悬臂堆料机6可能发生碰撞的最高点。定义悬臂堆料机的俯仰角度在臂架为水平方向时为0°；臂架往上仰，俯仰角度为正；臂架向下俯，俯仰角度为负。悬臂堆料机的俯仰角在-15°到+15°之间，即。图中的表示悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机在水平面上投影的纵向位置差，悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机在水平面上投影的纵向距离通过公式（1）计算：

                           (1)

公式中的为中控单元PLC获得的悬臂堆料机走行编码器纵向位置数据，单位m； 为中控单元PLC获得的桥式双斗轮取料机走行编码器纵向位置数据，单位m。

图3中A点表示斗轮堆取料机的悬臂与回转中心的交点，D表示A点垂直到水平地面的点，为悬臂堆料机悬臂和回转中心的交点距水平地面的高度，单位m。B点为桥式双斗轮取料机的最高点，E为B点垂直到地的点，为桥式双斗轮取料机最高点距水平地面的高度，单位m。为斗轮堆取料机的悬臂与回转中心的交点与桥式双斗轮取料机的最高点在水平地面上的投影之间的横向距离，它有两部分组成，一部分是悬臂堆料机悬臂和回转中心的交点在水平地面上的投影所在的直线1与桥式双斗轮取料机近悬臂堆料机端轨道2之间的横向距离，这段距离为固定值；另外一部分是桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影E与桥式双斗轮取料机近悬臂堆料机端轨道2之间的横向距离。斗轮堆取料机的悬臂与回转中心的交点与桥式双斗轮取料机的最高点在水平地面上的投影之间的横向距离，按公式（2）计算：

                             （2）

公式中 的单位都是m。

是已知的固定值。可通过桥式双斗轮取料机5的小车4的走行编码器获得。表示悬臂堆取料机的臂架要通过桥式双斗轮取料机而不发生碰撞需要的最小俯仰角度，按公式（3）计算： 

                     (3)

公式中的单位为度，的单位为m。，可通过悬臂堆料机和桥式双斗轮取料机的机械参数获得，也是一个已知的固定值。

悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机在水平面上投影的最小纵向安全距离为，该值根据实际的经验获得，为固定值。当时，则悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机运行在安全范围之内，不会发生碰撞。当则需要通过比较当前时刻悬臂堆料机的实际俯仰角与的大小来确定悬臂堆料机是否能够安全通过桥式双斗轮取料机实现换位而不会发生碰撞，当前时刻悬臂堆料机的实际俯仰角由悬臂堆料机PLC通过其俯仰角度编码器获取，并通过工业网络发送至中控单元PLC。

悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机防撞控制方法如下：

启动堆、取料机防撞控制系统，系统进行初始化与自检后，运行如下步骤：

1）悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC分别通过各自的走行编码器获取各自在水平面上投影的纵向位置状态，纵向位置状态数据信息通过工业网络发送至中控单元PLC；悬臂堆料机PLC通过俯仰角度编码器获取悬臂堆料机的俯仰角度状态，俯仰角度状态数据信息通过工业网络发送至中控单元PLC；桥式双斗轮取料机PLC通过机上小车走行编码器，获取桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影E与桥式双斗轮取料机近悬臂堆料机端轨道2之间的距离，距离数据信息通过工业网络发送至中控PLC；

2）中控单元PLC通过公式计算悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机之间的纵向距离；并与纵向最小安全距离进行比较，当时，中控单元PLC向悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC发送系统正常信号；当时，则按以下步骤进行处理：

3）中控单元PLC通过公式计算桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影，与悬臂堆料机的悬臂和回转中心的交点在水平地面上的投影之间的横向距离；通过公式  计算出悬臂堆料机通过桥式双斗轮取料机需要俯仰的最小角度；并比较当前悬臂堆料机的俯仰角度与的大小；当时，中控PLC向悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC发送系统正常信号；当时，比较是否小于15°，如果是则中控PLC向悬臂堆料机PLC发送增加悬臂俯仰角指令，然后再进行本步骤；如果，则中控单元PLC向桥式双斗轮取料机PLC发送桥式双斗轮取料机的小车向远离悬臂堆料机方向运动的指令，然后再进行本步骤，至中控PLC向悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC发送系统正常信号。

通过以上的这些步骤可有效地避免悬臂堆料机和桥式双斗轮取料在运行时发生碰撞。

显然，本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明权利要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机防撞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC分别通过各自的走行编码器获取各自在水平面上投影的纵向位置状态，纵向位置状态数据信息通过工业网络发送至中控单元PLC；悬臂堆料机PLC通过俯仰角度编码器获取悬臂的俯仰角度状态，俯仰角度状态数据信息通过工业网络发送至中控单元PLC；桥式双斗轮取料机PLC通过机上小车走行编码器，获取桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影与桥式双斗轮取料机近悬臂堆料机端轨道（2）之间的距离，距离数据信息通过工业网络发送至中控PLC；

2）中控单元PLC通过公式                                               计算悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机之间的纵向距离；并与纵向最小安全距离进行比较，当时，中控单元PLC向悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC发送系统正常信号；当时，则按以下步骤进行处理：

3）中控单元PLC通过公式计算桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影，与悬臂堆料机的悬臂和回转中心的交点在水平地面上的投影之间的横向距离；通过公式  计算出悬臂堆料机通过桥式双斗轮取料机需要俯仰的最小角度；并比较当前悬臂堆料机的俯仰角度与的大小；当时，中控PLC向悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC发送系统正常信号；当时，比较是否小于15°，如果是则中控PLC向悬臂堆料机PLC发送增加悬臂俯仰角指令，然后再进行本步骤；如果，则中控单元PLC向桥式双斗轮取料机PLC发送桥式双斗轮取料机的小车向远离悬臂堆料机方向运动的指令，然后再进行本步骤，至中控PLC向悬臂堆料机PLC和桥式双斗轮取料机PLC发送系统正常信号；

其中：

为中控单元PLC获得的悬臂堆料机走行编码器纵向位置数据，单位m；

为中控单元PLC获得的桥式双斗轮取料机走行编码器纵向位置数据，单位m；

Y为悬臂堆料机与桥式双斗轮取料机在水平面上投影的纵向距离，单位m；

X为桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影，与悬臂堆料机的悬臂和回转中心的交点在水平地面上的投影之间的横向距离，单位m；

X₁为悬臂堆料机悬臂和回转中心的交点在水平地面上的投影所在的直线（1）与桥式双斗轮取料机近悬臂堆料机端轨道（2）之间的横向距离，单位m；

X₂为桥式双斗轮取料机最高点在水平地面上的投影（E）与桥式双斗轮取料机近悬臂堆料机端轨道（2）之间的横向距离，单位m；

Z₁为悬臂堆料机悬臂和回转中心的交点距水平地面的高度，单位m；

Z₂为桥式双斗轮取料机最高点距水平地面的高度，单位m。