CN104386504A - 一种悬臂堆取料机防撞控制方法 - Google Patents

一种悬臂堆取料机防撞控制方法 Download PDF

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Abstract

一种悬臂堆取料机防撞控制方法，包括以下步骤：相邻轨道上的第一台悬臂堆取料机和第二台悬臂堆取料机的PLC通过回转角度编码器获取两悬臂堆取料机的回转角度；第一台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x1，y1）；第二台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x2，y2）；中控PLC通过工业网络与相邻两悬臂堆取料机PLC进行信息交互，获取两台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的位置信息和回转角度信息；中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的两台悬臂堆取料机PLC发送控制信息；两台悬臂堆取料机PLC根据接收到的控制信息分别控制对应的悬臂堆取料机避免发生碰撞。

Description

一种悬臂堆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取料机防撞控制方法。
背景技术
悬臂堆取料机是一种大型高效散状物料堆取料作业设备，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。在大型钢铁企业和大型矿石码头存在的巨型堆料场，需多台设备同时进行堆取料的作业，堆取料作业过程中悬臂经常需要回转，而悬臂堆取料机的悬臂较长，多台设备同时进行作业存在极大的碰撞风险。一旦发生碰撞会导致经济损失和人员伤亡事故，因此对悬臂堆取料机的防撞控制方法进行研究具有重要意义。
另外由于人力等成本的提高，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，又能保证堆料和取料过程中不发生碰撞事故，从安全角度，需采用自动防撞技术。
现有的防撞控制方法主要有以下两种：
方法一：通过人工控制，当操作人员发现两台悬臂堆取料机的距离很近时，采取措施使一台悬臂斗轮堆取料机远离另外一台堆取料机。
方法二：通过求取两台悬臂堆取料机悬臂前端之间的距离作为依据来进行防撞，或者是在三维立体空间中实时求取两台堆取料机的最近距离作为防撞依据。
现有技术存在以下不足：
人工或半自动化控制的料场堆取料机的防撞控制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；堆取料机在堆取料的作业中，受操作人员的情绪、状态乃至天气状况都有可能引起误操作，造成料场中两台堆取料机发生碰撞事故。
对于相邻两条轨道上的悬臂堆取料机的防撞，现有的方法有的是建立三维数学模型进行分析，这种方法需要求偏导、解多元方程，算法复杂、计算量大、实际应用起来十分困难；有的只是简单的求取两台堆取料机的臂架前端斗轮之间的距离大于安全距离，来保证堆取料机不发生碰撞，实际上两台堆取料机的最短距离并不一定是两个斗轮之间的距离，该方法不能进行有效的报警或者停车，常导致两台堆取料机实际上发生了碰撞。
另一方面，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，又能保证堆料和取料过程中不发生碰撞事故，从安全角度，需采用自动防撞技术。
发明内容
针对现有悬臂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：提供一种悬臂堆取料机防撞控制方法，实现自动防撞，提高系统运行的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供的悬臂堆取料机防撞控制方法，包括以下步骤：相邻轨道上的第一悬臂堆取料机和第二悬臂堆取料机的PLC通过回转角度编码器获取两悬臂堆取料机的回转角度                                                ；第一悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x1，y1）；第二悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x2，y2）；中控PLC通过工业网络与相邻两悬臂堆取料机PLC进行信息交互，获取两悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的位置信息和回转角度信息；中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的两悬臂堆取料机PLC发送控制信息；悬臂堆取料机PLC根据接收到的控制信息分别控制对应的悬臂堆取料机避免发生碰撞。
作为优选方案之一，本发明提供的悬臂堆取料机防撞控制方法，所述中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的悬臂堆取料机PLC发送控制信息，包括以下步骤：
中控PLC判断公式1：是否成立，如果公式1成立，中控PLC向两悬臂堆取料机PLC发送系统正常的信号；
如果公式1不成立，则判断公式2：是否成立；
如果公式2成立则判断公式3：
和公式4：
是否同时成立；
如果公式3和公式4同时成立，则继续判断公式5：
    
和公式6：
是否同时成立；
如果公式5和公式6同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式5和公式6不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式3和公式4不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
如果公式2不成立，则判断公式7：
和公式8：
是否同时成立；
如果公式7和公式8同时成立，则继续判断公式9：
和公式10：
是否同时成立；
如果公式9和公式10同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式9和公式10不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式7和公式8不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
以上的公式中
L1为第一台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第一台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
L2为第二台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第二台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
（x1，y1）为第一台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
（x2，y2）为第二台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
R1为以悬臂前端点为圆心，设置的报警半径距离，单位为m；
R2为以悬臂前端点为圆心，设置的紧急停车半径距离,单位为m；
L为相邻两台悬臂堆取料机的两条轨道之间的距离，单位为m；
回转角度以臂架与轨道重合方向为0度，顺时针旋转的方向为正，逆时针旋转的方向为负。
作为优选方案之二，本发明提供的悬臂堆取料机防撞控制方法，所述中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的悬臂堆取料机PLC发送控制信息，包括以下步骤：
中控PLC判断公式11：是否成立，如果公式11成立，则根据公式12： 
计算交点，判断公式13：
和公式14：是否同时成立；
如果公式13和公式14同时成立,则继续判断公式13和公式15：
是否同时成立；
如果公式13和公式15同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式13和公式15不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式13和公式14不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
如果公式11不成立，根据公式16：
计算交点，则判断公式17：和公式18：
是否同时成立；
如果公式17和公式18同时成立，则继续判断公式17和公式19：
是否同时成立；
如果公式17和公式19同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式17和公式19不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式17和公式18不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
以上的公式中
L1为第一台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第一台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
L2为第二台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第二台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
（x1，y1）为第一台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
（x2，y2）为第二台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
R1为以悬臂前端点为圆心，设置的报警半径距离，单位为m；
R2为以悬臂前端点为圆心，设置的紧急停车半径距离,单位为m；
L为相邻两台悬臂堆取料机的两条轨道之间的距离，单位为m；
回转角度以臂架与轨道重合方向为0度，顺时针旋转的方向为正，逆时针旋转的方向为负；
为第一台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线和以第二台悬臂堆取料机前端点在水平面上的投影为起点作垂直于第一台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线的直线，两直线的交点的x轴坐标；
为第二台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线和以第一台悬臂堆取料机前端点在水平面上的投影为起点作垂直于第二台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线的直线，两直线的交点的x轴坐标。
作为优选方案之三，本发明提供的悬臂堆取料机防撞控制方法，所述中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的悬臂堆取料机PLC发送控制信息，包括以下步骤：
中控PLC判断公式11：是否成立，当公式11成立时，计算公式22：；
公式23：；
公式24：；
公式26：；
公式27：；
和公式28：；
当公式25：
和公式29：同时成立时，计算公式31：
；
当公式30：和公式29同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
当公式30和公式29不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
当公式25和公式29不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
当公式11不成立时，计算公式34：
公式35：
公式36：
公式37：
公式38：
和公式39：；
当公式32：
和公式33：同时成立，计算公式41：
；
当公式40：
和公式33：同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
当公式40和公式33不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
当公式32和公式33不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
以上的公式中
L1为第一台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第一台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
L2为第二台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第二台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
（x1，y1）为第一台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
（x2，y2）为第二台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
R1为以悬臂前端点为圆心，设置的报警半径距离，单位为m；
R2为以悬臂前端点为圆心，设置的紧急停车半径距离,单位为m；
L为相邻两台悬臂堆取料机的两条轨道之间的距离，单位为m；
回转角度以臂架与轨道重合方向为0度，顺时针旋转的方向为正，逆时针旋转的方向为负；
为点C2在A1B1法线上的投影位置；
为点B2在A1B1法线上的投影位置；
为A1B1在A1B1法线上的投影位置；
为点A1在B2C2法线上的投影位置；
为点B1在B2C2法线上的投影位置；
为B2C2在B2C2法线上的投影位置
为点D2在A1B1法线上的投影位置；
为点C1在A2B2法线上的投影位置；
为点B1在A2B2法线上的投影位置；
为A2B2在A2B2法线上的投影位置；
为点A2在B1C1法线上的投影位置；
为点B2在B1C1法线上的投影位置；
为B1C1在B1C1法线上的投影位置；
为点D1在A2B2法线上的投影位置。
作为进一步改进技术方案之一，本发明提供的悬臂堆取料机防撞控制方法，各步骤以0.1s的控制周期不断地循环进行。
作为进一步改进技术方案之一，在优选方案一、二、三中任一项所述的悬臂堆取料机防撞控制方法，各步骤以0.1s的控制周期不断地循环进行。
本发明带来的有益效果：方案中引入了中控PLC，实现了相邻轨道的悬臂堆取料机之间的信息交互，使得相邻轨道的两台堆取料机能做出相应的防撞动作；避免了人工控制的不确定性，提高了防撞控制的可靠性；能实现相邻轨道的悬臂堆取料机自动防撞控制，是料场无人化控制的重要组成部分。
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是实施例1第一台悬臂堆取料机进入第二台悬臂堆取料机报警区域的示意图；
图2是实施例1第二台悬臂堆取料机进入第一台悬臂堆取料机报警区域的示意图；
图3是实施例2第一台悬臂堆取料机进入第二台悬臂堆取料机报警区域的示意图；
图4是实施例2第二台悬臂堆取料机进入第一台悬臂堆取料机报警区域的示意图；
图5是实施例3第一台悬臂堆取料机进入第二台悬臂堆取料机报警和紧急停机区域的示意图；
图6是实施例3第二台悬臂堆取料机进入第一台悬臂堆取料机报警和紧急停机区域的示意图；
图7是实施例3 两条线段相交示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
将料场中相邻轨道上的悬臂堆取料机进行简化，在平面上的投影简化图如图1和图2所示。相邻轨道上的第一台悬臂堆取料机和第二台悬臂堆取料机的碰撞只能是其中一台悬臂堆取料机的前端与另外一台悬臂堆取料机的臂架相撞。当满足公式1：时，则两台悬臂堆取料机不可能发生碰撞。当时，可分为以下两种情况进行分析。当满足公式2：时，如图1所示，以第二台悬臂堆取料机的悬臂前端B2为圆心，R1为半径的圆1是第二台悬臂堆取料机的报警区域, 以R2为半径的圆2是第二台悬臂堆取料机的紧急停车区域。R1为报警距离，R 2为紧急停车距离。R 2< R 1，它们的具体值可以根据现场的实际情况进行设定。
第一台悬臂堆取料机的悬臂进入圆1时，首先与圆1相切，切点为C2，其坐标为。当第一台悬臂堆取料机进入报警区域时，必然会有线段A1B1与线段B2C2相交（相互跨立）。因此只要判断出线段A1B1与线段B2C2相交，就可以判断出第一台悬臂堆取料机的悬臂进入了第二台悬臂堆取料机的报警区域。根据矢量叉积和跨立试验的理论，当向量、在的两侧且、在两侧时线段A1B1与线段B2C2相交，
即且；
的具体数学表达形式为公式3：
的具体数学表达形式为公式4：
当第一台悬臂堆取料机继续接近第二台悬臂堆取料机，则进入了第二台悬臂堆取料机的紧急停车区域。第一台悬臂堆取料机的悬臂与圆2的切点为 D2，其坐标为：
。第一台悬臂堆取料机进入第二台悬臂堆取料机的紧急停车区域的判别条件为向量、在的两侧且、在两侧，即且。
的具体数学表达形式为公式5：
的具体数学表达形式为公式6：
当时，如图2所示，以图中第一台悬臂堆取料机的悬臂前端B1为圆心，R 1为半径的圆3是第一悬臂堆取料机的报警区域，以图中第一台悬臂堆取料机的悬臂前端B1为圆心，R 2为半径的圆4是第一悬臂堆取料机的紧急停车区域。第二台悬臂堆取料机悬臂进入圆3时，首先与圆3相切，切点为C1，其坐标为：
。因此只要判断出线段A2B2与线段B1C1相交，就可以判断出第二台悬臂堆取料机的悬臂进入了第一台悬臂堆取料机的报警区域。同理可以得到，当向量和在的两侧且和在两侧时线段A2B2与线段B1C1相交，即且；
的具体数学表达式为公式7：
的具体数学表达式为公式8：
当第二台悬臂堆取料机继续接近第一台悬臂堆取料机，则进入了第一台悬臂堆取料机的紧急停车区域。第二台悬臂堆取料机悬臂与圆4的切点为 D1，其坐标为：
。第二悬臂堆取料机进入第一悬臂堆取料机的紧急停车区域的判别条件为向量和在的两侧且和在两侧，即且；
的具体数学表达式为公式9：
的具体数学表达式为公式10：
以上的公式中，L1为第一台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；为第一台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；L2为第二台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；为第二台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；（x1，y1）为第一台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；（x2，y2）为第二台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；R1为以悬臂前端点为圆心，设置的报警半径距离，单位为m；R2为以悬臂前端点为圆心，设置的紧急停车半径距离,单位为m；L为相邻两台悬臂堆取料机的两条轨道之间的距离，单位为m；回转角度以臂架与轨道重合方向为0度，顺时针旋转的方向为正，逆时针旋转的方向为负。
相邻轨道上的第一台悬臂堆取料机和第二台悬臂堆取料机的PLC通过回转角度编码器获取两悬臂堆取料机的回转角度；第一台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x1，y1）；第二台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x2，y2）；中控PLC通过工业网络与相邻两悬臂堆取料机PLC进行信息交互，获取两台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的位置信息和回转角度信息；中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的两台悬臂堆取料机PLC发送控制信息；悬臂堆取料机PLC根据接收到的控制信息控制两悬臂堆取料机避免发生碰撞。所述中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的悬臂堆取料机PLC发送控制信息，包括以下步骤：
中控PLC判断公式1是否成立，如果公式1成立，中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发送系统正常的信号；如果公式1不成立，则判断公式2是否成立；如果公式2成立则判断公式3和公式4是否同时成立；如果公式3和公式4同时成立，则继续判断公式5和公式6是否同时成立；如果公式5和公式6同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；如果公式5和公式6不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；如果公式3和公式4不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；如果公式2不成立，则判断公式7和公式8是否同时成立；如果公式7和公式8同时成立，则继续判断公式9和公式10是否同时成立；如果公式9和公式10同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；如果公式9和公式10不同时成立，则中控PLC向两悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；如果公式7和公式8不同时成立，则中控PLC向悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号。
实施例2：
第一台悬臂堆取料机、第二台悬臂堆取料机在水平面上的投影如图3所示。悬臂堆取料机的悬臂较长，相邻轨道上的两台悬臂堆取料机的臂长之和大于相邻轨道之间的距离。因此在正常的堆取料作业中，存在两台悬臂堆取料机发生碰撞的风险。当相邻轨道上的两台悬臂堆取料机的发生碰撞时只能是其中一台悬臂堆取料机的前端与另外一台悬臂堆取料机的臂架相撞。
当满足公式11：时，如图3所示，A1，A2分别为第一台悬臂堆取料机、第二台悬臂堆取料机的回转中心在水平面上的投影点；B1，B2分别为第一台悬臂堆取料机、第二台悬臂堆取料机的臂架最前端在水平面上的投影点。
以第二台悬臂堆取料机的悬臂前端B2为圆心，R1为半径的圆1是第二台悬臂堆取料机的报警区域, 以R 2为半径的圆2是第二台悬臂堆取料机的紧急停车区域。R1为报警距离，R 2为紧急停车距离。R 2< R 1，它们的数值根据现场的实际情况进行设定。
以B2点为起点，做垂线与线段A1B1垂直，与圆1的交点为C2，其坐标为：。与圆2的交点为 D4，其坐标为：
。当第一台悬臂堆取料机进入报警区域时，线段A1B1与线段B2C2相交；当第一台悬臂堆取料机远离报警区域时，线段A1B1与线段B2C2不相交。判断出线段A1B1与线段B2C2相交，就可以判断出第一台悬臂堆取料机的悬臂进入了第台二悬臂堆取料机的报警区域。判断线段A1B1与线段B2C2是否相交，可通过判断线段A1B1， B2C2所在的直线的交点是否同时在线段 A1B1， B2C2上，如果在说明两条线段相交，如果不在说明两条线段不相交。
点 A1的坐标为，点 B1的坐标为，线段 A1B1所在的直线的方程为。点 B2的坐标为，点 C2的坐标为，线段B2C2所在的直线的方程为。两条直线的交点的x轴坐标为公式12：
当同时满足公式13：
公式14：时说明线段A1B1与线段B2C2相交，即说明第一台悬臂堆取料机进入第二台悬臂堆取料机的报警区域。
同理第一台悬臂堆取料机进入第二台悬臂堆取料机的紧急停车区域的判别条件为A1B1与线段B2D4相交。线段 A1B1所在的直线和线段 B2D4所在的直线的交点x轴坐标为。
当同时满足公式13和公式15：时说明线段A1B1与线段B2D4相交,即说明第一台悬臂堆取料机进入第二台悬臂堆取料机的紧急停车区域。
当不满足公式11，时,如图4，以第一台悬臂堆取料机的悬臂前端B1为圆心， R 1为半径的圆3是第一台悬臂堆取料机的报警区域， R 2为半径的圆4是第一台悬臂堆取料机的紧急停车区域。以B1点为起点，做垂线与线段A2B2垂直，与圆3的交点为C1，其坐标为。与圆4的交点为 D3，其坐标为。当第二台悬臂堆取料机进入第一台悬臂堆取料机报警区域时，必然会有线段A2B2与线段B1C1相交。
线段 A2B2所在的直线的方程为。线段 B1C1所在的直线的方程为。线段 A2B2所在的直线和线段 B1C1所在的直线的交点x轴坐标为公式16：
当同时满足公式17：和公式18：
时说明线段A2B2与线段B1C1相交，即第二台悬臂堆取料机进入第一台悬臂堆取料机的报警区域。
同理第二台悬臂堆取料机进入第一悬臂堆取料机的紧急停车区域的判别条件为A2B2与线段B1D3相交。线段 A2B2所在的直线和线段 B1D3所在的直线的交点x轴坐标为。
当同时满足公式17和公式19：时说明线段A2B2与线段B1D3相交,即第二台悬臂堆取料机进入第一台悬臂堆取料机的紧急停车区域。
以上的公式中L1为第一台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；为第一台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；L2为第二悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；为第二台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；（x1，y1）为第一台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；（x2，y2）为第二台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；R1为以悬臂前端点为圆心，设置的报警半径距离，单位为m；R2为以悬臂前端点为圆心，设置的紧急停车半径距离,单位为m；L为相邻两悬臂堆取料机的两条轨道之间的距离，单位为m；回转角度以臂架与轨道重合方向为0度，顺时针旋转的方向为正，逆时针旋转的方向为负；为第一台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线A1B1和以第二台悬臂堆取料机前端点B2在水平面上的投影为起点作垂直于第一台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线A1B1的直线，两直线的交点的x轴坐标；为第二台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线A2B2和以第一台悬臂堆取料机前端点B1在水平面上的投影为起点作垂直于第二台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线A2B2的直线，两直线的交点的x轴坐标。
相邻轨道上的第一台悬臂堆取料机和第二悬臂堆取料机的PLC通过回转角度编码器获取两悬臂堆取料机的回转角度；第一台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x1，y1）；第二台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x2，y2）；中控PLC通过工业网络与相邻两悬臂堆取料机PLC进行信息交互，获取两悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的位置信息和回转角度信息；中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的两悬臂堆取料机PLC发送控制信息；悬臂堆取料机PLC根据接收到的控制信息控制两悬臂堆取料机避免发生碰撞。所述中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的悬臂堆取料机PLC发送控制信息，包括以下步骤：
中控PLC判断公式11是否成立，如果公式11成立，则根据公式12计算交点，判断公式13和公式14是否同时成立；如果公式13和公式14同时成立,则继续判断公式13和公式15是否同时成立；如果公式13和公式15同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式13和公式15不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式13和公式14不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
如果公式11不成立，根据公式16计算交点，判断公式17和公式18是否同时成立；
如果公式17和公式18同时成立，继续判断公式17和公式19：是否同时成立；
如果公式17和公式19同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式17和公式19不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式17和公式18不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号。
实施例3：
第一台悬臂堆取料机、第二台悬臂堆取料机在水平面上的投影如图5所示。悬臂堆取料机的悬臂较长，相邻轨道上的两台悬臂堆取料机的臂长之和大于相邻轨道之间的距离。因此在正常的堆取料作业中，存在两台悬臂堆取料机发生碰撞的风险。当相邻轨道上的两台悬臂堆取料机的发生碰撞时只能是其中一台悬臂堆取料机的前端与另外一台悬臂堆取料机的臂架相撞。
如图5所示，A1为第一台悬臂堆取料机的悬臂与回转中心的交点在水平面上的投影，其坐标为。B1为第一台悬臂堆取料机的悬臂最前端在水平面上的投影。 A2为第二台悬臂堆取料机的悬臂与回转中心的交点在水平面上的投影, 其坐标为。B2为第二台悬臂堆取料机的悬臂最前端在水平面上的投影。相邻轨道上的堆取料机的防撞只能是其中一台悬臂堆取料机的臂架前端与另外一台悬臂堆取料机的臂架发生碰撞。
当时，如图5所示，以B2为圆心，绘制以R1为半径的圆1，以R2为半径的圆2，R1是悬臂堆取料机的报警距离，R2是悬臂堆取料机的紧急停车距离。R 2< R 1，它们的数值可以根据现场的实际情况进行设定。
圆1是第二台悬臂堆取料机的报警区域，圆2为第二台悬臂堆取料机的紧急停车区域。以B2为起点做线段A1B1的垂线，与圆1的交点为C2，与圆2的交点为D2 。1号悬臂堆取料机的进入2号悬臂堆取料机的报警区域时，其悬臂A1B1与线段B2C2必然相交。第一台悬臂堆取料机的悬臂进入第二台悬臂堆取料机的紧急停车区域时，其悬臂A1B1与线段B2D2必然相交。因此通过判断线段A1B1与B2D2是否相交，得出第一台悬臂堆取料机是否进入第二台悬臂堆取料机的紧急停车区域；通过判断线段A1B1与B2C2是否相交，得出第一台悬臂堆取料机是否进入第二台悬臂堆取料机的报警区域。
线段A1B1和线段B2C2相交，需要同时满足以下两个条件，如图7所示，1）点B2和点C2在A1B1法线上的投影在A1B1在其法线上的投影的两侧；2）点A1和点B1在B2C2法线上的投影在B2C2在其法线上的投影的两侧。
A1B1的法线的方向为，点C2在A1B1法线上的投影位置为公式22：；
投影位置表示一个标量，表示投影点到法线原点之间的距离。
点B2在A1B1法线上的投影位置为公式23：
；
A1B1在A1B1法线上的投影位置为公式24：；点B2和点C2在A1B1法线上的投影在A1B1在其法线上的投影的两侧则有公式25：
 
B2C2的法线方向为，点A1在B2C2法线上的投影位置为公式26：；点B1在B2C2法线上的投影位置公式27：
；
B2C2在B2C2法线上的投影位置为公式28：
；
点A1和点B1在B2C2法线上的投影在B2C2在其法线上的投影的两侧则有公式29：
；线段A1B1和线段B2D2相交，需要同时满足公式30：和公式29、公式31：
当 时，如图6所示，以B1为圆心，绘制以R1为半径的圆3，以R2为半径的圆4，R1是悬臂堆取料机的报警距离，R2是悬臂堆取料机的紧急停车距离。圆3是第一台悬臂堆取料机的报警区域，圆4为第一台悬臂堆取料机的紧急停车区域。以B1为起点做线段A2B2的垂线，与圆3的交点为C1，与圆4的交点为D1 。同理通过判断线段A2B2与B1D1是否相交，得出第二台悬臂堆取料机是否进入第一台悬臂堆取料机的紧急停车区域；通过判断线段A2B2与B1C1是否相交，得出第二台悬臂堆取料机是否进入第一台悬臂堆取料机的报警区域。
线段A2B2和线段B1C1相交，需要同时满足以下公式32：
  和公式33：；
A2B2的法线的方向为，点C1在A2B2法线上的投影位置为公式34：
；
点B1在A2B2法线上的投影位置为公式35：
；A2B2在A2B2法线上的投影位置为公式36：；
同理可得B1C1的法线方向为，点A2在B1C1法线上的投影位置为公式37：；点B2在B1C1法线上的投影位置为公式38：
；
B1C1在B1C1法线上的投影位置为公式39：
；
线段A2B2和线段B1D1相交，需要同时满足以下公式40：和公式33
点D1在A2B2法线上的投影位置为公式42：
；
以上的公式中
L1为第一台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第一台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
L2为第二台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第二台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
（x1，y1）为第一台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
（x2，y2）为第二台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
R1为以悬臂前端点为圆心，设置的报警半径距离，单位为m；
R2为以悬臂前端点为圆心，设置的紧急停车半径距离,单位为m；
L为相邻两台悬臂堆取料机的两条轨道之间的距离，单位为m；
回转角度以臂架与轨道重合方向为0度，顺时针旋转的方向为正，逆时针旋转的方向为负；
为点C2在A1B1法线上的投影位置；
为点B2在A1B1法线上的投影位置；
为A1B1在A1B1法线上的投影位置；
为点A1在B2C2法线上的投影位置；
为点B1在B2C2法线上的投影位置；
为B2C2在B2C2法线上的投影位置
为点D2在A1B1法线上的投影位置；
为点C1在A2B2法线上的投影位置；
为点B1在A2B2法线上的投影位置；
为A2B2在A2B2法线上的投影位置；
为点A2在B1C1法线上的投影位置；
为点B2在B1C1法线上的投影位置；
为B1C1在B1C1法线上的投影位置；
为点D1在A2B2法线上的投影位置。
相邻轨道上的第一台悬臂堆取料机和第二台悬臂堆取料机的PLC通过回转角度编码器获取两悬臂堆取料机的回转角度；第一台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x1，y1）；第二台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x2，y2）；中控PLC通过工业网络与相邻两悬臂堆取料机PLC进行信息交互，获取两台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的位置信息和回转角度信息；中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的两台悬臂堆取料机PLC发送控制信息；悬臂堆取料机PLC根据接收到的控制信息控制两台悬臂堆取料机避免发生碰撞。所述中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的悬臂堆取料机PLC发送控制信息，包括以下步骤：
中控PLC判断公式11是否成立，当公式11成立时，计算公式22；公式23；公式24；公式26；公式27；和公式28；当公式25和公式29同时成立时，计算公式31；当公式30和公式29同时成立，则中控PLC向两悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；当公式30和公式29不同时成立，则中控PLC向悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；当公式25和公式29不同时成立，则中控PLC向两悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
当公式11不成立时，计算公式34；公式35；公式36；公式37；公式38；和公式39；
当公式32和公式33同时成立，计算公式41；
当公式40和公式33同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
当公式40和公式33不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
当公式32和公式33不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号。
以上实施例中，各步骤以0.1s的控制周期不断地循环进行。
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 (6)

1.一种悬臂堆取料机防撞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：相邻轨道上的第一台悬臂堆取料机和第二台悬臂堆取料机的PLC通过回转角度编码器获取两悬臂堆取料机的回转角度                                                ；第一台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x1，y1）；第二台悬臂堆取料机PLC通过GPS定位装置获取其回转中心在水平面上投影的坐标位置（x2，y2）；中控PLC通过工业网络与相邻两悬臂堆取料机PLC进行信息交互，获取两悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的位置信息和回转角度信息；中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的两悬臂堆取料机PLC发送控制信息；两台悬臂堆取料机PLC根据接收到的控制信息分别控制对应的悬臂堆取料机避免发生碰撞。
2.根据权利要求1所述的悬臂堆取料机防撞控制方法，其特征在于：所述中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的悬臂堆取料机PLC发送控制信息，包括以下步骤：
中控PLC判断公式1：是否成立，如果公式1成立，中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发送系统正常的信号；
如果公式1不成立，则判断公式2：是否成立；
如果公式2成立则判断公式3：
和公式4：
是否同时成立；
如果公式3和公式4同时成立，则继续判断公式5：
    
和公式6：
是否同时成立；
如果公式5和公式6同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式5和公式6不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式3和公式4不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
如果公式2不成立，判断公式7：
和公式8：
是否同时成立；
如果公式7和公式8同时成立，则继续判断公式9：
和公式10：
是否同时成立；
如果公式9和公式10同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式9和公式10不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式7和公式8不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
以上的公式中
L1为第一台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第一台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
L2为第二台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第二台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
（x1，y1）为第一台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
（x2，y2）为第二台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
R1为以悬臂前端点为圆心，设置的报警半径距离，单位为m；
R2为以悬臂前端点为圆心，设置的紧急停车半径距离,单位为m；
L为相邻两台悬臂堆取料机的两条轨道之间的距离，单位为m；
回转角度以臂架与轨道重合方向为0度，顺时针旋转的方向为正，逆时针旋转的方向为负。
3.根据权利要求1所述的悬臂堆取料机防撞控制方法，其特征在于：所述中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的悬臂堆取料机PLC发送控制信息，包括以下步骤：
中控PLC判断公式11：是否成立，如果公式11成立，则根据公式12： 
计算交点，判断公式13：
和公式14：是否同时成立；
如果公式13和公式14同时成立,则继续判断公式13和公式15：是否同时成立；
如果公式13和公式15同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式13和公式15不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式13和公式14不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
如果公式11不成立，根据公式16：
计算交点，则判断公式17：和公式18：
是否同时成立；
如果公式17和公式18同时成立，则继续判断公式17和公式19：
是否同时成立；
如果公式17和公式19同时成立，则中控PLC向两悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
如果公式17和公式19不同时成立，则中控PLC向两悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
如果公式17和公式18不同时成立，则中控PLC向两悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
以上的公式中
L1为第一台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第一台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
L2为第二台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第二台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
（x1，y1）为第一台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
（x2，y2）为第二台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
R1为以悬臂前端点为圆心，设置的报警半径距离，单位为m；
R2为以悬臂前端点为圆心，设置的紧急停车半径距离,单位为m；
L为相邻两台悬臂堆取料机的两条轨道之间的距离，单位为m；
回转角度以臂架与轨道重合方向为0度，顺时针旋转的方向为正，逆时针旋转的方向为负；
为第一台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线（A1B1）和以第二台悬臂堆取料机前端点（B2）在水平面上的投影为起点作垂直于第一台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线（A1B1）的直线，两直线的交点的x轴坐标；
为第二台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线（A2B2）和以第一台悬臂堆取料机前端点（B1）在水平面上的投影为起点作垂直于第二台悬臂堆取料机臂架在水平面上的投影所在直线（A2B2）的直线，两直线的交点的x轴坐标。
4.根据权利要求1所述的悬臂堆取料机防撞控制方法，其特征在于：所述中控PLC进行防撞控制计算，并根据计算结果向相邻轨道的悬臂堆取料机PLC发送控制信息，包括以下步骤：
中控PLC判断公式11：是否成立，当公式11成立时，计算公式22：；
公式23：；
公式24：；
公式26：；
公式27：；
和公式28：；
当公式25：
和公式29：同时成立时，计算公式31：
；
当公式30：和公式29同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
当公式30和公式29不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
当公式25和公式29不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
当公式11不成立时，计算公式34：
公式35：
公式36：
公式37：
公式38：
和公式39：；
当公式32：
和公式33：同时成立，计算公式41：
；
当公式40：
和公式33：同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出紧急停车信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号进行停车；
当公式40和公式33不同时成立，则中控PLC向两台悬臂堆取料机PLC发出报警信号，悬臂堆取料机PLC根据此信号做出报警提示；
当公式32和公式33不同时成立，则中控PLC向悬臂堆取料机PLC发出系统正常信号；
以上的公式中
L1为第一台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第一台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
L2为第二台悬臂堆取料机臂架的长度，单位为m；
为第二台悬臂堆取料机的回转角度，单位为度；
（x1，y1）为第一台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
（x2，y2）为第二台悬臂堆取料机回转中心在水平面上投影的坐标位置；
R1为以悬臂前端点为圆心，设置的报警半径距离，单位为m；
R2为以悬臂前端点为圆心，设置的紧急停车半径距离,单位为m；
L为相邻两台悬臂堆取料机的两条轨道之间的距离，单位为m；
回转角度以臂架与轨道重合方向为0度，顺时针旋转的方向为正，逆时针旋转的方向为负；
为点C2在A1B1法线上的投影位置；
为点B2在A1B1法线上的投影位置；
为A1B1在A1B1法线上的投影位置；
为点A1在B2C2法线上的投影位置；
为点B1在B2C2法线上的投影位置；
为B2C2在B2C2法线上的投影位置
为点D2在A1B1法线上的投影位置；
为点C1在A2B2法线上的投影位置；
为点B1在A2B2法线上的投影位置；
为A2B2在A2B2法线上的投影位置；
为点A2在B1C1法线上的投影位置；
为点B2在B1C1法线上的投影位置；
为B1C1在B1C1法线上的投影位置；
为点D1在A2B2法线上的投影位置。
5.根据权利要求1所述的悬臂堆取料机防撞控制方法，其特征在于：各步骤以0.1s的控制周期不断地循环进行。
6.根据权利要求2～4任一项所述的悬臂堆取料机防撞控制方法，其特征在于：各步骤以0.1s的控制周期不断地循环进行。
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