CN105607662B - 一种装载颗粒状物料的智能控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装载颗粒状物料的智能控制系统及控制方法，智能控制系统包括：用于采集车身信息的车身检测模块；车身检测模块包括用于检测车尾距离的第一传感器、用于检测车厢高度的第二传感器、用于检测车厢厢底高度的第三传感器；用于检测下料口高度信息的下料口检测模块；用于检测实时料位高度信息的料位检测模块；用于接收车身检测模块、下料口检测模块、料位检测模块输出信息的控制箱；控制箱内设置有可编程控制器、断路器、继电器、以及开关电源；用于存储车辆厢体内径尺寸信息、物料信息、预装载量信息的读写卡器；以及用于信息显示的显示模块。通过采用上述技术方案，本专利能够智能化地实现物料的装置过程。
Description
技术领域
本发明涉及物料装置技术领域，特别是涉及一种装载颗粒状物料的智能控制系统及控制方法。
背景技术
众所周知，矿石、水泥熟料、煤炭等小颗粒或者是粉末状的物料是人们生产过程中经常非常重要的一类资源，人类在对这类资源进行搬运或者加工使用的过程中，经常需要对其进行装载和运输，目前，传统的装载过程主要是依靠人力机械进行装载，随后利用装载车进行运输。通过长期的实践环节发现：这种传统的人力机械工作方式存在如下的缺陷：一、工作效率低，同时耗费大量的人力资源；二、现场环境恶劣，存在大量的粉尘污染，因此对现场装置工作人员存在很大的人身危害；三、工人在疲劳情况下，有时会将物料装错，有时会因此导致重大的事故发生。因此，设计开发一种能够克服上述缺陷的装载颗粒状物料的智能控制系统及控制方法显得是尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种装载颗粒状物料的智能控制系统及控制方法。该装载颗粒状物料的智能控制系统及控制方法通过多路传感器和控制箱实现对颗粒状物料的智能装载。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种装载颗粒状物料的智能控制系统，至少包括：
用于采集车身信息的车身检测模块；所述车身检测模块包括用于检测车尾距离的第一传感器、用于检测车厢高度的第二传感器、用于检测车厢厢底高度的第三传感器；
用于检测下料口高度信息的下料口检测模块；
用于检测实时料位高度信息的料位检测模块；
用于接收车身检测模块、下料口检测模块、料位检测模块输出信息的控制箱；所述控制箱内设置有可编程控制器、断路器、继电器、以及开关电源；
用于存储车辆厢体内径尺寸信息、物料信息、预装载量信息的读写卡器；
以及用于信息显示的显示模块；其中：
所述车身检测模块、下料口检测模块、料位检测模块的信号输出端子分别通过模拟量扩展模块与可编程控制器电连接；所述可编程控制器的I/O端子通过数据线分别与读写卡器、显示模块电连接。
进一步：所述第一传感器和第二传感器均为测量光幕，所述第三传感器为激光测距仪。
更进一步：所述第一传感器的型号为CM40-L1120；所述第二传感器的型号为CM20-L1040；所述第三传感器的型号为DT50-P1113。
更进一步：所述可编程控制器的型号为施耐德M218系列可编程控制器中的TM218LDA40DRN。
更进一步：所述料位检测模块为雷达料位计。
一种装载颗粒状物料的智能控制系统的控制方法，至少包括如下步骤：
步骤101、写卡，具体步骤为：向读写卡器内写入存储车辆厢体内径尺寸信息、物料信息、预装载量信息、以及车牌信息；向可编程控制器内预设料位口的目标高度；
步骤102、移车入位，具体步骤为：驱动装车至下料口下方的位置；
步骤103、读卡，具体步骤为：可编程控制器读取读写卡器内的数据信息，并将接收到的物料信息和下料口内的物料进行比对，如果两者信息相符，则执行步骤104，否则，进行报警提示；
步骤104、可编程控制器通过第二传感器和第三传感器读取车厢高度和车厢厢底高度数据；并根据车厢高度、车厢厢底高度、车辆厢体内径尺寸信息、预装载量信息判断装车模式；上述装车模式包括满载模式、标载平齐装车模式、以及标载堆形装车模式；随后计算装车参数；上述装车参数包括下料口高度和料位对比高度；
步骤105、下料口下降，根据车厢底高度将下料口下降到指定高度，在下降的过程中实时监测下料口高度；随后，打开下料口下料闸门开始放料；
步骤106、逐步提升下料口，具体步骤为：当料位距离下料口的高度小于M时，停止放料，然后提升下料口上升高度N，再次放料；当料位距离下料口的高度再次小于M时，再次停止放料，然后提升下料口上升高度N，再次放料；直至下料口的高度到达步骤104中计算出的下料口高度为止；
步骤107、步进移车，具体步骤为：当料位达到步骤104中计算出的料位对比高度时、前进或者后退车距R；然后重复步骤105和步骤106；直至装车结束。
进一步：在步骤104中，计算下料位口高度的具体的工作过程为：
对于满载的装车，下料口的高度的计算公式如下：
h3＝h1-h2；
h4＝(w-d)/2*tgα；
h＝h3+h4；其中：h为下料口高度；h1为车厢外廓高度：h2为物料高度裕量；h3为物料平层高度：h4为物料梯形高度；d为下料口直径；w为车厢宽度；α为物料堆积角。
进一步：在步骤104中，计算下料位口高度的具体的工作过程为：
对于按装载吨数进行装载的装车，当车长不大于10米，h1-h3<0.35米时，下料口高度计算公式如下：
ρ2＝a1ρ2
h4＝(w-d)/2*tgα
v1＝(d+w)*h4/2*(l-w+d)+(w-d)/2*h4/2*d+((w-d)/2)2/2*h4/3*2
t1＝v1*ρ2
v2＝(t-t1)/ρ2
h3＝h5+v2/w/l
h＝h3+h4
其中：h为下料口高度；t为预装量；ρ1为物料密度；ρ2为装载密度；a1为密度因子；h1为车厢外廓高度；h2为物料高度裕量：h3为物料平层高度：h4为物料梯形高度；d为下料口直径；w为车厢宽度；α为物料堆积角；v1为物料梯形体积；v2为物料矩形体积；t1为物料梯形重量。
进一步：在步骤104中，计算下料位口高度的具体的工作过程为：
对于按装载吨数进行装载的装车，当车长大于10米，h1-h3>0.35米时，采用分堆装料，每2米1堆；料堆高度的计算公式如下：
a1＝0.9
ρ2＝a1ρ2
h4＝w/2*tgα
t1＝t/ROUND(l/2)
t2＝πw/2*2/2*h4/3
t3＝t1-t2
h3＝h5+t3/ρ2/w/2
h＝h3+h4
其中：h为料堆高度；t为预装量：ρ1为物料密度；ρ2为装载密度；a1为密度因子；h1为车厢外廓高度；h2为物料高度裕量；h3为物料平层高度；h4为物料锥形高度；h5为车底高度；d为下料口直径；w为车厢宽度；α为物料堆积角；t1为第一堆的重量；t2为第二堆的锥形重量；t3为第三堆的矩形重量。
进一步：在步骤104中，计算料位对比高度的具体的工作过程为：
Hlt＝(h-l)*tgα
其中：Hlt为料位对比高度，h为下料口高度；d为下料口直径；α为物料堆积角；l为料位计到下料口边缘的的水平距离。
本发明具有的优点和积极效果是：
由于本专利采用了用于检测车尾距离的第一传感器，因此能够很好地保证车身准确地位于下料口的下方，保证下料过程是顺利进行；
由于本专利采用了用于检测车厢高度的第二传感器、用于检测车厢厢底高度的第三传感器；用于检测下料口高度信息的下料口检测模块；用于检测料位高度信息的料位检测模块；用于接收车身检测模块、下料口检测模块、料位检测模块输出信息的控制箱；因此在装载之前，能够精确地计算出车辆装载的信息，为后续的装载过程提供可靠的数据信息；在装载的过程中，能够准确地计算出装置的进度，同时，当装载到预设高度时，能够及时地停止装载工序，防止过载；
由于本专利采用了用于存储车辆厢体内径尺寸信息、物料信息、预装载量信息的读写卡器，因此能够对读写卡器内的物料信息和准备装载的物料信息进行比对，防止误载。
由于本专利中的各个零部件均为比较成熟的电子元器件，因此采购，组装都比较方便。
附图说明：
图1是本发明优选实施例的电路原理图；
图2是本发明优选实施例的整体结构图，主要用于体现各个部件之间的位置关系；
图3是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于体现下料口及车厢之间的关系；
图4是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于体现车厢尾部的参数信息；
图5是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于多堆装载时的物料堆信息；
图6是本发明优选实施例的局部电路图，主要用于体现控制箱电源配置信息；
图7是本发明优选实施例的局部电路图，主要用于体现控制箱开关量信号信息；
图8是本发明优选实施例的局部电路图，主要用于体现控制箱与读卡器和显示屏通信链路信息；
图9是本发明优选实施例的局部电路图，主要用于控制箱模拟量信号信息；
图10是本发明优选实施例的局部电路图，主要用于控制箱模拟量信号信息；
其中：1、第二传感器；2、雷达料位计；3、下料口；4、第一激光测距传感器；5、第二激光测距传感器；6、第一传感器；7、报警器；8、显示模块；9、读写卡器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1和图2，一种装载颗粒状物料的智能控制系统，包括：
用于采集车身信息的车身检测模块；所述车身检测模块包括用于检测车尾距离的第一传感器6、用于检测车厢高度的第二传感器1、用于检测车厢厢底高度的第三传感器；该第三传感器为图2中的第二激光测距传感器5；上述车尾距离指的是下料口到车身尾部的最短距离，车身尾部一般为平面，此处指的是一个点到面的垂直距离。车厢高度指的是车厢上表面距离地面的高度。
用于检测下料口3高度信息的下料口检测模块；该下料口检测模块为第一激光测距传感器4；
用于检测实时料位高度信息的料位检测模块；该料位检测模块优选雷达料位计2；
用于接收车身检测模块、下料口检测模块、料位检测模块输出信息的控制箱；所述控制箱内设置有可编程控制器、断路器、继电器、以及开关电源；
用于存储车辆厢体内径尺寸信息、物料信息、预装载量信息的读写卡器9；
以及用于信息显示的显示模块8；其中：
所述车身检测模块、下料口检测模块、料位检测模块的信号输出端子分别通过模拟量扩展模块与可编程控制器电连接；所述可编程控制器的I/O端子通过数据线分别与读写卡器、显示模块、报警器7电连接.
所述第一传感器和第二传感器均为测量光幕，所述第三传感器为激光测距仪。
请参阅图6至图10，所述第一传感器的型号为CM40-L1120；所述第二传感器的型号为CM20-L1040；所述第三传感器的型号为DT50-P1113。
所述可编程控制器的型号为施耐德M218系列可编程控制器中的TM218LDA40DRN。
所述料位检测模块为雷达料位计。
请参阅图1至图5：
一种装载颗粒状物料的智能控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤101、向读写卡器内写入存储车辆厢体内径尺寸信息、物料信息、预装载量信息；向可编程控制器内预设料位口的目标高度和下料口直径；
步骤102、驱动装车至下料口下方的位置，在次步骤中，随后第二传感器和第三传感器开始工作，并将检测到的数据发送给可编程控制器；
步骤103、可编程控制器读取读写卡器内的数据信息，并将接收到的物料信息和下料口内的物料进行比对，如果两者信息相符，则执行步骤104，否则，进行报警提示；
步骤104、下料口开启，即开始向车辆厢体内装载物料，在此过程中，可编程控制器需要实时计算料位口的高度，当料位口的目标高度到达预设值，且下料口直径达到预设值时，则关闭出料口，否则继续装置物料；在装置物料时，第一传感器需要实时或者定时采集车尾距离，直至车尾距离满足需要时停车。
计算料位对比高度的具体的工作过程为：
Hlt＝h-(l-d/2)*tgα
其中：Hlt为料位对比高度，h为下料口高度；d为下料口直径；α为物料堆积角；l为料位计到下料口中心的的水平距离。
进一步：在步骤104中，可编程控制器需要实时计算下料位口的高度，具体的工作过程为：
对于满载的装车，下料口的高度的计算公式如下：
h3＝h1-h2；
h4＝(w-d)/2*tgα；
h＝h3+h4；其中：h为下料口高度；h1为车厢外廓高度：h2为物料高度裕量；h3为物料平层高度：h4为物料梯形高度；d为下料口直径；w为车厢宽度；α为物料堆积角。
进一步：在步骤104中，可编程控制器需要实时计算料位口的高度，具体的工作过
程为：
对于按装载吨数进行装载的装车，当车长不大于10米，h1-h3<0.35米时，下料口高度计算公式如下：
ρ2＝a1ρ2
h4＝(w-d)/2*tgα
v1＝(d+w)*h4/2*(l-w+d)+(w-d)/2*h4/2*d+((w-d)/2)2/2*h4/3*2
t1＝v1*ρ2
v2＝(t-t1)/ρ2
h3＝h5+v2/w/l
h＝h3+h4
其中：h为下料口高度；t为预装量；ρ1为物料密度；ρ2为装载密度；a1为密度因子；h1为车厢外廓高度；h2为物料高度裕量：h3为物料平层高度：h4为物料梯形高度；d为下料口直径；w为车厢宽度；α为物料堆积角；v1为物料梯形体积；v2为物料矩形体积；t1为物料梯形重量。
进一步：在步骤104中，可编程控制器需要实时计算料位口的高度，具体的工作过
程为：
对于按装载吨数进行装载的装车，当车长大于10米，h1-h3>0.35米时，采用分堆装料，每2米1堆；料堆高度的计算公式如下：
a1＝0.9
ρ2＝a1ρ2
h4＝w/2*tgα
t1＝t/ROUND(l/2)
t2＝πw/2*2/2*h4/3
t3＝t1-t2
h3＝h5+t3/ρ2/w/2
h＝h3+h4
其中：h为料堆高度；t为预装量：ρ1为物料密度；ρ2为装载密度；a1为密度因子；h1为车厢外廓高度；h2为物料高度裕量；车厢长度为l；h3为物料平层高度；h4为物料锥形高度；h5为车底高度；d为下料口直径；w为车厢宽度；α为物料堆积角；t1为第一堆的重量；t2为第二堆的锥形重量；t3为第三堆的矩形重量。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种装载颗粒状物料的智能控制系统的控制方法，其特征在于：所述智能控制系统至少包括：
用于采集车身信息的车身检测模块；所述车身检测模块包括用于检测车尾距离的第一传感器、用于检测车厢高度的第二传感器、用于检测车厢厢底高度的第三传感器；
用于检测下料口高度信息的下料口检测模块；
用于检测实时料位高度信息的料位检测模块；
用于接收车身检测模块、下料口检测模块、料位检测模块输出信息的控制箱；所述控制箱内设置有可编程控制器、断路器、继电器、以及开关电源；
用于存储车辆厢体内径尺寸信息、物料信息、预装载量信息的读写卡器；
以及用于信息显示的显示模块；其中：
所述车身检测模块、下料口检测模块、料位检测模块的信号输出端子分别通过模拟量扩展模块与可编程控制器电连接；所述可编程控制器的I/O端子通过数据线分别与读写卡器、显示模块电连接；
所述第一传感器和第二传感器均为测量光幕，所述第三传感器为激光测距仪；
所述第一传感器的型号为CM40-L1120；所述第二传感器的型号为CM20-L1040；所述第三传感器的型号为DT50-P1113；
所述可编程控制器的型号为施耐德M218系列可编程控制器中的TM218LDA40DRN；
所述料位检测模块为雷达料位计；
所述控制方法至少包括如下步骤：
步骤101、写卡，具体步骤为：向读写卡器内写入存储车辆厢体内径尺寸信息、物料信息、预装载量信息、以及车牌信息；向可编程控制器内预设料位口的目标高度；
步骤102、移车入位，具体步骤为：驱动装车至下料口下方的位置；
步骤103、读卡，具体步骤为：可编程控制器读取读写卡器内的数据信息，并将接收到的物料信息和下料口内的物料进行比对，如果两者信息相符，则执行步骤104，否则，进行报警提示；
步骤104、可编程控制器通过第二传感器和第三传感器读取车厢高度和车厢厢底高度数据；并根据车厢高度、车厢厢底高度、车辆厢体内径尺寸信息、预装载量信息判断装车模式；上述装车模式包括满载模式、标载平齐装车模式、以及标载堆形装车模式；随后计算装车参数；上述装车参数包括下料口高度和料位对比高度；
步骤105、下料口下降，根据车厢底高度将下料口下降到指定高度，在下降的过程中实时监测下料口高度；随后，打开下料口下料闸门开始放料；
步骤106、逐步提升下料口，具体步骤为：当料位距离下料口的高度小于目标高度的预设值M时，停止放料，然后提升下料口上升高度N，再次放料；当料位距离下料口的高度再次小于目标高度的预设值M时，再次停止放料，然后提升下料口上升高度N，再次放料；直至下料口的高度到达步骤104中计算出的下料口高度为止；
步骤107、步进移车，具体步骤为：当料位达到步骤104中计算出的料位对比高度时、前进或者后退车距R；然后重复步骤105和步骤106；直至装车结束。
2.根据权利要求1所述装载颗粒状物料的智能控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤104中，计算下料位口高度的具体的工作过程为：
对于满载的装车，下料口的高度的计算公式如下：
h3＝h1-h2；
h4＝(w-d)/2*tgα；
h＝h3+h4；其中：h为下料口高度；h1为车厢外廓高度：h2为物料高度裕量；h3为物料平层高度：h4为物料梯形高度；d为下料口直径；w为车厢宽度；α为物料堆积角。
3.根据权利要求1所述装载颗粒状物料的智能控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤104中，计算下料位口高度的具体工作过程为：
对于按装载吨数进行装载的装车，当车长不大于10米，h1-h3<0.35米时，下料口高度计算公式如下：
ρ2＝a1ρ1
h4＝(w-d)/2*tgα
v1＝(d+w)*h4/2*(L-w+d)+(w-d)/2*h4/2*d+(w-d)2*h4/3*2
t1＝v1*ρ2
v2＝(t-t1)/ρ2
h3＝h5+v2/w/L
h＝h3+h4
其中：h为下料口高度；t为预装量；ρ1为物料密度；ρ2为装载密度；a1为密度因子；h1为车厢外廓高度；h2为物料高度裕量：h3为物料平层高度：h4为物料梯形高度；d为下料口直径；w为车厢宽度；α为物料堆积角；v1为物料梯形体积；v2为物料矩形体积；t1为物料梯形重量；L为车厢长度；h5为车底高度。
4.根据权利要求1所述装载颗粒状物料的智能控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤104中，计算下料位口高度的具体的工作过程为：
对于按装载吨数进行装载的装车，当车长大于10米，h1-h3>0.35米时，采用分堆装料，每2米1堆；下料口高度的计算公式如下：
a1＝0.9
ρ2＝a1ρ1
h4＝w/2*tgα
t1＝t/ROUND(l/2)
t2＝π*(w/2)2*h4/3
t3＝t1-t2
h3＝h5+t3/ρ2/w/2
h＝h3+h4
其中：h为下料口高度；t为预装量：ρ1为物料密度；ρ2为装载密度；a1为密度因子；h1为车厢外廓高度；h2为物料高度裕量；h3为物料平层高度；h4为物料锥形高度；h5为车底高度；d为下料口直径；w为车厢宽度；α为物料堆积角；t1为第一堆的重量；t2为第二堆的锥形重量；t3为第三堆的矩形重量。
5.根据权利要求1-4任一项所述装载颗粒状物料的智能控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤104中，计算料位对比高度的具体的工作过程为：
Hlt＝h-(l-d/2)*tgα
其中：Hlt为料位对比高度，h为下料口高度；d为下料口直径；α为物料堆积角；l为料位计到下料口中心的水平距离。
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- 2016-02-25 CN CN201610102513.2A patent/CN105607662B/zh active Active
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