CN107462302B - 一种激光料位数据处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光料位数据处理的方法，通过对原始数据的采集、处理和预存料位数据的发送，包括如下步骤：步骤一：设置激光料位仪1分钟最大变化值Cm，步骤二，将激光料位仪安装于料车下料口内壁，步骤三，判断料车处于哪种状态，当料车为待机状态时，激光料位仪采用实景算法，当料车为搜寻状态时，采用实景算法，当激光料位仪接收或判断系统状态为下料状态时，设备采用虚景算法，步骤四，通过步骤三不间断的采集和运算。本发明的激光料位数据处理的方法，通过实景算法和虚景算法的配合作用，可以有效的实现留取真实数据，去除虚假数据的效果，有效的增加料位数据采集的准确性，低投入成本、低维护量的实现PLC高效率的自动下料控制。

Description

一种激光料位数据处理的方法

技术领域

本发明涉及一种激光料位数据处理方法，更具体的说是涉及一种激光料位原始数据的采集、处理和预存料位数据发送的方法。

背景技术

现有的料仓料位数据采集主要传感器有雷达、超声波、重锤和激光测距仪几种，这几种都基于反射原理实现测距的功能，并没有针对料仓料位升降特性和环境特性开发，只是将测距仪运用到料位距离检测，没有严格意义上定位于料位检测的料位仪。

散装料上料车间料仓数量多，一个料仓单独设置一个传感器采集，前期开发成本和维护成本都过大，另外单独安装对于一些上下料车间自动化技术改造，从技术角度也不好解决安装物理结构问题。

下料时，浮尘密度大，从穿尘技术角度最合适的是抛物线雷达料位仪，而抛物线雷达料位仪不适合移动检测，只能一个传感器对应一个料仓。

适合移动检测的只有激光测距仪，而激光测距传感器是点对点的检测，数据采集的准确性与下料时浮尘密度成反比。

传感器移动检测拖缆连接PLC，工程投入和维护量大，如果做无线通讯，延时容易造成相近的料口与料位数据不好判断，数据对应的同步性又是一个问题。如果在移动站做PLC判断后集中发送，这样成本高、PLC处理逻辑复杂以及增加故障点。

冶炼厂房散装料车间一般位于炉子上部，夏天可能高温达50-60度，煤气浓度高时接近100，高密度灰尘颗粒物环境能见度只有3-4米。非冶炼厂房散装料车间料位也严重影响岗位人员的健康，生产效率。

料位数据采集问题阻挡了上料系统的无人化升级改造。

急需一种适合移动检测、能处理下料时浮尘干扰、能很好对应或融合料口数据的料位采集方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够有效增加激光料位仪测量数据准确性的料位数据处理方法，而且低投入成本、低维护量的实现PLC对料位数据准确采集。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种激光料位数据处理的方法，通过对原始数据的采集、处理和预存料位数据的发送，实现PLC高效率的自动下料控制，包括如下步骤：

步骤一：设置激光料位仪1分钟最大变化值Cm，并将变化值按1cm分辨率的倍数平均分配到每秒，分配过程中不能整除的余数Cy按发生时间的顺序平均分配到前部分每秒单位时间，分完为止，并计算每秒单位时间最大变化值Ch，设某时长料位最大变化值为Cns，N为单位秒数，计算步骤如下：Ch＝Cm/60-Cy，当Cy＝0时，Cns＝Ch*N，当Cy＞0时，N≤Cy时，Cns＝Ch*N+1，当N＞Cy时，Cns＝Ch*N；

步骤二，将激光料位仪安装于料车下料口内壁，并与外部位置采集器通信连接，做为系统移动站的一个料位采集设备，并将料车状态分为待机状态、下料状态和搜寻状态，激光料位仪接收外部位置采集器下发的模式指令和位置ID号；

步骤三，判断料车处于哪种状态，当料车为待机状态时，激光料位仪采用实景算法，用N*100ms时间采集原始数据Yn，取平均值作为料位数据Hsn，计算公式为Hsn＝(Y1+Y2+…Yn)/n，n对应Yn，为原始数据的个数序号，激光料位仪将运算的料位预存数据保存并不断更新，当料车停在料仓料口正节点位置时，数据将发送给位置采集器，当料车未在料仓料口正节点位置时，数据不发送；

当料车为搜寻状态时，采用实景算法，用Nms时间采集原始数据Yn，取平均值作为料位数据Hsn上报，计算公式为Hsn＝(Y1+Y2+…Yn)/n，n对应Yn，为原始数据的个数序号；

当激光料位仪接收或判断系统状态为下料状态时，设备采用虚景算法，用N*100ms长时间采集原始数据，取转换算法前实景算法所采集的最后一个Hsn料位数据为基准数据JZn，结合数据采集的对应时间秒数，用基准数据JZn与料位原始采集数据Yn的差En，该时长最大变化值Cns，加上允许误差值Wn，Wn＝Hs(n-1)*N％，n＝1时，Wn＝JZn*N％，N％为最大误差率，Hs(n-1)对应Hsn，n对应Wn，n为允许误差值的个数序号，判断料位原始采集数据Yn是料位真实数据Ynr还是虚假数据Ynf，并将虚假数据Ynf删除，其中，判断虚假数据的步骤如下：通过公式JZn-Yn＝En计算差En，当En≤Cns+Wn，则Yn为真实有效值Ynr，当En＞Cns+Wn，则Yn为虚假无效值，再将n2个真实有效值Ynr累加，取平均值作为料位数据Hsn保存，计算公式如下：Hsn＝(Y1r+Y2r+…Yn2r)/n2；

步骤四，通过步骤三不间断的采集和运算，将料位预存数据不断更新，当激光料位仪收取位置采集器发送的工作模式数据和位置数据时，激光料位仪将保存的料位数据发送给位置采集器，料车处于料口位置正中上方时，位置采集器转换发送料位数据给PLC，完成料位数据的采集、运算和发送。

作为本发明的进一步改进，若步骤三中的计算结果En全部大于Cns+wn，即当n2＝0时，Hsn＝JZn-Cns，Hsn为料位数据，JZn为基准数据，n2为真实有效值Ynr的个数。

作为本发明的进一步改进，还包括自动控制下料步骤，该自动控制下料步骤包括：

步骤1，在PLC中设置料位数据高度阈值；

步骤2，判断激光料位仪输出的料位数据是否大于或等于料位数据高度阈值，若大于或等于，则PLC控制料车停止下料，若小于，则PLC控制料车继续下料，其中上述PLC控制料车停止下料之后，先延时一段时间后，再次判断激光料位仪输出的料位数据是否大于或等于料位数据高度阈值，若大于或等于，PLC控制停止下料或搜寻下一个目标料仓，若小于，则PLC控制料车继续下料，并重复步骤2。

本发明的有益效果，通过步骤一的设置，就可以有效的将最大变化值由一分钟平均的分配到每一秒，并且很好的计算出每秒单位时间最大变化值，为后面数据采集每秒判断提供了一个有效的判断基础，然后通过计算公式的计算，有效的判断余数情况，来针对性的确定料位数据和每秒平均变化值，而通过步骤二的设置，遍可以判断出料车状态，然后根据料车的状态选择不同的算法采集料位数据，然后通过步骤三的设置，根据料车状态实用实景算法和虚景算法来采集料位数据，在待机状态和搜寻状态时通过实景算法实时的采集料位数据，在下料状态通过虚景算法去除掉激光料位仪所采集到的虚假数据，然后通过步骤四有效的完成料位数据的发送，如此避免现有技术中由于下料的过程中粉尘飞扬导致的激光料位仪采集数据不准确的问题，一方面能够完全避免激光料位仪所采集到的完全错误的数据的问题，同时有能够实现在料车没有处于下料状态，料口内粉尘含量不高时，采用实景算法能够快速有效的采集到料位数据，在料车进行下料的时候，因为料口内粉尘含量很高，采用虚景算法可以有效的避免虚假料位数据对数据的干扰，搜寻时，采用实景算法短时间采集原始数据方式，因为料车在料口正节点位置经过时间较短，较长时间采集可能采集到料车不在料口正节点位置的料位数据，同时也不能配合料车处于料口位置正中上方时转发料位数据给PLC，而下料时，采用虚景算法并长时间采集原始数据的方式，此时，料车处于料口正节点位置静止状态，长时间采集可以增加数据量，假如浮尘密度很高，真实料位数据比例很低，也可以采集到料位数据。待机时，采用实景算法长时间采集原始数据方式，采用较多数据的平均算法，可以提高数据的准确性。而采用平均值作为料位数据上报的方式，而不是采用直接上报的方式，可以提高数据的准确性，另外料车处于料口位置正中上方时，位置采集器转换发送料位数据给PLC，完成料位数据的采集、运算和发送，激光料位仪不间断的发送数据给位置采集器，位置采集器不断更新激光料位仪的数据，在数据中也存在一部分非料位数据，通过位置采集器只有料车处于料口位置正中上方时转换发送料位数据给PLC，自动处理了激光料位仪在料车不在正节点位置采集的非料位数据。

具体实施方式

下面将对本发明做进一步的详述。

本实施例的一种激光料位数据处理的方法，通过对原始数据的采集、处理和预存料位数据的发送，实现PLC高效率的自动下料控制，包括如下步骤：

步骤一：设置激光料位仪1分钟最大变化值Cm，并将变化值按1cm分辨率的倍数平均分配到每秒，分配过程中不能整除的余数Cy按发生时间的顺序平均分配到前部分每秒单位时间，分完为止，并计算每秒单位时间最大变化值Ch，设某时长料位最大变化值为Cns，N为单位秒数，计算步骤如下：Ch＝Cm/60-Cy，当Cy＝0时，Cns＝Ch*N，当Cy＞0时，N≤Cy时，Cns＝Ch*N+1，当N＞Cy时，Cns＝Ch*N；

步骤二，将激光料位仪安装于料车下料口内壁，并与外部位置采集器通信连接，做为系统移动站的一个料位采集设备，并将料车状态分为待机状态、下料状态和搜寻状态，激光料位仪接收外部位置采集器下发的模式指令和位置ID号；

步骤三，判断料车处于哪种状态，当料车为待机状态时，激光料位仪采用实景算法，用N*100ms时间采集原始数据Yn，取平均值作为料位数据Hsn，计算公式为Hsn＝(Y1+Y2+…Yn)/n，n对应Yn，为原始数据的个数序号，激光料位仪将运算的料位预存数据保存并不断更新，当料车停在料仓料口正节点位置时，数据将发送给位置采集器，当料车未在料仓料口正节点位置时，数据不发送；

当料车为搜寻状态时，采用实景算法，用Nms时间采集原始数据Yn，取平均值作为料位数据Hsn上报，计算公式为Hsn＝(Y1+Y2+…Yn)/n，n对应Yn，为原始数据的个数序号；

当激光料位仪接收或判断系统状态为下料状态时，设备采用虚景算法，用N*100ms长时间采集原始数据，取转换算法前实景算法所采集的最后一个Hsn料位数据为基准数据JZn，结合数据采集的对应时间秒数，用基准数据JZn与料位原始采集数据Yn的差En，该时长最大变化值Cns，加上允许误差值Wn，Wn＝Hs(n-1)*N％，n＝1时，Wn＝JZn*N％，N％为最大误差率，Hs(n-1)对应Hsn，n对应Wn，n为允许误差值的个数序号，判断料位原始采集数据Yn是料位真实数据Ynr还是虚假数据Ynf，并将虚假数据Ynf删除，其中，判断虚假数据的步骤如下：通过公式JZn-Yn＝En计算差En，当En≤Cns+Wn，则Yn为真实有效值Ynr，当En＞Cns+Wn，则Yn为虚假无效值，再将n2个真实有效值Ynr累加，取平均值作为料位数据Hsn保存，计算公式如下：Hsn＝(Y1r+Y2r+…Yn2r)/n2；

步骤四，通过步骤三不间断的采集和运算，将料位预存数据不断更新，当激光料位仪收取位置采集器发送的工作模式数据和位置数据时，激光料位仪将保存的料位数据发送给位置采集器，料车处于料口位置正中上方时，位置采集器转换发送料位数据给PLC，完成料位数据的采集、运算和发送，在使用本实施例的方法进行料位数据采集的过程中，首先需要通过步骤一设定每秒的最大变化值，来作为后面判断料位数据是否是虚假数据的基础，然后通过步骤二和步骤三的配合作用将激光料位仪与位置采集器通信，以获取料车的运行状态，因为当料车处于移动状态的时候，并没有进行下料，因而空气中并没有太多的粉尘，此时激光料位仪只有在料口正节点位置所采集到的数据才为真实数据，所以采用短时间高速采集料位并计算平均值的方式便可有效的采集到没有粉尘的时候的实际料位数据，而在料车在下料的过程中，就会导致扬尘的问题，如此激光料位仪所能够采集到的料位数据内大部分是虚假数据，这样便可以通过步骤二实现一个给予激光料位仪工作模式的基础状态，然后通过步骤三的设置，便可实现在料车在移动状态的时候，通过实景算法及时有效的采集真实的料位数据，而在料车在下料状态的时候，通过虚景算法将激光料位仪所采集的到的因为粉尘所造成的虚假数据进行有效的去除，保证激光料位仪所采集到的料位数据的准确性，最后通过步骤四的设置，便可有效完成只有料位数据才得以发送，而上述料位数据处理过程中，可以有效的避免了激光料位仪所采集到的不合理的料位数据被作为料位数据上报的问题，同时采用多数据取平均值的方式能够进一步的增加测量出料位数据的准确性，而步骤三中虚假数据的判断方式，在下料的过程中，料仓内的料位就会随着料车的不断下料而增加，尽管料车的下料速度不一定是均匀的，因此通过步骤三中的实景算法，可以先获取此时料仓料位数据在没下料之前的准确数值，然后根据料车的下料速度设置出料仓内料位的增加最大值，然而通过步骤三中虚假数据判断步骤的设置，便可以有效的判断出此时激光料位仪所采集到料位数据是否为虚假数据了，因此假如在单位时间内激光料位仪所采集到的料位变化大于最大变化值，那可以判断此时激光料位仪所采集的到的料位数据是在料仓料位上方的灰尘所反应出来的料位，因而便可以很好的判断出此时的料位数据为虚假数据，然后通过步骤三的上报方式将这个虚假数据删除掉不上报，如此便能够有效的避免现有技术中出现的激光料位仪采集到灰尘所反应的虚假数据作为料位数据进行上报的问题，可以有效的避免了激光料位仪所采集到的不合理的料位数据被作为料位数据上报的问题，最后通过步骤三中的计算公式计算平均值增加最后采集的料位数据的准确，并且本实施例中激光料位仪用于下料料位传感器，通过位置采集器与PLC连接，搜寻时，激光料位仪随着料车移动，可快速对各料仓料口料位数据的采集，料车下料状态时，就会出现偏离基准数据的非线性数据，通过分钟最大值的和基准数据设置，就可以在高速激光采集的大量原始数据中甄别数据的真伪，通过算法删除虚假数据，就可以实现料位的采集，假如浮尘密度高至激光光束无法穿越时，激光料位仪按基准数据减去该对应时间的最大变化Cns值。

作为改进的一种具体实施方式，若步骤三中的计算结果En全部大于Cns+wn，即当n2＝0时，Hsn＝JZn-Cns，Hsn为料位数据，JZn为基准数据，n2为真实有效值Ynr的个数，若是在料仓内粉尘密度过大的时候，激光料位仪所能够采集到的数据都会是虚假数据，而此时料车又需要知道此时的料位数据，因而在本实施例中采用将基准数据减去最大变化值的方式，作为料位数据上报的方式，以保证上报的料位数据没有虚假数据，作为料车下料的基础参考。

作为改进的一种具体实施方式，还包括自动控制下料步骤，该自动控制下料步骤包括：

步骤1，在PLC中设置料位数据高度阈值；

步骤2，判断激光料位仪输出的料位数据是否大于或等于料位数据高度阈值，若大于或等于，则PLC控制料车停止下料，若小于，则PLC控制料车继续下料，其中上述PLC控制料车停止下料之后，先延时一段时间后，再次判断激光料位仪输出的料位数据是否大于或等于料位数据高度阈值，若大于或等于，PLC控制料车停止下料或搜寻下一个目标料仓，若小于，则PLC控制料车继续下料，并重复步骤2，在下料过程中，料位越低，也就是可下料高度越大，此时原始数据和计算误差越大，但是误差并不形成干扰PLC是否停止下料，当料位越来越高，可下料高度越来越小，误差也就越来越小，完全可以满足PLC对下料的控制条件。当料位高度满足PLC设置的数据时，PLC就自动停止下料，激光料位仪接收到或是判断系统处于待机状态时，先转为实景算法计算获取实景料位数据，下料刚完成，浮尘密度可能很高，这时的料位数据与实际数据可能偏差较大，料位数据线性关系就不成立，操作人员也可根据经验设置等待时间，N分钟后，PLC再根据料位数据判断继续下料还是搜寻下一个目标料仓。

综上所述，本实施例的方法，通过步骤一、步骤二和步骤三以及步骤四的设置，便可以有效的实现根据料车不同的运行状态实行不同类型的料位数据采集方法，如此便能够很好的将现有技术中的料位数据内的虚假数据排除掉，同时，可以有效的避免了激光料位仪所采集到的不合理的料位数据被作为料位数据上报的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种激光料位数据处理的方法，通过对原始数据的采集、处理和预存料位数据的发送，实现PLC高效率的自动下料控制，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：设置激光料位仪1分钟最大变化值Cm，并将变化值按1cm分辨率的倍数平均分配到每秒，分配过程中不能整除的余数Cy按发生时间的顺序平均分配到前部分每秒单位时间，分完为止，并计算每秒单位时间最大变化值Ch，设某时长料位最大变化值为Cns，N为单位秒数，计算步骤如下：Ch＝Cm/60-Cy，当Cy＝0时，Cns＝Ch*N，当Cy＞0时，N≤Cy时，Cns＝Ch*N+1，当N＞Cy时，Cns＝Ch*N；

步骤二，将激光料位仪安装于料车下料口内壁，并与外部位置采集器通信连接，做为系统移动站的一个料位采集设备，并将料车状态分为待机状态、下料状态和搜寻状态，激光料位仪接收外部位置采集器下发的模式指令和位置ID号；

步骤三，判断料车处于哪种状态，当料车为待机状态时，激光料位仪采用实景算法，用N*100ms时间采集原始数据Yn，取平均值作为料位数据Hsn，计算公式为Hsn＝(Y1+Y2+…Yn)/n，n对应Yn，为原始数据的个数序号，激光料位仪将运算的料位预存数据保存并不断更新，当料车停在料仓料口正节点位置时，数据将发送给位置采集器，当料车未在料仓料口正节点位置时，数据不发送；

当料车为搜寻状态时，采用实景算法，用Nms时间采集原始数据Yn，取平均值作为料位数据Hsn上报，计算公式为Hsn＝(Y1+Y2+…Yn)/n，n对应Yn，为原始数据的个数序号；

当激光料位仪接收或判断系统状态为下料状态时，设备采用虚景算法，用N*100ms长时间采集原始数据，取转换算法前实景算法所采集的最后一个Hsn料位数据为基准数据JZn，结合数据采集的对应时间秒数，用基准数据JZn与料位原始采集数据Yn的差En，该时长最大变化值Cns，加上允许误差值Wn，Wn＝Hs(n-1)*N％，n＝1时，Wn＝JZn*N％，N％为最大误差率，Hs(n-1)对应Hsn，n对应Wn，n为允许误差值的个数序号，判断料位原始采集数据Yn是料位真实数据Ynr还是虚假数据Ynf，并将虚假数据Ynf删除，其中，判断虚假数据的步骤如下：通过公式JZn-Yn＝En计算差En，当En≤Cns+Wn，则Yn为真实有效值Ynr，当En＞Cns+Wn，则Yn为虚假无效值，再将n2个真实有效值Ynr累加，取平均值作为料位数据Hsn保存，计算公式如下：Hsn＝(Y1r+Y2r+…Yn2r)/n2；

步骤四，通过步骤三不间断的采集和运算，将料位预存数据不断更新，当激光料位仪收取位置采集器发送的工作模式数据和位置数据时，激光料位仪将保存的料位数据发送给位置采集器，料车处于料口位置正中上方时，位置采集器转换发送料位数据给PLC，完成料位数据的采集、运算和发送。

2.根据权利要求1所述的激光料位数据处理的方法，其特征在于：若步骤三中的计算结果En全部大于Cns+wn，即当n2＝0时，Hsn＝JZn-Cns，Hsn为料位数据，JZn为基准数据，n2为真实有效值Ynr的个数。

3.根据权利要求2所述的激光料位数据处理的方法，其特征在于：还包括自动控制下料步骤，该自动控制下料步骤包括：

步骤1，在PLC中设置料位数据高度阈值；

步骤2，判断激光料位仪输出的料位数据是否大于或等于料位数据高度阈值，若大于或等于，则PLC控制料车停止下料，若小于，则PLC控制料车继续下料，其中上述PLC控制料车停止下料之后，先延时一段时间后，再次判断激光料位仪输出的料位数据是否大于或等于料位数据高度阈值，若大于或等于，PLC控制停止下料或搜寻下一个目标料仓，若小于，则PLC控制料车继续下料，并重复步骤2。