CN109095213B - 智能化链斗式连续卸船机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能化链斗式连续卸船机控制系统及方法，所述系统包含：PLC控制系统及扫描识别系统。PLC控制系统至少包括：单机控制模块及扫描数据决策分析模块。本发明带扫描数据决策分析功能的链斗式连续卸船机PLC控制系统，同时设计有扫描识别系统，两套系统间通过通讯进行数据交换，通过中控室操作台下达取料任务后，连续卸船机可实现自动找寻作业船舱、取料头自动进入船舱、自动平仓、全自动取料等功能，同时可实现作业期间设备的安全保护功能，完全代替人工操作，实现无人化智能操作。

Description

智能化链斗式连续卸船机控制系统及方法

技术领域

本发明涉及控制系统技术领域，具体而言，尤其涉及智能化链斗式连续卸船机控制系统及方法。

背景技术

链斗式连续卸船机是散料码头专用的卸船设备，目前其控制方式均为操作人员在司机室手动操作，亦或是手动设定教学路径后沿预定路径取料的半自动控制。

因连续卸船机作业时需将取料头伸到船舱内连续挖取物料，作业司机劳动强度大；因取料完全靠人工手动操作，取料流量很难稳定控制，经常出现过载等情况，影响设备安全运行。

为了克服上述不足，采用激光扫描仪扫描船型及舱内物料，系统自动判断最优取料工艺，并驱动各机构执行取料任务，实现链斗式连续卸船机的全自动取料，达到提高作业效率、改善司机工作环境、降低人工成本的目的。

发明内容

根据上述提出技术问题，而提供一种智能化链斗式连续卸船机控制系统。本发明主要包含一种智能化链斗式连续卸船机控制系统，其特征在于，至少包括：PLC控制系统及扫描识别系统；

所述PLC控制系统至少包括：用于对整个连续卸船机外围数据采集、逻辑联锁、计算分析，完成单机构的逻辑控制、多机构的联动控制以及安全保护的单机控制模块，用于对扫描识别系统传输来的料堆模型进行分析，判断料堆类型，从而自动判断取料头作业长度与最佳取料路径，并连同取料切入位置与切入角度一起发送给单机控制模块，进而控制各机构执行取料任务的扫描数据决策分析模块；

所述扫描识别系统至少包括：获取各扫描仪安装位置的空间坐标以建立船体/物料的点云空间坐标模型的定位模块，扫描模块及数据分析处理模块。

进一步的，所述扫描模块至少包括两部分：设置在司机室平台下方的对于整个船体模型或对取料头进出船舱或取料时对船舱口扫描的带云台的3D激光扫描仪；设置在取料头上方筒体两侧的对船舱内物料的扫描的多个无云台的3D激光扫描仪。

进一步的，所述数据分析处理模块，用于接收定位模块发送的各扫描仪实时空间位置的坐标信息，以及扫描仪发送的扫描仪与被测物体间的实时点云信息，再通过半径滤波法，去除干扰点云信息，将高密度点云连起来，形成表面，进而建立船型、料堆的点云坐标模型。

更进一步的，所述半径滤波法以任意一点为中心画圆，计算落在所述圆中点的数量，当数量大于预先设定值时，则保留该点；当数量小于预先设定值时，则剔除该点。

进一步的，所述系统至少包括PLC控制系统和扫描识别系统；所述PLC控制系统及所述扫描识别系统通过PROFINET进行通讯。

进一步的，所述定位模块通过各机构定位检测数据，结合机械结构以及对机械结构变形的分析补偿，获取各个机构以及扫描仪安装位置坐标。

本发明还包含一种应用系统的智能化链斗式连续卸船机控制方法，其特征还在于，至少包括以下步骤：

S1：将生产调度指令及进港待作业船舶信息以通讯方式或手动输入方式传递至所述PLC控制系统，先利用所述扫描识别系统对整个船舶进行扫描，扫描结果与船型数据库进行比较，待进港作业船舶信息、相应船舶船型数据库、扫描识别结果一致后，停止船型扫描，快速确认作业船型信息。

S2：所述PLC控制系统根据所述调度指令，控制连续卸船机运行至指定作业船舱位置；通过云台调整司机室平台下方的所述扫描仪的姿态，使两个扫描仪分别检测船舱口水平和垂直方向，提供船舱口实时位置坐标；

S3：所述PLC控制系统控制取料头进入船舱内部；

安装在取料头上方筒体两侧的扫描仪，通过取料头回转，扫描整个船舱内的物料，生成船舱内料堆模型；所述数据分析处理模块对舱内料堆模型分层处理后，结合取料头当前位置，按照路径最优原则将待作业料堆坐标发送给PLC控制系统；

S4：所述PLC控制系统接收到所述数据分析处理模块发送的待作业料堆坐标后，扫描数据决策分析模块判断待作业料堆长、宽，与数据库中设定的典型料堆长、宽对比，确认待作业料堆的类型，然后生成对于该料堆区域最佳的取料策略，发送给单机控制模块，进而控制各机构自动执行取料任务。

本发明的优点在于：本发明可实现全自动的卸船功能，且设计有带扫描数据决策分析功能的链斗式连续卸船机PLC控制系统，同时设计有扫描识别系统，两套系统间通过通讯进行数据交换，通过中控室操作台下达取料任务后，连续卸船机可实现自动找寻作业船舱、取料头自动进入船舱、自动平舱、全自动取料等功能，同时可实现作业期间设备的安全保护功能，完全代替人工操作，实现无人化智能操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明智能化链斗式连续卸船机控制系统结构示意图。

图2为本发明扫描仪安装位置示意图。

图3为本发明扫描范围示意图。

其中，1为PLC控制系统，2为扫描识别系统，3为顶部结构下方扫描仪一，4为顶部结构下方扫描仪二，5为取料头上方扫描仪一，6为取料头上方扫描仪二，7为顶部结构下方扫描仪扫描视场，8为取料头上方扫描仪扫描视场，101为单机控制模块，102为扫描数据决策分析模块，201为定位模块，202为扫描模块，203为数据分析处理模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-3所示，本发明提供了一种智能化链斗式连续卸船机控制系统，至少包括：PLC控制系统及扫描识别系统。

在本实施方式中，PLC控制系统至少包括：用于对整个连续卸船机外围数据采集、逻辑联锁、计算分析，完成单机构的逻辑控制、多机构的联动控制以及安全保护的单机控制模块，用于对扫描识别系统传输来的料堆模型进行分析，判断料堆类型，从而自动判断取料头作业长度与最佳取料路径，并连同取料切入位置与切入角度一起发送给单机控制模块，进而控制各机构执行取料任务的扫描数据决策分析模块。可以理解为在其它的实施方式中，还可以按照实际需求进行设定，只要能够满足能够通过判断料堆情况进而实现对卸船机控制的控制即可。

在本实施方式中，扫描识别系统至少包括：获取各扫描仪安装位置的空间坐标以建立船体/物料的点云空间坐标模型的定位模块，扫描模块及数据分析处理模块。可以理解为在其它的实施方式中，可以按照实际需求进行设定，只要能够满足能够通过采集船体相关信息进而将相关信息传至船体进而获得识别信息即可。

作为优选的实施方式，扫描模块至少包括两部分：设置在司机室平台下方的对于整个船体模型或对取料头进出船舱或取料时对船舱口扫描的带云台的3D激光扫描仪。设置在取料头上方筒体两侧的对船舱内物料的扫描的多个无云台的3D激光扫描仪。

在本实施方式中，数据分析处理模块，用于接收定位模块发送的各扫描仪实时空间位置的坐标信息，以及扫描仪发送的扫描仪与被测物体间的实时点云信息，再通过半径滤波法，去除干扰点云信息，将高密度点云连起来，形成表面，进而建立船型、料堆的点云坐标模型。

在本实施方式中采用半径滤波法去除干扰云点，半径滤波法是以任意一点为中心画圆，计算落在所述圆中点的数量，当数量大于预先设定值时，则保留该点；当数量小于预先设定值时，则剔除该点。可以理解为在其它的实施方式中，还可以采用其它方式进行去除干扰点，只要能够满足能够去除干扰项获得更精准的密度点云即可，进而获得船体模型。

作为优选的实施方式，系统至少包括PLC控制系统和扫描识别系统。PLC控制系统及所述扫描识别系统通过PROFINET进行通讯。可以理解为在其它的实施方式中，可以通过其它方式进行通讯，只要能够满足将扫描到的信息传送至控制系统即可。

在本实施方式中，定位模块通过各机构定位检测数据，结合机械结构以及对机械结构变形的分析补偿，获取各个机构以及扫描仪安装位置坐标。

作为本申请的一种实施例，如图2所示，所述机械结构及机械结构的变形是指安装所述系统的整体装置结构。例如：联动的横行、定点的提升、取料头的联动等。只要能够满足能够满足能够清楚的计算整体定位检测的数据进而获取扫描仪安装位置坐标即可。

本发明还包含一种应用系统的智能化链斗式连续卸船机控制方法，至少包括以下步骤：

在本实施方式中，步骤S1：将生产调度指令及进港待作业船舶信息以通讯方式或手动输入方式传递至所述PLC控制系统，先利用所述扫描识别系统对整个船舶进行扫描，扫描结果与船型数据库进行比较，待进港作业船舶信息、相应船舶船型数据库、扫描识别结果一致后，停止船型扫描，快速确认作业船型信息。

在本实施方式中，步骤S2：所述PLC控制系统根据所述调度指令，控制连续卸船机运行至指定作业船舱位置；通过云台调整司机室平台下方的所述扫描仪的姿态，使两个扫描仪分别检测船舱口水平和垂直方向，提供船舱口实时位置坐标。

作为优选的实施方式，步骤S3：所述PLC控制系统控制取料头进入船舱内部。安装在取料头上方筒体两侧的扫描仪，通过取料头回转，扫描整个船舱内的物料，生成船舱内料堆模型；所述数据分析处理模块对舱内料堆模型分层处理后，结合取料头当前位置，按照路径最优原则将待作业料堆坐标发送给PLC控制系统。

在本实施方式中，步骤S4：所述PLC控制系统接收到所述数据分析处理模块发送的待作业料堆坐标后，扫描数据决策分析模块判断待作业料堆长、宽，与数据库中设定的典型料堆长、宽对比，确认待作业料堆的类型，然后生成对于该料堆区域最佳的取料策略，发送给单机控制模块，进而控制各机构自动执行取料任务。

作为本申请的一种实施例如图1所示。智能化连续卸船机控制系统由PLC控制系统1和扫描识别系统2组成。PLC控制系统1和扫描识别系统2通过PROFINET进行通讯。

其中，PLC控制系统包括：单机控制模块101及扫描数据决策分析模块102。单机控制模块101是智能化连续卸船机控制系统的基础，用于完成整个连续卸船机单机的控制功能，包括单机构的联锁、单机构驱动、多机构联动(联动横行、定点提升、取料头联动)等。

扫描数据决策分析模块102，用于完成取料工艺的决策，其可以是一个独立的PLC控制器或计算机服务器，能够接收扫描识别系统发送的料堆模型，进行数据分析，然后将最优的取料策略发送给单机控制模块101，进而通过单机控制模块101控制各机构执行取料任务。

扫描识别系统包括：定位模块201，扫描模块202，数据分析处理模块203。

定位模块201，由单机控制模块101通过编码器、传感器检测各机构位置坐标及运行角度，结合连续卸船机机械结构，计算出各扫描仪安装位置坐标。可选的，在顶部结构位置通过在地面布置基站，连续卸船机取料头回转平台和塔架顶部分别布置1台移动站。将基准站的相位观测数据及坐标信息发送给移动站，移动站将收到的数据同采集的相位观测数据进行实时差分处理，从而获得移动站的实时三维位置，进而获得各扫描仪实时空间位置坐标。并通过通讯方式传给扫描识别系统2。

扫描模块202，包括在顶部结构下方安装的带云台的3D激光扫描仪3和4；在取料头上方筒体两侧安装的不带云台的3D激光扫描仪5和6。具体作业时，扫描模块202接收到PLC控制系统1的自动取料指令后，首先通过云台控制3D激光扫描仪3和4对船型进行扫描，其视场如7所示，获取整个作业船舶船型数据，进而将各船舱位置传输给PLC控制系统1。PLC控制系统1根据生产调度指令控制连续卸船机运行至作业船舱后，扫描模块202再通过云台控制3D激光扫描仪3和4调整角度，分别监测船舱口垂直的两条边，进而获得作业船舱口的实时位置，用以防止取料头与船舱口碰撞、筒体与船舱口碰撞外，还可以结合船型信息，补偿由于船体晃动导致的船舱内料堆模型的偏差以及船舱壁位置的偏差。取料头进入船舱后，扫描模块202再通过取料头上方筒体两侧安装的3D激光扫描仪5和6对船舱内物料进行扫描，由于扫描仪视场限制，通过旋转取料头，即可完成整个船舱内物料的扫描，3D激光扫描仪5和6视场。

数据分析处理模块203，接收定位模块201及扫描模块202采集的数据，并对粉尘、雨水、抖动等干扰因素进行滤波、去噪等处理，提取有效的点云数据，生成准确的船体模型、料堆模型，并对模型进行处理，将待作业料堆位置坐标发送给扫描数据决策分析模块102，生成最优取料策略，再通过单机控制模块101控制各机构自动运行，执行取料任务。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种智能化链斗式连续卸船机控制系统，其特征在于，至少包括：PLC控制系统及扫描识别系统；

所述PLC控制系统至少包括：用于对整个连续卸船机外围数据采集、逻辑联锁、计算分析，完成单机构的逻辑控制、多机构的联动控制以及安全保护的单机控制模块，用于对扫描识别系统传输来的料堆模型进行分析，判断料堆类型，从而自动判断取料头作业长度与最佳取料路径，并连同取料切入位置与切入角度一起发送给单机控制模块，进而控制各机构执行取料任务的扫描数据决策分析模块；

所述扫描识别系统至少包括：获取各扫描仪安装位置的空间坐标以建立船体/物料的点云空间坐标模型的定位模块，扫描模块及数据分析处理模块；

所述数据分析处理模块，用于接收定位模块发送的各扫描仪实时空间位置的坐标信息，以及扫描仪发送的扫描仪与被测物体间的实时点云信息，再通过半径滤波法，去除干扰点云信息，将高密度点云连起来，形成表面，进而建立船型、料堆的点云坐标模型。

2.根据权利要求1所述的智能化链斗式连续卸船机控制系统，其特征还在于：

所述扫描模块至少包括两部分：设置在司机室平台下方的对于整个船体模型或对取料头进出船舱或取料时对船舱口扫描的带云台的3D激光扫描仪；设置在取料头上方筒体两侧的对船舱内物料的扫描的多个无云台的3D激光扫描仪。

3.根据权利要求1所述的智能化链斗式连续卸船机控制系统，其特征还在于：

所述半径滤波法以任意一点为中心画圆，计算落在所述圆中点的数量，当数量大于预先设定值时，则保留该点；当数量小于预先设定值时，则剔除该点。

4.根据权利要求1所述的智能化链斗式连续卸船机控制系统，其特征还在于：

所述系统至少包括PLC控制系统和扫描识别系统；所述PLC控制系统及所述扫描识别系统通过PROFINET进行通讯。

5.根据权利要求1所述的智能化链斗式连续卸船机控制系统，其特征还在于：所述定位模块通过各机构定位检测数据，结合机械结构以及对机械结构变形的分析补偿，获取各个机构以及扫描仪安装位置坐标。

6.应用权利要求1-5中任一项所述的系统的智能化链斗式连续卸船机控制方法，其特征还在于，至少包括以下步骤：

S1：将生产调度指令及进港待作业船舶信息以通讯方式或手动输入方式传递至所述PLC控制系统，先利用所述扫描识别系统对整个船舶进行扫描，扫描结果与船型数据库进行比较，待进港作业船舶信息、相应船舶船型数据库、扫描识别结果一致后，停止船型扫描，快速确认作业船型信息；

S2：所述PLC控制系统根据所述调度指令，控制连续卸船机运行至指定作业船舱位置；通过云台调整司机室平台下方的所述扫描仪的姿态，使两个扫描仪分别检测船舱口水平和垂直方向，提供船舱口实时位置坐标；

S3：所述PLC控制系统控制取料头进入船舱内部；

安装在取料头上方筒体两侧的扫描仪，通过取料头回转，扫描整个船舱内的物料，生成船舱内料堆模型；所述数据分析处理模块对舱内料堆模型分层处理后，结合取料头当前位置，按照路径最优原则将待作业料堆坐标发送给PLC控制系统；

S4：所述PLC控制系统接收到所述数据分析处理模块发送的待作业料堆坐标后，扫描数据决策分析模块判断待作业料堆长、宽，与数据库中设定的典型料堆长、宽对比，确认待作业料堆的类型，然后生成对于该料堆区域最佳的取料策略，发送给单机控制模块，进而控制各机构自动执行取料任务。