CN110406995A - 一种智能布料系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能布料系统及方法，涉及布料系统领域，包括执行模块、监测模块、控制模块；控制模块接收监测模块采集的数据并向执行模块发送控制指令；执行模块包括旋转机构和布料机构；监测模块包括舱内堆积监测设备和执行模块监测设备；控制模块包括控制台、旋转方向控制设备和布料速度控制设备；旋转机构带动布料机构实现水平范围内旋转，布料机构将物料布放在储料舱中；舱内堆积监测设备监测物料的堆积形态；执行模块监测设备监测旋转机构的角度位置和布料机构的布料信息；旋转方向控制设备调整旋转机构的角度位置；布料速度控制设备调整布料机构的布料速度。可以保证高的舱容率，减小舱内布载对作业平台横纵倾的影响，节约人力成本。

Description

一种智能布料系统及方法

技术领域

本发明涉及布料系统领域，尤其是一种智能布料系统及方法。

背景技术

对船进行散料装卸作业时的常用设备有斗轮堆/取料机、装/卸船机、板式、振动和螺旋给料机等。由于操作简单方便，这类装卸设备在自卸式散货船中应用较为广泛，但因为设备巨大，占用空间较大，因此大多需要甲板可开启。

随着全球海洋事业的快速发展，海底矿物的开采日益受到各国的关注，海上作业平台不仅需要实现作业开采功能，还需要实现矿物存储等功能。将矿物均匀布入舱中是深海采矿平台重要的作业环节之一，然而对于深海采矿平台，需要实现的作业功能多，作业设备多，需要在甲板上布置众多设备，几乎无法实现甲板的开启，只能在甲板的局部开小口，供矿物进入舱内，常规的船舶装卸设备无法满足这种要求。

发明内容

本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种智能布料系统及方法。

本发明的技术方案如下：

第一方面，一种智能布料系统，包括：执行模块、监测模块、控制模块；所述控制模块分别连接所述执行模块和所述监测模块；所述控制模块接收所述监测模块采集的数据并根据所述采集的数据向所述执行模块发送控制指令；所述执行模块包括旋转机构和布料机构；所述监测模块包括舱内堆积监测设备和执行模块监测设备；所述控制模块包括控制台、旋转方向控制设备和布料速度控制设备；

所述旋转机构与所述布料机构连接，所述旋转机构用于带动所述布料机构实现水平范围内±180°旋转，所述布料机构用于将物料布放在储料舱中；

所述舱内堆积监测设备用于监测物料的堆积形态；所述执行模块监测设备用于监测所述旋转机构的角度位置和所述布料机构的布料信息；

所述控制台用于根据所述监测模块采集数据进行计算分析并控制所述旋转方向控制设备和所述布料速度控制设备，所述旋转方向控制设备用于调整所述旋转机构所在角度位置；所述布料速度控制设备用于调整所述布料机构的布料速度。

其进一步的技术方案为：所述执行模块固定安装在舱顶的中间位置；

所述旋转机构是由外圈和内圈组成的轴承装置，所述外圈与舱顶连接，用于固定所述旋转机构，所述内圈与所述布料机构连接，用于带动所述布料机构旋转；

所述布料机构上设有进料口，所述布料机构内部包括主动轮、从动轮和输送带，所述主动轮通过所述输送带带动所述从动轮转动，所述布料机构对应所述输送带的终点位置设置有出料口，物料从所述进料口进入落在所述输送带上，所述输送带将物料运输至出料口抛投出去，抛投速度与所述主动轮的转速呈正相关。

其进一步的技术方案为：所述舱内堆积监测模块设置在所述布料机构的下端部，包括激光雷达，用于扫描物料的堆积形态。

其进一步的技术方案为：所述舱内堆积监测模块还包括摄像头，用于采集物料的堆积图像，辅助操作人员观察堆积形态。

其进一步的技术方案为：所述执行模块监测设备包括旋转机构监测设备和布料机构监测设备；

所述旋转机构监测设备通过编码器和接近开关来判断所述旋转机构当前所在的角度位置；

所述布料机构监测设备通过在从动轮上布置编码器来采集数据判断布料速度；通过在输送带中间位置布置称重传感器来监测物料输送量和布料机构内的堆积情况；通过在主动轮和从动轮分别布置编码器来监测主从动端速度差以判断所述布料机构是否出现故障。

其进一步的技术方案为：所述控制台包括处理器、操作屏和采集单元，所述监测模块采集的数据通过所述采集单元汇集传输至所述控制台，所述操作屏将所述采集单元汇集的数据显示出来，所述处理器根据采集的数据进行计算分析，根据计算分析结果通过所述旋转方向控制设备和所述布料速度控制设备控制所述执行模块的工作。

第二方面，一种智能布料方法，应用于如第一方面所述的智能布料系统中，所述方法包括：

运行监测模块，通过舱内堆积监测设备扫描舱内物料堆积形态；

通过控制模块计算舱内物料的重量分布并计算出相对方位的重量差，所述相对方位的重量差至少包括左右侧重量差和前后侧重量差；

通过控制模块将计算出的重量差与初始设定阈值对比，判断是否在阈值范围内；

若超出阈值范围，则确定出重量较轻的一侧的对应方向，获取对应方向上物料未堆积的最远距离，根据最远距离计算所需的目标布料速度；

通过旋转方向控制设备调节旋转机构的角度，使布料机构的出料口朝向所述对应方向，通过布料速度控制设备调节布料机构的布料速度为所述目标布料速度，将物料抛投至未堆积的位置；

物料抛投过程中，通过所述舱内堆积监测设备实时扫描堆积形态反馈给所述控制模块，通过所述控制模块确定启停时机、旋转角度和布料速度，循环执行直到舱内均匀布料结束。

本发明的有益技术效果是：

通过将物料堆积情况、输送监测信息和执行模块的控制相结合，可以保证高的舱容率，减小舱内布载对作业平台横纵倾的影响，同时可以根据布料情况进行自动控制，减少人为的计算和操作，节约人力成本。解决了深海采矿平台由于需要实现的作业功能多、作业设备多，需要在甲板上布置众多设备，无法开启甲板的问题，可以通过甲板上局部的进料口实现物料入舱后的均匀布料。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的智能布料系统的方框图。

图2是本申请一个实施例提供的智能布料系统的示意图。

图3是本申请一个实施例提供的智能布料方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请实施例提供了一种智能布料系统，将物料堆积、输送监测信息和执行模块的控制相结合，可以将舱内物料堆积和设备运行等监测信息反馈给控制模块，进而指导下一次布料，可以保证高的舱容率，减小舱内布载对作业平台横纵倾的影响，节约人力成本。

如图1所示，该智能布料系统包括：执行模块、监测模块、控制模块；执行模块包括旋转机构和布料机构；监测模块包括舱内堆积监测设备和执行模块监测设备；控制模块包括控制台、旋转方向控制设备和布料速度控制设备。

控制模块分别连接执行模块和监测模块；控制模块接收监测模块采集的数据并根据采集的数据向执行模块发送控制指令。

旋转机构与布料机构连接，旋转机构用于带动布料机构实现水平范围内±180°旋转，布料机构用于将物料布放在储料舱中；舱内堆积监测设备用于监测物料的堆积形态；执行模块监测设备用于监测旋转机构的角度位置和布料机构的布料信息；控制台用于根据监测模块采集数据进行计算分析并控制旋转方向控制设备和布料速度控制设备，旋转方向控制设备用于调整旋转机构所在角度位置；布料速度控制设备用于调整布料机构的布料速度。

可选的，结合参考图2，执行模块固定安装在舱顶的中间位置。在实际应用中，执行模块可以固定安装在舱顶的横梁上，安装在中间位置可以方便布料，节约能耗。

可选的，执行模块还可以活动安装在舱顶横梁上，在检修时，可以控制执行模块水平移动至舱壁位置，方便检修。

旋转机构是由外圈和内圈组成的轴承装置，外圈与舱顶连接，用于固定旋转机构，内圈与布料机构连接，用于带动布料机构旋转。可选的，旋转机构可以采用加大减速比的减速箱驱动，通过编码器反馈来控制转台旋转方向，转台同时承受轴向力、径向力和颠覆力矩，具有较强的动载荷能力。在转台的初始位置布置接近开关，用于辅助编码器进行转台具体位置的确定。转台带动布料机构旋转，可以实现360°全方位抛投。

布料机构上设有进料口，布料机构内部包括主动轮、从动轮和输送带，主动轮通过输送带带动从动轮转动，布料机构对应输送带的终点位置设置有出料口，物料从进料口进入落在输送带上，输送带将物料运输至出料口抛投出去，抛投速度与主动轮的转速呈正相关，在没有舱壁阻挡的情况下，通常抛投速度越快，抛投距离越远。

物料在布料机构中的输送过程可以由皮带机等输送装置实现，物料抛投速度可以通过变频器改变电机转速，即改变主动轮转速来实现，进而控制物料落点的距离。

可选的，舱内堆积监测模块设置在布料机构的下端部，包括激光雷达，用于扫描物料的堆积形态。可选的，舱内堆积监测模块还包括摄像头，用于采集物料的堆积图像，辅助操作人员观察堆积形态。

在一种可能的实现中，可以采用激光雷达直接扫描获取堆积形态，通过辅助的摄像头可以便于操作人员直观观察堆积形态；在另一种可能的实现中，可以只采用视频监测，结合图像识别技术来获得物料的堆积形态，进而实现物料堆积的实时监测。

可选的，执行模块监测设备用于监测执行模块的旋转机构的角度位置、布料机构的布料速度、物料输送量和主从动端速度差等情况；执行模块监测设备包括旋转机构监测设备和布料机构监测设备；旋转机构监测设备通过编码器和接近开关来判断旋转机构当前所在的角度位置；布料机构监测设备通过在从动轮上布置编码器来采集数据判断布料速度；通过在输送带中间位置布置称重传感器来监测物料输送量和布料机构内的堆积情况，称重传感器可以由称重托辊实现；通过在主动轮和从动轮分别布置编码器来监测主从动端速度差以判断布料机构是否出现故障。主动轮的编码器采集的是电机的输入，从动轮的编码器采集的是皮带的实际速度。

主动轮、从动轮、输送带组成的输送装置可以采用皮带，也可以采用链条。

为保证布料机构运行的可靠性，执行模块监测设备还布置承重传感器和主从动轮编码器来判断设备运行的安全性。若称重传感器传达的数值过大，表明输送装置内堆积严重，需要降低进料口上游的进料速度，避免大量堆积引起输送装置失效。在主动轮和从动轮分别布置编码器可以用来监测主从动轮的转动速度，通过速度差可以判断输送装置是否出现打滑或卡死等现象，进而为设备运行提供安全保障。

可选的，控制台包括处理器、操作屏和采集单元，监测模块采集的数据通过采集单元汇集传输至控制台，操作屏将采集单元汇集的数据显示出来，处理器根据采集的数据进行计算分析，根据计算分析结果通过旋转方向控制设备和布料速度控制设备控制执行模块的工作。

可选的，舱内堆积监测设备集成了以激光雷达为核心，包括多光谱成像仪、高分辨RGB相机等多元传感器，结合布料机构的旋转可快速采集不同监测尺度下的物料高精度3D点云。该真彩图像及光谱等信息通过采集单元传输至控制台实现舱内物料堆积状态的实时监测。

执行模块监测设备监测的信号通过采集单元汇总，再传输到控制台，可以实现设备运转及输送过程的实时监测。

控制台用于将采集单元汇集的信息显示出来，同时还具有处理器(比如PLC)，可根据舱内堆积监测设备采集的物料形态，再结合物料的固有属性，比如物料密度、堆积等参数，计算出物料在舱内堆积的重量分布。若舱内左右或前后重量超过设定阈值，通过调节旋转机构的方向和布料机构的布料速度来实现舱内均匀智能布料。

本申请还提供一种智能布料方法，应用于图1或图2所示的智能布料系统中，该方法可以包括以下步骤：

步骤1，运行监测模块，通过舱内堆积监测设备扫描舱内物料堆积形态。

步骤2，通过控制模块计算舱内物料的重量分布并计算出相对方位的重量差。

相对方位的重量差至少包括左右侧重量差和前后侧重量差。

步骤3，通过控制模块将计算出的重量差与初始设定阈值对比，判断是否在阈值范围内。

智能布料系统工作前需要确定初始布料方案，在控制台上设置左右、前后侧重量差的阈值，以初始设置数据为依据，智能布料系统开始自动布料。

步骤4，若超出阈值范围，则确定出重量较轻的一侧的对应方向，获取对应方向上物料未堆积的最远距离，根据最远距离计算所需的目标布料速度。

步骤5，通过旋转方向控制设备调节旋转机构的角度，使布料机构的出料口朝向对应方向，通过布料速度控制设备调节布料机构的布料速度为目标布料速度，将物料抛投至未堆积的位置。

比如，若控制台判断左侧重量＞右侧重量，左右侧重量差超出设定阈值，控制模块运行，旋转方向控制设备开始工作，控制旋转机构旋转至右侧，调整布料机构的速度将物料抛投至相应位置。

步骤6，物料抛投过程中，通过舱内堆积监测设备实时扫描堆积形态反馈给控制模块，通过控制模块确定启停时机、旋转角度和布料速度，循环执行直到舱内均匀布料结束。

需要说明的是，对于本申请实施例所提供的智能布料系统及方法，不仅可以应用在深海采矿平台中，还可以应用于其他不便于观察的布料场景下，比如地下粮仓。

以上所述的仅是本发明的优先实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能布料系统，其特征在于，包括：执行模块、监测模块、控制模块；所述控制模块分别连接所述执行模块和所述监测模块；所述控制模块接收所述监测模块采集的数据并根据所述采集的数据向所述执行模块发送控制指令；所述执行模块包括旋转机构和布料机构；所述监测模块包括舱内堆积监测设备和执行模块监测设备；所述控制模块包括控制台、旋转方向控制设备和布料速度控制设备；

所述旋转机构与所述布料机构连接，所述旋转机构用于带动所述布料机构实现水平范围内±180°旋转，所述布料机构用于将物料布放在储料舱中；

所述舱内堆积监测设备用于监测物料的堆积形态；所述执行模块监测设备用于监测所述旋转机构的角度位置和所述布料机构的布料信息；

所述控制台用于根据所述监测模块采集数据进行计算分析并控制所述旋转方向控制设备和所述布料速度控制设备；所述旋转方向控制设备用于调整所述旋转机构所在角度位置；所述布料速度控制设备用于调整所述布料机构的布料速度。

2.根据权利要求1所述的智能布料系统，其特征在于，所述执行模块固定安装在舱顶的中间位置；

所述旋转机构是由外圈和内圈组成的轴承装置，所述外圈与舱顶连接，用于固定所述旋转机构，所述内圈与所述布料机构连接，用于带动所述布料机构旋转；

所述布料机构上设有进料口，所述布料机构内部包括主动轮、从动轮和输送带，所述主动轮通过所述输送带带动所述从动轮转动，所述布料机构对应所述输送带的终点位置设置有出料口，物料从所述进料口进入落在所述输送带上，所述输送带将物料运输至出料口抛投出去，抛投速度与所述主动轮的转速呈正相关。

3.根据权利要求1所述的智能布料系统，其特征在于，所述舱内堆积监测模块设置在所述布料机构的下端部，包括激光雷达，用于扫描物料的堆积形态。

4.根据权利要求3所述的智能布料系统，其特征在于，所述舱内堆积监测模块还包括摄像头，用于采集物料的堆积图像，辅助操作人员观察堆积形态。

5.根据权利要求2所述的智能布料系统，其特征在于，所述执行模块监测设备包括旋转机构监测设备和布料机构监测设备；

所述旋转机构监测设备通过编码器和接近开关来判断所述旋转机构当前所在的角度位置；

所述布料机构监测设备通过在从动轮上布置编码器来采集数据判断布料速度；通过在输送带中间位置布置称重传感器来监测物料输送量和布料机构内的堆积情况；通过在主动轮和从动轮分别布置编码器来监测主从动端速度差以判断所述布料机构是否出现故障。

6.根据权利要求1至5任一所述的智能布料系统，其特征在于，所述控制台包括处理器、操作屏和采集单元，所述监测模块采集的数据通过所述采集单元汇集传输至所述控制台，所述操作屏将所述采集单元汇集的数据显示出来，所述处理器根据采集的数据进行计算分析，根据计算分析结果通过所述旋转方向控制设备和所述布料速度控制设备控制所述执行模块的工作。

7.一种智能布料方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任一所述的智能布料系统中，所述方法包括：

运行监测模块，通过舱内堆积监测设备扫描舱内物料堆积形态；

通过控制模块计算舱内物料的重量分布并计算出相对方位的重量差，所述相对方位的重量差至少包括左右侧重量差和前后侧重量差；

通过控制模块将计算出的重量差与初始设定阈值对比，判断是否在阈值范围内；

若超出阈值范围，则确定出重量较轻的一侧的对应方向，获取对应方向上物料未堆积的最远距离，根据最远距离计算所需的目标布料速度；

通过旋转方向控制设备调节旋转机构的角度，使布料机构的出料口朝向所述对应方向，通过布料速度控制设备调节布料机构的布料速度为所述目标布料速度，将物料抛投至未堆积的位置；

物料抛投过程中，通过所述舱内堆积监测设备实时扫描堆积形态反馈给所述控制模块，通过所述控制模块确定启停时机、旋转角度和布料速度，循环执行直到舱内均匀布料结束。