CN111908061B - 一种散货输料传送带状态监测方法 - Google Patents
一种散货输料传送带状态监测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种散货输料传送带状态监测方法,包括:通过激光扫描仪对空载状态下的传送带进行扫描,确定空载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度;确定空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型;通过激光扫描仪对带载状态下的传送带进行扫描,确定带载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度;确定单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系;确定每条扫描仪射线对应的流量;对传送带的运行状态进行实时监测,并根据确定的每条扫描仪射线对应的流量,确定传送带的当前运行状态是否正常。本发明可实现对传送带的快速、智能、精确的监测,以保障传送带稳定、高效运行。
Description
技术领域
本发明属于传送带安全监测技术领域,尤其涉及一种散货输料传送带状态监测方法。
背景技术
目前国内在散货港口,火电厂大量使用长距离传送带来运输原料,而对于物料在传送带上的监控和对传送带状态的监控还存在很多问题,主要表现如下几点:1、长距离传送带在传送过程中状态不易监测的问题,传统的方式为摄像头和传送带防撕裂拉绳,不能够及时精确的发现传送带异常的故障,摄像头因为烟尘干扰无法观测到传送带,防撕裂拉绳会因为皮带拉力不均匀出现误报或者失效;2、传送带出现少量跑偏,传统皮带秤测量数据出现较大误差并且皮带秤的定时维护和校准需要耗费大量时间;3、皮带秤测量数据线性差,受外部影响系数较多;4、质量和体积换算时密度都为预估密度,会造成预估的体积与实际的体积误差较大,在对堆料选取位置时会出现较大的差异。
发明内容
本发明的技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种散货输料传送带状态监测方法,可实现对传送带的快速、智能、精确的监测,以保障传送带稳定、高效运行。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种散货输料传送带状态监测方法,包括:
控制传送带空载运行,通过激光扫描仪对空载状态下的传送带进行扫描,确定空载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度;
根据多次扫描确定的空载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度,确定空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型;
将固定量的物料放置在传送带上,控制传送带带载运行,通过激光扫描仪对带载状态下的传送带进行扫描,确定带载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度;
根据空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型、和带载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度,确定单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系;
根据单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系,进行积分运算,确定每条扫描仪射线对应的流量;
对传送带的运行状态进行实时监测,并根据确定的每条扫描仪射线对应的流量,确定传送带的当前运行状态是否正常。
在上述散货输料传送带状态监测方法中,空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型如下:
其中,t表示采样时间,n表示在采样时间t内激光扫描仪的有效扫描次数,θn表示激光扫描仪第n次有效扫描时的扫描仪射线的角度,Ln表示空载状态下角度为θn的扫描仪射线的长度。
在上述散货输料传送带状态监测方法中,根据空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型、和带载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度,确定单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系,包括:
通过极坐标面积计算,得到Vn的表达式:
其中,Vn表示激光扫描仪第n次有效扫描时的扫描截面积,rn表示带载状态下角度为θn的扫描仪射线的长度,n=1、2、…、k-1、k、...,EndAngle表示激光扫描仪的中止扫描角度,StartAngle表示激光扫描仪的开始扫描角度;
根据式(2)确定单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系:
其中,T固定量表示放置在传送带上的物料的固定量,a表示传送带的速度系数,max表示在采样时间t内激光扫描仪的有效扫描次数的最大值。
在上述散货输料传送带状态监测方法中,
StartAngle~EndAngle=-5°~195°或StartAngle~EndAngle=0°~180°;
Vn≥0.001。
在上述散货输料传送带状态监测方法中,根据单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系,进行积分运算,确定每条扫描仪射线对应的流量,包括:
进行多次样本采样,将多次样本采样的采样数据代入上述式(3)中进行解算,并记录各次样本采样对应的解算结果;
根据多次样本采样对应的解算结果,进行积分运算,确定扫描仪射线的角度θ和长度L与瞬时流量之间的积分函数关系式:
确定激光扫描仪在有效扫描次数n内的有效扫描仪射线数量m;其中,m<n;
根据有效扫描仪射线数量m和式(4),确定每条扫描仪射线对应的流量Vi:
其中,i∈m。
在上述散货输料传送带状态监测方法中,对传送带的运行状态进行实时监测,并根据确定的每条扫描仪射线对应的流量,确定传送带的当前运行状态是否正常,包括:
对传送带的运行状态进行实时监测,确定第一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度和最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度;
若第一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度和最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度与中心射线的夹角大于设定角度阈值时,确定传送带的当前运行状态为跑遍状态;
根据确定的每条扫描仪射线对应的流量,确定第一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度、最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度和中心射线的长度;
若中心射线的长度与第一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度或最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度的差值大于设定长度阈值时,确定传送带的当前运行状态为中心撕裂状态。
在上述散货输料传送带状态监测方法中,还包括:对激光扫描仪发出的扫描仪射线筛选,过滤掉无效的扫描仪射线。
在上述散货输料传送带状态监测方法中,还包括:
横跨所述传送带安装一支架;
将激光扫描仪安装在支架的中心位置处。
在上述散货输料传送带状态监测方法中,安装后的支架距离传送带的垂直距离不小于3m。
在上述散货输料传送带状态监测方法中,激光扫描仪的配置参数如下:扫描范围45°~135°,扫描频率10Hz,扫描仪精度0.25°。
本发明具有以下优点:
(1)本发明公开了一种散货输料传送带状态监测方法,通过实时监测分析激光扫描仪在传送带上扫描的轮廓数据,判断传送带在传输作业上的流量、以及传送带的位置。在出现传送带跑偏,撕裂时及时的提示报警,可有效的预防传送带异常导致的撒料。在传送带出现不严重跑偏的情况下依然可以精确的测量传送带传送精确实时流量,可解决因为传送带角度导致皮带秤安装倾斜导致的测量数据不精确的问题。
(2)本发明公开了一种散货输料传送带状态监测方法,可采用多个激光扫描仪对传送带的轮廓进行监测,将多个激光扫描仪关联起来,记录入炉料量、取料量和传输过程的损失量,通过对比分析多个位置处的传送带的轮廓判断传送带运行过程中的实时状态,并通过记录和回溯确认传送带的异常点位置、异常发生时间,为解决传送带故障提供了可靠的数据支持。
(3)本发明公开了一种散货输料传送带状态监测方法,通过使用简单且快速有效的算法以及出噪点函数,有效降低了噪点对激光扫描仪精度的影响,在有烟雾的密封场地依然可以测量传送带流量。
(4)本发明公开了一种散货输料传送带状态监测方法,采用激光扫描仪进行监控,激光扫描仪安装简易,不需要每月校准数据就可以保障数据的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例中一种散货输料传送带状态监测方法的步骤流程图;
图2是本发明实施例中一种激光扫描仪的扫描示意图;
图3是本发明实施例中一种激光扫描仪的安装示意图;
图4是本发明实施例中一种空传送带的扫描仪数据的示意图;
图5是本发明实施例中一种原始点云数据的示意图;
图6是本发明实施例中一种处理后的点云数据的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
实施例1
如图1和图2,在本实施例中,该散货输料传送带状态监测方法,包括:
步骤101,控制传送带空载运行,通过激光扫描仪对空载状态下的传送带进行扫描,确定空载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度。
在本实施例中,如图3,支架位于传送带上方、横跨所述传送带安装,激光扫描仪安装在支架的中心位置处。通过所述激光扫描仪实现对传送带运行状态的实时监控。其中,安装后的支架距离传送带的垂直距离不小于3m;激光扫描仪的配置参数如下:扫描范围45°~135°,扫描频率10Hz,扫描仪精度0.25°。其中,图3中,1表示数据传输线、2表示激光扫描仪,3表示激光扫描仪发出的扫描仪射线,4表示传送带上的散料。
步骤102,根据多次扫描确定的空载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度,确定空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型。
在本实施例中,空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型如下:
其中,t表示采样时间,n表示在采样时间t内激光扫描仪的有效扫描次数,θn表示激光扫描仪第n次有效扫描时的扫描仪射线的角度,Ln表示空载状态下角度为θn的扫描仪射线的长度。
步骤103,将固定量的物料放置在传送带上,控制传送带带载运行,通过激光扫描仪对带载状态下的传送带进行扫描,确定带载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度。
步骤104,根据空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型、和带载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度,确定单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系。
在本实施例中,可以通过极坐标面积计算,得到Vn的表达式:
根据式(2)确定单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系:
其中,Vn表示激光扫描仪第n次有效扫描时的扫描截面积,rn表示带载状态下角度为θn的扫描仪射线的长度,n=1、2、…、k-1、k、…,EndAngle表示激光扫描仪的中止扫描角度(即图2中的α),StartAngle表示激光扫描仪的开始扫描角度(即图2中的β),T固定量表示放置在传送带上的物料的固定量,a表示传送带的速度系数,max表示在采样时间t内激光扫描仪的有效扫描次数的最大值。需要说明的是,图2中的M表示最短有效测量范围,N表示最长有效射线测量长度。
优选的:
StartAngle~EndAngle=-5°~195°或StartAngle~EndAngle=0°~180°
Vn≥0.001。
步骤105,根据单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系,进行积分运算,确定每条扫描仪射线对应的流量。
在本实施例中,可以进行多次样本采样,将多次样本采样的采样数据代入上述式(3)中进行解算,并记录各次样本采样对应的解算结果;根据多次样本采样对应的解算结果,进行积分运算,确定扫描仪射线的角度θ和长度L与瞬时流量之间的积分函数关系式:
根据激光扫描仪在有效扫描次数n内的有效扫描仪射线数量m和式(4),确定每条扫描仪射线对应的流量Vi:
其中,m<n,i∈m。
步骤106,对传送带的运行状态进行实时监测,并根据确定的每条扫描仪射线对应的流量,确定传送带的当前运行状态是否正常。
在本实施例中,对传送带的运行状态进行实时监测,确定第一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度和最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度;若第一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度和最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度与中心射线的夹角大于设定角度阈值时,确定传送带的当前运行状态为跑遍状态;进一步的,根据确定的每条扫描仪射线对应的流量,确定第一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度、最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度和中心射线的长度;若中心射线的长度与第一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度或最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度的差值大于设定长度阈值时,确定传送带的当前运行状态为中心撕裂状态。
优选的,如果出现在中心射线两侧的扫描仪射线的长度差连续且大约5cm且长度有一侧超出有效范围时,可以根据偏差是否从边界开始,判定传送带跑偏或者传送带撕裂。在确定传送带跑偏或者传送带撕裂(异常状态)后,可根据两侧的对称位置处的长度不同的扫描仪射线的数量确定异常状态的严重程度:但存在连续且大于10条扫描仪射线的长度不同时,确定为严重异常状态,其中,出现跑偏的描仪射线不记录入有效描仪射线数量。
其中,需要说明的是,在本实施例中,还需要对激光扫描仪发出的扫描仪射线筛选,以过滤掉无效的扫描仪射线。
在本发明的一优选实施例中,为了确保监测的准确性,还可以采用卡尔曼降噪点算法来除去因为散货导致的粉尘干扰:扫描时对扫描仪射线的长度范围做出限定,超出范围的不参与计算,通过将角度和长度信息转化成平面坐标信息,相邻的点增量如果超过安息角比例,则剔除当前两个对比点,依次循环,最终得到全部除噪点数据。如果当前无有效点,则不进行多点计算,只进行单线计算:将权重W设置为0,有效点大于2个时,计算流量数据为V多点,再通过每个扫描点计算每条线对应的面积数据获取均值和中值中较小的那个为V单点,通过设置有效点数量和两种面积算法的权重比例通过多次数据比对,确定使用计算得到的权重效果最佳,经过多次数据校验数据精准度在千分之五以内,总量误差在千分之十。
综上所述,本发明通过安装在传送带上方的激光扫描仪实现对传送带运行状态、传送带上的散货料的流体积的实时监控。通过实时监控可实时的保障散货在传送带上的安全运行,有效的监测传送带跑偏,撕裂等问题,通过实时监控传送带的流量,精确的记录受监控的传送带的输送量,可为整体散货输送系统提供有效的精度数据验证。此外,本发明在实际的使用过程中通过大量的数据总结,以及对抗噪点干扰算法不断优化,可以在粉尘、水汽等环境下实现精确的扫描,实现了有效点最低在30%的情况下散货流量实时精度在1.7%总体精度在0.68%。
实施例2
在上述实施例的基础上,下面结合一个具体实例进行说明。如图3,在地面传送带或者斗轮机悬臂传送带上安装横跨传送带的支架,支架距离传送带中心地面3m以上,在从传送带中心的正上方安装SICK Lms111扫描仪,SICK Lms111扫描仪通过网线接入交换机,通过网络和机房的软件服务器建立数据链接。SICK Lms111扫描仪接入24V电源,SICKLms111扫描仪工作角度为45°~135°、扫描频率为10Hz,取消扫描仪默认的滤波功能(该功能会导致大量点数据缺失)。安装数据库,配置好和3d软件交互的数据表以及数据界面。
安装配置完成后,启动传送带,空传送带的扫描仪数据在配置工具中显示如图4,将软件main文件中的nullSumLeng参数配置为0,velocity参数配置为1,运行传送带开始采集空传送带运行时参数,启动传送带监测软件,运行10分钟后将流量参数写入到main文件中,重新启动软件,监测空传送带运行,以校验训练得到的参数是否正确。
工作状态下,打开3d软件即可监测到流量数据以及当前传送带的料堆模型。在扫描仪配置工具中可以看到原始的点云数据如图5所示,处理后的点云数据如图6所示;如果皮带跑偏会出发报警信号提示操作人员。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (7)
1.一种散货输料传送带状态监测方法,其特征在于,包括:
控制传送带空载运行,通过激光扫描仪对空载状态下的传送带进行扫描,确定空载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度;
根据多次扫描确定的空载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度,确定空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型;
将固定量的物料放置在传送带上,控制传送带带载运行,通过激光扫描仪对带载状态下的传送带进行扫描,确定带载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度;
根据空载状态下扫描仪射线的角度与长度之间的关系模型、和带载状态下激光扫描仪发出的扫描仪射线的角度和长度,确定单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系;
根据单次扫描截面积与所述固定量之间的函数关系,进行积分运算,确定每条扫描仪射线对应的流量;
对传送带的运行状态进行实时监测,并根据确定的每条扫描仪射线对应的流量,确定传送带的当前运行状态是否正常。
3.根据权利要求1所述的散货输料传送带状态监测方法,其特征在于,对传送带的运行状态进行实时监测,并根据确定的每条扫描仪射线对应的流量,确定传送带的当前运行状态是否正常,包括:
对传送带的运行状态进行实时监测,确定第一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度和最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度;
若第一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度和最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的角度与中心射线的夹角大于设定角度阈值时,确定传送带的当前运行状态为跑遍状态;
根据确定的每条扫描仪射线对应的流量,确定第一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度、最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度和中心射线的长度;
若中心射线的长度与第一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度或最后一条照射到传送带上的扫描仪射线的长度的差值大于设定长度阈值时,确定传送带的当前运行状态为中心撕裂状态。
4.根据权利要求1所述的散货输料传送带状态监测方法,其特征在于,还包括:对激光扫描仪发出的扫描仪射线筛选,过滤掉无效的扫描仪射线。
5.根据权利要求1所述的散货输料传送带状态监测方法,其特征在于,还包括:
横跨所述传送带安装一支架;
将激光扫描仪安装在支架的中心位置处。
6.根据权利要求5所述的散货输料传送带状态监测方法,其特征在于,安装后的支架距离传送带的垂直距离不小于3m。
7.根据权利要求5所述的散货输料传送带状态监测方法,其特征在于,激光扫描仪的配置参数如下:扫描范围45°~135°,扫描频率10Hz,扫描仪精度0.25°。
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