CN112158609B - 一种智能煤炭储运装载系统及其协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能煤炭储运装载系统及其协调控制方法，包括汽车来料处理子系统、地面料场处理子系统、地下给料处理子系统和铁路装载处理子系统；汽车来料处理子系统将汽车运送来的煤炭通过传送皮带传送至地面料场处理子系统的地面储料场分成多个相同或不相同规格煤炭的储料垛，储料垛通过地面向下的出料通道连接地下给料处理子系统，地下给料处理子系统的给煤机将储料垛的煤炭通过带式传送机传送至地面铁路装载处理子系统的装载塔斗装入通过的列车车厢。本发明具有集成化、自动化、智能化、信息化、绿色环保的优势，通过本系统及其智能协同控制方法，降低了人员劳动强度、提高了通信反馈效率，提高了设备的有效作业占比时间，节约了大量能耗。

Description

一种智能煤炭储运装载系统及其协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能煤炭储运装载系统及其协调控制方法。

背景技术

煤炭是我国的基础能源和重要原料，在国民经济中占有重要的战略地位，约占一次商品能源消耗的60%以上。煤炭主要产区集中在山西、陕西和内蒙古西部地区，但煤炭消费却相对集中在经济发达的中东部地区，长期以来形成了“北煤南运”和“西煤东调”的基本格局，所以在煤炭产地、铁路周边形成了数以百计的煤炭集运站，专门从事煤炭散料物流转运。

但是，这其中大绝大多数集运站生产仍然处于人工收集数据、电话通知、会议协调的传统模式。从汽车进场送料，到中间转运储存，再到铁路装车外运，要经过一系列流程，如生产、销售、调度等多个部门协作配合，中间环节繁杂且各子系统之间信息交换不及时，缺乏有效的网络通讯和协调控制策略，各生产环节不能进行良好的匹配，导致散料物流经常出现滞留延误，亟需提高生产效率，节约资源能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能煤炭储运装载系统及其协调控制方法。

为了实现上述目的，本发明的方案是：

一种智能煤炭储运装载系统，其中，所述储运装载协调系统包括汽车来料处理子系统、地面料场处理子系统、地下给料处理子系统和铁路装载处理子系统；汽车来料处理子系统将汽车运送来的煤炭通过传送皮带传送至地面料场处理子系统的地面储料场分成多个相同或不相同规格煤炭的储料垛，储料垛通过地面向下的出料通道连接地下给料处理子系统，地下给料处理子系统的给煤机将储料垛的煤炭通过带式传送机传送至地面铁路装载处理子系统的装载塔斗装入通过的列车车厢，一个控制服务器从汽车来料处理子系统获取汽车运送煤炭的信息、从地面处料场处理子系统获取储料垛存储信息、从地下给料处理子系统获取出料状态信息、从铁路装载处理子系统获取列车车厢的装载信息，并根据获取的信息协调各子系统工作。

方案进一步是：

所述汽车来料处理子系统包括来料汽车的数据采集装置，所述数据采集装置包括设置在进、出卸料场的车辆识别读卡器和设置在进、出卸料场的称重磅，所述汽车运送煤炭的信息是数据采集装置向控制服务器传递的车辆识别信息和煤炭卸载信息：

所述地面料场处理子系统包括在储料垛上端设置的三维激光扫描仪，所述储料垛存储信息是三维激光扫描仪向控制服务器传递的储料垛体积信息；

所述地下给料处理子系统包括在出料通道出口设置的振动筛和转运带，从振动筛落下的煤炭掉入转运带被送至带式传送机，在转运带的转动支撑上设置有称重传感器，所述出料状态信息是振动筛向控制服务器传递的振动筛工作状态信息和称重传感器向控制服务器传递的转运带上物料重量信息；

所述铁路装载处理子系统包括在轨道上设置的列车车厢信息采集装置和列车车厢速度传感器，所述列车车厢的装载信息是列车车厢信息采集装置向控制服务器传递的列车车厢信息和列车车厢速度传感器向控制服务器传递的列车车厢行走速度信息。

方案进一步是：在所述带式传送机上设置有图像采集摄像头，所述图像采集摄像头将采集的带式传送机传送带的图像传送至控制服务器，控制服务器根据图像获取带式传送机上传送煤炭的布料状态，并根据布料状态调整连接地下给料处理子系统的出料通道出口的出料速度。

方案进一步是：所述地面储料场包括一个封闭的储料场棚，在封闭的储料场棚中设置有煤炭分配传送带，沿煤炭分配传送带设置有多个犁式卸料器，多个犁式卸料器根据煤炭分配传送带上不同规格煤炭分别开启卸下煤炭形成多个相同或不相同煤炭规格的储料垛。

方案进一步是：所述汽车来料处理子系统还包括卸料场，所述卸料场包括在地面设置的震动平料篦网，震动平料篦网下端连接卸料斗，卸料斗下端设置带式给煤机，带式给煤机的机头溜槽连接所述传送皮带，所述传送皮带在封闭的箱体中直至封闭的储料场棚将煤炭传递至煤炭分配传送带。

方案进一步是：所述车辆识别读卡器是射频信号读卡器，所述列车车厢信息采集装置是射频信号车厢信息采集装置，射频信号车厢信息采集装置和列车车厢速度传感器设置在进入装载塔斗前的轨道上。

一种智能煤炭储运装载协调控制方法，是基于上述智能煤炭储运装载系统的协调控制方法，控制服务器根据从汽车来料处理子系统获取汽车运送煤炭的车辆识别信息和煤炭卸载信息、从地面处料场处理子系统获取的储料垛体积信息、从地下给料处理子系统获取的振动筛工作状态信息和转运带上煤炭重量信息、从铁路装载处理子系统获取的列车车厢信息和列车车厢行走速度信息，协调各子系统工作，其中的车辆识别信息包括煤炭的规格信息，煤炭卸载信息是煤炭卸载的重量信息，所述列车车厢信息包括车厢尺寸和承载重量；其中，所述协调控制方法分别是：

一，根据煤炭的规格确定封闭的储料场棚中煤炭分配传送带传输分配的储料垛；根据累计记录的煤炭卸载的重量和储料垛体积确定当前储料垛的存储量；

二，根据储料垛体积信息的动态变化确定每一种规格煤炭的存储量，并根据车厢尺寸和承载重量确定可装载的车厢数量，或者根据装载的车厢数量准备储料垛的存储量；

三，在转运带运转的状态下，对转运带上煤炭重量设定一个阈值、振动筛处于慢速振动状态，根据振动筛工作状态信息和转运带上煤炭重量信息：当转运带上煤炭重量低于设定阈值时，提高振动筛振动速度，反之降低振动筛振动速度，而当转运带上煤炭重量趋于“0”时或为“0”时，停止当前出料通道出口的振动筛和转运带运转，启动相同规格煤炭储料垛下出料通道的转运带运转；

四，根据列车车厢行走速度以及车厢尺寸和承载重量，确定带式传送机传送速度以及转运带运转速度和转运带上煤炭重量设定阈值。

方案进一步是：在所述带式传送机上设置有图像采集摄像头，所述图像采集摄像头将采集的带式传送机传送带的图像传送至控制服务器，控制服务器根据图像获取带式传送机上传送煤炭的布料状态，并根据布料状态调整连接地下给料处理子系统的出料通道出口的出料速度。

方案进一步是：所述地面储料场包括一个封闭的储料场棚，在封闭的储料场棚中设置有煤炭分配传送带，沿煤炭分配传送带设置有多个犁式卸料器，多个犁式卸料器根据煤炭分配传送带上不同规格煤炭分别开启卸下煤炭形成多个相同或不相同煤炭规格的储料垛。

方案进一步是：所述汽车来料处理子系统还包括卸料场，所述卸料场包括在地面设置的震动平料篦网，震动平料篦网下端连接卸料斗，卸料斗下端设置带式给煤机，带式给煤机的机头溜槽连接所述传送皮带，所述传送皮带在封闭的箱体中直至封闭的储料场棚将煤炭传递至煤炭分配传送带。

本发明与现有技术的对比其优点是：具有集成化、自动化、智能化、信息化、绿色环保的优势，将人工调度指挥的物流模式转化为自动化控制模式，通过本系统及其智能协同控制方法，一方面降低了人员劳动强度、提高了通信反馈效率，实现了减员增效；另一方面提高了设备的有效作业占比时间，节约了大量能耗。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1 为本发明系统结示意图；

图2为本发明储料垛信息采集结构示意图；

图3为本发明地下给料处理子系统的振动筛和转运带连接关系示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种智能煤炭储运装载系统，如图1所示，所述储运装载协调系统包括汽车来料处理子系统1、地面料场处理子系统2、地下给料处理子系统3和铁路装载处理子系统4；汽车来料处理子系统将汽车运送来的煤炭通过传送皮带5传送至地面的入库转运站6，入库转运站6再由地面料场处理子系统的地面储料场分成多个相同或不相同规格煤炭的储料垛201，所述地面储料场包括一个封闭的储料场棚202，在封闭的储料场棚中设置有煤炭分配传送带203，沿煤炭分配传送带设置有多个犁式卸料器204，多个犁式卸料器根据煤炭分配传送带203上不同规格煤炭分别开启卸下煤炭形成多个相同或不相同煤炭规格的储料垛201。储料垛通过地面向下的出料通道连接地下给料处理子系统，地下给料处理子系统的给煤机301将储料垛的煤炭通过带式传送机302传送至地面装车转运站7，再由地面装车转运站7转运至地面铁路装载处理子系统的装载塔斗401装入通过的列车车厢8，一个控制服务器9通过传感器从汽车来料处理子系统获取汽车运送煤炭的信息、从地面处料场处理子系统获取储料垛存储信息、从地下给料处理子系统获取出料状态信息、从铁路装载处理子系统获取列车车厢的装载信息，并根据获取的信息协调各子系统工作。

其中：

所述汽车来料处理子系统包括来料汽车的数据采集装置，所述数据采集装置包括设置在进、出卸料场的车辆识别读卡器101和102和设置在进、出卸料场的称重磅103和104，所述汽车运送煤炭的信息是数据采集装置向控制服务器传递的车辆识别信息和煤炭卸载信息：通过进场车辆识别读卡器101获取运输公司信息、车辆牌号、运来煤的规格信息、煤的装载重量信息，通过进场称重磅103获取车辆未卸载的总重量信息，通过出场车辆识别读卡器102和出场称重磅104确定车辆运煤的重量，并计算出与装载重量信息是否一致，用以掌握运输过程中的情况，其中的所述车辆识别读卡器是射频信号读卡器。

如图2所示，所述地面料场处理子系统包括在储料垛上端设置的三维激光扫描仪10，三维激光扫描仪10与犁式卸料器204错开设置，所述储料垛存储信息是三维激光扫描仪向控制服务器传递的储料垛体积信息；储料场内各料堆的高度、面积比较大，传统的图像识别相机的检测距离有限，测量精度满足不了使用要求，经综合比较测试，本系统采用宽域三维激光扫描器，有效检测距离可达50米,数据扫描采样角度0～270度范围内连续可调。该传感器基于激光－时间飞行原理，采用非接触式检测，且加入了多次回波检测技术，Ip67的防护等级，具备雾气校正功能，以及内部集成加热器，即使在恶劣环境下也能准确测量，还可根据现场需设置各种图形的保护区域，且可以根据现场的需要，随时修改图形。每个料堆上方配置一台激光扫描器，实时检测各个堆料物料的动态变化，以TCP/IP的方式输出点云数据，控制服务器9通过指定IP和默认端口号访问激光扫描器，并按照该传感器的通讯数据包的格式要约解析提取关键数据，系统得到采样数据后，协同控制自动调整上方卸料器的启停时机和落料位置，协同控制自动调整料堆下方转运给料机的启停时机和放料位置。

如图3所示，所述地下给料处理子系统包括在出料通道出口设置的给煤机301和转运带303，给煤机301上设置振动筛304，从振动筛落下的煤炭通过给煤机301掉入转运带303被送至带式传送机302，在转运带303的转动支撑上设置有称重传感器11，振动筛通过偏心轮电机带动震动，在电机上设置有转速传感器，所述出料状态信息是振动筛通过转速传感器向控制服务器传递的振动筛工作状态信息和称重传感器11向控制服务器传递的转运带上物料重量信息；常规的给煤机、转运带303只具备开关功能，没有称重传感器11，启动后一直运行，煤炭通过的流量大小和有无均无法感知，全靠人工现场查看，然后调整给煤机位置。极端情况下，给煤机301、振动筛304、转运带开着一直空转，没有物料落下，即延误了生产运输，又浪费了电力。本实施例通过在振动筛落料口附近的胶带下方增加称重传感器11，经过该处皮带上的物料，通过架下的称重传感器进行检测重量，实时检测转运带上的物料重量，并以4～20mA的标准模拟量信号就近接入与控制服务器9连接的PLC控制分站，再通过PLC控制分站通过以太网通讯反馈给控制服务器的PLC控制站点。

所述铁路装载处理子系统包括在轨道上设置的列车车厢信息采集装置和列车车厢速度传感器，所述列车车厢的装载信息是列车车厢信息采集装置向控制服务器传递的列车车厢信息和列车车厢速度传感器向控制服务器传递的列车车厢行走速度信息。其中的所述列车车厢信息采集装置是射频信号车厢信息采集装置，射频信号车厢信息采集装置和列车车厢速度传感器设置在进入装载塔斗前的轨道上或通道上。

本实施例为掌握带式传送机上传送煤炭的布料状态，在所述带式传送机上设置有图像采集摄像头303，采用基于机器视觉的图像识别传感器进行实时测量，该类传感器安全无辐射，且采用非接触无振动，所述图像采集摄像头303将采集的带式传送机传送带的图像传送至控制服务器，控制服务器根据图像获取带式传送机上传送煤炭的布料状态，并根据布料状态调整连接地下给料处理子系统的出料通道出口的出料速度。

实施例中如图1所示，所述汽车来料处理子系统还包括卸料场，所述卸料场包括在地面设置的震动平料篦网105，震动平料篦网下端连接卸料斗106，卸料斗106下端设置带式给煤机107，带式给煤机的机头溜槽连接所述传送皮带5，所述传送皮带在封闭的箱体中直至封闭的储料场棚将煤炭传递至煤炭分配传送带。

实施例2：

一种智能煤炭储运装载协调控制方法，是基于实施例1所述智能煤炭储运装载系统的协调控制方法，因此实施例1的内容也是本实施例的内容，控制服务器9根据从汽车来料处理子系统获取汽车运送煤炭的车辆识别信息和煤炭卸载信息、从地面处料场处理子系统获取的储料垛体积信息、从地下给料处理子系统获取的振动筛工作状态信息和转运带上煤炭重量信息、从铁路装载处理子系统获取的列车车厢信息和列车车厢行走速度信息，协调各子系统工作，其中的车辆识别信息包括煤炭的规格信息，煤炭卸载信息是煤炭卸载的重量信息，所述列车车厢信息包括车厢尺寸和承载重量；其中，所述协调控制方法分别是：

一，根据煤炭的规格确定封闭的储料场棚中煤炭分配传送带传输分配的储料垛；根据累计记录的煤炭卸载的重量和储料垛体积确定当前储料垛的存储量；

二，根据储料垛体积信息的动态变化确定每一种规格煤炭的存储量，并根据车厢尺寸和承载重量确定可装载的车厢数量，或者根据装载的车厢数量准备储料垛的存储量；

三，在转运带运转的状态下，对转运带上煤炭重量设定一个阈值、振动筛处于慢速振动状态，根据振动筛工作状态信息和转运带上煤炭重量信息：当转运带上煤炭重量低于设定阈值时，提高振动筛振动速度，反之降低振动筛振动速度，而当转运带上煤炭重量趋于“0”时或为“0”时，停止当前出料通道出口的振动筛和转运带运转，启动相同规格煤炭储料垛下出料通道的转运带运转；

四，根据列车车厢行走速度以及车厢尺寸和承载重量，确定带式传送机传送速度以及转运带运转速度和转运带上煤炭重量设定阈值。

在整个储装运系统方法中，物料的外运和速度主要依靠铁路装车站，一般整列102节C80编组的火车，需求物料数量为102×80t＝8160t,每节C80车厢默认标准载重为80吨。

根据当天的生产计划，确认列车数量、煤炭品种，进而确认外运生产出料的需求总额，与储料场的实际料堆剩余库存情况进行比较，做出是否需要提前补充物料的评估预判，如果需要则对汽车来料系统自动发出信息提示。

在单车装载过程中，还需要根据列车实际行进的速度，随时调整皮带和给料机的物料转运速度。因此需要在货运列车经过的铁轨旁边安装车速检测传感器，货运列车装载时属于低速运行，通常速度为0.6～1.5km/h，而且火车车厢是连续不断的成组前进，一般的公路上的测速传感器不适用。本实施例采用的是列车专用测速雷达，它的工作原理主要依据微波多普勒效应判断物体的运动状态，从而识别其运动速度，实际应用过程中，雷达测出的速度并不是火车运行的速度，而是火车速度在雷达方向上的分量（径向速度），测量速度与火车速度成正比，比火车实际速度略小。当雷达在火车正前方，火车迎面开来时，效果最好。当雷达垂直于火车运动方向时，雷达无法探测出火车的运动，通常的雷达覆盖角为水平30度，垂直60度，安装位置高一些可减少地面行人对雷达的影响。

该速度值属于独立单通道数值，以标准模拟量4~20mA的方式接入与控制服务器9连接的装车站PLC控制分站，然后通讯传递给系统的PLC控制站，实时检测列车行进状态，协同控制自动调整给料机和皮带输送机的送料速度，无须人工盯屏和手动干预。

其中：在所述带式传送机上设置有图像采集摄像头，所述图像采集摄像头将采集的带式传送机传送带的图像传送至控制服务器，控制服务器根据图像获取带式传送机上传送煤炭的布料状态，并根据布料状态调整连接地下给料处理子系统的出料通道出口的出料速度。皮带上煤炭等散状物料在随着输送皮带运行一段时间后形成堆积，因此可以通过3D成像摄像机，近距离图像识别，通过内置的近红外激光器向物体投射具有一定结构特征的光线，再由其中的红外摄像头进行采集获取物体的三维结构，经过运算对信息进行深度处理成像，仅需一次成像就可得到深度信息，分析转换就能得到皮带上指定物料的体积变化。对于输煤皮带上的同一种物料，其密度是确定的，根据公式m=pV,通过体积和堆积密度，可以计算得到质量数据。例如：设带式输送机最高倍速为1X，调速范围区间[0.5X，1X]，正常启动后带式输送机以0.8X倍速运行，与主系统进行实时信息交换，接受主系统协同控制指令，当末端出料量偏小，往高调节皮带运行速度；反之，往低调节皮带运行速度。同时向控制服务器9反馈皮带上实际的物料堆积形态，控制服务器9得到皮带上的物流数据后，及时控制调节入口处的给料量。

如实施例1所述：地面储料场包括一个封闭的储料场棚，在封闭的储料场棚中设置有煤炭分配传送带，沿煤炭分配传送带设置有多个犁式卸料器，多个犁式卸料器根据煤炭分配传送带上不同规格煤炭分别开启卸下煤炭形成多个相同或不相同煤炭规格的储料垛。

其中：所述汽车来料处理子系统还包括卸料场，所述卸料场包括在地面设置的震动平料篦网，震动平料篦网下端连接卸料斗，卸料斗下端设置带式给煤机，带式给煤机的机头溜槽连接所述传送皮带，所述传送皮带在封闭的箱体中直至封闭的储料场棚将煤炭传递至煤炭分配传送带。

上述实施例具有集成化、自动化、智能化、信息化、绿色环保的优势，将人工调度指挥的物流模式实现了自动化，带来了历史性转变，通过本系统及其智能协调控制方法，一方面降低了人员劳动强度、提高了通信反馈效率，实现了减员增效；另一方面提高了设备的有效作业占比时间，节约了大量能耗。

Claims (5)

1.一种智能煤炭储运装载协调控制方法，包括汽车来料处理子系统、地面料场处理子系统、地下给料处理子系统和铁路装载处理子系统；汽车来料处理子系统将汽车运送来的煤炭通过传送皮带传送至地面料场处理子系统的地面储料场分成多个相同或不相同规格煤炭的储料垛，储料垛通过地面向下的出料通道连接地下给料处理子系统，地下给料处理子系统的给煤机将储料垛的煤炭通过带式传送机传送至地面铁路装载处理子系统的装载塔斗装入通过的列车车厢，控制服务器根据从汽车来料处理子系统获取汽车运送煤炭的车辆识别信息和煤炭卸载信息、从地面料场处理子系统获取的储料垛体积信息、从地下给料处理子系统获取的振动筛工作状态信息和转运带上煤炭重量信息、从铁路装载处理子系统获取的列车车厢信息和列车车厢行走速度信息，协调各子系统工作，其中的车辆识别信息包括煤炭的规格信息，煤炭卸载信息是煤炭卸载的重量信息，所述列车车厢信息包括车厢尺寸和承载重量；其特征在于，所述协调控制方法分别是：

一，根据煤炭的规格确定封闭的储料场棚中煤炭分配传送带传输分配的储料垛；根据累计记录的煤炭卸载的重量和储料垛体积确定当前储料垛的存储量；

二，根据储料垛体积信息的动态变化确定每一种规格煤炭的存储量，并根据车厢尺寸和承载重量确定可装载的车厢数量，或者根据装载的车厢数量准备储料垛的存储量；

三，在转运带运转的状态下，对转运带上煤炭重量设定一个阈值、振动筛处于慢速振动状态，根据振动筛工作状态信息和转运带上煤炭重量信息：当转运带上煤炭重量低于设定阈值时，提高振动筛振动速度，反之降低振动筛振动速度，而当转运带上煤炭重量趋于“0”时或为“0”时，停止当前出料通道出口的振动筛和转运带运转，启动相同规格煤炭储料垛下出料通道的转运带运转；

四，根据列车车厢行走速度以及车厢尺寸和承载重量，确定带式传送机传送速度以及转运带运转速度和转运带上煤炭重量设定阈值；

所述储料垛体积是通过在储料垛上端设置的三维激光扫描仪获取的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述汽车来料处理子系统包括来料汽车的数据采集装置，所述数据采集装置包括设置在进、出卸料场的车辆识别读卡器和设置在进、出卸料场的称重磅，数据采集装置向控制服务器传递车辆识别信息和煤炭卸载信息；

所述地面料场处理子系统包括在储料垛上端设置的三维激光扫描仪，三维激光扫描仪向控制服务器传递储料垛体积信息；

所述地下给料处理子系统包括在出料通道出口设置的振动筛和转运带，从振动筛落下的煤炭掉入转运带被送至带式传送机，在转运带的转动支撑上设置有称重传感器振动筛向控制服务器传递振动筛工作状态信息,称重传感器向控制服务器传递转运带上物料重量信息；

所述铁路装载处理子系统包括在轨道上设置的列车车厢信息采集装置和列车车厢速度传感器，列车车厢信息采集装置向控制服务器传递列车车厢信息,列车车厢速度传感器向控制服务器传递列车车厢行走速度信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述带式传送机上设置有图像采集摄像头，所述图像采集摄像头将采集的带式传送机传送带的图像传送至控制服务器，控制服务器根据图像获取带式传送机上传送煤炭的布料状态，并根据布料状态调整连接地下给料处理子系统的出料通道出口的出料速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，地面储料场包括一个封闭的储料场棚，在封闭的储料场棚中设置有煤炭分配传送带，沿煤炭分配传送带设置有多个犁式卸料器，多个犁式卸料器根据煤炭分配传送带上不同规格煤炭分别开启卸下煤炭形成多个相同或不相同煤炭规格的储料垛。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述汽车来料处理子系统还包括卸料场，所述卸料场包括在地面设置的震动平料篦网，震动平料篦网下端连接卸料斗，卸料斗下端设置带式给煤机，带式给煤机的机头溜槽连接传送皮带，所述传送皮带在封闭的箱体中直至封闭的储料场棚将煤炭传递至煤炭分配传送带。

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