CN112429493B - 一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法及系统，该方法具体为：在斗轮机的悬臂上设置二维激光扫描仪，所述的悬臂回转运动所在的平面为扫描平面；所述的二维激光扫描仪周期性扫描待检测取料面在扫描平面上的轮廓线，每个周期内通过积分步骤计算该轮廓线与二维激光扫描仪之间的扫描面积；计算该扫描面积与上一周期的扫描面积的差值，获得塌方面积；根据塌方面积大小向斗轮机的上位机发送操作指令。与现有技术相比，本发明具有自动化程度高、可靠性高和成本低等优点。

Description

一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种斗轮机控制技术，尤其是涉及一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法及系统。

背景技术

目前条形煤场的悬臂式斗轮机都是由司机在斗轮机司机室来操作，而取料效率的高低很大一部分取决于司机的操作熟练度。煤场的煤堆由于斗轮机取料，取料区域的煤堆安息角被破坏等原因，时长会发生取料面塌方的情况。若司机在操作过程中观察不仔细，致使斗轮经过煤堆的塌方区域取料，斗轮吃料过多时，会造成斗轮电流瞬间增大。如果塌方区域不大，斗轮还可以在热继保护不动作的情况下继续取料。但是如果塌方区域过大，司机又没有注意到，会造成热继保护动作，从而导致设备停机，严重影响输煤系统的稳定性。

司机在司机室操作斗轮机时，对取料流量的调整是通过切换回转挡位、大车前进后退以及俯仰升降来调节。当经过取料面塌方区域时，需要将堆取料臂的回转挡位降至最低，如果斗轮电流还是很大的话，司机可通过抬升取料臂来经过塌方区域。但是司机的操作水平难免有高有低，一旦出现这种塌垛现象，司机只能通过自己的判断来决定经过塌方区域该以何种方式来调整堆取料臂。现阶段常用的保护方式多为通过流量及斗轮电流反馈调节来防止塌垛的情况发生，继而提高取料效率，但是流量反馈调节有一定的滞后性，而电流反馈不够稳定，无法准确、及时地控制斗轮机避开塌垛。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法及系统，自动化程度高，可靠性高，成本低。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法，具体为：

在斗轮机的悬臂上设置二维激光扫描仪，所述的悬臂可进行回转运动和俯仰运动，所述的悬臂回转运动所在的平面为扫描平面；

所述的二维激光扫描仪周期性扫描待检测取料面在扫描平面上的轮廓线，每个周期内通过积分步骤计算该轮廓线与二维激光扫描仪之间的扫描面积，计算该扫描面积与上一周期的扫描面积的差值，获得塌方面积，根据塌方面积大小向斗轮机的上位机发送操作指令；

所述的待检测取料面为满足以下条件的取料面：

所述的悬臂当前的回转方向朝向该取料面，所述的二维激光扫描仪的扫描方向与悬臂的夹角在设定角度范围内，所述的设定角度范围为10°～20°，保证在斗轮机的悬臂到达二维激光扫描仪的扫描范围之前及时判断待检测取料面是否发生塌方，保证斗轮机的上位机有充足的时间完成操作指令，安全性好。

进一步地，所述的操作指令包括回转挡位切换、控制大车前进和后退以及控制悬臂俯仰和升降；

设定第一设定值和第二设定值，所述的第二设定值大于第一设定值，若塌方面积介于第一设定值和第二设定值之间，向上位机发送回转挡位切换的操作指令，所述的斗轮机通过降低回转频率来经过物料面的塌方区域；若塌方面积大于第二设定值，向上位机发送控制大车前进和后退或控制悬臂俯仰和升降的操作指令，斗轮机通过抬高取料臂或者控制大车后退，再将塌方区域的物料取掉，斗轮下次经过塌方区域时上位机自动降低回转频率。

一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制系统，包括：

轮廓扫描模块，用于通过二维激光扫描仪扫描待检测取料面在扫描平面上的轮廓线，所述的扫描平面为悬臂回转运动所在的平面，所述的悬臂当前的回转方向朝向该取料面，所述的二维激光扫描仪的扫描方向与悬臂的夹角在设定角度范围内，所述的设定角度范围为10°～20°，保证在斗轮机的悬臂到达二维激光扫描仪的扫描范围之前及时判断待检测取料面是否发生塌方，使得斗轮机的上位机有充足的时间完成操作指令，实时性强，安全性好；

塌方检测模块，用于通过积分步骤计算轮廓线与二维激光扫描仪之间的扫描面积，并计算该扫描面积与上一周期的扫描面积的差值，获得塌方面积；

操作控制模块，用于根据塌方面积大小向斗轮机的上位机发送操作指令。

进一步地，所述的操作指令包括回转挡位切换、控制大车前进和后退以及控制悬臂俯仰和升降。

进一步地，所述的操作控制模块设定第一设定值和第二设定值，所述的第二设定值大于第一设定值；

若塌方面积介于第一设定值和第二设定值之间，所述的操作控制模块向上位机发送回转挡位切换的操作指令；

若塌方面积大于第二设定值，所述的操作控制模块向上位机发送控制大车前进和后退或控制悬臂俯仰和升降的操作指令。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

(1)本发明在斗轮机的悬臂上设置二维激光扫描仪，以悬臂回转运动所在的平面为扫描平面，二维激光扫描仪周期性扫描待检测取料面在扫描平面上的轮廓线，每个周期内通过积分步骤计算该轮廓线与二维激光扫描仪之间的扫描面积，计算该扫描面积与上一周期的扫描面积的差值，成本低，稳定性好，可靠性高，根据塌方面积大小向斗轮机的上位机发送操作指令，能根据塌方面积评估塌方的严重程度并向上位机发送操作指令，实现斗轮机自动避让塌方区域，自动化程度高，避免人为操作的不确定带来的危险；

(2)本发明设定第一设定值和第二设定值，若塌方面积介于第一设定值和第二设定值之间，向上位机发送回转挡位切换的操作指令，若塌方面积大于第二设定值，向上位机发送控制大车前进和后退或控制悬臂俯仰和升降的操作指令，根据塌方面积将塌方严重程度进行分级，并通过上位机控制斗轮机进行相应的操作，自动化程度高；

(3)本发明所检测的待检测取料面位于斗轮机行进方向的前方，同时二维激光扫描仪的扫描方向与悬臂的夹角在设定角度范围内，能及时测得塌方面积。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为悬臂向左侧旋转时二维激光扫描仪的扫描范围；

图3为悬臂向右侧旋转时二维激光扫描仪的扫描范围；

图4为斗轮机取料正常时二维激光扫描仪获取的轮廓线；

图5为取料面发生塌垛时二维激光扫描仪获取的轮廓线；

图6为斗轮机取料正常时二维激光扫描仪的扫描面积；

图7为取料面发生塌垛时二维激光扫描仪的扫描面积；

图8为激光扫描仪在斗轮机上的安装位置示意图；

图中标号说明：

1.二维激光扫描仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法，如图1和图8，具体为：

在斗轮机的悬臂上设置二维激光扫描仪1，悬臂可进行回转运动和俯仰运动，悬臂回转运动所在的平面为扫描平面；

二维激光扫描仪1周期性扫描待检测取料面在扫描平面上的轮廓线，悬臂当前的回转方向朝向该待检测取料面，悬臂当前的回转方向根据斗轮机的上位机获取；

每个周期内通过积分步骤计算该轮廓线与二维激光扫描仪1之间的扫描面积；

计算该扫描面积与上一周期的扫描面积的差值，获得塌方面积；

设定第一设定值和第二设定值，第二设定值大于第一设定值；

若塌方面积介于第一设定值和第二设定值之间，向上位机发送回转挡位切换的操作指令，斗轮机通过降低回转频率来经过物料面的塌方区域，若塌方面积大于第二设定值，向上位机发送控制大车前进和后退或控制悬臂俯仰和升降的操作指令，斗轮机通过抬高取料臂或者控制大车后退，再将塌方区域的物料取掉，斗轮下次经过塌方区域时上位机自动降低回转频率。

如图2，悬臂向左回转时，在二维激光扫描仪1对悬臂左侧的取料面进行扫描，且二维激光扫描仪1的扫描方向与悬臂的夹角在10°～20°内；

如图3，悬臂向右回转时，在二维激光扫描仪1对悬臂右侧的取料面进行扫描，且二维激光扫描仪1的扫描方向与悬臂的夹角在10°～20°内。

如图4，当斗轮的取料面未发生塌垛时，二维激光扫描仪1在扫描平面上扫描得到的轮廓线为弧线，在扫描平面上建立以二维激光扫描仪1为原点的二维坐标系，获得轮廓线的坐标，如图6，将该轮廓线分解为若干个梯形，通过积分计算所有梯形的面积，即该周期的扫描面积，如图5，若下一个周期斗轮的取料面发生塌垛时，获得的轮廓线包含塌垛物料面的轮廓，如图7，将该轮廓线分解为若干个梯形，通过积分计算所有梯形的面积，即该周期的扫描面积，计算该扫描面积和上一周期扫描面积的差值，即塌方面积，计算简单，成本低，稳定性好；

二维激光扫描仪1的型号为LD-LRS3601，扫描频率最高可达到15HZ，上位机连接有控制器，控制器连接有光纤收发器，二维激光扫描仪1通过光纤与光纤收发器连接，控制器采集二维激光扫描仪1的扫描信息，计算出塌方面积，并向上位机发送操作指令，能够不断更新斗轮行进路径上的取料面情况，提前做出判断，实时性强。

实施例2

与实施例1对应的一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制系统，包括轮廓扫描模块、塌方检测模块和操作控制模块：

轮廓扫描模块用于通过二维激光扫描仪1扫描待检测取料面在扫描平面上的轮廓线，扫描平面为悬臂回转运动所在的平面，悬臂当前的回转方向朝向该待检测取料面，二维激光扫描仪1的扫描方向与悬臂的夹角在10°～20°内，保证在斗轮机的悬臂到达二维激光扫描仪1的扫描范围之前及时判断待检测取料面是否发生塌方，保证斗轮机的上位机有充足的时间完成操作指令，安全性好；

塌方检测模块用于通过积分步骤计算轮廓线与二维激光扫描仪1之间的扫描面积，并计算该扫描面积与上一周期的扫描面积的差值，获得塌方面积；

操作控制模块用于根据塌方面积大小向斗轮机的上位机发送操作指令；

操作指令包括回转挡位切换、控制大车前进和后退以及控制悬臂俯仰和升降。

操作控制模块设定第一设定值和第二设定值，第二设定值大于第一设定值；

若塌方面积介于第一设定值和第二设定值之间，操作控制模块向上位机发送回转挡位切换的操作指令，斗轮机通过降低回转频率来经过物料面的塌方区域；

若塌方面积大于第二设定值，操作控制模块向上位机发送控制大车前进和后退或控制悬臂俯仰和升降的操作指令，斗轮机通过抬高取料臂或者控制大车后退，再将塌方区域的物料取掉，斗轮下次经过塌方区域时上位机自动降低回转频率。

实施例1和实施例2提出了一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法及系统，以悬臂回转运动所在的平面为扫描平面，通过二维激光扫描仪1周期性扫描待检测取料面在扫描平面上的轮廓线，并计算扫描平面上轮廓线与二维激光扫描仪1之间的扫描面积，计算前后周期的扫描面积差值，即塌方面积，根据塌方面积评估塌方的严重程度并向上位机发送操作指令，控制斗轮机提前采取避让的操作，避免人为操作的不确定带来的危险，自动化程度高，可靠性高，成本低。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法，其特征在于，具体为：

在斗轮机的悬臂上设置二维激光扫描仪，所述的悬臂回转运动所在的平面为扫描平面；

所述的二维激光扫描仪周期性扫描待检测取料面在扫描平面上的轮廓线，每个周期内通过积分步骤计算该轮廓线与二维激光扫描仪之间的扫描面积；

计算该扫描面积与上一周期的扫描面积的差值，获得塌方面积；

根据塌方面积大小向斗轮机的上位机发送操作指令；

所述的待检测取料面为满足以下条件的取料面：

所述的悬臂当前的回转方向朝向该取料面；

所述的二维激光扫描仪的扫描方向与悬臂的夹角在设定角度范围内。

2.根据权利要求1所述的一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法，其特征在于，所述的操作指令包括回转挡位切换、控制大车前进和后退以及控制悬臂俯仰和升降。

3.根据权利要求2所述的一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法，其特征在于，设定第一设定值和第二设定值，所述的第二设定值大于第一设定值；

若塌方面积介于第一设定值和第二设定值之间，向上位机发送回转挡位切换的操作指令；

若塌方面积大于第二设定值，向上位机发送控制大车前进和后退或控制悬臂俯仰和升降的操作指令。

4.根据权利要求1所述的一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制方法，其特征在于，所述的设定角度范围为10°～20°。

5.一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制系统，其特征在于，包括：

轮廓扫描模块，用于通过二维激光扫描仪扫描待检测取料面在扫描平面上的轮廓线，所述的扫描平面为悬臂回转运动所在的平面；

塌方检测模块，用于通过积分步骤计算轮廓线与二维激光扫描仪之间的扫描面积，并计算该扫描面积与上一周期的扫描面积的差值，获得塌方面积；

操作控制模块，用于根据塌方面积大小向斗轮机的上位机发送操作指令；

所述的待检测取料面为满足以下条件的取料面：

所述的悬臂当前的回转方向朝向该取料面；

所述的二维激光扫描仪的扫描方向与悬臂的夹角在设定角度范围内。

6.根据权利要求5所述的一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制系统，其特征在于，所述的操作指令包括回转挡位切换、控制大车前进和后退以及控制悬臂俯仰和升降。

7.根据权利要求6所述的一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制系统，其特征在于，所述的操作控制模块设定第一设定值和第二设定值，所述的第二设定值大于第一设定值；

若塌方面积介于第一设定值和第二设定值之间，所述的操作控制模块向上位机发送回转挡位切换的操作指令；

若塌方面积大于第二设定值，所述的操作控制模块向上位机发送控制大车前进和后退或控制悬臂俯仰和升降的操作指令。

8.根据权利要求5所述的一种基于塌垛检测的斗轮机自动控制系统，其特征在于，所述的设定角度范围为10°～20°。

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