CN113148594B - 一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统及控制方法，控制系统包括：工控机、多个称重传感器、多个料斗闸门和多个可编程控制器；称重传感器一一对应安装在料斗群中相应的料斗上，其用于称取对应料斗中的当前物料重量；料斗闸门分别一一对应安装在料斗群中相应料斗的出料口位置处；可编程控制器分别与料斗闸门一一对应电性连接；工控机分别与称重传感器和可编程控制器电性连接，其用于实时获取料斗群中各个料斗中的当前物料重量，并按照预设条件控制相应的可编程控制器调节相应料斗闸门的开度大小。本发明能够对各料斗的物料流量进行实时监控，确保各料斗的落料流量均匀，实现对港口散货卸船料斗群的智能控制。

Description

一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及物料装卸技术领域，更具体的说是涉及一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统及控制方法。
背景技术
目前，散货港口装卸料通常需要人工操作，但是人工操作通常存在不精准和无依据的问题，容易造成对卸船料斗群工作状态不能及时准确判断，时常出现料斗落料流量不均匀导致皮带机损坏的情况。
因此，如何提供一种能够对港口散货卸船料斗群的流量进行智能化控制的港口散货卸船料斗群流量自动控制系统及控制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统及控制方法，能够对各料斗的物料流量进行实时监控，确保料斗群的总落料流量均匀，实现对港口散货卸船料斗群的智能控制。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统，包括：工控机、多个称重传感器、多个料斗闸门和多个可编程控制器；
所述称重传感器一一对应安装在所述料斗群中相应的料斗上，其用于称取对应料斗中的当前物料重量；
所述料斗闸门分别一一对应安装在所述料斗群中相应料斗的出料口位置处；
所述可编程控制器分别与所述料斗闸门一一对应电性连接；
所述工控机分别与所述称重传感器和所述可编程控制器电性连接，其用于实时获取所述料斗群中各个料斗中的当前物料重量，并按照预设条件控制相应的所述可编程控制器调节相应所述料斗闸门的开度大小。
优选的，在上述一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统中，所述料斗闸门的开度具有n个挡位，n≥1。
本发明还公开一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法，其适用于上述港口散货卸船料斗群流量自动控制系统，包括以下步骤：
S1、所述工控机实时获取所述称重传感器采集的各个料斗的当前物料重量；
S2、确定各料斗闸门的单位开度流量；
S3、根据目标总流量和单位开度流量，计算单位开度总数；
S4、按照各个料斗中的当前物料重量的权重，分配各料斗闸门的开度挡位，使所有料斗闸门的当前开度挡位的加和等于单位开度总数；
S5、每间隔t时间或当某一个料斗中的物料重量低于预警值mlow时，即刻按照S4重新分配各料斗闸门的开度挡位；
S6、当存在一个或多个料斗中的物料重量持续t时间低于空料预警值mmin时，则重新调整目标总流量，并按照S4重新分配各料斗闸门的开度挡位；
S7、当所有料斗进入清仓模式后，将所有料斗闸门的开度调至最低挡位并持续t时间后，自动关机。
优选的，在上述一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法中，S2中单位开度流量的标定过程为：
确定工作料斗的数量；
将所有工作料斗的料斗闸门的开度统一调至同一挡位，持续Δt’时间后，按照下式计算单位开度流量；
q＝ΣQi/(Mk)；
其中，Qi＝(mi-mi0)/Δt；
上式中，q表示单位开度流量；Qi表示第i个料斗的物料流量；mi表示第i个料斗当前时刻的物料质量，mi0表示第i个料斗前一时刻的物料质量，i∈(1,2......M)；Δt表示称重传感器采样的间隔时间，Δt’＞10Δt；M表示当前工作的料斗数量；k表示各工作料斗的料斗闸门的统一调整后的挡位。
优选的，在上述一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法中，S3中单位开度总数的计算公式为：N＝Q/q，其中，N表示单位开度总数，取整数；Q表示目标总流量。
优选的，在上述一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法中，S4中各料斗闸门开度挡位的分配方法为：
根据下式确定各料斗当前物料重量的权重系数；
Figure GDA0003681172760000031
γi表示第i个料斗当前物料重量的权重系数；
根据下式确定各料斗闸门的开度挡位；
Ni＝γiN，其中，Ni表示第i个料斗的料斗闸门的开度挡位；
若某个料斗的料斗闸门计算得到的开度Ni超过其自身挡位总数n，则将超过的部分平均分配到其余料斗闸门上，直至各料斗闸门的挡位均不超过其自身挡位总数；
若因取整误差，使得挡位加和总数不等于N，则将挡位开度最低的料斗闸门开度进行调整，直至挡位加和总数等于N。
优选的，在上述一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法中，S6中按照下式调整目标总流量：
Q*(M-M’)/M；
上式中，M’表示有M’个料斗进入清仓模式。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统及控制方法，本发明通过在料斗群中各料斗上安装称重传感器，并在料斗出料口位置安装具有多个挡位开度的料斗闸门，将各料斗内的物料重量情况统一汇总到工控机，工控机根据相关算法按料斗群存料重量自动调节斗门开度，通过控制料斗闸门的斗门开度调整各料斗落料流量，使得料斗群的总落料流量均匀，避免因落料不均匀导致皮带机受损的同时，还能够实现对料斗群工作状态的实时监控和综合掌握，解决了港口散货装卸料过程中装卸人工操作不精准、无依据的问题，实现了港口散货卸船料斗群智能化控制和自动化控制。
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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的港口散货卸船料斗群流量自动控制系统的结构示意图；
图2附图为本发明提供的港口散货卸船料斗群流量自动控制方法的流程图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统，包括：工控机4、多个称重传感器1、多个料斗闸门2和多个可编程控制器3；
称重传感器1一一对应安装在料斗群中相应的料斗上，其用于称取对应料斗中的当前物料重量；
料斗闸门2分别一一对应安装在料斗群中相应料斗的出料口位置处；料斗闸门2的开度具有n个挡位，n≥1，每单位开度挡位相当于料斗闸门2全开的1/n
可编程控制器3分别与料斗闸门2一一对应电性连接；
工控机4分别与称重传感器1和可编程控制器3电性连接，其用于实时获取料斗群中各个料斗中的当前物料重量，并按照预设条件控制相应的可编程控制器3调节相应料斗闸门的开度大小。工控机4上集成流量智能调控方法的算法及软件，输入参数为各料斗的物料重量，输出参数为各料斗闸门2的斗门开度信号，可编程控制器3根据斗门开度信号生成相应的闸门控制指令，并将闸门控制指令传输给料斗闸门2，实现料斗闸门2的开机、关机及调整挡位等动作。
如图2所示，本发明还提供一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法，包括以下步骤：
S1、工控机4实时获取称重传感器1采集的各个料斗的当前物料重量。
S2、确定各料斗闸门2的单位开度流量。
当需要对单位开度流量进行标定时，需要先确定工作料斗的数量；再将所有工作料斗的料斗闸门2的开度统一调至同一挡位，持续Δt’时间后，按照下式计算单位开度流量；
q＝ΣQi/(Mk)；
其中，Qi＝(mi-mi0)/Δt；
上式中，q表示单位开度流量；Qi表示第i个料斗的物料流量；mi表示第i个料斗当前时刻的物料质量，mi0表示第i个料斗前一时刻的物料质量，i∈(1,2......M)；Δt表示称重传感器采样的间隔时间，Δt’＞10Δt；M表示当前工作的料斗数量；k表示各工作料斗的料斗闸门2的统一调整后的挡位。
S3、根据目标总流量和单位开度流量，计算单位开度总数。
单位开度总数的计算公式为：N＝Q/q，其中，N表示单位开度总数，取整数；Q表示目标总流量。
S4、按照各个料斗中的当前物料重量的权重，分配各料斗闸门2的开度挡位，使所有料斗闸门2的当前开度挡位的加和等于单位开度总数。
对N个单位开度进行分配的具体过程为：
按各个料斗当前的物料重量加权分配，根据下式确定各料斗当前物料重量的权重系数；
Figure GDA0003681172760000051
γi表示第i个料斗当前物料重量的权重系数；
根据下式确定各料斗闸门2的开度挡位；
Ni＝γiN，其中，Ni表示第i个料斗的料斗闸门2的开度挡位；
若某个料斗的料斗闸门2计算得到的开度Ni超过其自身挡位总数n，则将超过的部分平均分配到其余料斗闸门2上，直至各料斗闸门2的挡位均不超过其自身挡位总数；
若因取整误差，使得挡位加和总数不等于N，则将挡位开度最低的料斗闸门2开度进行调整，直至挡位加和总数等于N。
S5、每间隔t时间或当某一个料斗中的物料重量低于预警值mlow时，即刻按照S4重新分配各料斗闸门2的开度挡位。
S6、当存在一个或多个料斗中的物料重量持续t时间低于空料预警值mmin时，则重新调整目标总流量，并按照S4重新分配各料斗闸门2的开度挡位。
调整目标总流量的公式如下：
Q*(M-M’)/M；
上式中，M’表示有M’个料斗进入清仓模式。
S7、当所有料斗进入清仓模式后，将所有料斗闸门2的开度调至最低挡位并持续t时间后，自动关机。
下面以一个具体实施例对上述控制方法进行详细说明。
某港口4个卸船料斗(M＝4)组成料斗群，每个料斗能容纳物料80t，物料低于20t为物料不足(mlow＝20t)，低于2t时进入清仓模式(mmin＝2t)，料斗斗门分为10个挡位，皮带运输的目标总流量设定为Q＝2400t/h(吨/小时)。
将料斗物料称重传感器安装在每个料斗上，并与工控机相连实现料斗重量实时动态监测采集，采样周期为Δt＝10s。料斗闸门与可编程控制器连接并接入工控机，实现对料斗闸门动作的远程控制，至此，系统硬件搭建完成。搭建完成后，实施以下步骤：
S1、工控机实时获取称重传感器采集的各个料斗的当前物料重量。
S2、进行单位开度流量标定，确定工作料斗的数量M＝4，将所有料斗开到开度挡位k＝5，持续一定时间Δt’2min(>10Δt)然后关闭，计算各料斗流量，总流量为ΣQi＝1600t/h，平均后得到单位开度流量q＝80t/h。
S3、根据输入目标流量Q＝2400t/h计算得到N＝30，即对30个开度进行分配。
S4、当料斗中物料重量分别为50t，70t，30t，10t。那么，权重系数分别为50/(50+70+30+10)＝0.3125、70/(50+70+30+10)＝0.4375、30/(50+70+30+10)＝0.1875、10/(50+70+30+10)＝0.0625。那么开度挡位选择为9、13、6、2，由于最多开到10，将超过10的重新平均分配到其他料斗开度上直到都不超过10，最终为10、10、7、3。
例如物料重量分别为50t，50t，20t，20t，初次分配：11、11、4、4，最终分配为：10、10、5、5。
例如物料重量分别为60t、70t、15t、10t，初次分配：12、14、3、2，最终分配为：10、10、6、5，但此时10+10+6+5＝31>30，将最小的一个设成4，最终分配为：10、10、6、4。
S5、S4中的分配模式，每隔3min更新一次，当某一个料斗存料小于预警值20t时，立即更新料斗闸门的开度。
S6、当某一个料斗存料持续3min小于空料预警值2t时，发出警告，询问是否进入该料斗的清仓模式。
当1个料斗进入清仓模式，目标总流量Q调整为0.75Q＝1800，N＝23，按S4的更新模式进行更新。
当2个料斗进入清仓模式，目标总流量Q调整为0.5Q＝1200，N＝15，按S4的更新模式进行更新。
当3个料斗进入清仓模式，目标总流量Q调整为0.25Q＝600，N＝8，按S4的更新模式进行更新。
S7、当所有料斗均进入清仓模式，将各料斗闸门的斗门开度开到最低档，并持续3min时间后自动关机。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法，其适用于一种港口散货卸船料斗群流量自动控制系统，其特征在于，所述系统包括：工控机、多个称重传感器、多个料斗闸门和多个可编程控制器；
所述称重传感器一一对应安装在所述料斗群中相应的料斗上，其用于称取对应料斗中的当前物料重量；
所述料斗闸门分别一一对应安装在所述料斗群中相应料斗的出料口位置处；
所述可编程控制器分别与所述料斗闸门一一对应电性连接；
所述工控机分别与所述称重传感器和所述可编程控制器电性连接，其用于实时获取所述料斗群中各个料斗中的当前物料重量，并按照预设条件实时控制相应的所述可编程控制器调节相应所述料斗闸门的开度大小；所述料斗闸门的开度具有n个挡位，n≥1；
所述方法包括以下步骤：
S1、所述工控机实时获取所述称重传感器采集的各个料斗的当前物料重量；
S2、确定各料斗闸门的单位开度流量；
S3、根据目标总流量和单位开度流量，计算单位开度总数；
S4、按照各个料斗中的当前物料重量的权重，分配各料斗闸门的开度挡位，使所有料斗闸门的当前开度挡位的加和等于单位开度总数；
S5、每间隔t时间或当某一个料斗中的物料重量低于预警值mlow时，即刻按照S4重新分配各料斗闸门的开度挡位；
S6、当存在一个或多个料斗中的物料重量持续t时间低于空料预警值mmin时，则重新调整目标总流量，并按照S4重新分配各料斗闸门的开度挡位；
S7、当所有料斗进入清仓模式后，将所有料斗闸门的开度调至最低挡位并持续t时间后，自动关机。
2.根据权利要求1所述的一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法，其特征在于，S2中单位开度流量的标定过程为：
确定工作料斗的数量；
将所有工作料斗的料斗闸门的开度统一调至同一挡位，持续Δt’时间后，按照下式计算单位开度流量；
q＝ΣQi/(Mk)；
其中，Qi＝(mi-mi0)/Δt；
上式中，q表示单位开度流量；Qi表示第i个料斗的物料流量；mi表示第i个料斗当前时刻的物料质量，mi0表示第i个料斗前一时刻的物料质量，i∈(1,2......M)；Δt表示称重传感器采样的间隔时间，Δt’＞10Δt；M表示当前工作的料斗数量；k表示各工作料斗的料斗闸门的统一调整后的挡位。
3.根据权利要求2所述的一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法，其特征在于，S3中单位开度总数的计算公式为：N＝Q/q，其中，N表示单位开度总数，取整数；Q表示目标总流量。
4.根据权利要求3所述的一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法，其特征在于，S4中各料斗闸门开度挡位的分配方法为：
根据下式确定各料斗当前物料重量的权重系数；
Figure FDA0003681172750000021
γi表示第i个料斗当前物料重量的权重系数；
根据下式确定各料斗闸门的开度挡位；
Ni＝γiN，其中，Ni表示第i个料斗的料斗闸门的开度挡位；
若某个料斗的料斗闸门计算得到的开度Ni超过其自身挡位总数n，则将超过的部分平均分配到其余料斗闸门上，直至各料斗闸门的挡位均不超过其自身挡位总数；
若因取整误差，使得挡位加和总数不等于N，则将挡位开度最低的料斗闸门开度进行调整，直至挡位加和总数等于N。
5.根据权利要求4所述的一种港口散货卸船料斗群流量自动控制方法，其特征在于，S6中按照下式调整目标总流量：
Q*(M-M’)/M；
上式中，M’表示有M’个料斗进入清仓模式。
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