CN113277342B - 基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统及方法，包括设在塔楼内的定量仓、设在定量仓下端的溜槽、位于溜槽下方且能穿过塔楼的列车、设在塔楼入口处内壁的测速仪、设在塔楼内壁且沿列车运行方向依次布设的第一水平光栅组和第二水平光栅组、设在塔楼内壁且沿列车运行方向布设的第一竖直光栅组和第二竖直光栅组以及数据库及控制中心。本发明能根据列车的行车速度自动调节并确定落煤时车厢位置，完成全自动装车；实现全自动化，减少工作人员；能加快洗选分厂的装车效率，加快企业的生产效率。

Description

基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统及方法
技术领域
本发明属于智能矿山技术领域，涉及一种基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统及方法。
背景技术
根据十四五规划对煤矿提出了新的要求，煤矿及煤炭相关的行业生产现场实现智能化以及自动化作业。目前国内大型的选煤厂部分流程实现了无人操控或人为干预作业，没有实现完全的自动化作业，例：洗煤厂装车站没有实现全自动化，采用的是人为干预进行作业，工作效率低下，不符合现代煤矿的需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供一种基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统及方法，解决现有选煤厂装车站人工干预的现状，同时也解决了根据列车车速、车厢的不同，智能调节溜槽的落煤点。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统，包括设在塔楼内的定量、设在定量仓下端的溜槽、位于溜槽下方且能穿过塔楼的列车、设在塔楼入口处内壁的测速仪、设在塔楼内壁且沿列车运行方向依次布设的第一水平光栅组和第二水平光栅组、设在塔楼内壁且沿列车运行方向布设的第一竖直光栅组和第二竖直光栅组以及数据库及控制中心；
所述第一水平光栅组与塔楼入口处车厢和其后方车厢连接处相对，第二水平光栅组与塔楼入口处车厢和其前方车厢连接处相对，以通过第一水平光栅组和第二水平光栅组测量进入塔楼的车厢长度；所述第一竖直光栅组位于塔楼入口处且高出车厢高度以测量进入塔楼车厢高度，第二竖直光栅组位于溜槽前方以测量车厢装车完的煤堆高度；
所述控制中心能与测速仪、第一水平光栅组、第二水平光栅组、第一竖直光栅组和第二竖直光栅组进行数据传输；且在数据库内包括以下数据信息：列车车厢型号、车厢装车完的标准煤堆形状、列车运行速度、标准溜槽落煤时间以及标准定量仓落煤时间。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，在定量仓下端和溜槽之间设有闸门。
具体的，所述定量仓还连有缓冲仓，定量仓能将备煤信息传输给缓冲仓以使缓冲仓给定量仓输送煤。
具体的，所述标准溜槽落煤时间为：前期测得的煤从闸口经溜槽落到车厢内所用的时间。
具体的，所述标准定量仓落煤时间为：前期测得的定量仓内的煤全部落入列车车厢内所用的时间。
具体的，在塔楼内壁还设有广角摄像头。
具体的，所述第一水平光栅组包括第一水平光栅发射端和第一水平光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼内壁上；第二水平光栅组包括第二水平光栅发射端和第二水平光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼内壁上；
第一竖直光栅组包括第一竖直光栅发射端和第一竖直光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼内壁上；第二竖直光栅组包括第二竖直光栅发射端和第二竖直光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼内壁上。
一种基于光栅扫描的选煤厂全自动装车方法，该方法通过所述的基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统实现，包括以下步骤：
步骤1，当列车开始运行装煤时，测速仪首先将列车的运行速度上传至数据库及控制中心；
步骤2，列车行驶至未到达溜槽之前，第一水平光栅组、第二水平光栅组和第一竖直光栅组对列车车厢进行扫描，并将扫描的车厢数据上传至数据库及控制中心；所述车厢数据包括车厢形状尺寸；
步骤3，数据库及控制中心根据上传的运行速度、车厢数据匹配出数据库中储存的对应的列车运行速度、列车车厢型号及车厢装车完的标准煤堆形状；
步骤4，根据列车车厢型号与列车运行速度，及其对应的标准溜槽落煤时间计算得到标准溜槽落煤时间内列车能运行的距离，所述标准溜槽落煤时间内列车能运行的距离为落煤时车厢位置与溜槽之间的水平距离；
步骤5，数据库及控制中心将列车车厢型号输出给定量仓，定量仓根据列车车厢型号进行备煤，将备煤信息发送到缓冲仓，缓冲仓开始给定量仓输送煤，当达到所需的煤量时，定量仓发送停止信号给缓冲仓停止供煤；
步骤6，当该节车厢运行至步骤4计算得到的落煤时车厢位置时，数据库及控制中心控制闸门打开，定量仓的煤沿着溜槽进入到列车车厢中，并记录实际溜槽落煤时间，列车有序行驶；
步骤7，当实际溜槽落煤时间达到标准溜槽落煤时间时，闸门关闭；第二竖直光栅组对装车完的车厢进行扫描，并将扫描的煤堆信息上传到数据库及控制中心；所述煤堆信息包括煤堆形状；
步骤8，将上传的煤堆信息与标准煤堆形状信息进行对比，若在误差范围内则循环作业直到整节列车装载完毕为止。
具体的，所述步骤4中，通过以下公式计算标准溜槽落煤时间内列车能运行的距离D：
上式中，s1为闸口到溜槽下端的垂直距离，单位m；s2为列车车厢深度，单位m；v2为列车运行速度，单位m/s。
具体的，
上式中，s1为闸口到溜槽下端的垂直距离，单位m；s2为列车车厢深度，单位m；t1为煤从闸口落到溜槽下端口的时间，单位s；t2为煤从溜槽下端口落到车厢内底的时间，单位s；标准溜槽落煤时间＝t1+t2；v1为煤落至溜槽下端口时的速度，单位m/s。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
1、本发明洗选分厂装车系统实现全自动化，减少工作人员；
2、本发明能加快洗选分厂的装车效率，加快企业的生产效率；同时还能减少装车站的工作人员，达到目前企业减员增效的要求。
附图说明
图1为本发明洗选分厂装车站正视图。
图2为本发明洗选分厂装车站A-A截面视图。
图3为本发明洗选分厂装车站B-B截面视图。
图4为本发明列车装煤后的效果图，(a)正视图，(b)左视图。
图5为本发明方法流程图。
图6为本发明步骤4计算过程对应示意图。
附图标记含义：
1.塔楼，2.定量仓，3.溜槽，4.列车，5.测速仪，6.第一水平光栅组，7.第二水平光栅组，8.广角摄像头，9.第一竖直光栅组，10.第二竖直光栅组。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
本实施例提供一种基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统，包括设在塔楼1内的定量仓2、设在定量仓2下端的溜槽3、位于溜槽3下方且能穿过塔楼1的列车4、设在塔楼1入口处内壁的测速仪5、设在塔楼1内壁且沿列车运行方向依次布设的第一水平光栅组6和第二水平光栅组7、设在塔楼内壁且沿列车运行方向布设的第一竖直光栅组9和第二竖直光栅组10以及数据库及控制中心。
测速仪5靠近塔楼1入口布设以能测量列车4进入塔楼1时的速度；第一水平光栅组6与塔楼1入口处车厢和其后方车厢连接处相对，第二水平光栅组7与塔楼1入口处车厢和其前方车厢连接处相对，以通过第一水平光栅组6和第二水平光栅组7测量进入塔楼1的车厢长度；第一竖直光栅组9位于塔楼1入口处且高出车厢高度以测量进入塔楼车厢高度，第二竖直光栅组10位于溜槽3前方以测量车厢装车完的煤堆高度。
控制中心能与测速仪5、第一水平光栅组6、第二水平光栅组7、第一竖直光栅组9和第二竖直光栅组10进行数据传输；且在数据库内包括以下数据信息：列车车厢型号、车厢装车完的标准煤堆形状、列车运行速度、标准溜槽落煤时间以及标准定量仓落煤时间。
在定量仓2下端和溜槽3之间设有闸门。
定量仓2还连有缓冲仓，定量仓2能将备煤信息传输给缓冲仓以使缓冲仓给定量仓2输送煤。
标准溜槽落煤时间为：前期测得的煤从闸口经溜槽3落到车厢内所用的时间。
标准定量仓落煤时间为：前期测得的定量仓2内的煤全部落入列车车厢内所用的时间。
在塔楼1内壁还设有广角摄像头8。
第一水平光栅组6包括第一水平光栅发射端和第一水平光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼1内壁上；第二水平光栅组7包括第二水平光栅发射端和第二水平光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼1内壁上；第一竖直光栅组9包括第一竖直光栅发射端和第一竖直光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼1内壁上；第二竖直光栅组10包括第二竖直光栅发射端和第二竖直光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼1内壁上。在本实施例中，第一水平光栅组6和第二水平光栅组7位于同一水平面；第一竖直光栅组9高出车厢顶部，第二竖直光栅组10高出煤堆顶部。
数据库及控制中心与测速仪5、第一水平光栅组6、第二水平光栅组7、第一竖直光栅组9、第二竖直光栅组10和广角摄像头8之间通过工业以太网、controlnet、devicenet、DH+/RIO、DH485/串口或第三方通信方式进行数据传输。
本发明数据库的数据是在系统组建前期搭建在装车站服务器上进行收集的数据，主要通过光栅和其他辅助传感器进行采集列车空载车厢的所有信息(三维尺寸)、满载后列车和煤堆的形状等数据，将采集后的数据进行处理规划形成一个标准信息(车厢类型，煤堆形状)，同时应用测速仪记录列车在装煤过程中速度的变化范围。
实施例2：
本实施例提供一种基于光栅扫描的选煤厂全自动装车方法，该方法通过实施例1的基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统实现，包括以下步骤：
步骤1，当列车开始运行装煤时，测速仪首先将列车的运行速度上传至数据库及控制中心；
步骤2，列车行驶至未到达溜槽之前，第一水平光栅组、第二水平光栅组和第一竖直光栅组对列车车厢进行扫描，并将扫描的车厢数据上传至数据库及控制中心；车厢数据包括车厢形状尺寸；
步骤3，数据库及控制中心根据上传的运行速度、车厢数据匹配出数据库中储存的对应的列车运行速度、列车车厢型号及车厢装车完的标准煤堆形状；
步骤4，根据列车车厢型号与列车运行速度，及其对应的标准溜槽落煤时间计算得到标准溜槽落煤时间内列车能运行的距离，标准溜槽落煤时间内列车能运行的距离为落煤时车厢位置与溜槽之间的水平距离；
步骤4中，通过以下公式计算标准溜槽落煤时间内列车能运行的距离D：
上式中，s1为闸口到溜槽下端的垂直距离，单位m；s2为列车车厢深度，单位m；v2为列车运行速度，单位m/s。
上式中，s1为闸口到溜槽下端的垂直距离，单位m；s2为列车车厢深度，单位m；t1为煤从闸口落到溜槽下端口的时间，单位s；t2为煤从溜槽下端口落到车厢内底的时间，单位s；标准溜槽落煤时间＝t1+t2；v1为煤落至溜槽下端口时的速度，单位m/s。
步骤5，数据库及控制中心将列车车厢型号输出给定量仓，定量仓根据列车车厢型号进行备煤，将备煤信息发送到缓冲仓，缓冲仓开始给定量仓输送煤，当达到所需的煤量时，定量仓发送停止信号给缓冲仓停止供煤；
根据上一节车厢装车后的时间得到该节车厢相对于溜槽的位置(得到该节车厢运行的位置，溜槽根据该节车厢不断变化的位置信息进行控制溜槽下降)，光栅组也可以辅助提供即将装车的该节车厢的相对位置(光栅组与溜槽位置固定，车厢信息已知，可以测出相对位置即该节车厢相对于溜槽的位置)；
步骤6，当该节车厢运行至步骤4计算得到的落煤时车厢位置时，数据库及控制中心控制闸门打开，定量仓的煤沿着溜槽进入到列车车厢中，并记录实际溜槽落煤时间，列车有序行驶；(以与标准溜槽落煤时间对比从而确定定量仓内的煤落完；溜槽和列车进行相对运动，溜槽不动，列车持续运行)；
步骤7，当实际溜槽落煤时间达到标准溜槽落煤时间时，闸门关闭；第二竖直光栅组对装车完的车厢进行扫描，并将扫描的煤堆信息上传到数据库及控制中心；煤堆信息包括煤堆形状；
步骤8，将上传的煤堆信息与标准煤堆形状信息进行对比，若在误差范围内则循环作业直到整节列车装载完毕为止。若误差值不在设定的范围内，则下一节车厢的落煤时车厢位置需要进行调整(需提前或滞后)，直至满足误差要求后循环作业直到整节列车装载完毕为止。

Claims (1)

1.一种基于光栅扫描的选煤厂全自动装车方法，其特征在于，该方法通过基于光栅扫描的选煤厂全自动装车系统实现，该系统包括设在塔楼（1）内的定量仓（2）、设在定量仓（2）下端的溜槽（3）、位于溜槽（3）下方且能穿过塔楼（1）的列车（4）、设在塔楼（1）入口处内壁的测速仪（5）、设在塔楼（1）内壁且沿列车运行方向依次布设的第一水平光栅组（6）和第二水平光栅组（7）、设在塔楼内壁且沿列车运行方向布设的第一竖直光栅组（9）和第二竖直光栅组（10）以及数据库及控制中心；
所述第一水平光栅组（6）与塔楼（1）入口处车厢和其后方车厢连接处相对，第二水平光栅组（7）与塔楼（1）入口处车厢和其前方车厢连接处相对，以通过第一水平光栅组（6）和第二水平光栅组（7）测量进入塔楼（1）的车厢长度；所述第一竖直光栅组（9）位于塔楼（1）入口处且高出车厢高度以测量进入塔楼车厢高度，第二竖直光栅组（10）位于溜槽（3）前方以测量车厢装车完的煤堆高度；
所述控制中心能与测速仪（5）、第一水平光栅组（6）、第二水平光栅组（7）、第一竖直光栅组（9）和第二竖直光栅组（10）进行数据传输；且在数据库内包括以下数据信息：列车车厢型号、车厢装车完的标准煤堆形状、列车运行速度、标准溜槽落煤时间以及标准定量仓落煤时间；
在定量仓（2）下端和溜槽（3）之间设有闸门；
所述定量仓（2）还连有缓冲仓，定量仓（2）能将备煤信息传输给缓冲仓以使缓冲仓给定量仓（2）输送煤；
所述标准溜槽落煤时间为：前期测得的煤从闸口经溜槽（3）落到车厢内所用的时间；
所述标准定量仓落煤时间为：前期测得的定量仓（2）内的煤全部落入列车车厢内所用的时间；
在塔楼（1）内壁还设有广角摄像头（8）；
所述第一水平光栅组（6）包括第一水平光栅发射端和第一水平光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼（1）内壁上；第二水平光栅组（7）包括第二水平光栅发射端和第二水平光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼（1）内壁上；
第一竖直光栅组（9）包括第一竖直光栅发射端和第一竖直光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼（1）内壁上；第二竖直光栅组（10）包括第二竖直光栅发射端和第二竖直光栅接收端，且二者位于车厢两侧的塔楼（1）内壁上；
第一水平光栅组（6）和第二水平光栅组（7）位于同一水平面；第一竖直光栅组（9）高出车厢顶部，第二竖直光栅组（10）高出煤堆顶部；
该方法包括以下步骤：
步骤1，当列车开始运行装煤时，测速仪首先将列车的运行速度上传至数据库及控制中心；
步骤2，列车行驶至未到达溜槽之前，第一水平光栅组、第二水平光栅组和第一竖直光栅组对列车车厢进行扫描，并将扫描的车厢数据上传至数据库及控制中心；所述车厢数据包括车厢形状尺寸；
步骤3，数据库及控制中心根据上传的运行速度、车厢数据匹配出数据库中储存的对应的列车运行速度、列车车厢型号及车厢装车完的标准煤堆形状；
步骤4，根据列车车厢型号与列车运行速度，及其对应的标准溜槽落煤时间计算得到标准溜槽落煤时间内列车能运行的距离，所述标准溜槽落煤时间内列车能运行的距离为落煤时车厢位置与溜槽之间的水平距离；
步骤5，数据库及控制中心将列车车厢型号输出给定量仓，定量仓根据列车车厢型号进行备煤，将备煤信息发送到缓冲仓，缓冲仓开始给定量仓输送煤，当达到所需的煤量时，定量仓发送停止信号给缓冲仓停止供煤；
步骤6，当该节车厢运行至步骤4计算得到的落煤时车厢位置时，数据库及控制中心控制闸门打开，定量仓的煤沿着溜槽进入到列车车厢中，并记录实际溜槽落煤时间，列车有序行驶；
步骤7，当实际溜槽落煤时间达到标准定量仓落煤时间时，闸门关闭；第二竖直光栅组对装车完的车厢进行扫描，并将扫描的煤堆信息上传到数据库及控制中心；所述煤堆信息包括煤堆形状；
步骤8，将上传的煤堆信息与标准煤堆形状信息进行对比，若在误差范围内则循环作业直到整节列车装载完毕为止；
所述步骤4中，通过以下公式计算标准溜槽落煤时间内列车能运行的距离D：
公式1
上式中，s1为闸口到溜槽下端的垂直距离，单位m；s2为列车车厢深度，单位m；v2为列车运行速度，单位m/s；
公式2
公式3
上式中，s1为闸口到溜槽下端的垂直距离，单位m；s2为列车车厢深度，单位m；t1为煤从闸口落到溜槽下端口的时间，单位s；t2为煤从溜槽下端口落到车厢内底的时间，单位s；标准溜槽落煤时间=t1+t2；v1为煤落至溜槽下端口时的速度，单位m/s。
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