CN113296392B - 大型堆料机地震预警控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及堆料机控制技术领域，提供一种大型堆料机地震预警控制方法及系统，所述方法包括步骤100，在堆料机的行走机构上布置第一位移传感器和第一速度传感器，在堆料机的回转机构上布置第二位移传感器和第二速度传感器，在堆料机的卸料机构上布置第三位移传感器和第三速度传感器；步骤200，对堆料机的工作状态进行初始规划；步骤300，通过各传感器获取堆料机的实时运行状态；步骤400，计算堆料机运行状态的实时位移偏量矩阵；步骤500，对实时位移偏量矩阵与第一级安全阈值矩阵、第二级安全阈值矩阵进行比较，根据比较结果对行走机构、回转机构和卸料机构发出控制指令。本发明能自动识别地震状况下堆料机的状态并进行智能控制。

Description

大型堆料机地震预警控制方法及系统

技术领域

本发明涉及堆料机控制技术领域，尤其涉及一种大型堆料机地震预警控制方法及系统。

背景技术

目前堆场作业遍布全国，堆料机是重要的堆场作业设备。堆料机适用于大、中型火力发电厂、水泥厂、港口、矿山、冶金及大型水利工地的储料场。大型堆料机体积庞大，需要人为操控，自动化程度低。

我国幅员辽阔，并分布多条地震断裂带。地震是一种危害性很大的突发性灾害，在地震发生时，堆料机需要及时限速或停车，以保障生产安全。堆料机工作环境复杂多变；目前，在地震情况下需要通过人为判断堆料机状况并预警，人为控制反应周期长，标准不明确并且操作困难。

因此，需要提出一种大型堆料机地震预警控制方法，能够及时是堆料机对地震进行应急反应，提高地震紧急处理的及时性和反应能力。

发明内容

本发明主要解决目前堆料机在地震情况下需要通过人为判断设备运行状况并预警，人为控制反应周期长，标准不明确并且操作困难等技术问题，提出一种大型堆料机地震预警控制方法及系统，可以自动识别地震状况下堆料机的状态并进行智能控制及发出预警，有效的保障了堆料机的安全及提高工作效率，以提高地震紧急处理的及时性和反应能力。

本发明提供了一种大型堆料机地震预警控制方法，包括以下过程：

步骤100，在堆料机的行走机构上布置第一位移传感器和第一速度传感器，在堆料机的回转机构上布置第二位移传感器和第二速度传感器，在堆料机的卸料机构上布置第三位移传感器和第三速度传感器；

步骤200，对堆料机的工作状态进行初始规划；

步骤300，通过各传感器获取堆料机的实时运行状态；

步骤400，计算堆料机运行状态的实时位移偏量矩阵；

步骤500，对步骤400中得到的实时位移偏量矩阵与第一级安全阈值矩阵、第二级安全阈值矩阵进行比较，并根据比较结果对行走机构、回转机构和卸料机构发出控制指令，控制行走机构、回转机构、卸料机构的运行方向及速度，实现对堆料机的运行状态进行调整。

进一步的，所述步骤200，对堆料机的工作状态进行初始规划，包括步骤201至步骤203：

步骤201，设定正常工作时行走机构、回转机构、卸料机构的运行函数，得到如下堆料机正常工作运行函数矩阵：

其中，行走机构按照函数a0x(t)进行运行，回转机构按照函数a0y(t)进行运行，卸料机构按照函数a0z(t)进行运行，构成堆料机正常工作运行函数矩阵向量A0[T]；

步骤202，设定正常工作时，各位移传感器的相对于基准点的标准位移偏量，得到各位移传感器的标准位移偏量矩阵：

其中，安装于行走机构的第一位移传感器相对于初始时刻的基准点的标准位移偏量u0x(t)；安装于回转机构的第二位移传感器相对于初始时刻的基准点的标准位移偏量u0y(t)；安装于卸料机构的第三位移传感器相对于初始时刻的基准点的标准位移偏量u0z(t)；此位移偏量函数根据堆料机的工作工况事先设定完成，构成标准位移偏量矩阵U0[T]，作为比较基准；

步骤203，设定堆料机安全运行的安全阈值，确定堆料机安全运行的两级安全阈值矩阵向量；

第一级安全阈值矩阵：

第二级安全阈值矩阵：

其中，安全阈值为堆料机运行的实际位移偏量与预先设定的标准位移偏量的差值的阈值，dux03表示行走机构第一级安全阈值，dux05表示行走机构第二级安全阈值；duy03表示回转机构第一级安全阈值，duy05表示回转机构第二级安全阈值；duz03表示卸料机构第一级安全阈值，duz05表示卸料机构第二级安全阈值。

进一步的，在步骤300中，实时运行状态通过实时运行状态矩阵来表示：

其中，第一位移传感器返回的行走机构相对于初始时刻的位移偏量实时值ux(t)；第二位移传感器返回的回转机构相对于初始时刻的位移偏量实时值uy(t)；第三位移传感器返回的卸料机构相对于初始时刻的位移偏量实时值uz(t)。

进一步的，在步骤400中，堆料机运行状态的实时位移偏量矩阵：

其中：

dux＝ux(t)-u0x(t)

duy＝uy(t)-u0y(t)

duz＝uz(t)-u0z(t)

式中，行走机构的实时位移偏量dux，回转机构的实时位移偏量duy，卸料机构的实时位移偏量duz，构成堆料机的运行状态位移偏量矩阵DU。

进一步的，在步骤500中，不同比较结果对应不同的控制指令，如下：

1)当DU<DU03时，说明堆料机在正常工作状态，不做运行状态调整；

2)当DU>DU03时，说明堆料机达到3级的地震预警状态，发出3级地震预警，并对堆料机执行机构发出控制指令，得到3级控制指令矩阵向量：

其中，控制行走机构的行走速度指令ax3(t)，控制回转机构回转速度指令ay3(t)，控制卸料机构运行速度指令az3(t)，构成控制堆料机运行的3级控制指令矩阵向量A3[T]；

3)当DU>DU05时，说明堆料机达到5级的地震预警状态，发出5级地震预警，并对堆料机执行机构发出控制指令，得到5级控制指令矩阵向量：

其中，控制行走机构的行走速度指令ax5(t)，控制回转机构回转速度指令ay5(t)，控制卸料机构运行速度指令az5(t)，构成控制堆料机运行的5级控制指令矩阵向量A5[T]。

进一步的，步骤200至步骤500通过安装在堆料机上的PID控制器实现。

对应的，本发明还提供一种大型堆料机地震预警控制系统，包括：PID控制器以及与PID控制器信号连接的运行状态检测单元；

所述运行状态检测单元，包括：安装在行走机构的第一位移传感器和第一速度传感器、安装在回转机构的第二位移传感器和第二速度传感器以及安装在卸料机构的第三位移传感器和第三速度传感器；

所述第一位移传感器用于检测行走机构的位移，所述第一速度传感器用于检测行走机构的速度；

所述第二位移传感器用于检测回转机构的位移，所述第二速度传感器用于检测回转机构的速度；

所述第三位移传感器用于检测卸料机构的位移，所述第三速度传感器用于检测卸料机构的速度；

所述PID控制器，根据各传感器获取堆料机的实时运行状态，计算堆料机运行状态的实时位移偏量矩阵；并对得到的实时位移偏量矩阵与第一级安全阈值矩阵、第二级安全阈值矩阵进行比较，并根据比较结果对行走机构、回转机构和卸料机构发出控制指令，控制行走机构、回转机构、卸料机构的运行方向及速度，实现对堆料机的运行状态进行调整。

本发明提供的一种大型堆料机地震预警控制方法及系统，各传感器可以实时检测堆料机的运行状态并传递到PID控制器，PID控制器进行判断，由PID控制器发出控制指令并预警；行走机构、回转机构、卸料机构获取指令后进行相应的运行操作，同时状态检测系统实时进行检测并反馈回PID控制器；当堆料机的运行状态超过安全标准时，PID控制器发出卸料并停止运行指令，卸料系统进行卸料操作，卸料完成后停止作业对堆料机进行安全保护。本发明能够对不同程度的地震进行判断并作出应急反应，有效地在地震情况下对堆料机进行反馈控制并发出预警，提高地震紧急处理的及时性和反应能力，保障堆料机的安全运行以及在极端情况下控制堆料机停止作业保障安全。

附图说明

图1是本发明提供的大型堆料机地震预警控制方法的实现流程图；

图2是本发明提供的大型堆料机地震预警控制方法针对的堆料机的主视图；

图3是本发明提供的大型堆料机地震预警控制方法针对的堆料机的俯视图；

图4是本发明提供的大型堆料机地震预警控制方法针对的堆料机的侧视图；

图5是本发明提供的大型堆料机地震预警控制系统的连接框图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的大型堆料机地震预警控制方法，包括：

步骤100，在堆料机的行走机构上布置第一位移传感器和第一速度传感器，在堆料机的回转机构上布置第二位移传感器和第二速度传感器，在堆料机的卸料机构上布置第三位移传感器和第三速度传感器。

如图2-4所示，本实施例大型堆料机地震预警控制方法所实施的堆料机包括：行走机构1，具有可以使堆料机在路面进行水平移动，包括但不限于前进、后退功能的执行机构。回转机构2，与行走机构1通过回转主轴进行连接，包括可绕回转机构2中心进行旋转的转盘，可以进行正向和反向回转运动，转盘上设置拉索4，拉索4提升卸料机构3的塔式支撑机构5。卸料机构3，包括可承载物料的传送机构，传送机构通过铰接轴与回转机构2联结，传送机构可绕铰接轴自由旋转，传送机构上设计有连接拉索4用的吊耳。

堆料机运行机构原理：卸料机构3连接于回转机构2，回转机构2连接于行走机构1，行走机构1可以带动其上的回转机构2和卸料机构3进行水平面运动，包括但不限于前进后退等。回转机构2可绕回转轴进行回转，并带动连接于其上的卸料机构3一起回转，进行正向或反向回转。卸料机构3传送部中段通过拉索4连接于固定在回转机构2上的塔式支撑机构5，下端于回转机构2通过铰接轴进行连接，拉索4可通过绞盘进行伸长和缩短，从而带动卸料机构3绕铰接轴进行回转，实现物料的装卸。

在本实施例中，各传感器与PID控制器信号连接。以下的步骤200至步骤500可以通过安装在堆料机上的PID控制器实现。

步骤200，对堆料机的工作状态进行初始规划。

步骤201，设定正常工作时行走机构、回转机构、卸料机构的运行函数，得到如下堆料机正常工作运行函数矩阵：

其中，行走机构按照函数a0x(t)进行运行，回转机构按照函数a0y(t)进行运行，卸料机构按照函数a0z(t)进行运行，构成堆料机正常工作运行函数矩阵向量A0[T]。

步骤202，设定正常工作时，各位移传感器的相对于基准点的标准位移偏量，得到各位移传感器的标准位移偏量矩阵：

其中，安装于行走机构的第一位移传感器相对于初始时刻的基准点的标准位移偏量u0x(t)；安装于回转机构的第二位移传感器相对于初始时刻的基准点的标准位移偏量u0y(t)；安装于卸料机构的第三位移传感器相对于初始时刻的基准点的标准位移偏量u0z(t)；此位移偏量函数根据堆料机的工作工况事先设定完成，构成标准位移偏量矩阵U0[T]，作为比较基准。初始时刻为t＝0时。

步骤203，设定堆料机安全运行的安全阈值，确定堆料机安全运行的两级安全阈值矩阵向量；

第一级安全阈值矩阵：

第二级安全阈值矩阵：

其中，安全阈值为堆料机运行的实际位移偏量与预先设定的标准位移偏量的差值的阈值，dux03表示行走机构第一级安全阈值，dux05表示行走机构第二级安全阈值；duy03表示回转机构第一级安全阈值，duy05表示回转机构第二级安全阈值；duz03表示卸料机构第一级安全阈值，duz05表示卸料机构第二级安全阈值；构成堆料机安全阈值矩阵向量DU03，DU05。

DU03为第一级安全阈值矩阵向量，相当于3级地震预警，DU05为第二级安全阈值矩阵向量，相当于5级地震预警。第二安全阈值要大于第一安全阈值。

步骤300，通过各传感器获取堆料机的实时运行状态。

实时运行状态通过实时运行状态矩阵来表示：

行走机构、回转机构、卸料机构的实时运行状态由各自的实时状态函数表示，即第一位移传感器返回的行走机构相对于初始时刻的位移偏量实时值ux(t)；第二位移传感器返回的回转机构相对于初始时刻的位移偏量实时值uy(t)；第三位移传感器返回的卸料机构相对于初始时刻的位移偏量实时值uz(t)；构成堆料机实时运行状态矩阵U(T)。

步骤400，计算堆料机运行状态的实时位移偏量矩阵：

其中：

dux＝ux(t)-u0x(t)

duy＝uy(t)-u0y(t)

duz＝uz(t)-u0z(t)

通过获取状态检测系统的各传感器返回数据，计算出堆料机运行状态实时位移偏量，即行走机构的实时位移偏量dux，回转机构的实时位移偏量duy，卸料机构的实时位移偏量duz，构成堆料机的运行状态位移偏量矩阵DU。

步骤500，对步骤400中得到的实时位移偏量矩阵与第一级安全阈值矩阵、第二级安全阈值矩阵进行比较，并根据比较结果对行走机构、回转机构和卸料机构发出控制指令，控制行走机构、回转机构、卸料机构的运行方向及速度，实现对堆料机的运行状态进行调整。

PID控制器对实时状态位移偏量矩阵DU与第一级安全阈值矩阵DU03，第二级安全阈值矩DU05的对应值进行比较，并根据PID控制原理对行走机构，回转机构和卸料机构发出控制指令；不同比较结果对应不同的控制指令，如下：

1)当DU<DU03时，说明堆料机在正常工作状态，PID控制器不启动，不做运行状态调整；

2)当DU>DU03时，说明堆料机达到3级的地震预警状态，PID控制器发出3级地震预警，并对堆料机执行机构发出控制指令，得到3级控制指令矩阵向量：

其中，控制行走机构的行走速度指令ax3(t)，控制回转机构回转速度指令ay3(t)，控制卸料机构运行速度指令az3(t)，构成控制堆料机运行的3级控制指令矩阵向量A3[T]。该情况下，即产生预警，3级控制指令矩阵向量对应低速运行指令，保障堆料机与人员安全。

其中：

其中，K_P为给定的比例系数，T_I为给定的积分系数，T_D为给定的微分系数。

3)当DU>DU05时，说明堆料机达到5级的地震预警状态，PID控制器发出5级地震预警，并对堆料机执行机构发出控制指令，得到5级控制指令矩阵向量：

其中，控制行走机构的行走速度指令ax5(t)，控制回转机构回转速度指令ay5(t)，控制卸料机构运行速度指令az5(t)，构成控制堆料机运行的5级控制指令矩阵向量A5[T]。该情况下，进行二次预警，5级控制指令矩阵向量对应卸料指令，并在卸料完成后停止堆料机的运行，保障堆料机与人员安全。

其中：

其中，K_P为给定的比例系数，T_I为给定的积分系数，T_D为给定的微分系数。u5x(t),u5y(t),u5z(t)为设定的紧急状况时，堆料机行走机构、回转机构、卸料机构的运行函数。

本步骤为了控制的准确性，在得到比较结果后，各传感器再获取各机构的位移与速度数据并反馈给控制系统，PID控制器再一次进行逻辑判断后再向各执行机构发出指令，完成一次反馈循环。一次反馈控制循环实际上是在极短的时间内完成，所以本系统对堆料机的运行状态控制是实时的、准确的。本发明能实时反馈堆料机的运行状态及控制效果，对于比较结果进行判定，满足安全标准情况下下达正常工作指令，不满足安全标准情况下下达卸料及停止工作指令。本发明通过比较判断可以同时满足在地震情况下堆料机的停机保护及正常运行的功能，既保证堆料机的安全又提高堆料机的运行效率。在地震情况下对堆料机的状况进行检测及预警并发出合理指令，起到安全防护作用。

实施例二

如图5所示，本发明实施例提供的大型堆料机地震预警控制系统，包括：PID控制器以及与PID控制器信号连接的运行状态检测单元；

所述运行状态检测单元，包括：安装在行走机构的第一位移传感器和第一速度传感器、安装在回转机构的第二位移传感器和第二速度传感器以及安装在卸料机构的第三位移传感器和第三速度传感器；

所述第一位移传感器用于检测行走机构的位移，所述第一速度传感器用于检测行走机构的速度；

所述第二位移传感器用于检测回转机构的位移，所述第二速度传感器用于检测回转机构的速度；

所述第三位移传感器用于检测卸料机构的位移，所述第三速度传感器用于检测卸料机构的速度；

所述PID控制器，根据各传感器获取堆料机的实时运行状态，计算堆料机运行状态的实时位移偏量矩阵；并对得到的实时位移偏量矩阵与第一级安全阈值矩阵、第二级安全阈值矩阵进行比较，并根据比较结果对行走机构、回转机构和卸料机构发出控制指令，控制行走机构、回转机构、卸料机构的运行方向及速度，实现对堆料机的运行状态进行调整。

所述PID控制器还连接行走机构的行走控制器、回转机构的回转控制器、卸料机构对应的卸料控制器，对堆料机的运行状态进行调整。

各传感器可以实时检测堆料机的运行状态，并通过数据传输设备传递到PID控制器。本该系统可以在地震情况下，可以根据事项设定好的安全标准对堆料机是继续正常工作还是卸料停止作业进行判断并发出指令，保护堆料机的运行与安全。

通过安装于堆料机行走机构、回转机构、卸料机构的各传感器获取的堆料机实时状态，在地震时根据设定的安全标准对堆料机的状态进行判定，并通过PID控制原理对堆料机的行走、回转、卸料机构下达控制指令，并能实时反馈堆料机的运行状态及控制效果。本发明通过判断可以同时满足在地震情况下堆料机的停机保护及正常运行的功能，既保证堆料机的安全又提高堆料机的运行效率。本发明的系统在地震情况下对堆料机的状况进行检测及预警并发出合理指令，起到安全防护作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种大型堆料机地震预警控制方法，其特征在于，包括以下过程：

步骤100，在堆料机的行走机构上布置第一位移传感器和第一速度传感器，在堆料机的回转机构上布置第二位移传感器和第二速度传感器，在堆料机的卸料机构上布置第三位移传感器和第三速度传感器；

步骤200，对堆料机的工作状态进行初始规划，包括步骤201至步骤203：

步骤201，设定正常工作时行走机构、回转机构、卸料机构的运行函数，得到如下堆料机正常工作运行函数矩阵：

其中，行走机构按照函数a0x(t)进行运行，回转机构按照函数a0y(t)进行运行，卸料机构按照函数a0z(t)进行运行，构成堆料机正常工作运行函数矩阵向量A0[T]；

步骤202，设定正常工作时，各位移传感器的相对于基准点的标准位移偏量，得到各位移传感器的标准位移偏量矩阵：

其中，安装于行走机构的第一位移传感器相对于初始时刻的基准点的标准位移偏量u0x(t)；安装于回转机构的第二位移传感器相对于初始时刻的基准点的标准位移偏量u0y(t)；安装于卸料机构的第三位移传感器相对于初始时刻的基准点的标准位移偏量u0z(t)；此位移偏量函数根据堆料机的工作工况事先设定完成，构成标准位移偏量矩阵U0[T]，作为比较基准；

步骤203，设定堆料机安全运行的安全阈值，确定堆料机安全运行的两级安全阈值矩阵向量；

第一级安全阈值矩阵：

第二级安全阈值矩阵：

其中，安全阈值为堆料机运行的实际位移偏量与预先设定的标准位移偏量的差值的阈值，dux03表示行走机构第一级安全阈值，dux05表示行走机构第二级安全阈值；duy03表示回转机构第一级安全阈值，duy05表示回转机构第二级安全阈值；duz03表示卸料机构第一级安全阈值，duz05表示卸料机构第二级安全阈值；

步骤300，通过各传感器获取堆料机的实时运行状态；

步骤400，计算堆料机运行状态的实时位移偏量矩阵；

步骤500，对步骤400中得到的实时位移偏量矩阵与第一级安全阈值矩阵、第二级安全阈值矩阵进行比较，并根据比较结果对行走机构、回转机构和卸料机构发出控制指令，控制行走机构、回转机构、卸料机构的运行方向及速度，实现对堆料机的运行状态进行调整。

2.根据权利要求1所述的大型堆料机地震预警控制方法，其特征在于，在步骤300中，实时运行状态通过实时运行状态矩阵来表示：

其中，第一位移传感器返回的行走机构相对于初始时刻的位移偏量实时值ux(t)；第二位移传感器返回的回转机构相对于初始时刻的位移偏量实时值uy(t)；第三位移传感器返回的卸料机构相对于初始时刻的位移偏量实时值uz(t)。

3.根据权利要求2所述的大型堆料机地震预警控制方法，其特征在于，在步骤400中，堆料机运行状态的实时位移偏量矩阵：

其中：

dux＝ux(t)-u0x(t)

duy＝uy(t)-u0y(t)

duz＝uz(t)-u0z(t)

式中，行走机构的实时位移偏量dux，回转机构的实时位移偏量duy，卸料机构的实时位移偏量duz，构成堆料机的运行状态位移偏量矩阵DU。

4.根据权利要求3所述的大型堆料机地震预警控制方法，其特征在于，在步骤500中，不同比较结果对应不同的控制指令，如下：

1)当DU<DU03时，说明堆料机在正常工作状态，不做运行状态调整；

2)当DU>DU03时，说明堆料机达到3级的地震预警状态，发出3级地震预警，并对堆料机执行机构发出控制指令，得到3级控制指令矩阵向量：

其中，控制行走机构的行走速度指令ax3(t)，控制回转机构回转速度指令ay3(t)，控制卸料机构运行速度指令az3(t)，构成控制堆料机运行的3级控制指令矩阵向量A3[T]；

3)当DU>DU05时，说明堆料机达到5级的地震预警状态，发出5级地震预警，并对堆料机执行机构发出控制指令，得到5级控制指令矩阵向量：

其中，控制行走机构的行走速度指令ax5(t)，控制回转机构回转速度指令ay5(t)，控制卸料机构运行速度指令az5(t)，构成控制堆料机运行的5级控制指令矩阵向量A5[T]。

5.根据权利要求1-4任一项所述的大型堆料机地震预警控制方法，其特征在于，步骤200至步骤500通过安装在堆料机上的PID控制器实现。

6.一种大型堆料机地震预警控制系统，其特征在于，所述大型堆料机地震预警控制系统采用权利要求1-5任一项所述的大型堆料机地震预警控制方法；

所述大型堆料机地震预警控制系统，包括：PID控制器以及与PID控制器信号连接的运行状态检测单元；

所述运行状态检测单元，包括：安装在行走机构的第一位移传感器和第一速度传感器、安装在回转机构的第二位移传感器和第二速度传感器以及安装在卸料机构的第三位移传感器和第三速度传感器；

所述第一位移传感器用于检测行走机构的位移，所述第一速度传感器用于检测行走机构的速度；

所述第二位移传感器用于检测回转机构的位移，所述第二速度传感器用于检测回转机构的速度；

所述第三位移传感器用于检测卸料机构的位移，所述第三速度传感器用于检测卸料机构的速度；

所述PID控制器，根据各传感器获取堆料机的实时运行状态，计算堆料机运行状态的实时位移偏量矩阵；并对得到的实时位移偏量矩阵与第一级安全阈值矩阵、第二级安全阈值矩阵进行比较，并根据比较结果对行走机构、回转机构和卸料机构发出控制指令，控制行走机构、回转机构、卸料机构的运行方向及速度，实现对堆料机的运行状态进行调整。