CN114249143A - 卸料口堵料监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卸料口堵料监测方法及系统，方法包括：实时监测卸料口中心点颗粒分别与与卸料口的两个边缘点连线的夹角，计算卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离；构建卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型，并计算出其由初始状态至上述距离的位置的运动时间；当上述计算距离小于卸料口堵料垂直阈值且运动时间大于卸料口堵料时间阈值时，判断卸料口堵塞，否则卸料口未堵塞；当发生堵料时触发声光报警器进行堵料报警，并经过视频确认该卸料口是否发生堵料。本发明通过双重判断两个监测指标是否达到监测指标阈值，进而发出堵料报警，并再次通过视频再次确认堵料情况，有效监测卸料口堵料情况并提醒工作人员解决堵料情况。

Description

卸料口堵料监测方法及系统

技术领域

本发明属于卸料监测技术领域，具体涉及卸料口堵料监测方法及系统。

背景技术

散状物料是指堆积在一起的大量块状、粒状或者粉状的固体混合物。散状物料广泛存在于生产和生活中的各个领域，特别是在能源矿山、粮食化工、冶金建材等工程领域中，常见的散状物料有矿石、煤炭、粮食等。在散状物料的存储和运输机械的运送过程中，随着社会的发展科技的进步，在工业生产活动的各个领域中，各种形式的连续输送机械(如螺旋输送机、带式输送机等)被广泛的使用，以组成有节奏的生产线用来提高生产效率。在过去的十几年里，连续输送机械不断朝着大型化、大运量以及高带速的方向发展，不但可以进行车间以及企业内部物料的输送，还可以进行企业之间远距离物料的运输，当运输至存储地之后与卸料装置通过卸料口相连接，散状物料由于不同的物理特性，主要包括颗粒的粒度以及粒度分布、颗粒的湿度、粘结性、磨磋性、腐蚀性、流动性等，会在卸料口形成不同程度的团结聚集，并与不同材质的卸料口进行摩擦，均会降低散状物料的卸料效率，造成卸料口的堵料情况的发生，散状物料的流动性对卸料口的正常运行有很大的影响。

因此，急需一种能够实时监测卸料口卸料情况，判断其是否堵塞后并发出提醒，避免物料浪费的方法及系统。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种卸料口堵料监测方法及系统。本发明提供的系统借助带有视频识别传感模块的摄像头的实时监测卸料口正常卸料时在其剖面形成的最低中心点距离其卸料口边缘点所在水平面的距离，以及卸料口中心点向下移动的时间，进而通过双重判断两个监测指标是否达到监测指标阈值，进而发出堵料报警，并再次通过视频显示器显示被判断为堵料的卸料口的堵料情况，避免误判情况的发生，有效监测卸料口堵料情况并提醒工作人员解决堵料情况。

本发明提供如下技术方案：卸料口堵料监测方法，包括以下步骤：

S1：实时监测卸料口中心点颗粒分别与与卸料口的两个边缘点连线的夹角，计算卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离；

S2：构建卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型，并计算出其由卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离的初始状态至所述S1步骤计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离的运动时间；

S3：当所述S1步骤计算的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的垂直距离小于卸料口堵料垂直阈值且所述S2步骤计算得到的运动时间大于卸料口堵料时间阈值时，判断卸料口堵塞；否则卸料口未堵塞，重复所述步骤S1-S2；

当发生堵料时触发声光报警器进行堵料报警，在声光报警器进行堵料报警的同时，判断是哪个卸料口发生了堵料，将视频显示器显示画面自动切换至相应的卸料口，现场值班人员通过视频确认该卸料口是否发生堵料；如果发生堵料，则远程处理堵料，如果未发生堵料，则取消警报。

进一步地，所述S1步骤计算卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离的公式如下：

其中，ψ_λ为是卸料口中心处不同形状颗粒分布所形成的角度，a₀为卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离，H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离。

进一步地，所述卸料口中心处不同形状颗粒分布所形成的角度ψ_λ的计算公式如下：

其中，λ为不同形状颗粒形成的卸料口中心颗粒形状系数。

进一步地，所述卸料颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离a₀由以下公式计算得到：

其中，λ为不同形状颗粒形成的卸料口中心颗粒形状系数，b为卸料口中心点处与边缘点的水平方向垂直距离，M是卸料口的总颗粒质量，η是卸料口颗粒的密度，H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离。

进一步地，所述卸料口的总颗粒质量计算公式如下：

其中，

为卸料口的物料流速，P(t)为t时刻的卸料口开启系数。

进一步地，所述S2步骤构建的卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型如下：

其中，

为卸料口中心点处颗粒距卸料口边缘点连线水平面的无量纲径向距离，τ为以角速度视角的运动状态监测无量纲时间，τ＝Ωt；

其中，g为重力加速度，g＝9.81m/s²，θ为料口中心点颗粒与连个边缘点连线的夹角ψ的互周角，θ＝360-ψ；Ω为互周角速度，

H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离。

进一步地，所述卸料口中心点处颗粒距卸料口边缘点连线水平面的无量纲径向距离

的计算公式如下：

其中，μ为卸料口中的颗粒与卸料口的摩擦系数，

为卸料口中心点处颗粒位于卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离a₀的初始状态，

进一步地，当运动至所述S1步骤计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离时，根据其运动状态模型，计算出以角速度视角的运动状态监测无量纲时间，再计算得到其由卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离的初始状态至位置为的运动时间。

进一步地，卸料口堵料垂直阈值为0.3H-0.4H，H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离，卸料口堵料时间阈值为5min-15min。

本发明还提供采用上述方法的卸料口堵料监测系统，所述系统包括卸料口中心点夹角监测视频传感模块、中央控制模块、声光报警器、视频显示器、

所述卸料口中心点夹角监测视频传感模块，用于实时监测卸料口中心点颗粒分别与与卸料口的两个边缘点连线的夹；

所述中央控制模块，用于卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的垂直距离、构建卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型，并计算出其由卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离的初始状态至计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离的运动时间；

所述声光报警器，用于接收所述中央控制模块的指令，进行报警；

所述视频显示器，用于接收所述中央控制模块的指令，显示被判断为堵料的卸料口的堵料情况。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的卸料口堵料监测方法能够准确从卸料口堵料夹角所计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离和运动时间是否达到阈值，进而从多维角度监测卸料口是否堵料，若堵料夹角过大且运动时间过久，代表已经堵料，可以通过声光报警器对卸料口的堵塞情况向工作人员报警，并通过视频图像再次验证堵料情况，提高了堵料监测以及报警的准确性，减少了工作人员的无谓时间浪费，提高了生产效率。

2、本发明提供的卸料口堵料监测方法，通过构建卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型，以卸料口的运行角速度为视角的运动状态监测无量纲时间，可以实时监测颗粒运动状态，保证了监测的准确性能。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明提供的卸料口堵料监测方法流程示意图；

图2为本发明提供的漏斗状卸料口未堵料情况示意图；

图3为本发明提供的漏斗状卸料口堵料情况示意图；

图4为本发明提供的卸料口堵料监测系统结构示意图。

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。

实施例1

如图1所示，为本发明提供的卸料口堵料监测方法流程图，卸料口正常卸料的时候，如图2所示，在卸料口形成一个漏斗状的形态。当发生堵料时，卸料口的漏斗状的形态会逐渐变平，卸料口中心点O处的颗粒分别与与卸料口的两个边缘点A和B连线的夹角逐渐变大，最后会如图3所示保持平整状态，本发明提供的卸料口堵料监测方法包括以下步骤：

S1：实时监测卸料口中心点O处的颗粒分别与与卸料口的两个边缘点A和B连线的夹角ψ，图2中

卸料口中心点颗粒与连个边缘点连线的夹角的互周角θ并计算角速度Ω，θ＝360-ψ，计算卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离a(ψ)；

S2：；构建卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型

并计算出其由卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离a₀的初始状态

至所述S1步骤计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离a(ψ)的运动时间t；

S3：当S1步骤计算的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的垂直距离a(ψ)小于卸料口堵料垂直阈值a(ψ_f)且S2步骤计算得到的运动时间t大于卸料口堵料时间阈值卸料口堵料时间阈值t_f时，即当卸料口中心点颗粒分别与与卸料口的两个边缘点连线的夹角大于夹角阈值ψ＞ψ_f，进而S1步骤计算得到的a(ψ)＜a(ψ_f)且t＞t_f时，ψ_f为卸料口堵料夹角阈值，t_f为卸料口堵料时间阈值，判断卸料口堵塞；否则卸料口未堵塞，重复所述步骤S1-S2；当发生堵料时触发声光报警器进行堵料报警，在声光报警器进行堵料报警的同时，判断是哪个卸料口发生了堵料，将视频显示器显示画面自动切换至相应的卸料口，现场值班人员通过视频确认该卸料口是否发生堵料；如果发生堵料，则通过远程遥控机械手进行处理，如果未发生堵料，则取消警报。

S1步骤计算卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离a(ψ)的公式如下：

其中，ψ_λ为是卸料口中心处不同形状颗粒分布所形成的角度，a₀为卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离，H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离。

卸料口中心处不同形状颗粒分布所形成的角度ψ_λ的计算公式如下：

其中，λ为不同形状颗粒形成的卸料口中心颗粒形状系数。

卸料颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离a₀由以下公式计算得到：

其中，λ为不同形状颗粒形成的卸料口中心颗粒形状系数，b为卸料口中心点处与边缘点的水平方向垂直距离，M是卸料口的总颗粒质量，η是卸料口颗粒的密度。

卸料口的总颗粒质量计算公式如下：

其中，

为卸料口的物料流速，为对时间的微分，

P(t)为t时刻的卸料口开启系数。

S2步骤构建的卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型

如下：

其中，

为卸料口中心点处颗粒距卸料口边缘点连线水平面的无量纲径向距离，τ为以角速度视角的运动状态监测无量纲时间，τ＝Ωt，

为

对τ的二阶导，

为

对τ的一阶导；

其中，g为重力加速度，g＝9.81m/s²，θ为料口中心点颗粒与连个边缘点连线的夹角ψ的互周角，θ＝360-ψ；Ω为互周角速度，

H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离。

卸料口中心点处颗粒距卸料口边缘点连线水平面的无量纲径向距离

的计算公式如下：

其中，μ为卸料口中的颗粒与卸料口的摩擦系数，

为卸料口中心点处颗粒位于卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离a₀的初始状态，

运动至S1步骤计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离a(ψ)时，根据其运动状态模型，计算出以角速度视角的运动状态监测无量纲时间τ(ψ)，再根据τ＝Ωt，计算得到其由卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离a₀的初始状态

至S1步骤计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离a(ψ)的运动时间t。

优选地，卸料口堵料垂直阈值ψ_f为0.3H-0.4H，卸料口堵料时间阈值t_f为5min-15min。

实施例2

如图4所示，为本发明提供的采用上述方法的卸料口堵料监测系统结构示意图，系统包括卸料口中心点夹角监测视频传感模块、中央控制模块、声光报警器、视频显示器、

卸料口中心点夹角监测视频传感模块，用于实时监测卸料口中心点颗粒分别与与卸料口的两个边缘点A和B连线的夹角ψ；

中央控制模块，用于计算卸料口中心点颗粒与连个边缘点连线的夹角的互周角θ并计算角速度Ω、卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的垂直距离a(ψ)、构建卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型

并计算出其由卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离a₀的初始状态

至S1步骤计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离a(ψ)的运动时间t；

声光报警器，用于接收中央控制模块的指令，进行报警；

视频显示器，用于接收中央控制模块的指令，显示被判断为堵料的卸料口的堵料情况。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.卸料口堵料监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：实时监测卸料口中心点颗粒分别与与卸料口的两个边缘点连线的夹角，计算卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离；

S2：构建卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型，并计算出其由卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离的初始状态至所述S1步骤计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离的运动时间；

S3：当所述S1步骤计算的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的垂直距离小于卸料口堵料垂直阈值且所述S2步骤计算得到的运动时间大于卸料口堵料时间阈值时，判断卸料口堵塞；否则卸料口未堵塞，重复所述步骤S1-S2；

当发生堵料时触发声光报警器进行堵料报警，在声光报警器进行堵料报警的同时，判断是哪个卸料口发生了堵料，将视频显示器显示画面自动切换至相应的卸料口，现场值班人员通过视频确认该卸料口是否发生堵料；如果发生堵料，则远程处理堵料，如果未发生堵料，则取消警报。

2.根据权利要求1所述的卸料口堵料监测方法，其特征在于，所述S1步骤计算卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离的公式如下：

其中，ψ_λ为是卸料口中心处不同形状颗粒分布所形成的角度，a₀为卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离，H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离。

3.根据权利要求2所述的卸料口堵料监测方法，其特征在于，所述卸料口中心处不同形状颗粒分布所形成的角度ψ_λ的计算公式如下：

其中，λ为不同形状颗粒形成的卸料口中心颗粒形状系数。

4.根据权利要求1所述的卸料口堵料监测方法，其特征在于，所述卸料颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离a₀由以下公式计算得到：

其中，λ为不同形状颗粒形成的卸料口中心颗粒形状系数，b为卸料口中心点处与边缘点的水平方向垂直距离，M是卸料口的总颗粒质量，η是卸料口颗粒的密度，H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离。

5.根据权利要求4所述的卸料口堵料监测方法，其特征在于，所述卸料口的总颗粒质量计算公式如下：

其中，

为卸料口的物料流速，P(t)为t时刻的卸料口开启系数。

6.根据权利要求1所述的卸料口堵料监测方法，其特征在于，所述S2步骤构建的卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型如下：

其中，

为卸料口中心点处颗粒距卸料口边缘点连线水平面的无量纲径向距离，τ为以角速度视角的运动状态监测无量纲时间，τ＝Ωt；

其中，g为重力加速度，g＝9.81m/s²，θ为料口中心点颗粒与连个边缘点连线的夹角ψ的互周角，θ＝360-ψ；Ω为互周角速度，

H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离。

7.根据权利要求6所述的卸料口堵料监测方法，其特征在于，所述卸料口中心点处颗粒距卸料口边缘点连线水平面的无量纲径向距离

的计算公式如下：

其中，μ为卸料口中的颗粒与卸料口的摩擦系数，

为卸料口中心点处颗粒位于卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离a₀的初始状态，

8.根据权利要求7所述的料口堵料监测方法，其特征在于，当运动至所述S1步骤计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离时，根据其运动状态模型，计算出以角速度视角的运动状态监测无量纲时间，再计算得到其由卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离的初始状态至位置为的运动时间。

9.根据权利要求1所述的料口堵料监测方法，其特征在于，所述卸料口堵料垂直阈值为0.3H-0.4H，H为卸料口边缘点水平连线与卸料口底部的垂直距离，卸料口堵料时间阈值为5min-15min。

10.采用权利要求1-8任一所述方法的卸料口堵料监测系统，其特征在于，所述系统包括卸料口中心点夹角监测视频传感模块、中央控制模块、声光报警器、视频显示器、

所述卸料口中心点夹角监测视频传感模块，用于实时监测卸料口中心点颗粒分别与与卸料口的两个边缘点连线的夹；

所述中央控制模块，用于卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的垂直距离、构建卸料口中心点处颗粒运动状态实时监测模型，并计算出其由卸料口中心点颗粒与边缘点水平连线之间的垂直初始距离的初始状态至计算得到的卸料口中心点颗粒距离卸料口边缘点连线水平面的实时垂直距离的运动时间；

所述声光报警器，用于接收所述中央控制模块的指令，进行报警；

所述视频显示器，用于接收所述中央控制模块的指令，显示被判断为堵料的卸料口的堵料情况。

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