CN114721299B - 一种全自动装船流程控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种全自动装船流程控制系统与方法，通过装船机自动化控制模块将接收到的作业工单分解成装船机、斗轮堆取料机和皮带机作业任务，采集参与装船流程作业的装船机、斗轮堆取料机和皮带机的状态信息，包括装船机和斗轮堆取料机3D激光扫描仪点云数据，建立各机型作业模型，生成各机型自动化作业策略和协同作业策略，实现装船流程的全自动作业、装船流量的自动调节、各设备间的联锁保护和装船流程的集中控制。

Description

一种全自动装船流程控制系统与方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种全自动装船流程控制系统与方法。

背景技术

目前国内外港口散货装卸大部分采用靠人工操作的装卸设备，装卸设备作业的范围以及装卸设备的各机构运动均由司机通过操作台控制，皮带机靠人工沿着皮带线进行巡检，工作环境恶劣，劳动强度大，各台设备间仅有简单的联锁保护，缺乏全流程协同作业能力，作业效率与作业安全性完全取决于司机与指挥工的熟练程度及配合默契程度。因此，为了解决上述问题，本发明提供一种全自动装船流程控制系统与方法，在装船机、斗轮堆取料机和皮带机的多个不同功能的外围感知设备，实时采集装船机和斗轮堆取料机各运行机构的位姿信息、作业船只的船型信息、作业堆场的料堆信息、皮带机状态信息，实现装船机、斗轮堆取料机和皮带机的状态信息自动采集，并结合装船流程协同作业算法和策略，实现整个装船流程的生产调度、作业任务下发、皮带机智能巡检、设备联锁和装船流量自动调节。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种全自动装船流程控制系统与方法，在装船机、斗轮堆取料机和皮带机的多个不同功能的外围感知设备，实时采集装船机和斗轮堆取料机各运行机构的位姿信息、作业船只的船型信息、作业堆场的料堆信息、皮带机状态信息，实现装船机、斗轮堆取料机和皮带机的状态信息自动采集，并结合装船流程协同作业算法和策略，实现整个装船流程的生产调度、作业任务下发、皮带机智能巡检、设备联锁和装船流量自动调节。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种全自动装船流程控制系统，其包括装船机自动化控制模块、斗轮堆取料机自动化控制模块、皮带机智能巡检模块和装船流程控制模块，还包括外围感知设备、数据采集模块和视频监控模块；

数据采集模块用于采集安装在装船机、斗轮机和皮带机上的外围感知设备感知信息，基于感知信息获取机械运动机构的位姿信息、作业船只的船型信息、堆场信息和运行状态信息，并将采集数据传输给装船流程控制模块；

视频监控模块用于采集安装在装船机、斗轮机和皮带机上的摄像头的视频信号，并将视频信号传输给装船流程控制模块；

皮带机智能巡检模块基于装船流程控制模块下发的巡检指令采集皮带机状态信息并进行分析，将分析结果发送给装船流程控制模块；

装船流程控制模块基于数据采集模块、视频监控模块和皮带机智能巡检模块传输的数据调整装船流程协同作业策略，并将作业策略分别发送至装船机自动化控制模块和斗轮堆取料机自动化控制模块；

装船机自动化控制模块将装船流程控制模块下发的作业任务转换为成各机构的运行指令，实现装船机的全自动作业；

斗轮堆取料机自动化控制模块将装船流程控制模块下发的作业任务转换为各机构的运行指令，实现斗轮堆取料机的全自动作业；

装船机自动化控制模块、斗轮堆取料机自动化控制模块、皮带机智能巡检模块、数据采集模块和视频监控模块分别与装船流程控制模块通讯。

在以上技术方案的基础上，优选的，外围感知设备包括若干个3D激光扫描仪；

装船机上至少安装两个所述3D激光扫描仪，用于对当前作业船只及舱内物料进行扫描建模并实时更新数据；

斗轮堆取料机上至少安装一个所述3D激光扫描仪，用于对作业堆场进行扫描建模并实时更新数据。

在以上技术方案的基础上，优选的，视频监控模块包括：安装在装船机、斗轮机和皮带机上的多台摄像机、视频交换机和中继装置；

摄像机、视频交换机和中继装置之间进行通信连接，并经摄像头的视频信号传输至装船流程控制模块。

在以上技术方案的基础上，优选的，皮带机智能巡检模块包括智能巡检机器人及其搭载的摄像机、热成像仪和拾音器；

摄像机、热成像仪和拾音器分别与智能巡检机器人内置的控制器电气连接；

智能巡检机器人安装在皮带机上，并通过摄像机、热成像仪和拾音器分别采集皮带机运行数据，基于皮带机运行数据对皮带机进行状态监测，并将状态监测信息传输给装船流程控制模块。

另一方面，本发明提供一种全自动装船流程控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过安装在装船机、斗轮堆取料机和皮带机的多个不同功能的外围感知设备以及摄像头，实时采集装船机和斗轮堆取料机各运行机构的位姿信息、作业船只的船型信息、作业堆场的料堆信息、皮带机状态信息，并将采集数据传输给装船流程控制模块；

S2、装船流程控制模块对数据采集模块传输的数据进行处理和建立作业模型，自动获取作业工单，并分解成装船机、斗轮堆取料机和皮带机作业规划，所述作业规划包括不同装船阶段所需的装船流量；所述作业工单包括总装船量、累积装船量和不同装船阶段所需的装船时间，基于装船流量计算公式获取当前阶段所需的装船流量，并基于不同阶段装船流量需求自动生成装船机作业策略、斗轮堆取料机作业策略和装船流程协同作业策略，并根据以上作业策略发送作业指令给装船机自动化控制模块、斗轮机自动化控制模块和皮带机智能巡检模块进行协同作业；

所述装船流量计算公式为：Q＝Δk·(W₀-W_t)·t，其中，Q为当前装船阶段所需的装船流量；W₀为总装船量；W_t为累积装船量；t为当前装船阶段所需的装船时间；

S3、装船机自动化控制模块和斗轮堆取料机自动化控制模块根据作业策略控制装船机和斗轮堆取料机进行全自动作业，皮带机智能巡检模块根据作业策略开始周期性智能巡检，并将巡检数据实时反馈给装船流程控制模块。

在以上技术方案的基础上，优选的，斗轮堆取料机作业策略为基于不同装船阶段所需的装船流量控制斗轮堆取料机斗轮的切入深度，调节取料流量，使取料流量与不同装船阶段所需的装船流量保持一致。

本发明的一种全自动装船流程控制系统与方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)在装船流程的装船机、斗轮堆取料机和皮带机上增加了独立的装船机自动化控制模块、斗轮堆取料机自动化控制模块和皮带机智能巡检模块，并增加了装船流程控制模块，各模块之间采用通讯连接，使得整个装船流程可以实现全自动运行和协同作业，操作人员只在中控室进行必要的监控和远程人工干预，实现整个装船流程的无人化运行；

(2)通过对装船流程各个设备的数据采集和运行状态监控，实现集中控制，建立装船流程控制模型，根据装船策略规划不同装船阶段所需的装船流量，通过控制斗轮堆取料机斗轮的切入深度，实现对取料流量的调节，与不同装船阶段所需的装船流量保持一致，实现装船机与斗轮堆取料机的联动，从而保证装船策略的顺利执行；

(3)结合皮带机无人巡检系统的实时状态反馈，当出现皮带撕裂、皮带跑偏、堵料、火灾等异常情况时，发送报警信息到装船流程控制模块，控制斗轮堆取料机及时停止取料，并按照控制逻辑依次停止装船流程上的各台设备，保障装船流程安全可靠的全自动、无人化运行；

(4)通过装船机自动化控制模块将接收到的作业工单分解成装船机、斗轮堆取料机和皮带机作业任务，采集参与装船流程作业的装船机、斗轮堆取料机和皮带机的状态信息，包括装船机和斗轮堆取料机3D激光扫描仪点云数据，建立各机型作业模型，生成各机型自动化作业策略和协同作业策略，实现装船流程的全自动作业、装船流量的自动调节、各设备间的联锁保护和装船流程的集中控制。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种全自动装船流程控制系统的结构图；

图2为本发明一种全自动装船流程控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

港口散货装卸大部分采用靠人工操作的装卸设备，装卸设备作业的范围以及装卸设备的各机构运动均由司机通过操作台控制，皮带机靠人工沿着皮带线进行巡检，工作环境恶劣，劳动强度大，作业效率与作业安全性完全取决于司机与指挥工的熟练程度及配合默契程度。因此，为了解决上述问题，本实施例提供一种全自动装船流程控制系统，如图1所示，其包括装船机自动化控制模块、斗轮堆取料机自动化控制模块、皮带机智能巡检模块、装船流程控制模块、外围感知设备、数据采集模块和视频监控模块。外围感知设备与数据采集模块的数据输入端通讯连接，数据采集模块的数据输出端以及视频监控模块的视频信号输出端分别与装船流程控制模块通讯连接，装船流程控制模块分别与装船机自动化控制模块、斗轮堆取料机自动化控制模块、皮带机智能巡检模块通讯连接。

外围感知设备，用于感知装船机、斗轮机和皮带机的运行状态。优选的，外围感知设备包括若干个3D激光扫描仪；装船机上至少安装两个所述3D激光扫描仪，用于对当前作业船只及舱内物料进行扫描建模并实时更新数据，模型数据用于装船策略的制定和装船过程中对作业船只姿态的安全检测；斗轮堆取料机上至少安装一个所述3D激光扫描仪，用于对作业堆场进行扫描建模并实时更新数据，模型数据用于堆取料策略的制定和料堆体积的测量。

数据采集模块，用于采集安装在装船机、斗轮机和皮带机上的外围感知设备感知信息，基于感知信息获取机械运动机构的位姿信息、作业船只的船型信息、堆场信息和运行状态信息，并将采集数据传输给装船流程控制模块。

视频监控模块，用于采集安装在装船机、斗轮机和皮带机上的摄像头的视频信号，并将视频信号传输给装船流程控制模块。优选的，视频监控模块包括：安装在装船机、斗轮机和皮带机上的多台摄像机、视频交换机和中继装置；摄像机、视频交换机和中继装置之间进行通信连接，并经摄像头的视频信号传输至装船流程控制模块。

皮带机智能巡检模块，基于装船流程控制模块下发的巡检指令采集皮带机状态信息并进行分析，将分析结果发送给装船流程控制模块。优选的，皮带机智能巡检模块包括智能巡检机器人及其搭载的摄像机、热成像仪和拾音器；摄像机、热成像仪和拾音器分别与智能巡检机器人内置的控制器电气连接；智能巡检机器人安装在皮带机上，并通过摄像机、热成像仪和拾音器分别采集皮带机运行数据，基于皮带机运行数据对皮带机进行状态监测，并将状态监测信息传输给装船流程控制模块，用于装船流程运行控制。

装船机自动化控制模块，将装船流程控制模块下发的作业任务转换为成各机构的运行指令，实现装船机的全自动作业。

斗轮堆取料机自动化控制模块，将装船流程控制模块下发的作业任务转换为各机构的运行指令，实现斗轮堆取料机的全自动作业。

装船流程控制模块，基于数据采集模块、视频监控模块和皮带机智能巡检模块传输的数据调整装船流程协同作业策略，并将作业策略分别发送至装船机自动化控制模块和斗轮堆取料机自动化控制模块。优选的，装船流程控制模块的工作流程为：

步骤1：选择一条全自动装船流程，系统完成初始化；

步骤2：装船流程控制模块接收上位生产管理系统或者ERP系统的作业工单；

步骤3：装船流程控制模块将接收到的作业工单分解成装船机、斗轮堆取料机和皮带机作业任务；

步骤4：装船流程控制模块采集参与装船流程作业的装船机、斗轮堆取料机和皮带机的状态信息，包括装船机和斗轮堆取料机上3D激光扫描仪点云数据；

步骤5：装船流程控制模块根据获取的状态信息和点云数据，建立各机型作业模型；

步骤6：装船流程控制模块根据作业模型生成各机型自动化作业策略和协同作业策略；

步骤7：装船流程控制模块将各机型作业任务、作业策略分别下发给装船机自动化模块、斗轮堆取料机自动化模块和皮带机智能巡检模块；

步骤8：首先启动皮带机智能巡检，判断皮带机无故障，则装船流程启动，依次启动装船机、皮带机和斗轮堆取料机，开始全自动运行；

步骤9：根据装船流程协同作业策略，斗轮堆取料机自动调整取料流程，以满足自动装船流量需求；

步骤10：当斗轮堆取料机作业量满足作业任务时，停止斗轮堆取料机运行。皮带机继续运行，直到判断皮带机上没有物料后停止皮带机，然后停止装船机，装船流程结束。

本实施例的工作原理为：外围感知设备实时采集装船机和斗轮堆取料机各运行机构的位姿信息、作业船只的船型信息、作业堆场的料堆信息、皮带机状态信息，并将采集数据传输给装船流程控制模块；装船流程控制模块通过数据采集模块采集参与装船流程作业的装船机和斗轮堆取料机3D激光扫描仪获取的点云数据，进行点云数据处理、数据拼接和建立作业模型，根据建立的作业模型，将自动获取或者人工输入的作业工单分解成装船机和斗轮堆取料机的作业规划，作业规划确定了不同装船阶段所需的装船流量，以此自动生成装船机作业策略、斗轮堆取料机作业策略和装船流程协同作业策略，根据装船流量控制需求及时调整斗轮堆取料机取料流量，并根据以上作业策略发送作业指令给装船机自动化控制模块、斗轮机自动化控制模块和皮带机智能巡检模块进行协同作业，同时采集以上各模块的运行状态和作业数据，智能调整装船流程协同作业策略。

本实施例的有益效果为：在装船流程的装船机、斗轮堆取料机和皮带机上增加了独立的装船机自动化控制模块、斗轮堆取料机自动化控制模块和皮带机智能巡检模块，并增加了装船流程控制模块，各模块之间采用通讯连接，使得整个装船流程可以实现全自动运行和协同作业，操作人员只在中控室进行必要的监控和远程人工干预，实现整个装船流程的无人化运行；

通过对装船流程各个设备的数据采集和运行状态监控，实现集中控制，建立装船流程控制模型，根据装船策略规划不同装船阶段所需的装船流量，通过控制斗轮堆取料机斗轮的切入深度，实现对取料流量的调节，与不同装船阶段所需的装船流量保持一致，实现装船机与斗轮堆取料机的联动，从而保证装船策略的顺利执行；

结合皮带机无人巡检系统的实时状态反馈，当出现皮带撕裂、皮带跑偏、堵料、火灾等异常情况时，发送报警信息到装船流程控制模块，控制斗轮堆取料机及时停止取料，并按照控制逻辑依次停止装船流程上的各台设备，保障装船流程安全可靠的全自动、无人化运行。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，本实施例提供一种全自动装船流程控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、通过安装在装船机、斗轮堆取料机和皮带机的多个不同功能的外围感知设备以及摄像头，实时采集装船机和斗轮堆取料机各运行机构的位姿信息、作业船只的船型信息、作业堆场的料堆信息、皮带机状态信息，并将采集数据传输给装船流程控制模块；

S2、装船流程控制模块对数据采集模块传输的数据进行处理和建立作业模型，自动获取作业工单，并分解成装船机、斗轮堆取料机和皮带机作业规划，所述作业规划包括不同装船阶段所需的装船流量；所述作业工单包括总装船量、累积装船量和不同装船阶段所需的装船时间，基于装船流量计算公式获取当前阶段所需的装船流量，并基于不同阶段装船流量需求自动生成装船机作业策略、斗轮堆取料机作业策略和装船流程协同作业策略，并根据以上作业策略发送作业指令给装船机自动化控制模块、斗轮机自动化控制模块和皮带机智能巡检模块进行协同作业；

所述装船流量计算公式为：Q＝Δk·(W₀-W_t)·t，其中，Q为当前装船阶段所需的装船流量；W₀为总装船量；W_t为累积装船量；t为当前装船阶段所需的装船时间；

其中，斗轮堆取料机作业策略为基于不同装船阶段所需的装船流量控制斗轮堆取料机斗轮的切入深度，调节取料流量，使取料流量与不同装船阶段所需的装船流量保持一致。

S3、装船机自动化控制模块和斗轮堆取料机自动化控制模块根据作业策略控制装船机和斗轮堆取料机进行全自动作业，皮带机智能巡检模块根据作业策略开始周期性智能巡检，并将巡检数据实时反馈给装船流程控制模块。

本实施例的有益效果为：通过装船机自动化控制模块将接收到的作业工单分解成装船机、斗轮堆取料机和皮带机作业任务，采集参与装船流程作业的装船机、斗轮堆取料机和皮带机的状态信息，包括装船机和斗轮堆取料机3D激光扫描仪点云数据，建立各机型作业模型，生成各机型自动化作业策略和协同作业策略，实现装船流程的全自动作业、装船流量的自动调节、各设备间的联锁保护和装船流程的集中控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种全自动装船流程控制系统的控制方法，所述全自动装船流程控制系统包括装船机自动化控制模块、斗轮堆取料机自动化控制模块、皮带机智能巡检模块和装船流程控制模块，其特征在于：还包括外围感知设备、数据采集模块和视频监控模块；

所述数据采集模块用于采集安装在装船机、斗轮机和皮带机上的外围感知设备感知信息，基于感知信息获取机械运动机构的位姿信息、作业船只的船型信息、堆场信息和运行状态信息，并将采集数据传输给装船流程控制模块；

所述视频监控模块用于采集安装在装船机、斗轮机和皮带机上的摄像头的视频信号，并将视频信号传输给装船流程控制模块；

所述皮带机智能巡检模块基于装船流程控制模块下发的巡检指令采集皮带机状态信息并进行分析，将分析结果发送给装船流程控制模块；

所述装船流程控制模块基于数据采集模块、视频监控模块和皮带机智能巡检模块传输的数据调整装船流程协同作业策略，并将作业策略分别发送至装船机自动化控制模块和斗轮堆取料机自动化控制模块；

所述装船机自动化控制模块将装船流程控制模块下发的作业任务转换为成各机构的运行指令，实现装船机的全自动作业；

所述斗轮堆取料机自动化控制模块将装船流程控制模块下发的作业任务转换为各机构的运行指令，实现斗轮堆取料机的全自动作业；

所述装船机自动化控制模块、斗轮堆取料机自动化控制模块、皮带机智能巡检模块、数据采集模块和视频监控模块分别与装船流程控制模块通讯；

所述的一种全自动装船流程控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过安装在装船机、斗轮堆取料机和皮带机的多个不同功能的外围感知设备以及摄像头，实时采集装船机和斗轮堆取料机各运行机构的位姿信息、作业船只的船型信息、作业堆场的料堆信息、皮带机状态信息，并将采集数据传输给装船流程控制模块；

S2、装船流程控制模块对数据采集模块传输的数据进行处理和建立作业模型，自动获取作业工单，并分解成装船机、斗轮堆取料机和皮带机作业规划，所述作业规划包括不同装船阶段所需的装船流量；所述作业工单包括总装船量、累积装船量和不同装船阶段所需的装船时间，基于装船流量计算公式获取当前阶段所需的装船流量，并基于不同阶段装船流量需求自动生成装船机作业策略、斗轮堆取料机作业策略和装船流程协同作业策略，并根据以上作业策略发送作业指令给装船机自动化控制模块、斗轮机自动化控制模块和皮带机智能巡检模块进行协同作业；

所述装船流量计算公式为：Q＝Δk·(W₀-W_t)·t，其中，Q为当前装船阶段所需的装船流量；W₀为总装船量；W_t为累积装船量；t为当前装船阶段所需的装船时间；

S3、装船机自动化控制模块和斗轮堆取料机自动化控制模块根据作业策略控制装船机和斗轮堆取料机进行全自动作业，皮带机智能巡检模块根据作业策略开始周期性智能巡检，并将巡检数据实时反馈给装船流程控制模块。

2.如权利要求1所述的一种全自动装船流程控制系统的控制方法，其特征在于：所述外围感知设备包括若干个3D激光扫描仪；

装船机上至少安装两个所述3D激光扫描仪，用于对当前作业船只及舱内物料进行扫描建模并实时更新数据；

斗轮堆取料机上至少安装一个所述3D激光扫描仪，用于对作业堆场进行扫描建模并实时更新数据。

3.如权利要求1所述的一种全自动装船流程控制系统的控制方法，其特征在于：所述视频监控模块包括：安装在装船机、斗轮机和皮带机上的多台摄像机、视频交换机和中继装置；

所述摄像机、视频交换机和中继装置之间进行通信连接，并经摄像头的视频信号传输至装船流程控制模块。

4.如权利要求1所述的一种全自动装船流程控制系统的控制方法，其特征在于：所述皮带机智能巡检模块包括智能巡检机器人及其搭载的摄像机、热成像仪和拾音器；

所述摄像机、热成像仪和拾音器分别与智能巡检机器人内置的控制器电气连接；

所述智能巡检机器人安装在皮带机上，并通过摄像机、热成像仪和拾音器分别采集皮带机运行数据，基于皮带机运行数据对皮带机进行状态监测，并将状态监测信息传输给装船流程控制模块。

5.如权利要求1所述的一种全自动装船流程控制系统的控制方法，其特征在于：所述斗轮堆取料机作业策略为基于不同装船阶段所需的装船流量控制斗轮堆取料机斗轮的切入深度，调节取料流量，使取料流量与不同装船阶段所需的装船流量保持一致。