CN115482356A - 一种燃煤料堆堆、取料点的确定系统及确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃煤料堆堆、取料点的确定系统及确定方法，包括：扫描监测模块，用于获取燃煤料堆的三维形状散点数据；数据处理模块，用于将所述料堆散点数据进行干扰过滤去除，并与位置数据组合计算出料堆相对于煤场的三维坐标；动态显示模块，用于将所述三维点云数据转化为可动态显示的三维图像；仿真数据计算模块，用于根据所述料堆三维图像计算堆、取料点三维坐标点位；运行参数拟定模块，用于根据所述堆、取料点三维坐标点位计算拟定斗轮机执行机构的运行参数。该方法保证了燃煤料堆堆、取料切入点的准确性，提供了斗轮机回转、换层和寸动指令参数，避免了燃煤掺配的不均匀性和取料流量的不恒定性的问题。

Description

一种燃煤料堆堆、取料点的确定系统及确定方法

技术领域

本发明涉及发电厂自动化堆取料技术领域，尤其涉及一种燃煤料堆堆、取料点的确定系统及确认方法。

背景技术

燃煤电厂中燃煤散料主要通过斗轮机进行堆料和取料作业，而燃煤掺配是电厂保证经济性、环保性和安全性的关键，通过利用斗轮机直接进行燃煤的煤场掺配则成为了设备使用量少、操作简单的一种燃煤掺配方式，其中实现斗轮机自动化燃煤掺配既改善了操作人员的工作环境，又提高了操作过程的精确性，较少甚至避免了操作过程的视线盲点，较大程度的提高了燃煤掺配的均匀性，进而保证了发电的经济性和锅炉的安全性，同时提升了煤场库容的利用率。

然而，斗轮机自动化运行过程中堆料起始点的精确度是煤场优化分区的关键，取料的切入点、边界点是避免斗轮机运行时与煤堆发生碰撞，保证燃煤取料量恒定以及斗轮机确定开层、换层和换边的运行参数的决定性条件。

同时，斗轮机进行燃煤散料堆取时会出现燃煤的塌落，导致燃煤的堆取料点，尤其是边界点会发生变化，因此对料堆三维点、燃煤料堆堆、取料起始点进行实时测量更新，可保证斗轮机自动化运行中回转、换层和寸动指令的精确性，进而可保证燃煤掺配的均匀性，避免了传统人工操作斗轮机进行燃煤掺配的粗放性管理引起的掺配不均的问题，改善了现有扫描技术中数据干扰大、采集数据多、形成的煤堆三维图像精准度低，无法满足斗轮机自动确定堆、取料点的精度要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃煤料堆堆、取料点的确定系统及确认方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种燃煤料堆堆、取料点的确定系统，包括扫描监测模块、数据处理模块、动态显示模块、仿真数据计算模块、运行参数拟定模块，扫描监测模块、数据处理模块、动态显示模块、仿真数据计算模块、运行参数拟定模块依次相互连通，所述的扫描检测模块包括激光扫描仪、定位编码器，所述的定位编码器包括行走编码器、回转编码器和俯仰编码器，激光扫描仪安装在斗轮机悬臂的臂架顶端，行走编码器安装在斗轮机的行走机构上，回转编码器安装在斗轮机悬臂回转机构上，俯仰编码器安装在斗轮机悬臂的俯仰机构上，所述的数据处理模块为将获取数据进行处理的中控系统，所述的动态显示模块为能实现三维点运输数据转化为动态显示的三维图像的模块，所述的仿真数据计算模块包括煤堆参数计算单元、煤堆轮廓矫正单元、定点计算单元和通讯接口模块，通讯接口模块分别与煤堆参数计算单元、煤堆轮廓矫正单元、定点计算单元之间数据交换连通，运行参数拟定模块为用于根据所述堆、取料点三维坐标点位计算拟定斗轮机执行机构的运行参数的模块。

进一步地，还包括操作控制模块，操作控制模块为用于对斗轮机自动堆料和取料作业实时监控的模块，操作控制模块与运行参数拟定模块连通。

上述燃煤料堆堆、取料点的确定系统中：

扫描监测模块，用于获取燃煤料堆的三维形状散点数据；

数据处理模块，用于将所述料堆散点数据进行干扰过滤去除，并与位置数据组合计算出料堆相对于煤场的三维坐标；

动态显示模块，用于将所述三维点云数据转化为可动态显示的三维图像；

仿真数据计算模块，用于根据所述料堆三维图像计算堆、取料点三维坐标点位；

运行参数拟定模块，用于根据所述堆、取料点三维坐标点位计算拟定斗轮机执行机构的运行参数。

进一步地，所述扫描监测模块的激光扫描仪安装于斗轮机臂架顶端，以保证对燃煤料堆的全方位扫描，同时避免因机械震动引起的测量误差。

进一步地，还包括：带网络接口的定位编码器，所述定位编码器安装于云台上，用于对料堆三维形状散点的数据传输，同时获取所述扫描仪和所述编码器的位置信息，所述的定位编码器包括行走编码器、回转编码器和俯仰编码器，激光扫描仪安装在斗轮机悬臂的臂架顶端，行走编码器安装在斗轮机的行走机构上，回转编码器安装在斗轮机悬臂回转机构上，俯仰编码器安装在斗轮机悬臂的俯仰机构上。

进一步地，所述的数据处理模块为将获取数据进行处理的中控系统，用于获取煤场中斗轮机各机构的空间姿态信息数据。

进一步地，所述燃煤料堆三维图像仿真包括以下步骤：

数据采集传输，以获取燃煤料堆散点位置信息和斗轮机行走、俯仰和回转参数值，并传输至中控系统；

坐标建立，根据扫描仪和燃煤料堆的直线距离、夹角信息建立被测燃煤料堆以激光扫描点为基础的三维坐标；

去噪过滤，将激光扫描点云数据进行噪声干扰过滤；

坐标转化，将去噪后的激光扫描仪所在的三维坐标数据转化为以煤场为坐标系的坐标值；

数据网格插值化，对料堆形状点云数据进行网格化和插值处理；

三维仿真，根据上述采集、处理的数据进行燃煤料堆的三维仿真。

进一步地，所述仿真数据计算模块，包括：

煤堆参数计算单元，用于计算煤场坐标系中煤堆的起始位置、物性参数（高度、宽度、体积）和三维坐标；

煤堆轮廓校正单元，用于实时跟踪因取料/堆料以及燃煤坍落引起的料堆轮廓变化；

定点计算单元，用于根据煤堆参数计算数据计算堆料起始点以及取料切入点坐标、煤堆边界坐标、煤层的换层和换边点。

进一步地，还包括：通讯接口模块，用于实现煤堆形状数据、斗轮机运行数据、定位系统数据的各机构数据再各子系统间交换。

进一步地，还包括：操作控制模块，用于对斗轮机自动堆料和取料作业实时监控，当发现斗轮机运行故障时可人为操作急停，以防止发生设备损坏或出现安全事故。

一种燃煤料堆堆、取料点的确认方法，包括以下步骤：

S1：利用安装于斗轮机臂架顶端的激光扫描仪对燃煤料堆进行扫面，获取燃煤料堆的三维形状散点数据；

S2：对料堆散点数据进行干扰过滤去除，并与位置数据组合计算出料堆相对于煤场的三维坐标；

S201：通过安装于云台上的带网络接口的编码器，获取的扫描仪和编码器位置信息，并将料堆三维形状散点数据和位置信息传输至中控系统；

S202：中控系统结合料堆三维形状散点数据、斗轮机当前运行参数（斗轮机行走、俯仰和回转数据）以及扫描仪与燃煤料堆的直线距离、夹角信息建立被测燃煤料堆以激光扫描点为基础的三维坐标；

S203：对激光扫描点云数据进行去噪处理，以减少因测量扫描过程中受斗轮机作业震动、燃煤料堆表面凹凸不平以及测量点较多的影响；

S204：将测量点坐标由以扫描仪为坐标系转化为以煤场为坐标系的坐标值；

S3：将燃煤料堆三维坐标数据转化为可动态显示的三维图像；

S301：对料堆形状点云数据进行网格化和插值处理，其中网格化处理是为了保证数据点均匀分布，减少三维模型构造点数和空间占比；而插值处理是为了保证网格化处理后的各个网格内均有数据，进而保证三维成像的精确性；

S302：针对上述数据采集与处理实现燃煤料堆的三维仿真，实现料堆的可视化；

S4：根据料堆三维图像计算堆、取料点三维坐标点位；

S401：利用线性计算完成煤堆的起始位置、物性参数（高度、宽度、体积）和三维坐标（包含边界点坐标）的确定；

S402：根据燃煤料堆在煤场中的三维坐标和斗轮机大车、悬臂的位置确定斗轮机堆料起始点、取料切入点、边界点以及换层点，且各点信息实时更新以防止因燃煤塌落导致各点坐标变化；

S5：根据燃煤料堆各点三维数据，确定斗轮机自动化运行的走行距离、悬臂回转与仰俯参数、斗轮回转速度；

S6：对斗轮机自动堆料和取料作业实时监控，当发现斗轮机运行故障时可人为操作急停，以防止发生设备损坏或出现安全事故。

相比现有技术，本发明的有益效果为：

1、斗轮机自动化运行作业过程中，通过安装于斗轮机悬臂两侧的激光扫描仪对燃煤料堆进行连续扫描、测距，获取燃煤料堆的三维形状散点数据，该数据通过带网络接口的编码器传输至中控系统，中控系统结合斗轮机行走、俯仰和回转参数数据以及扫描仪与燃煤料堆的直线距离、夹角信息建立被测燃煤料堆以激光扫描点为基础的三维坐标。因测量扫描过程中受斗轮机作业震动、燃煤料堆表面凹凸不平以及测量点较多的影响，需对三维散点进行整合去噪，去噪后的扫描坐标转化为以煤场为坐标系的坐标值，而后对料堆形状点云数据进行网格化和插值处理，并完成燃煤料堆的三维仿真，实现料堆的可视化。该过程保证了燃煤料堆采集数据的真实有效性，提供了较为精准的原始数据，为后期斗轮机的精确自动化运行提供了可能。

2、基于确定的煤场坐标系，利用线性计算完成煤堆的起始位置、物性参数（高度、宽度、体积）和三维坐标的确定，结合斗轮机大车、悬臂的位置确定斗轮机堆料起始点、取料切入点、边界点以及换层点。考虑到燃煤堆取过程中会出现坍落，燃煤料堆的形状三维散点可完成实时更新，以保证斗轮机自动化运行的走行距离、悬臂回转与仰俯参数、斗轮回转速度的精确性，堆、取料过程的煤流量恒定性。

3、通过控制室可实现控制中心对整个煤场的可视化管理，同时根据斗轮机运行异常情况可进行人工急停操作，防止发生设备损坏或出现安全事故。

附图说明

图1为本发明提出的一种燃煤料堆堆、取料点的确定方法示意图；

图2为本发明提出的一种燃煤料堆堆、取料点的确定方法的燃煤料堆三维图像仿真示意图；

图3为本发明提出的一种燃煤料堆堆、取料点的确定方法的仿真数据计算示意图。

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。

参照图1，一种燃煤料堆堆、取料点的确定方法，包括：扫描监测模块，用于获取燃煤料堆的三维形状散点数据；数据处理模块，用于将所述料堆散点数据进行干扰过滤去除，并与位置数据组合计算出料堆相对于煤场的三维坐标；动态显示模块，用于将所述三维点云数据转化为可动态显示的三维图像；仿真数据计算模块，用于根据所述料堆三维图像计算堆、取料点三维坐标点位；运行参数拟定模块，用于根据所述堆、取料点三维坐标点位计算拟定斗轮机执行机构的运行参数。

可选的，扫描监测模块的激光扫描仪安装于斗轮机臂架顶端，以保证对燃煤料堆的全方位扫描，同时避免因机械震动引起的测量误差。

可选地，还包括：带网络接口的编码器，编码器安装于云台上，用于对料堆三维形状散点的数据传输，同时获取扫描仪和编码器的位置信息。

可选地，还包括：定位系统，用于获取煤场中斗轮机各机构的空间姿态信息数据。包括以下步骤：

可选地，燃煤料堆三维图像仿真包括以下步骤：数据采集传输，以获取燃煤料堆散点位置信息和斗轮机行走、俯仰和回转参数值，并传输至中控系统；坐标建立，根据扫描仪和燃煤料堆的直线距离、夹角信息建立被测燃煤料堆以激光扫描点为基础的三维坐标；去噪过滤，将激光扫描点云数据进行噪声干扰过滤；坐标转化，将去噪后的激光扫描仪所在的三维坐标数据转化为以煤场为坐标系的坐标值；数据网格插值化，对料堆形状点云数据进行网格化和插值处理；三维仿真，根据上述采集、处理的数据进行燃煤料堆的三维仿真。

上述实施例的燃煤料堆堆、取料点的确定方法，有效的采集反馈了燃煤料堆的三维形状散点数据，满足了斗轮机自动化运行的精度要求，为燃煤在煤场的自动化掺配提供了保障。其中，斗轮机自动化运行作业过程中，通过安装于斗轮机悬臂两侧的激光扫描仪对燃煤料堆进行连续扫描、测距，获取燃煤料堆的三维形状散点数据，该数据通过带网络接口的编码器传输至中控系统，中控系统结合斗轮机行走、俯仰和回转参数数据以及扫描仪与燃煤料堆的直线距离、夹角信息建立被测燃煤料堆以激光扫描点为基础的三维坐标。因测量扫描过程中受斗轮机作业震动、燃煤料堆表面凹凸不平以及测量点较多的影响，需对三维散点进行整合去噪，去噪后的扫描坐标转化为以煤场为坐标系的坐标值。而后对料堆形状点云数据进行网格化和插值处理，其中网格化处理是为了保证数据点均匀分布，减少三维模型构造点数和空间占比；而插值处理是为了保证网格化处理后的各个网格内均有数据，进而保证三维成像的精确性，最后完成燃煤料堆的三维仿真，实现料堆的可视化。该过程保证了燃煤料堆采集数据的真实有效性，提供了较为精准的原始数据，为后期斗轮机的精确自动化运行提供了可能。

可选地，仿真数据计算模块，包括：煤堆参数计算单元，用于计算煤场坐标系中煤堆的起始位置、物性参数（高度、宽度、体积）和三维坐标；煤堆轮廓校正单元，用于实时跟踪因取料/堆料以及燃煤坍落引起的料堆轮廓变化；定点计算单元，用于根据煤堆参数计算数据计算堆料起始点以及取料切入点坐标、煤堆边界坐标、煤层的换层和换边点。

可选地，还包括：通讯接口模块，用于实现煤堆形状数据、斗轮机运行数据、定位系统数据的各机构数据再各子系统间交换。

具体的，基于确定的煤场坐标系，利用线性计算完成煤堆的起始位置、物性参数（高度、宽度、体积）和三维坐标的确定，结合斗轮机大车、悬臂的位置确定斗轮机堆料起始点、取料切入点、边界点以及换层点。考虑到燃煤堆取过程中会出现坍落，燃煤料堆的形状三维散点可完成实时更新，以保证斗轮机自动化运行的走行距离、悬臂回转与仰俯参数、斗轮回转速度的精确性，堆、取料过程的煤流量恒定性。

可选地，还包括：操作控制模块，用于对斗轮机自动堆料和取料作业实时监控，当发现斗轮机运行故障时可人为操作急停，以防止发生设备损坏或出现安全事故。

根据本发明的另一方面，提供一种燃煤料堆堆、取料点的确认方法，包括以下步骤：

S1：利用安装于斗轮机臂架顶端的激光扫描仪对燃煤料堆进行扫面，获取燃煤料堆的三维形状散点数据；

S2：对料堆散点数据进行干扰过滤去除，并与位置数据组合计算出料堆相对于煤场的三维坐标；

S201：通过安装于云台上的带网络接口的编码器，获取的扫描仪和编码器位置信息，并将料堆三维形状散点数据和位置信息传输至中控系统；

S202：中控系统结合料堆三维形状散点数据、斗轮机当前运行参数（斗轮机行走、俯仰和回转数据）以及扫描仪与燃煤料堆的直线距离、夹角信息建立被测燃煤料堆以激光扫描点为基础的三维坐标；

S203：对激光扫描点云数据进行去噪处理，以减少因测量扫描过程中受斗轮机作业震动、燃煤料堆表面凹凸不平以及测量点较多的影响；

S204：将测量点坐标由以扫描仪为坐标系转化为以煤场为坐标系的坐标值；

S3：将燃煤料堆三维坐标数据转化为可动态显示的三维图像；

S301：对料堆形状点云数据进行网格化和插值处理，其中网格化处理是为了保证数据点均匀分布，减少三维模型构造点数和空间占比；而插值处理是为了保证网格化处理后的各个网格内均有数据，进而保证三维成像的精确性；

S302：针对上述数据采集与处理实现燃煤料堆的三维仿真，实现料堆的可视化；

S4：根据料堆三维图像计算堆、取料点三维坐标点位；

S401：利用线性计算完成煤堆的起始位置、物性参数（高度、宽度、体积）和三维坐标（包含边界点坐标）的确定；

S402：根据燃煤料堆在煤场中的三维坐标和斗轮机大车、悬臂的位置确定斗轮机堆料起始点、取料切入点、边界点以及换层点，且各点信息实时更新以防止因燃煤塌落导致各点坐标变化；

S5：根据燃煤料堆各点三维数据，确定斗轮机自动化运行的走行距离、悬臂回转与仰俯参数、斗轮回转速度；

S6：对斗轮机自动堆料和取料作业实时监控，当发现斗轮机运行故障时可人为操作急停，以防止发生设备损坏或出现安全事故。

本发明中，通过激光扫描仪对煤场中的燃煤料堆进行实时扫描，并完成扫描散点的收集、去噪、坐标转化和网格插值处理，进而完成煤场中燃煤料堆的三维仿真，实现燃煤料堆的可视化和坐标位置的确定。而后根据燃煤料堆坐标点位确定出斗轮机自动化运行过程中各机构的运行参数，保证了燃煤掺配过程中斗轮机在堆料起始点，取料切入点、边界点和换层点的运行精确性，避免了燃煤散料堆取自然塌落导致的斗轮机运行偏差的问题，进而保证了燃煤堆取料的均匀性和流量稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种燃煤料堆堆、取料点的确定系统，其特征在于，包括扫描监测模块、数据处理模块、动态显示模块、仿真数据计算模块、运行参数拟定模块，扫描监测模块、数据处理模块、动态显示模块、仿真数据计算模块、运行参数拟定模块依次相互连通，所述的扫描检测模块包括激光扫描仪、定位编码器，所述的定位编码器包括行走编码器、回转编码器和俯仰编码器，激光扫描仪安装在斗轮机悬臂的臂架顶端，行走编码器安装在斗轮机的行走机构上，回转编码器安装在斗轮机悬臂回转机构上，俯仰编码器安装在斗轮机悬臂的俯仰机构上，所述的数据处理模块为将获取数据进行处理的中控系统，所述的动态显示模块为能实现三维点运输数据转化为动态显示的三维图像的模块，所述的仿真数据计算模块包括煤堆参数计算单元、煤堆轮廓矫正单元、定点计算单元和通讯接口模块，通讯接口模块分别与煤堆参数计算单元、煤堆轮廓矫正单元、定点计算单元之间数据交换连通，运行参数拟定模块为用于根据所述堆、取料点三维坐标点位计算拟定斗轮机执行机构的运行参数的模块。

2.根据权利要求1所述的一种燃煤料堆堆、取料点的确定系统，还包括操作控制模块，操作控制模块为用于对斗轮机自动堆料和取料作业实时监控的模块，操作控制模块与运行参数拟定模块连通。

3.一种燃煤料堆堆、取料点的确认方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：利用安装于斗轮机臂架顶端的激光扫描仪对燃煤料堆进行扫面，获取燃煤料堆的三维形状散点数据；

S2：对料堆散点数据进行干扰过滤去除，并与位置数据组合计算出料堆相对于煤场的三维坐标；

S3：将燃煤料堆三维坐标数据转化为可动态显示的三维图像；

S4：根据料堆三维图像计算堆、取料点三维坐标点位；

S5：根据燃煤料堆各点三维数据，确定斗轮机自动化运行的走行距离、悬臂回转与仰俯参数、斗轮回转速度。

4.根据权利要求3所述的一种燃煤料堆堆、取料点的确认方法，其特征在于步骤S2具体为：

S201：通过安装于云台上的带网络接口的编码器，获取的扫描仪和编码器位置信息，并将料堆三维形状散点数据和位置信息传输至中控系统；

S202：中控系统结合料堆三维形状散点数据、斗轮机当前运行参数（斗轮机行走、俯仰和回转数据）以及扫描仪与燃煤料堆的直线距离、夹角信息建立被测燃煤料堆以激光扫描点为基础的三维坐标；

S203：对激光扫描点云数据进行去噪处理，以减少因测量扫描过程中受斗轮机作业震动、燃煤料堆表面凹凸不平以及测量点较多的影响；

S204：将测量点坐标由以扫描仪为坐标系转化为以煤场为坐标系的坐标值。

5.根据权利要求3所述的一种燃煤料堆堆、取料点的确认方法，其特征在于步骤S3具体为：

S301：对料堆形状点云数据进行网格化和插值处理，其中网格化处理是为了保证数据点均匀分布，减少三维模型构造点数和空间占比；而插值处理是为了保证网格化处理后的各个网格内均有数据，进而保证三维成像的精确性；

S302：针对上述数据采集与处理实现燃煤料堆的三维仿真，实现料堆的可视化。

6.根据权利要求3所述的一种燃煤料堆堆、取料点的确认方法，其特征在于步骤S4具体为：

S401：利用线性计算完成煤堆的起始位置、物性参数（高度、宽度、体积）和三维坐标（包含边界点坐标）的确定；

S402：根据燃煤料堆在煤场中的三维坐标和斗轮机大车、悬臂的位置确定斗轮机堆料起始点、取料切入点、边界点以及换层点，且各点信息实时更新以防止因燃煤塌落导致各点坐标变化。

7.根据权利要求3所述的一种燃煤料堆堆、取料点的确认方法，其特征在于还包括步骤S6，

S6：对斗轮机自动堆料和取料作业实时监控，当发现斗轮机运行故障时可人为操作急停，以防止发生设备损坏或出现安全事故。

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