CN116835268A - 一种圆形堆取料机的远程控制方法和系统 - Google Patents

一种圆形堆取料机的远程控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种圆形堆取料机的远程控制方法和系统，通过安装在堆取料机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，将料堆表面数据通过以太网传送到位于中央控制室的图像服务器；图像服务器对料堆表面数据进行空间数学变换后得到料堆三维数据的三维成像数据并保存至中央控制室的数据库服务器中；中央控制室内的远程操作终端根据数据库服务器的数据显示完整的料堆三维模型，采用三维图形处理软件将三维成像数据传送到全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑。本发明通过对圆形堆取料机的精准定位、煤垛检测及圆形堆取料机智能控制、改造升级远程控制系统，以实现堆取料远程控制，适应灵活性运转的要求，达到就地无人值守的目的。

Description

一种圆形堆取料机的远程控制方法和系统
技术领域
本申请涉及堆取料机自动化控制的领域，尤其是涉及一种圆形堆取料机的远程控制方法和系统。
背景技术
圆形堆取料机具有灵活高效的作业特点，是电厂内重要的设备装置，在煤炭物料的装卸中起到举足轻重的作用。然而由于堆取频繁、工作强度大等因素致使操作司机作业过度疲劳且影响工作效率，因此存在着诸多弊端和隐患。首先，不同司机人员的业务能力和敬业程度不同，会导致作业情况因人而异；同一人员由于身体状况、情绪波动等因素的影响，也会造成作业能力下降。即人的个体因素对作业结果具有决定性影响。配备作业人员也是一项不小的成本开支。现有的人工作业模式是一种可靠性低、效率低、成本高的作业模式。因此，急迫需要研发一种高可靠性、高效率、低成本的作业方式。
现有技术中，煤场内圆形堆取料机仍采用人工就地操作方式完成堆取料操作，设备可管理性较低，严重影响料场数据的准确性，同时，堆取这种操作方式料现场司机劳动强度大、作业效率根据司机的疲劳程度、操作水平直接相关，遇到新手往往就会造成作业效率较低，甚至引发事故。
因此，采用自动化的堆取料机堆料、取料控制算法代替人工作业对提高输煤系统作业效率，降低事故、故障发生率、减轻运行人员职业病危害，提高电厂燃料系统的管理水平及降低发电煤耗有着重大意义。
发明内容
为了实现堆、取料作业全过程的自动化，本发明请求保护一种圆形堆取料机的远程控制方法和系统。
根据本发明第一方面，本发明请求保护一种圆形堆取料机的远程控制方法，其特征在于，包括：
通过安装在堆料机及取料机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，将料堆表面数据通过以太网传送到位于中央控制室的图像服务器；
所述图像服务器对所述料堆表面数据进行空间数学变换后得到料堆三维数据的三维成像数据，将所述三维成像数据保存至所述中央控制室的数据库服务器中；
所述中央控制室内的远程操作终端根据所述数据库服务器的数据显示完整的料堆三维模型，采用三维图形处理软件将所述三维成像数据传送到全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑。
进一步地，所述通过安装在堆料机及取料机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，将料堆表面数据通过以太网传送到位于中央控制室的图像服务器，还包括：
通过激光扫描仪和距离传感器来获取被测料堆的表面形态；
所述激光扫描仪至少由激光发射器、接收透镜、时间计数器部分组成；
所述激光发射器周期地驱动激光二极管发射激光脉冲，由接收透镜接收目标表面后向反射信号，产生接收信号，利用时间计数器对发射与接收时间差作计数；
经过微电脑对测量资料进行内部微处理，并与距离传感器获取的数据相匹配；
获取所述被测料堆的表面三维坐标数据，用于量算或立体模型建立。
进一步的，所述图像服务器对所述料堆表面数据进行空间数学变换后得到料堆三维数据的三维成像数据，将所述三维成像数据保存至所述中央控制室的数据库服务器中，还包括：
采用凸包算法和三角剖分算法进行三维建模；
将所述料堆表面数据通过以太网传输至管理信息系统，对该料堆表面数据进行后台计算与三维建模，得到三维成像数据，该料堆表面数据需要通过虚拟的坐标重构和三角剖分技术，生成三维成像数据并进行体积积分。
进一步的，对该料堆表面数据进行后台计算与三维建模，得到三维成像数据，该料堆表面数据需要通过虚拟的坐标重构和三角剖分技术，生成三维成像数据并进行体积积分，还包括：
数据过滤，去除异常的数据点；
计算分层凸包，检测数据点的数目，查找所有数据点，采用多个数据点构成一个最小凸包；
全覆盖三角面割分，从最外层往内层，依次构造相邻两层凸包间的无交叉三角形；
凸表面三角插值，对三角割分进行优化和三角面线性插值，根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线；
凹表面三角插值，对三角割分进行优化和三角面线性插值，根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线；
最小内角最大化三角插值，根据最小内角最大化原则优化三角割分，并进行三角面线性插值，根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线；
计算所述凸表面三角插值、凹表面三角插值、最小内角最大化三角插值的结果的算数平均值，作为最后的插值结果；
根据已经得到的边界点数据，计算地面高程，并计算此地面高程下的堆料的体积；
对插值结果进行表面顺滑处理，去除尖刺、毛边、凸起和明显异常的数据点；
3D图形实时动态更新，现场的实际作业料堆进行实时扫描，将采集到的数据信息发送给三维图像处理与成像软件系统，将数据进行数据筛选和公式计算，转化成可以直观显示的三维图像模式，反馈到操作界面上。
进一步的，所述根据已经得到的边界点数据，计算地面高程，并计算此地面高程下的堆料的体积，还包括：
采用规则格网DEM数据模型进行激光测量离散数据的组织；
根据给定的平面坐标P(x、y)利用邻近的己知离散测量点作为参考点，采用加权平均算法计算出P点的高程；
将分布在同一个网格中的点的高度z进行均值化，且规定网格点的x,y坐标为每个网格中心。
进一步的，所述中央控制室内的远程操作终端根据所述数据库服务器的数据显示完整的料堆三维模型，采用三维图形处理软件将所述三维成像数据传送到全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑，还包括：
建立中控室主PLC站与本地PLC站的通讯，采集现场实时位置信号，计算出安全作业区域，在堆取料机的堆料悬臂、取料悬臂，仰附角度之间建立数学模型，当机械结构出现干涉异常时，触动安全作业区域警报保护，中控室主PLC站发出减速或停机命令，本地PLC站控制实现软件防碰撞保护；
通过在堆取料机上安装防碰撞检测模块及检测机构，当检测机构运行时防碰撞模块感应到被测物体时，根据设定的减速和停机参数，发出减速或停机信号至本地PLC站，本地PLC站控制实现防撞保护。
根据本发明第二方面，本发明请求保护一种圆形堆取料机的远程控制系统，其特征在于，包括现场配电单元、防撞单元、激光雷达单元、位置编码器、皮带保护单元、能源保障单元、远程操控单元、存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现所述的一种圆形堆取料机的远程控制方法。
本发明请求保护一种圆形堆取料机的远程控制方法和系统，通过安装在堆取料机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，将料堆表面数据通过以太网传送到位于中央控制室的图像服务器；图像服务器对料堆表面数据进行空间数学变换后得到料堆三维数据的三维成像数据并保存至中央控制室的数据库服务器中；中央控制室内的远程操作终端根据数据库服务器的数据显示完整的料堆三维模型，采用三维图形处理软件将三维成像数据传送到全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑。本发明通过对圆形堆取料机的精准定位、煤垛检测及圆形堆取料机智能控制、改造升级远程控制系统，以实现堆取料远程控制，适应灵活性运转的要求，达到就地无人值守的目的。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种圆形堆取料机的远程控制方法的工作流程图；
图2为本发明所涉及的一种圆形堆取料机的远程控制系统的结构模块图；
图3为本发明所涉及的一种圆形堆取料机的远程控制系统的中控室结构示意图。
具体实施方式
根据本发明第一实施例，参照附图1，本发明请求保护一种圆形堆取料机的远程控制方法，其特征在于，包括：
通过安装在堆料机及取料机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，将料堆表面数据通过以太网传送到位于中央控制室的图像服务器；
所述图像服务器对所述料堆表面数据进行空间数学变换后得到料堆三维数据的三维成像数据，将所述三维成像数据保存至所述中央控制室的数据库服务器中；
所述中央控制室内的远程操作终端根据所述数据库服务器的数据显示完整的料堆三维模型，采用三维图形处理软件将所述三维成像数据传送到全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑。
进一步地，所述通过安装在堆料机及取料机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，将料堆表面数据通过以太网传送到位于中央控制室的图像服务器，还包括：
通过激光扫描仪和距离传感器来获取被测料堆的表面形态；
所述激光扫描仪至少由激光发射器、接收透镜、时间计数器部分组成；
所述激光发射器周期地驱动激光二极管发射激光脉冲，由接收透镜接收目标表面后向反射信号，产生接收信号，利用时间计数器对发射与接收时间差作计数；
经过微电脑对测量资料进行内部微处理，并与距离传感器获取的数据相匹配；
获取所述被测料堆的表面三维坐标数据，用于量算或立体模型建立。
其中，在该实施例中，系统中设置激光扫描设施获取料堆表面三维数据。通过安装在堆料机及取料机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，进行空间数学变换得到料堆三维数据的三维成像。获取实时数据，建立煤垛模型。利用料堆三维图像数据，计算出料堆高度、宽度、长度、取料作业，刮板的切入点、旋臂旋回转角度等数据，为实现全自动取料功能提供数据依据。
利用实时建立煤垛三维模型，获取煤场全方位实时3D 图形，可在堆料和取料时动态更新 3D 图形，并通过堆料时人工输入的煤种等信息，操作人员可以在 3D 图形上任意一点查询到该位置坐标数据（高度及位置数据），3D 图形可以进行分区展示各区域（煤种、体积等关键数据），并可实现 3D 分层展示；实现煤垛实时信息显示（煤种、煤质、煤量、煤垛的动态 3D 模型），并设计误差修正功能, 实现堆取料时的堆场信息展示。软件留有接口，模型数据可接入后期数字化煤场系统。
结合开发全自动智能化堆取料控制策略模型。针对现场生产工艺特点，设计全自动堆取料工艺。结合料垛三维图像信息，PLC 控制系统、上位机操作监控系统、工业电视视频监控系统，实现自动执行回转、俯仰等工艺动作，自动完成定位、换层，换垛等堆取料作业。
激光扫描仪及三维成像功能模块是整个项目中的核心模块，激光扫描仪用于对料堆进行连续扫描，获取料堆表面上各点位置信息，数据通过以太网传送到位于中控室的图像服务器，图像服务器对采集到的三维图像数据进行处理，结合来自定位系统的位置数据以及扫描仪本身的安装位置，构建料堆的三维立体模型，处理后的立体模型数据保存至中央控制室内的数据库服务器。中央控制室内的远程操作终端根据数据库内的数据显示完整的料堆三维模型，同时，通过三维图形处理软件将三维模型中的关键位置数据，包括堆料高度、宽度、起始位置、终止位置及其他位置数据传送到全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑。
通过激光扫描仪和距离传感器来获取被测目标的表面形态。激光扫描仪一般由激光发射器、接收透镜、时间计数器等部分组成。激光脉冲发射器周期地驱动激光二极管发射激光脉冲，然后由接收透镜接收目标表面后向反射信号，产生接收信号，利用稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数，经由微电脑对测量资料进行内部微处理，显示或存储、输出距离和角度资料，并与距离传感器获取的数据相匹配，最后经过相应系统软件进行一系列处理，获取目标表面三维坐标数据，从而进行各种量算或建立立体模型。
通过与PLC系统同步更新圆形堆取料机的姿态信息，并行采集激光扫描数据，实现煤场动态三维数据的实时采集与传输，并通过服务器上运行软件完成数据源的解算、融合和综合显示，软件处理功能实现三维图像数据的秒级刷新。
实施中在悬臂前端两侧安置2台高精度激光扫描仪，能实时和清晰地对当前作业料堆进行扇形扫描，快速准确地对作业料堆的扫描数据进行采集和整理。激光扫描仪通过以太网方式将采集的堆型数据发送到中控图像服务器中。利用激光扫描设施获取料堆表面数据，进行空间数学变换得到料堆三维数据，实现料堆的三维成像。
定制开发防尘罩，考虑煤炭散货堆场的环境条件，拟定制开发防尘罩，能够有效阻挡激光扫描仪本体设备不受外来硬物的撞击和破坏，并具有防尘、防水等功能，保证激光扫描仪连续安全稳定运行。
扫描系统硬件设备主要由激光扫描器，现场控制终端，旋转及位移传感器，主控室服务器等部分组成。
进一步的，所述图像服务器对所述料堆表面数据进行空间数学变换后得到料堆三维数据的三维成像数据，将所述三维成像数据保存至所述中央控制室的数据库服务器中，还包括：
采用凸包算法和三角剖分算法进行三维建模；
将所述料堆表面数据通过以太网传输至管理信息系统，对该料堆表面数据进行后台计算与三维建模，得到三维成像数据，该料堆表面数据需要通过虚拟的坐标重构和三角剖分技术，生成三维成像数据并进行体积积分。
其中，在该实施例中，根据堆取料机智能化自动化的三维建模系统进行系统控制，本系统主要由2部分组成，其中硬件由3D激光扫描云台，编码器组成。其中软件由PLC、三维建模等算法策略组成,传感器将根据堆取料机回转角度和仰附角度及位置反馈信息，设备位置姿态及物料3D堆型的数据建模，通过后续软件处理算法，实时生成的被测物体的三维轮廓及点云图，并计算设备位置姿态与料堆3D模型信息并发送给堆取料机控制系统，配合堆取料机控制系统实现自动堆取作业。
三维建模数字化计算将整个料场的表面以数字和图形的方式进行输出，能够清楚的知道整个料堆三维表面的高程和各个堆料区间的基本情况。
通过三维建模，可以进行盘点管理。可以在三维建模的基础上，实现三维盘点数据的计算。三维建模充当了整个设备的“眼睛”，因此三维模型好坏，直接决定了控制精度和堆取料设备的全自动作业的效率。
关于三维建模，采用的是最科学的凸包算法和三角剖分算法。
系统直接将三维模型数据通过以太网传输至管理信息系统，对该三维数据进行后台计算与三维建模。该三维数据需要通过虚拟的坐标重构和三角剖分技术，生成三维图形并进行体积积分。
进一步的，对该料堆表面数据进行后台计算与三维建模，得到三维成像数据，该料堆表面数据需要通过虚拟的坐标重构和三角剖分技术，生成三维成像数据并进行体积积分，还包括：
数据过滤，去除异常的数据点；
计算分层凸包，检测数据点的数目，查找所有数据点，采用多个数据点构成一个最小凸包；
全覆盖三角面割分，从最外层往内层，依次构造相邻两层凸包间的无交叉三角形；
凸表面三角插值，对三角割分进行优化和三角面线性插值，根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线；
凹表面三角插值，对三角割分进行优化和三角面线性插值，根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线；
最小内角最大化三角插值，根据最小内角最大化原则优化三角割分，并进行三角面线性插值，根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线；
计算所述凸表面三角插值、凹表面三角插值、最小内角最大化三角插值的结果的算数平均值，作为最后的插值结果；
根据已经得到的边界点数据，计算地面高程，并计算此地面高程下的堆料的体积；
对插值结果进行表面顺滑处理，去除尖刺、毛边、凸起和明显异常的数据点；
3D图形实时动态更新，现场的实际作业料堆进行实时扫描，将采集到的数据信息发送给三维图像处理与成像软件系统，将数据进行数据筛选和公式计算，转化成可以直观显示的三维图像模式，反馈到操作界面上。
其中，在该实施例中，上述各步骤包括：
1、数据过滤：去除异常的数据点，防止在进行插值计算时由于异常数据点产生的奇点使程序出现异常（异常数据点包括采集的非料堆数据点）；
2、计算分层凸包：
（1）检测数据点的数目，如果大于3，执行（2）；否则执行（5）；
（2）查找所有数据点，尽可能多的数据点构成一个最小凸包，这个凸包包围所有其他的数据点；
（3）从数据点中去掉已经找到的外层凸包中的点；
（4）执行步骤（1）；
（5）剩下的不多于2个数据点作为最后一个凸包；
（6）分层凸包计算结束。
3、全覆盖三角面割分：从最外层往内层，依次构造相邻两层凸包间的无交叉三角形。这些三角形将完全覆盖整个表面，没有任何缝隙。
到此为止，基本的三角割分，面片数组，线段数组的大小已经完全确定。
4、凸表面三角插值：以体积尽可能大为目的对三角割分进行优化，并进行三角面线性插值。并根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线。
5、凹表面三角插值：以体积尽可能小为目的对三角割分进行优化，并进行三角面线性插值。并根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线。
6、最小内角最大化三角插值：根据最小内角最大化原则优化三角割分，并进行三角面线性插值。并根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线。
7、对4，5，6三次插值的结果计算其算数平均值，作为最后的插值结果。
8、根据已经得到的边界点数据，计算一个合理的地面高程，并计算此地面高程下的堆料的体积。体积计算的原理非常简单，对每一个小柱体，其底面积是相同的，因此只需要求出所有小柱体的高度之和，再乘以一个网格的底面积就可以得到整个的体积了，即： ，其中S表示底面积，h表示高度，i表示第i个小柱体。
9、对插值结果进行表面顺滑处理，去除尖刺、毛边、凸起和明显异常的数据点。
10、由于料堆表面并非光滑曲面，故常用的三角曲面插值并不适用。采用三角平面插值：
利用每个三角形的三个顶点坐标，计算得到三角形的平面方程：，其中，A，B，C为相应系数；
及其在XOY平面的投影方程： ，其中a，b，c为相应系数，遍历地面网格的每一个格点，计算此格点的坐标位于哪一个三角形在地面的投影内，就用这个三角形方程得到这个格点的Z坐标，即得到一个插值点。考虑到有的料堆是倾倒堆砌而成，而有的是挖掘剩余部分，故其表面有的是凸起型的有的是凹陷型的，为了兼顾不同的表面形状，使得到的体积在不同的情况下偏差尽可能小，因此采用凸表面、凹表面、最小内角最大化等三种不同的插值结果的平均值。
3D图形实时动态更新，三维图像处理与成像软件安装在对应的中控高性能服务器中，方便独立地采集并计算整合现场的各个料堆空间数据模型信息。其中获取的关键参数信息主要有俯仰和旋回数值以及几个特殊点信息的采集，这是为自动堆取料作业提供精确和有效参数的重要保障。
通过对现场的实际作业料堆进行实时扫描，将采集到的数据信息发送给“三维图像处理与成像软件系统”，三维图像系统随即将数据进行数据筛选和公式计算，进而转化成可以直观显示的三维图像模式，反馈到“操作界面”上。
另外，三维图像处理与成像软件应具有自动纠错、降噪处理功能，对明显的噪声数据、错误数据能够自动过滤，形成直观、平滑、完成的模型数据。
由于激光扫描测量采集的数据密度大，且由于抖动和距离变化等因素，这些点的分布不规范，全部采用这些离散的点进行三维模型的构造，将占用更多的计算资源，不利于后续的实时计算处理。规则格网DEM数据模型的数据排列规则、结构简单，用于计算分析每一点的高程值具有良好的实时性，能充分表现高程的细节变化，拓扑关系简单，算法实现容易等优点。此外，可以调整规范化网格的DEM数据的网格间隔以适应现场所需要的精度和计算效率。所以本发明将采用规则格网DEM数据模型进行激光测量离散数据的组织。
进一步的，所述根据已经得到的边界点数据，计算地面高程，并计算此地面高程下的堆料的体积，还包括：
采用规则格网DEM数据模型进行激光测量离散数据的组织；
根据给定的平面坐标P(x、y)利用邻近的己知离散测量点作为参考点，采用加权平均算法计算出P点的高程；
将分布在同一个网格中的点的高度z进行均值化，且规定网格点的x,y坐标为每个网格中心。
进一步的，所述中央控制室内的远程操作终端根据所述数据库服务器的数据显示完整的料堆三维模型，采用三维图形处理软件将所述三维成像数据传送到全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑，还包括：
建立中控室主PLC站与本地PLC站的通讯，采集现场实时位置信号，计算出安全作业区域，在堆取料机的堆料悬臂、取料悬臂，仰附角度之间建立数学模型，当机械结构出现干涉异常时，触动安全作业区域警报保护，中控室主PLC站发出减速或停机命令，本地PLC站控制实现软件防碰撞保护；
通过在堆取料机上安装防碰撞检测模块及检测机构，当检测机构运行时防碰撞模块感应到被测物体时，根据设定的减速和停机参数，发出减速或停机信号至本地PLC站，本地PLC站控制实现防撞保护。
其中，在该实施例中，堆取料机智能化的堆取料定位及安全防护系统，堆取料机智能化首先要实现堆料与取料的自动定位及堆取策略的实现，并确保在自动作业情况下，能准确的完成堆取料作业，避免发生以下事故：
刮板与煤垛本体防撞保护：通过限位保护检测刮板机左行、右行防撞开关进行被动保护；通过使用超声波检测煤堆和刮板间的距离、堆料臂与煤堆间的距离等进行主动保护；刮板悬臂式取料机可通过检测刮板机力矩或电机电流来确定刮板吃料与否和吃料的深浅，从而调节俯仰角度，回转速度，如果刮板电机力矩及电流的变化出现异常，可判断料堆负载状态，推断刮板可能发生碰撞，此时进行被动保护，停止刮板自动作业，转为人工操作方式。
悬臂（取料悬臂与堆料悬臂）左右煤垛防撞系统:
系统根据实时建立的3D煤垛模型与圆形堆取料机悬臂实时空间位置，确定堆取料机在料场中的三维坐标，将料场进行空间划分，回转编码器，俯仰编码器采集到的绝对位置及事先测量的机械尺寸。如悬臂长度，悬臂水平位置与料场地面之间的高度，可转换得到三维空间中堆取料机回转中心的坐标，通过内部三维建模数学模型系统实时计算相对位置关系，进行空间位置的互锁保护。
通过采用PLC软件及激光防碰撞检测两种软硬结合的方式实现实时实现防碰预警及控制。当位置达到一定设定值时，上位机进行预警，当达到极限值时自动停止旋转并报警，人工确认排除后自动恢复。防碰撞技术，采用二级报警提示，一级报警停车的多重防护，确保设备的安全作业。
悬臂左右煤垛防撞系统由安装在悬臂左、右两侧的两组微波对射开关组成，每组微波对射开关由一个发射端和一个接收端以及一个调试端共同组成。
发射端通过一个号角天线将一个微波信号成束发射到安置在对面的接收端上。如果在发射和接收端之间存在遮挡物，则该信号被阻断。这一变化被内装的电子插件探测到，并被转变成一个开关信号，接入PLC系统。PLC接收到来自微波对射开关的闭合信号后，判断如果悬臂移动并且在手动状态则停止回转，如果在自动取料状态则反向回转。从而保证悬臂与煤垛接触时没有回转动力输出。
堆料悬臂与取料悬臂碰撞防护；堆料悬臂与取料悬在各自的机械悬臂系统中均有硬件限位进行锁定极限位置，但是相对两套悬臂的位置之间夹角确有安全角度的影响，通过增设的角度传感器进行位置关系计算，通过控制系统传送至PC图像策略软件处理系统进行自动条件的预判，从而在自动前进行相对位置的规划，对悬臂之间进行保护。
安全急停功能设置
软件急停设置：在中控室的上位机画面设置紧急停止按钮（动力电源切断功能）。当司机室拨到远程后，上位机界面通过按钮控制司机室继电器线圈接通，由于接入司机室的常闭触点上，所以接通则是开路状态。急停开路后配电室动力分合闸接触器线圈就会断开。当动力线圈开路后，接触器就会断开，实现远程急停。
硬件安装于圆形堆取料机司机室，通过PLC控制继电器接入司机室急停常闭环路。硬急停按钮沿用原有工程中所设置的硬急停按钮，现场急停按钮停止整机控制回路，设置有如下按钮：
在中控室的操作台上面应设置急停按钮；圆形堆取料机电气室电气柜门上应设置急停按钮；圆形堆取料机司机室操作台上应设置急停按钮。
根据本发明第二实施例，参照图2，本发明请求保护一种圆形堆取料机的远程控制系统，其特征在于，包括现场配电单元、防撞单元、激光雷达单元、位置编码器、皮带保护单元、能源保障单元、远程操控单元、存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现所述的一种圆形堆取料机的远程控制方法。
其中，在该实施例中现场配电单元：低压器件、电缆、通讯电缆；
防撞单元包括限位保护系统：刮板机左行、右行防撞开关（行程开关、接近开关）；
激光雷达单元包括检测煤堆和刮板间的距离、堆料臂与煤堆间的距离，以及煤堆3D成像数据采集；
位置编码器包括编码器用于刮板与料堆仰附角度的检测、堆料机旋转角度、取料机旋转角度检测；
皮带保护单元包括拉绳开关、跑偏开关、防打滑开关；
能源保障单元包括UPS系统；
远程操控单元包括上位机、显示器。
在该实施例中，主要通讯网络及软件配置：
工业通讯设备、光纤以太网、光电数据传送单元；
视频远程监控单元：视频监控设备、网线、电源线、路由器、网络、安装支架；按照堆取料生产作业要求，远程对圆形堆取料机视频监控，状态实时监控，实现在远程模式下对堆取料机的全景式管理。
远程控制软件：堆取料机远程通讯及就地控制功能；
设备监控、安全管控单元；
数据采集单元软件：实现对圆形堆取料机位置及状态信号、故障信号、报警信号的实时采集、显示、分类、存储、查询、打印等功能。
通讯网络主要包括：工业现场总线网络、工业以太网（Ethernet）；
工业总线网络：负责中控PLC与现场原设备之间的数据通讯。
中控PLC与中控室操作面板之间数据通讯；
中控PLC与本地PLC站的通讯功能，负责向本地PLC站发送 作业指令；
中控PLC与图像处理及策略控制系统PC的通讯功能，获取流程运行的相关作业指令；
以太网网络(ETHERNET)：
中控室内各服务器之间的数据通讯功能；
中控室内服务器与上位机软件的数据通讯功能；
中控室内服务器与中控 PLC 之间的数据通讯功能。
参照附图3，在中控室内设计、新装一套圆形堆取料机图像监控工业电视(ITV)系统,在圆形堆取料机的各个关键部位安装工业高清数字枪机，图像通过视频网络传送至中控室及司机室，并分别在中控室（配24 英寸显示器）及司机室配置一台图像监控客户端。
圆形堆取料机在作业过程中，运行人员可实时监视设备当前的运行情况，实现圆形堆取料机全方位监视。系统中配置不少于 9 只摄像头： 设备顶部、堆料机输送皮带进口处、刮板机左右两侧、刮板机头落料槽、堆料机旋转部、取料机旋转部、卷扬钢丝绳驱动部、及其他关键部位。
工业电视系统在司机室内配置图像监视器，能自由进行监控画面切换和配置。
图3中，摄像头选用网络枪机和模拟枪机，重点监控点位配置 300 万像素的网络球机和模拟球机，防护等级满足环境要求，视频图像在硬盘录像机的保存时间不小于 90天。
中控室安装存储设备和图像处理设备（存储服务器、视频管理服务器、编解码设备）；所述存储服务器与IP SAN存储设备相连；IP SAN简称SAN（Storage Area Network），中文意思存储局域网络，IP SAN使存储空间得到更加充分的利用，并使得安装和管理更加有效。中控室安装存储设备主要是防止现场单机上录像机硬盘损坏（设备工作震动大硬盘易损坏）。
枪机设置枪机用户名、密码、IP 地址和枪机名称，设置枪机码流，将码流设置成2048“默认为4096”，每台设备至少安装 9 台枪机，每台设置占用 10 个 IP 地址。
接入枪机平台还需要在平台设置枪机用户名和密码”。
枪机添加应逐个添加。因为网段内枪机较多，添加完成后在存储设置内设置录像方式，本系统设置为 24 小时录像；如果更换录像机新录像机用户名和密码要设置成一致；所述录像机采用DVR或NVR或DVS。
本领域技术人员能够理解，本公开所披露的内容可以出现多种变型和改进。例如，以上所描述的各种设备或组件可以通过硬件实现，也可以通过软件、固件、或者三者中的一些或全部的组合实现。
本公开中使用了流程图用来说明根据本公开的实施例的方法的步骤。应当理解的是，前面或后面的步骤不一定按照顺序来精确的进行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分的步骤可通过计算机程序来指令相关硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本公开并不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
除非另有定义，这里使用的所有术语具有与本公开所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
以上是对本公开的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本公开的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本公开的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本公开范围内。应当理解，上面是对本公开的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本公开由权利要求书及其等效物限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种圆形堆取料机的远程控制方法，其特征在于，包括：
通过安装在堆料机及取料机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，将料堆表面数据通过以太网传送到位于中央控制室的图像服务器；
所述图像服务器对所述料堆表面数据进行空间数学变换后得到料堆三维数据的三维成像数据，将所述三维成像数据保存至所述中央控制室的数据库服务器中；
所述中央控制室内的远程操作终端根据所述数据库服务器的数据显示完整的料堆三维模型，采用三维图形处理软件将所述三维成像数据传送到全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑。
2.根据权利要求1所述的一种圆形堆取料机的远程控制方法，其特征在于，所述通过安装在堆料机及取料机悬臂上的激光扫描设施获取料堆表面数据，将料堆表面数据通过以太网传送到位于中央控制室的图像服务器，还包括：
通过激光扫描仪和距离传感器来获取被测料堆的表面形态；
所述激光扫描仪至少由激光发射器、接收透镜、时间计数器部分组成；
所述激光发射器周期地驱动激光二极管发射激光脉冲，由接收透镜接收目标表面后向反射信号，产生接收信号，利用时间计数器对发射与接收时间差作计数；
经过微电脑对测量资料进行内部微处理，并与距离传感器获取的数据相匹配；
获取所述被测料堆的表面三维坐标数据，用于量算或立体模型建立。
3.根据权利要求2所述的一种圆形堆取料机的远程控制方法，其特征在于，所述图像服务器对所述料堆表面数据进行空间数学变换后得到料堆三维数据的三维成像数据，将所述三维成像数据保存至所述中央控制室的数据库服务器中，还包括：
采用凸包算法和三角剖分算法进行三维建模；
将所述料堆表面数据通过以太网传输至管理信息系统，对该料堆表面数据进行后台计算与三维建模，得到三维成像数据，该料堆表面数据需要通过虚拟的坐标重构和三角剖分技术，生成三维成像数据并进行体积积分。
4.根据权利要求3所述的一种圆形堆取料机的远程控制方法，其特征在于，对该料堆表面数据进行后台计算与三维建模，得到三维成像数据，该料堆表面数据需要通过虚拟的坐标重构和三角剖分技术，生成三维成像数据并进行体积积分，还包括：
数据过滤，去除异常的数据点；
计算分层凸包，检测数据点的数目，查找所有数据点，采用多个数据点构成一个最小凸包；
全覆盖三角面割分，从最外层往内层，依次构造相邻两层凸包间的无交叉三角形；
凸表面三角插值，对三角割分进行优化和三角面线性插值，根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线；
凹表面三角插值，对三角割分进行优化和三角面线性插值，根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线；
最小内角最大化三角插值，根据最小内角最大化原则优化三角割分，并进行三角面线性插值，根据边界顺滑设置逐步计算确定边界点和边界线；
计算所述凸表面三角插值、凹表面三角插值、最小内角最大化三角插值的结果的算数平均值，作为最后的插值结果；
根据已经得到的边界点数据，计算地面高程，并计算此地面高程下的堆料的体积；
对插值结果进行表面顺滑处理，去除尖刺、毛边、凸起和明显异常的数据点；
3D图形实时动态更新，现场的实际作业料堆进行实时扫描，将采集到的数据信息发送给三维图像处理与成像软件系统，将数据进行数据筛选和公式计算，转化成可以直观显示的三维图像模式，反馈到操作界面上。
5.根据权利要求4所述的一种圆形堆取料机的远程控制方法，其特征在于，所述根据已经得到的边界点数据，计算地面高程，并计算此地面高程下的堆料的体积，还包括：
采用规则格网DEM数据模型进行激光测量离散数据的组织；
根据给定的平面坐标P(x、y)利用邻近的己知离散测量点作为参考点，采用加权平均算法计算出P点的高程；
将分布在同一个网格中的点的高度z进行均值化，且规定网格点的x,y坐标为每个网格中心。
6.根据权利要求4所述的一种圆形堆取料机的远程控制方法，其特征在于，所述中央控制室内的远程操作终端根据所述数据库服务器的数据显示完整的料堆三维模型，采用三维图形处理软件将所述三维成像数据传送到全自动作业控制程序模块中，为全自动作业提供数据支撑，还包括：
建立中控室主PLC站与本地PLC站的通讯，采集现场实时位置信号，计算出安全作业区域，在堆取料机的堆料悬臂、取料悬臂，仰附角度之间建立数学模型，当机械结构出现干涉异常时，触动安全作业区域警报保护，中控室主PLC站发出减速或停机命令，本地PLC站控制实现软件防碰撞保护；
通过在堆取料机上安装防碰撞检测模块及检测机构，当检测机构运行时防碰撞模块感应到被测物体时，根据设定的减速和停机参数，发出减速或停机信号至本地PLC站，本地PLC站控制实现防撞保护。
7.一种圆形堆取料机的远程控制系统，其特征在于，包括现场配电单元、防撞单元、激光雷达单元、位置编码器、皮带保护单元、能源保障单元、远程操控单元、存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1-6任一项所述的一种圆形堆取料机的远程控制方法。
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