CN117434878A - 一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置，涉及数字化料场智能控制技术领域，包括控制信号耦合采集模块、振动传感器组和监控系统，所述控制信号耦合采集模块设置在料场智能控制设备的控制信号输出端。本发明通过控制信号耦合采集模块和振动传感器组并结合响应延时监控系统的配合设计，能够监控料场设备动力部件执行终端的执行时间点与控制信号的触发时间点之间的响应延时数据，便于使技术人员及时得知料场设备动力部件的磨损情况，对料场设备动力部件进行检修和更换，以保证料场智能控制设备对电控动力部件的控制效果，从而保证料场中各个电控动力部件之间的协调运作。
Description
技术领域
本发明涉及数字化料场智能控制技术领域，具体为一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置。
背景技术
受近几年我国的外贸政策的影响，沿海干散货码头的干散货的周转量越来越大，码头料场装卸自动化、调度智能化等技术逐渐成为现有码头的刚性需求。目前大部分码头在堆料场布局、堆料调度和料场装卸等部分环节实现了自动化，即诞生了基于无人机的数字化料场智能控制设备。基于无人机的数字化料场智能控制设备（后文简称料场智能控制设备），即利用无人机对料场作业区域进行激光扫描，建立3D激光模型及图像分析系统，实时获取料场内的料堆位置、占地面积、体积、物料种类等相关信息，并通过智能控制设备控制料场设备的工作状态，来实现对料场的自动化盘料，以达到对料场的高效管理的目的。
料场智能控制设备所控制的料场设备动力部件主要包括门机移动部件、门机吊索收卷部件、门机角度调整部件、斗轮机动力部件和抓斗动力部件等电控设备，这些电控动力部件通电后，由于机械负载、机械惯性、机械磨损等原因，会导致料场智能控制设备对继电开关的控制信号与电控动力部件的执行终端的执行操作产生相应的延时。为了避免控制信号与电控设备的执行终端的执行操作产生的延时误差，料场智能控制设备通常利用延时补偿算法来保证对电控动力部件的控制效果，以保证各个电控动力部件之间的协调运作。
基于上述原理，当料场设备动力部件经过长时间的工作而被严重磨损时，其执行终端的执行操作与控制信号的延时误差会骤然增大，从而影响各个电控动力部件之间的协调运作。而智能化料场通过料场智能控制设备来控制料场设备的动力部件实现自行运作，作业现场并无工作人员监管，这就难以及时发现被严重磨损的料场设备动力部件，从而影响料场物料的盘料速率。另外，由于料场设备动力部件的用电功率大小各异，大功率动力部件通常使用380v三相电，小功率动力部件通常使用220v单相电，当料场中多个系统的设备同时工作时，由于220v单相电通常使用三相电中的其中一相，很容易导致三相电路中的三相电压值具有一定的差异，当三相电路中的三相电压值差异较大时，使用三相电的大功率动力部件的电机就会发热严重，从而影响其工作效率和使用寿命。于是，在此提出一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置，包括控制信号耦合采集模块、振动传感器组和监控系统。
所述控制信号耦合采集模块设置在料场智能控制设备的控制信号输出端，用于采集料场智能控制设备向继电开关组输出的控制信号，所述振动传感器组固定安装在料场设备动力部件的执行终端上。
上述的料场设备动力部件包括门机移动部件、门机吊索收卷部件、门机角度调整部件、斗轮机动力部件和抓斗动力部件。
所述监控系统包括响应延时监控系统，所述响应延时监控系统包括单片机处理器，所述单片机处理器与控制信号耦合采集模块电信号连接，所述单片机处理器内设置有与料场智能控制设备的控制协议相匹配的识别程序，以识别料场智能控制设备的控制信号所针对的控制对象，同时通过单片机处理器内的程序记录对应控制信号的触发时间点，所述振动传感器组中的多个振动传感器的安装对象分别与控制对象相对应，以通过振动传感器组获取料场设备动力部件执行终端的振动信号。
所述单片机处理器电信号连接有响应延时运算模块，所述响应延时运算模块电信号连接有低噪滤波器，所述低噪滤波器与振动传感器组电信号连接，通过低噪滤波器对振动传感器组的振动信号进行低噪滤波，以确定相应的启动信号而进一步确定料场设备动力部件执行终端的执行时间点，然后反馈至响应延时运算模块，利用响应延时运算模块的运算逻辑并根据控制信号的触发时间点，得出料场设备动力部件执行终端的执行时间点与控制信号的触发时间点之间的响应延时数据。
所述单片机处理器电信号连接有储存模块和响应延时分析模块，通过储存模块储存系统初期的响应延时数据，然后每隔一段时间储存一次系统后期的响应延时数据，再利用响应延时分析模块对系统后期得出的响应延时数据与系统初期的响应延时数据进行对比，得出历史响应延时数据的对比信息，再反馈至单片机处理器并通过储存模块储存。所述响应延时分析模块还包括阈值报警模块，利用阈值报警模块内设置报警阈值，当系统后期得出的响应延时数据与系统初期的响应延时数据之间的差值大于报警阈值的时候，即通过响应延时分析模块向单片机处理器反馈相应的报警信号。
所述监控系统还包括供电电源监控系统，所述供电电源监控系统包括供电端信号采集器、选相控制器和选相开关，所述供电端信号采集器设置在料场智能控制设备供电端的供电端，用于采集料场智能控制设备向料场设备动力部件的供电电压信息，所述供电端信号采集器和选相控制器均与单片机处理器电信号连接，所述选相控制器的控制端与选相开关电信号连接，所述选相开关设置在料场智能控制设备继电开关组的单相供电端和三相供电端之间。
在供电电源监控系统中，通过供电端信号采集器采集三相供电端的三相电路的电压信息反馈至单片机处理器，再通过单片机处理器的运算程序识别三相供电端中电压最高的一相电路，然后结合选相控制器和选相开关使单相供电端与电压最高的一相电路电连接。
所述供电电源监控系统还包括电压补偿电容组和相位同步投切开关，所述电压补偿电容组分别与相位同步投切开关和单相供电端电连接，其中，电压补偿电容组的充电端口与单相供电端电连接，利用单相供电端对电压补偿电容组进行充电，所述相位同步投切开关的负载端与单相负载端电连接，所述相位同步投切开关的控制端与单片机处理器电信号连接。
在上述的方案中，由于三相负载端的大功率料场设备动力部件启动时，三相供电端的供电电压会急剧下降，此时也会使单相供电端和单相负载端的电压急剧下降，通过单片机处理器并结合供电端信号采集器检测到的单相供电端的电压值急剧下降时，利用单片机处理器并结合其程序设置的电压差的阈值去控制相位同步投切开关的工作状态，对单相负载端进行电压补偿，以减少三相供电端的电压变化对单相负载端电压的影响。
所述监控系统还包括显示终端，所述显示终端与单片机处理器电信号连接，通过单片机处理器向显示终端反馈三相供电端和单相供电端的实时电压数据、历史响应延时数据对比信息和相应的报警信息，再通过显示终端显示。
与现有技术相比，该基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置具备如下有益效果：
本发明通过控制信号耦合采集模块和振动传感器组并结合响应延时监控系统的配合设计，能够监控料场设备动力部件执行终端的执行时间点与控制信号的触发时间点之间的响应延时数据，因料场设备动力部件经过长时间的工作而被严重磨损时，其执行终端的执行操作与控制信号的延时误差会骤然增大，所以通过监控料场设备动力部件执行终端的执行时间点与控制信号的触发时间点之间的响应延时数据，能够使技术人员及时得知料场设备动力部件的磨损情况；参考历史响应延时数据的对比数据，可及时确定相对应的料场设备动力部件是否需要检修和更换，再通过技术人员对料场设备动力部件进行检修和更换，以保证料场智能控制设备对电控动力部件的控制效果，从而保证料场中各个电控动力部件之间的协调运作。
本发明通过设置的供电电源监控系统，在供电电源监控系统中，通过供电端信号采集器采集三相供电端的三相电路的电压信息反馈至单片机处理器，再通过单片机处理器的运算程序识别三相供电端中电压最高的一相电路，然后结合选相控制器和选相开关使单相供电端与电压最高的一相电路电连接。以减小三相电路中的三相电压值的差异，减少大功率动力部件的三相电机的发热情况，提高其工作效率和使用寿命；
在本发明的供电电源监控系统中，利用单片机处理器并结合其程序设置的电压差的阈值去控制相位同步投切开关的工作状态，对单相负载端进行电压补偿，以减少三相供电端的电压变化对单相负载端电压的影响，有利于单相负载端的负载设备的正常工作，进一步保证料场中各个电控动力部件之间的协调运作。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
图1为该基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置的系统图；
图2为本发明中的供电电源监控系统的局部系统图。
图中：
1、单片机处理器；2、控制信号耦合采集模块；3、振动传感器组；4、低噪滤波器；5、响应延时运算模块；6、储存模块；
7、响应延时分析模块；701、阈值报警模块；
8、供电端信号采集器；9、选相控制器；10、选相开关；11、显示终端；12、电压补偿电容组；13、相位同步投切开关。
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、完整的描述，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。
请参阅图1－图2，本发明提供一种技术方案：一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置，包括控制信号耦合采集模块2、振动传感器组3和监控系统。
控制信号耦合采集模块2设置在料场智能控制设备的控制信号输出端，用于采集料场智能控制设备向继电开关组输出的控制信号，振动传感器组3固定安装在料场设备动力部件的执行终端上。
上述的料场设备动力部件包括门机移动部件、门机吊索收卷部件、门机角度调整部件、斗轮机动力部件和抓斗动力部件。比如，门机移动部件的执行终端可选为门机底部行走部件的外壳，门机吊索收卷部件的执行终端可选为吊索收卷轴的壳体，门机角度调整部件的执行终端可选为门机转盘座的固定端座……以通过振动传感器组3获取料场设备动力部件执行终端的振动信号为主要目的来实施即可。
监控系统包括响应延时监控系统，响应延时监控系统包括单片机处理器1，单片机处理器1中的单片机芯片选用51单片机系列中的型号为STC8952的单片机芯片，51单片机系列中的型号为STC8952的单片机芯片具有高性能、低功耗的特点，且便于烧录程序，具有更加优良的使用性能，能进一步提高该系统的稳定性。
单片机处理器1与控制信号耦合采集模块2电信号连接，单片机处理器1内设置有与料场智能控制设备的控制协议相匹配的识别程序，以识别料场智能控制设备的控制信号所针对的控制对象，同时通过单片机处理器1内的程序记录对应控制信号的触发时间点，振动传感器组3中的多个振动传感器的安装对象分别与控制对象相对应，以通过振动传感器组3获取料场设备动力部件执行终端的振动信号。
单片机处理器1电信号连接有响应延时运算模块5，响应延时运算模块5电信号连接有低噪滤波器4，低噪滤波器4与振动传感器组3电信号连接，通过低噪滤波器4对振动传感器组3的振动信号进行低噪滤波，以确定相应的振动信号而进一步确定料场设备动力部件执行终端的执行时间点，然后反馈至响应延时运算模块5，利用响应延时运算模块5的运算逻辑并根据控制信号的触发时间点，得出料场设备动力部件执行终端的执行时间点与控制信号的触发时间点之间的响应延时数据。
单片机处理器1电信号连接有储存模块6和响应延时分析模块7，通过储存模块6储存系统初期的响应延时数据，然后每隔一段时间储存一次系统后期的响应延时数据，再利用响应延时分析模块7对系统后期得出的响应延时数据与系统初期的响应延时数据进行对比，得出历史响应延时数据的对比信息，再反馈至单片机处理器1并通过储存模块6储存。
响应延时分析模块7还包括阈值报警模块701，利用阈值报警模块701内设置报警阈值，当系统后期得出的响应延时数据与系统初期的响应延时数据之间的差值大于报警阈值的时候，即通过响应延时分析模块7向单片机处理器1反馈相应的报警信号。
在响应延时监控系统中，因料场设备动力部件经过长时间的工作而被严重磨损时，其执行终端的执行操作与控制信号的延时误差会骤然增大，所以通过监控料场设备动力部件执行终端的执行时间点与控制信号的触发时间点之间的响应延时数据，能够使技术人员及时得知料场设备动力部件的磨损情况。参考历史响应延时数据的对比信息，可及时确定相对应的料场设备动力部件是否需要检修和更换，当然，利用阈值报警模块701内设置报警阈值，再通过响应延时分析模块7向单片机处理器1反馈相应的报警信号，可及时通知技术人员对料场设备动力部件进行检修和更换，以保证料场智能控制设备对电控动力部件的控制效果，从而保证料场中各个电控动力部件之间的协调运作。
请着重参照图2，监控系统还包括供电电源监控系统。
供电电源监控系统包括供电端信号采集器8、选相控制器9和选相开关10，供电端信号采集器8设置在料场智能控制设备供电端的供电端，用于采集料场智能控制设备向料场设备动力部件的供电电压信息，供电端信号采集器8和选相控制器9均与单片机处理器1电信号连接，选相控制器9的控制端与选相开关10电信号连接，选相开关10设置在料场智能控制设备继电开关组的单相供电端和三相供电端之间用于使单相供电端与三相供电端的其中一相电路电连接。
在供电电源监控系统中，通过供电端信号采集器8采集三相供电端的三相电路的电压信息反馈至单片机处理器1，再通过单片机处理器1的运算程序识别三相供电端中电压最高的一相电路，然后结合选相控制器9和选相开关10使单相供电端与电压最高的一相电路电连接。以减小三相电路中的三相电压值的差异，减少大功率动力部件的三相电机的发热情况，提高三相电机的工作效率和使用寿命。
供电电源监控系统还包括电压补偿电容组12和相位同步投切开关13，电压补偿电容组12分别与相位同步投切开关13和单相供电端电连接，其中，电压补偿电容组12的充电端口与单相供电端电连接，利用单相供电端对电压补偿电容组12进行单向充电，相位同步投切开关13的负载端与单相负载端电连接，相位同步投切开关13的控制端与单片机处理器1电信号连接。其中，相位同步投切开关13可根据中国专利授权公告号为CN103903912B的专利技术进行实施。
在上述的方案中，由于三相负载端的大功率料场设备动力部件启动时，三相供电端的供电电压会急剧下降，此时也会使单相供电端和单相负载端的电压急剧下降，通过单片机处理器1并结合供电端信号采集器8检测到的单相供电端的电压值急剧下降时，利用单片机处理器1并结合其程序设置的电压差的阈值去控制相位同步投切开关13的工作状态，对单相负载端进行电压补偿，以减少三相供电端的电压变化对单相负载端电压的影响，有利于单相负载端的负载设备的正常工作，进一步保证料场中各个电控动力部件之间的协调运作。
监控系统还包括显示终端11，显示终端11与单片机处理器1电信号连接，通过单片机处理器1向显示终端11反馈三相供电端和单相供电端的实时电压数据、历史响应延时数据对比信息和相应的报警信息，再通过显示终端11显示，以便于技术人员及时获取三相供电端和单相供电端的实时电压数据、历史响应延时数据对比信息和相应的报警信息。
工作原理已在上文中示出，在上述实施方案的基础上，本发明中所提及的处理器、控制器、相应的控制程序及其他的配套技术，均可结合现有的电气技术、信息技术、软件技术和通用协议进行实施，不在本发明要求的保护范围内，本申请中不作详述。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (5)
1.一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置，包括控制信号耦合采集模块（2）、振动传感器组（3）和监控系统，其特征在于：所述控制信号耦合采集模块（2）设置在料场智能控制设备的控制信号输出端，用于采集料场智能控制设备向继电开关组输出的控制信号，所述振动传感器组（3）固定安装在料场设备动力部件的执行终端上；
所述监控系统包括响应延时监控系统，所述响应延时监控系统包括单片机处理器（1），所述单片机处理器（1）与控制信号耦合采集模块（2）电信号连接，所述单片机处理器（1）电信号连接有响应延时运算模块（5），所述响应延时运算模块（5）电信号连接有低噪滤波器（4），所述低噪滤波器（4）与振动传感器组（3）电信号连接，所述单片机处理器（1）电信号连接有储存模块（6）和响应延时分析模块（7）；
所述监控系统还包括供电电源监控系统，所述供电电源监控系统包括供电端信号采集器（8）、选相控制器（9）和选相开关（10），所述供电端信号采集器（8）设置在料场智能控制设备供电端的供电端，用于采集料场智能控制设备向料场设备动力部件的供电电压信息，所述供电端信号采集器（8）和选相控制器（9）均与单片机处理器（1）电信号连接，所述选相控制器（9）的控制端与选相开关（10）电信号连接，所述选相开关（10）设置在料场智能控制设备继电开关组的单相供电端和三相供电端之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置，其特征在于：所述监控系统还包括显示终端（11），所述显示终端（11）与单片机处理器（1）电信号连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置，其特征在于：所述料场设备动力部件包括门机移动部件、门机吊索收卷部件、门机角度调整部件、斗轮机动力部件和抓斗动力部件。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置，其特征在于：所述供电电源监控系统还包括电压补偿电容组（12）和相位同步投切开关（13），所述电压补偿电容组（12）分别与相位同步投切开关（13）和单相供电端电连接，所述相位同步投切开关（13）的负载端与单相负载端电连接，所述相位同步投切开关（13）的控制端与单片机处理器（1）电信号连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的数字化料场智能控制设备用监控装置，其特征在于：所述响应延时分析模块（7）还包括阈值报警模块（701）。
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