CN118145350A - 一种高炉布料小车精准定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉布料小车精准定位系统及方法，包括布料小车、上料皮带、行进轨道、料仓、速度计、雷达料位计、控制器和制动器，通过输入布料小车行进方向、布料种类、布料流量、小车实时速度、小车实时加速度，小车行进实际位置、小车行进目标位置这些数据，采用BP神经网络控制技术来输出制动指令，控制布料小车的定点位置，并且利用基于误差反馈的闭环控制策略来消除系统误差，给予系统自学习的能力，修正误差，从而达到精准定位的目的。本发明基于精准定位的功能实现多点布料的方式，解决了传统料仓有效空间无法充分利用的问题，增大了企业的收益，应用前景广泛。

Description

一种高炉布料小车精准定位系统及方法

技术领域

本发明涉及高炉布料小车技术领域，具体为一种高炉布料小车精准定位系统及方法。

背景技术

高炉布料小车是输料系统中完成上料皮带机料卸在指定的料仓里的重要移动机械设备。为了实现一台布料小车给不同料仓进行卸料的目的，布料小车需要沿着上料皮带机运行方向进行正反方向的运行。

目前的布料方式较为直接，使得料仓由于堆积，存在大空间的空隙未能利用。随着钢铁企业精益化运行需求的发展趋势，对于高炉料仓容量最大化利用的需求，非常迫切。

专利号CN213622324U的发明申请了“一种自动布料小车装置”，包括第一定位开关、第二定位开关、布料小车运动控制系统以及与三者均相连的中央控制系统，所述第一定位开关和所述第二定位开关分设在每个料仓定位区间的左右端部，所述定位区间根据所述料仓实际下料范围和布料小车滑行情况确定，所述中央控制系统用于：根据所述布料小车经过所述料仓时所述第一定位开关和所述第二定位开关发回的定位信号的情况，通过控制所述布料小车运动控制系统使所述布料小车停在所述实际下料范围内。该发明利用第一、第二定位开关，杜绝了小车由于惯性滑行而越过定位开关，从而导致反复正反运转，加速电机损耗。但这样的装置缺乏自学习过程，不能减少定位误差在一定范围内，不利于多点布料。

专利号CN112978272A包括与PLC控制系统数据连接的布料车电气控制系统、定位编码器、校正开关、仓料位检测系统、物料上料系统、皮带流程控制系统和画面监控系统；所述的电气控制系统、定位编码器、无线通信系统位于布料车上，校正开关设置在轨道上；所述的电气控制系统控制布料车进行行走；所述的定位编码器设置于所述布料车的车轮上；所述的校正开关具体为接近开关，包括零点接近开关和多个校正点接近开关；所述的零点接近开关安装在轨道起始端；所述的校正点接近开关顺序排列在整个轨道上。该发明改进了常规的手动控制布料，实现手动控制、手动选仓和自动控制三种方式，但其控制系统没有考虑到布料种类、布料流量及小车速度和加速度等因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉布料小车精准定位系统及方法，采用多点定位布料的方式扩大料仓的有效存储容量，从而最大化利用现有的高炉料仓，提升了控制系统的可移植性，解决了目前钢铁企业输料系统的缺陷，即一台布料小车在单一布料点下，导致不同料仓存在可观有效空间的浪费问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高炉布料小车精准定位系统，包括布料小车、上料皮带、行进轨道、料仓、速度计、雷达料位计、控制器和制动器，所述上料皮带的出料口与布料小车的进料口对接，布料小车行走于行进轨道上，布料小车的布料口正对料仓，料仓设有多个，分别位于行进轨道的下方；所述雷达料位计设置在每个料仓的顶部，并连接至所述控制器；所述速度计和制动器位于布料小车上，制动器通过格雷母线定位系统获得料仓配料点位置和布料小车实时位置，并电性输送到所述控制器中。

进一步的，所述控制器为PLC控制器，PLC控制器的控制方法为BP神经网络控制，控制策略采用基于误差反馈的闭环控制。

进一步的，所述BP神经网络由输入层、隐含层和输出层组成，根据Kolmogorov定理：给定任一连续函数f：Rr→Rm，fX＝Y，f可以精确地用一个三层前馈网络来实现，选择最佳隐含层单元数时的公式如下：

式中：n2为隐含层的数目，n1为输入层的数目，m为输出层的数目，a＝1～10。

本发明提供另一种技术方案：一种高炉布料小车精准定位方法，基于一种高炉布料小车精准定位系统实现，包括以下步骤：

S1：通过置于上料皮带处的物料检测器监测所布料的流量和种类信号；

S2：利用制动器检测料仓，得出配料点位置，并得到布料小车实时位置信号；

S3：利用速度计检测布料小车行进速度，并间接得到加速度信号；

S4：将S1-S3中的信号输送至控制器中处理后施行制动，使布料小车停在布料点附近，开始布料；

S5：得到布料小车位置误差后，再次输送到控制器，修正下次的制动指令，消除系统误差，以此实现精准定位；

S6：通过控制器多次运行，实现布料小车多点布料，在料仓充分利用后，控制器接受雷达料位计信号，停止布料，前往下一个料仓。

进一步的，S5中修正过后的制动命令为确定最终停车点与配料点位置精度为±5cm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的高炉布料小车精准定位系统及方法，可以在不改变传统布料装置的整体结构下，利用该系统的自学习过程，修正误差，达到精准定位的目的。

2、本发明的高炉布料小车精准定位系统及方法，基于精准定位的功能实现采用多点布料的方式，解决了传统料仓有效空间无法充分利用的问题，增大了企业的收益，应用前景广泛。

3、本发明的高炉布料小车精准定位系统及方法，所需用的仪器简单且数量较少，充分利用数学方法计算出相关数据，减少传感器的布置，为企业节省投资成本。

附图说明

图1为现有高炉布料小车布料生产工艺正中间布料点图；

图2为现有高炉布料小车布料生产工艺非正中间布料点图；

图3为本发明高炉布料小车布料生产工艺多点精准布料图；

图4为本发明高炉布料小车精准定位控制策略示意图；

图5为本发明高炉布料小车精准定位系统方法流程框图；

图6为本发明高炉布料小车精准定位系统布料状态示意图；

图7为本发明高炉布料小车精准定位系统结构示意图。

图中：1、布料小车；2、上料皮带；3、行进轨道；4、料仓；5、速度计；6、雷达料位计；7、控制器；8、制动器。

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。

请参阅图1-7，本发明实施例提供一种高炉布料小车精准定位系统，包括布料小车1、上料皮带2、行进轨道3、料仓4、速度计5、雷达料位计6、控制器7和制动器8，所述上料皮带2的出料口与布料小车1的进料口对接，布料小车1行走于行进轨道3上，布料小车1的布料口正对料仓4，料仓4设有多个，分别位于行进轨道3的下方；所述雷达料位计6设置在每个料仓4的顶部，并连接至所述控制器7；所述速度计5和制动器8位于布料小车1上，制动器8通过格雷母线定位系统获得料仓4配料点位置和布料小车1实时位置，并电性输送到所述控制器7中，控制器7为PLC控制器，PLC控制器的控制方法为BP神经网络控制，控制策略采用基于误差反馈的闭环控制。

在上述实施例中，本发明高炉布料小车精准定位系统，通过输入布料小车1行进方向、布料种类、布料流量、小车实时速度、小车实时加速度，小车行进实际位置、小车行进目标位置这些数据，采用BP神经网络控制技术来输出制动指令，控制布料小车1的定点位置，并且利用基于误差反馈的闭环控制策略来消除系统误差，给予系统自学习的能力，修正误差，从而达到精准定位的目的。

为了进一步更好的解释说明本发明实施例，还提供一种高炉布料小车精准定位方法，包括以下步骤：

S1：通过置于上料皮带2处的物料检测器监测所布料的流量和种类信号；

S2：利用制动器8检测料仓4，得出配料点位置，并得到布料小车1实时位置信号；

S3：利用速度计5检测布料小车1行进速度，并运用数学方法基于小车速度间接得到加速度信号；

S4：将S1-S3中的信号输送至控制器7中处理后施行制动，使布料小车1停在布料点附近，开始布料；其中，控制器7的控制方法为BP神经网络控制，如图5所示，BP神经网络由输入层、隐含层和输出层组成，根据Kolmogorov定理：给定任一连续函数f：Rr→Rm，fX＝Y，f可以精确地用一个三层前馈网络来实现，选择最佳隐含层单元数时的公式如下：

式中：n2为隐含层的数目，n1为输入层的数目，m为输出层的数目，a＝1～10。

本发明实施例输入层数目为7，输出层数目为1，确定最佳隐单元数为10；

S5：得到布料小车1位置误差后，再次输送到控制器7，修正下次的制动指令，消除系统误差，以此实现精准定位；

具体的，在系统给出修正过后的制动命令后，确定最终停车点与配料点位置精度为±5cm；

S6：通过控制器7多次运行，实现布料小车1多点布料，在料仓4充分利用后，控制器7接受雷达料位计6信号，停止布料，前往下一个料仓4。

上述整个过程可根据具体的布料过程和企业需求进行更改，方便适用于布料系统的控制和多点布料方式。

综上所述：本发明的高炉布料小车精准定位系统及方法，解决了目前钢铁企业输料系统的缺陷，即一台布料小车1在单一布料点下，导致不同料仓4存在可观有效空间的浪费，如图1-图2所示。本发明拟采用多点定位布料的方式扩大料仓4的有效存储容量，从而最大化利用现有的高炉料仓，并且考虑到收益效果和投入成本，整个系统是在不改变传统布料装置的整体结构下进行设计的。该系统对于硬件的依赖很低，主要利用BP神经网络作为制动控制策略，采用三层BP神经网路来达到任意连续非线性函数，大大提升了控制系统的可移植性，基于该系统下的控制，能够控制误差在可观的范围内。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高炉布料小车精准定位系统，其特征在于，包括布料小车(1)、上料皮带(2)、行进轨道(3)、料仓(4)、速度计(5)、雷达料位计(6)、控制器(7)和制动器(8)，所述上料皮带(2)的出料口与布料小车(1)的进料口对接，布料小车(1)行走于行进轨道(3)上，布料小车(1)的布料口正对料仓(4)，料仓(4)设有多个，分别位于行进轨道(3)的下方；所述雷达料位计(6)设置在每个料仓(4)的顶部，并连接至所述控制器(7)；所述速度计(5)和制动器(8)位于布料小车(1)上，制动器(8)通过格雷母线定位系统获得料仓(4)配料点位置和布料小车(1)实时位置，并电性输送到所述控制器(7)中。

2.根据权利要求1所述的一种高炉布料小车精准定位系统，其特征在于，所述控制器(7)为PLC控制器，PLC控制器的控制方法为BP神经网络控制，控制策略采用基于误差反馈的闭环控制。

3.根据权利要求2所述的一种高炉布料小车精准定位系统，其特征在于，所述BP神经网络由输入层、隐含层和输出层组成，根据Kolmogorov定理：给定任一连续函数f：Rr→Rm，f(X)＝Y，f可以精确地用一个三层前馈网络来实现，选择最佳隐含层单元数时的公式如下：

式中：n2为隐含层的数目，n1为输入层的数目，m为输出层的数目，a＝1～10。

4.一种高炉布料小车精准定位方法，基于权利要求3所述的一种高炉布料小车精准定位系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过置于上料皮带(2)处的物料检测器监测所布料的流量和种类信号；

S2：利用制动器(8)检测料仓(4)，得出配料点位置，并得到布料小车(1)实时位置信号；

S3：利用速度计(5)检测布料小车(1)行进速度，并间接得到加速度信号；

S4：将S1-S3中的信号输送至控制器(7)中处理后施行制动，使布料小车(1)停在布料点附近，开始布料；

S5：得到布料小车(1)位置误差后，再次输送到控制器(7)，修正下次的制动指令，消除系统误差，以此实现精准定位；

S6：通过控制器(7)多次运行，实现布料小车(1)多点布料，在料仓(4)充分利用后，控制器(7)接受雷达料位计(6)信号，停止布料，前往下一个料仓(4)。

5.根据权利要求4所述的一种高炉布料小车精准定位方法，其特征在于，S5中修正过后的制动命令为确定最终停车点与配料点位置精度为±5cm。