CN210176068U - 一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统，包括：生产调度管理模块、扫描识别模块、决策分析模块以及控制执行模块。所述生产调度管理模块，设置于码头控制室或连续卸船机上，包括：数据处理服务器以及人机交互接口；所述扫描识别模块，设置于连续卸船机上，包括：激光扫描装置、位置检测装置以及应用处理服务器；所述决策分析模块，设置于连续卸船机上，包括：决策处理控制器；所述控制执行模块，设置于连续卸船机上，包括：PLC控制器、变频器以及摄像头。本实用新型能够实现散料码头链斗式连续卸船机无人化操作运行，保证连续卸船机数据处理的实时性，使取料头进出船舱的安全性更有保障。减少操作人员数量，降低人力成本。

Description

一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统

技术领域

本实用新型涉及自动化的数字化控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统。

背景技术

目前链斗式连续卸船机仍采用手动与半自动相结合的控制方式，对司机熟练程度要求高，控制系统数字化程度低。在当今全球倡导发展低碳环保、智能制造的时代背景下，开发具备链斗式连续卸船机全自动控制功能的数字化系统已成为发展潮流。

司机控制链斗式连续卸船机取料劳动强度大、工作环境差，对于司机的健康存在不良影响；作业任务的获取、移舱、舱内取料作业完全依赖人工，作业效率、运行安全等均不能得到很好地保证。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统。本实用新型主要利用一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统，包括：生产调度管理模块、扫描识别模块、决策分析模块以及控制执行模块；

所述生产调度管理模块，设置于码头控制室或连续卸船机上，包括：数据处理服务器以及人机交互接口；所述扫描识别模块，设置于连续卸船机上，包括：激光扫描装置、位置检测装置以及应用处理服务器；所述决策分析模块，设置于连续卸船机上，包括：决策处理控制器；所述控制执行模块，设置于连续卸船机上，包括：PLC控制器、变频器以及摄像头。

进一步地，所述数据处理服务器根据使用者经所述人机交互接口预设的或与上级系统通讯获取的生产作业任务计划，调度所述连续卸船机执行作业任务，并实时跟踪连续卸船机当前作业船舱位置以及取料流量，根据当前作业任务目标卸载量、实际卸载量及舱内剩余物料总量，计算并触发/停止当前作业及换舱、清舱时机。

进一步地，所述扫描识别模块包括激光扫描装置、位置检测装置以及应用处理服务器。所述激光扫描仪包括：设置于所述取料头上方提升筒体两侧的激光扫描仪以及设置于顶部结构下方提升筒体两侧的激光扫描仪；所述激光扫描仪通过激光飞行原理计算所述激光扫描仪与被测目标物体间实时距离。

更进一步地，所述位置检测装置包括：差分GPS、各机构绝对值编码器以及扫描仪安装底座倾角仪/陀螺仪。所述差分GPS设置在码头面布置基站，在连续卸船机大车、提升筒体上方布置移动站，实时计算大车、顶部结构中心点空间位置坐标。

进一步地，各机构绝对值编码器检测各机构位置或角度信息，通过连续卸船机机械结构空间几何关系，计算连续卸船机顶部结构中心点、大车等实时空间坐标，作为差分GPS故障时对连续卸船机的定位。

根据所述扫描仪的安装位置距所述顶部结构中心点距离及顶部结构中心点实时位置坐标，计算所述扫描仪实时位置坐标；所述扫描仪安装底座的所述倾角仪/所述陀螺仪检测运行过程中扫描仪安装位置姿态信息，用于补偿机械振动或安装角度偏差。

更进一步地，所述决策处理控制器根据所述扫描识别模块发送的单层取料区域坐标，按照不同料堆区域大小连续卸船机所适用的标准工艺路径，确定该层取料区域作业最优的路径与方法，发送指令至所述控制执行模块进而驱动连续卸船机执行取料任务。

进一步地，所述PLC控制器接收控制指令、读取各机构限位、传感器信息，运算处理计算连续卸船机当前位置、姿态、运行状态并进行联锁控制，输出各机构单独动作或联动动作时具体控制指令。

进一步地，所述变频器接收所述PLC控制器的控制指令，驱动电机运行，并将实际运行过程中各机构电机电流、转矩信息反馈至所述PLC控制器中。所述摄像头采集连续卸船机各关键位置实时视频信号，使操作人员能够清晰、准确的观察到实际生产作业情况。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型能够实现散料码头链斗式连续卸船机无人化操作运行，同时保证连续卸船机无人化自动运行数据处理的实时性，实现作业任务的动态跟踪与实时调度，使取料头进出船舱的安全性更有保障。减少操作人员数量，降低人力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型数字化系统结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示为本实用新型一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统，包括：生产调度管理模块11、扫描识别模块12、决策分析模块13以及控制执行模块14。

作为优选的实施方式，生产调度管理模块11，设置于码头控制室或连续卸船机上，包括：数据处理服务器以及人机交互接口；所述扫描识别模块12，设置于连续卸船机上，包括：激光扫描装置、位置检测装置以及应用处理服务器；所述决策分析模块13，设置于连续卸船机上，包括：决策处理控制器；所述控制执行模块14，设置于连续卸船机上，包括：PLC控制器、变频器以及摄像头。其中作为优选的实施方式，作为一种实施例，这里数据处理服务器采用DL-T330，应用处理服务器采用DL-R730。决策处理控制器采用S7-300。PLC控制器采用S7-400H。可以理解为在其它的实施方式中，采用的服务器的型号可以按照实际情况进行选择。

在本实施方式中，所述数据处理服务器根据使用者经所述人机交互接口预设的或与上级系统通讯获取的生产作业任务计划，调度所述连续卸船机执行作业任务，并实时跟踪连续卸船机当前作业船舱位置以及取料流量，根据当前作业任务目标卸载量、实际卸载量及舱内剩余物料总量，计算并触发/停止当前作业及换舱、清舱时机。

作为优选的实施方式，当船型数据采集时，所述扫描识别模块12对船体扫描生成的三维点云坐标模型数据或根据使用者通过所述人机交互接口预设的船体模型数据，存储于数据处理服务器中。

作为优选的实施方式，当进行无人化作业时，调用所述数据处理服务器中的数据与实际扫描数据比对，船长、船宽、舱口数量、尺寸、驾驶室位置及尺寸相差小于0.3m时即比对成功，调取所述数据处理服务器中船舶数据为最终船体模型基准数据，并基于船体扫描的数据形成作业船舶在码头坐标系下船体轮廓的点云坐标模型；根据所述位置检测装置检测的取料头位置坐标，实时与船体轮廓点云坐标模型进行对比，监测碰撞风险。

作为优选的实施方式，所述扫描识别模块12包括激光扫描装置、位置检测装置以及应用处理服务器。所述激光扫描仪包括：设置于所述取料头上方提升筒体两侧的激光扫描仪以及设置于顶部结构下方提升筒体两侧的激光扫描仪；所述激光扫描仪通过激光飞行原理计算所述激光扫描仪与被测目标物体间实时距离。

在本实施方式中，所述位置检测装置包括：差分GPS、各机构绝对值编码器以及扫描仪安装底座倾角仪/陀螺仪。所述差分GPS设置在码头面布置基站，在连续卸船机大车、提升筒体上方布置移动站，实时计算大车、顶部结构中心点空间位置坐标。

作为优选的实施方式，各机构绝对值编码器检测各机构位置或角度信息，通过连续卸船机机械结构空间几何关系，计算连续卸船机顶部结构中心点、大车等实时空间坐标，作为差分GPS故障时对连续卸船机的定位。

根据所述扫描仪的安装位置距所述顶部结构中心点距离及顶部结构中心点实时位置坐标，计算所述扫描仪实时位置坐标；所述扫描仪安装底座的所述倾角仪/所述陀螺仪检测运行过程中扫描仪安装位置姿态信息，用于补偿机械振动或安装角度偏差。作为本申请的一种实施例，所述扫描仪检测的是与被测物体间距离，知道自身坐标才能计算出目标物体的坐标，进而大量目标物体表面点云坐标连接在一起形成点云坐标模型，可以理解为在其它的实施方式中，扫描仪还可以通过其他方式获取云坐标模型。

在本实施方式中，所述应用处理服务器通过最小二乘法去除重叠点云，再通过贪婪投影三角化算法对点云数据三角化并重建物体表面三角网格曲面模型，所述三角网格曲面模型包括船体轮廓模型、各船舱口边界模型、舱内料堆模型。

作为优选的实施方式，所述应用处理服务器实时读取所述位置检测装置获取的当前连续卸船机的位置及姿态信息。当所述生产调度模块发送的具体作业船舱位置后，首先臂架俯仰至37°、将臂架回转至-90°即臂架平行于码头，再对比目标作业船舱位置与当前连续卸船机位置，确定大车机构运动方向，进而将所述具体动作指令发送至控制执行系统，驱动连续卸船机执行任务指令。

作为优选的实施方式，所述决策处理控制器根据所述扫描识别模块12发送的单层取料区域坐标，按照不同料堆区域大小连续卸船机所适用的标准工艺路径，确定该层取料区域作业最优的路径与方法，发送指令至所述控制执行模块14进而驱动连续卸船机执行取料任务。

在本实施方式中，所述PLC控制器接收控制指令、读取各机构限位、传感器信息，运算处理计算连续卸船机当前位置、姿态、运行状态并进行联锁控制，输出各机构单独动作或联动动作时具体控制指令。

作为优选的实施方式，所述变频器接收所述PLC控制器的控制指令，驱动电机运行，并将实际运行过程中各机构电机电流、转矩信息反馈至所述PLC控制器中。所述摄像头采集连续卸船机各关键位置实时视频信号，使操作人员能够清晰、准确的观察到实际生产作业情况。

在本实施方式中，本实用新型还可以涉及一种连续卸船机无人化自动运行的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：将作业船舶名称录入连续卸船机生产调度管理模块11；

步骤S2：所述连续卸船机生产调度管理模块11查询船型数据，判断数据处理服务器中是否存有该船舶详细参数信息；当不存在时，录入船舶数据；当存在时，则直接提取船舶参数信息；

步骤S3：决策分析模块13输出动作指令、工作内容，由扫描识别模块12与控制执行模块14配合；调整连续卸船机姿态，臂架俯仰至扫描仪高于船舶高度，臂架回转旋转至与船体平行，启动大车运行，扫描船体轮廓；当局部扫描结果与从所述数据处理服务器中提取的船型数据匹配成功时，则停止扫描，确认船体数据信息，并基于船体扫描的数据形成作业船舶在码头坐标系下船体轮廓的点云坐标模型，获取各船舱口位置、船上障碍物位置、各船舱内壁边缘位置；

步骤S4：所述生产调度管理模块11生成作业工单；

步骤S5：连续卸船机按照所述作业工单，通过所述决策分析模块13完成寻舱的决策，生成动作指令集，发送至控制执行模块14，控制连续卸船机执行；

步骤S6：当续卸船机取料头到达船舱口上方时，停止运行动作，所述控制执行模块14通过电笛提醒使用者打开舱门，所述扫描识别模块12监视船舱口，确认船舱门已完全打开后，通过扫描识别模块12确认船舱口边界位置及舱口处物料高度；同时，所述控制执行模块14再次通过电笛预警取料头即将自动进入船舱，控制取料头自动进入船舱；

当取料头进入船舱到达物料上方一定距离停止下降，取料头回转一周，通过所述扫描识别模块12对舱内物料进行扫描。

步骤S7：根据对船舱口位置监测、船舱纵深以及取料头进入船舱高度，所述生产调度管理模块11计算取料头距船舱底高度，判断是否进入清舱范围；当清舱时，结束所述作业工单，转为遥控器手动操作；当未清舱时，则继续执行所述作业工单；

步骤S8：所述扫描识别模块12对料堆模型进行分析，对所述料堆模型根据连续卸船机取料特点按照固定层高进行分层处理，并结合取料头当前位置坐标，发送待作业区域位置坐标给所述决策分析模块13；在执行取料任务同时，保持对舱内料堆扫描，更新料堆模型；

步骤S9：所述决策分析模块13根据所述料堆边界的坐标判断料堆类型，生成最优的取料动作集，指导连续卸船机执行全自动取料任务，并将设备实际状态、位置信息及取料流量数据反馈至所述生产调度管理模块11；

步骤S10：当所述作业工单完成后，所述生产调度管理模块11根据当前工序总体作业量以及对连续卸船机卸船瞬时流量的统计，判断当前工序是否完成；当完成时，进入步骤S11；当未完成时，返回步骤S7；

步骤S11：所述生产调度管理模块11发出结束当前作业工序指令给所述决策分析模块13，所述决策分析模块13生成取料头出船舱动作指令集，发送至控制执行系统具体执行，使取料头自动出船舱至安全高度，并结束所述作业工单；

步骤S12：所述生产调度管理系统根据所述作业工单安排，判断全船作业任务是否已完成；

当完成时，则发出结束指令，由所述决策分析模块13生成连续卸船机至锚定位置各机构动作集，连续卸船机到达锚定位置后，结束作业任务；

当未完成时，则读取下一工单类型，当下一工单类型为清舱作业或吊清舱机任务时，则控制模式转为遥控器手动操作；当下一工单类型为非清舱或吊清舱机任务时，返回步骤S5继续执行。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统，其特征在于，包括：生产调度管理模块、扫描识别模块、决策分析模块以及控制执行模块；

所述生产调度管理模块，设置于码头控制室或连续卸船机上，包括：数据处理服务器以及人机交互接口；所述扫描识别模块，设置于连续卸船机上，包括：激光扫描装置、位置检测装置以及应用处理服务器；所述决策分析模块，设置于连续卸船机上，包括：决策处理控制器；所述控制执行模块，设置于连续卸船机上，包括：PLC控制器、变频器以及摄像头；

所述数据处理服务器根据使用者经所述人机交互接口预设的或与上级系统通讯获取的生产作业任务计划，调度所述连续卸船机执行作业任务，并实时跟踪连续卸船机当前作业船舱位置以及取料流量，根据当前作业任务目标卸载量、实际卸载量及舱内剩余物料总量，计算并触发/停止当前作业及换舱、清舱时机。

2.根据权利要求1所述的一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统，其特征还在于：

所述扫描识别模块包括激光扫描装置、位置检测装置以及应用处理服务器；

所述激光扫描装置包括：设置于取料头上方提升筒体两侧的激光扫描仪以及设置于顶部结构下方提升筒体两侧的激光扫描仪；所述激光扫描仪通过激光飞行原理计算所述激光扫描仪与被测目标物体间实时距离。

3.根据权利要求1所述的一种无人化链斗式连续卸船机的数字化系统，其特征还在于：

所述位置检测装置包括：差分GPS、各机构绝对值编码器以及扫描仪安装底座倾角仪/陀螺仪；

所述差分GPS设置在码头面布置基站，在连续卸船机大车、提升筒体上方布置移动站，实时计算大车、顶部结构中心点空间位置坐标；

各机构绝对值编码器检测各机构位置或角度信息，通过连续卸船机机械结构空间几何关系，计算连续卸船机顶部结构中心点、大车等实时空间坐标，作为差分GPS故障时对连续卸船机的定位；

根据所述扫描仪的安装位置距所述顶部结构中心点距离及顶部结构中心点实时位置坐标，计算所述扫描仪实时位置坐标；所述扫描仪安装底座的所述倾角仪/所述陀螺仪检测运行过程中扫描仪安装位置姿态信息，用于补偿机械振动或安装角度偏差。

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