專利名稱：堆料檢測控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堆料機操控領(lǐng)域，更具體地，涉及一種堆料檢測控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，煤炭港口的堆料機操作一般都通過人工操作來進行控制，人工控制堆料機 的過程如下司機根據(jù)中控人員的指令，將堆料機開到指定位置后，將堆料機大臂旋轉(zhuǎn)一定 的角度(例如56. 6° )，然后根據(jù)場垛高低將堆料機大臂俯仰到合適位置，再啟動懸臂皮帶 機開始堆料作業(yè)，司機觀察料堆與大臂上的拋料滾筒的距離，如果料堆與大臂上的拋料滾 筒的距離小于1. 5米，則司機判斷大臂高度是否高于18米，如果司機判斷大臂高度低于18 米，則控制堆料機將堆料機的大臂抬高，保持大臂與料堆相距2. 5米左右，并繼續(xù)通過皮帶 機傳輸?shù)V料進行堆料作業(yè)，直到大臂高度高于或等于18米，如果大臂高于或等于18米，司 機則控制堆料機向堆場的空側(cè)行走3至4米，并在該處繼續(xù)進行堆料作業(yè)，直到堆料作業(yè)完 畢。在上述堆料作業(yè)過程中，從開始作業(yè)到作業(yè)完畢，全部是在中控人員的指令調(diào)動 下由堆料機司機手動控制堆料機來完成的。雖然上述過程中控制堆料機行走和大臂俯仰的 操作可以通過PLC控制實現(xiàn)自動化，但是觀察堆料與大臂的距離的步驟需要依賴司機的判 斷，該步驟很難通過PLC來自動實現(xiàn)，這也是煤炭港口的堆料作業(yè)一直無法實現(xiàn)全自動控 制的最大原因。為了解決這個問題，目前各大港口嘗試采用了以下測試技術(shù)來判斷堆料與大臂的 距離懸掛式傾斜開關(guān)檢測、超聲波檢測、紅外線檢測、單點式激光測距開關(guān)檢測、微波雷達 檢測等，這些技術(shù)手段都存在一些缺點從而無法與PLC配合實現(xiàn)真正意義上的無人堆料控 制。下面在表1中列出了上述檢測技術(shù)的缺點。表 權(quán)利要求
一種堆料檢測控制方法，該方法包括以下步驟1)利用激光掃描儀對料堆和從堆料機的拋料滾筒拋出的料流進行激光掃描；2)實時采集掃描數(shù)據(jù)；3)實時從控制所述堆料機的PLC讀取所述PLC的狀態(tài)數(shù)據(jù)；4)對所述掃描數(shù)據(jù)進行解碼并結(jié)合所述PLC的狀態(tài)數(shù)據(jù)建立關(guān)于料堆和從堆料機的拋料滾筒拋出的料流的點的空間坐標；5)在空間坐標中分離料堆和從所述堆料機的拋料滾筒拋出的料流的輪廓；6)利用料堆的輪廓來識別料堆的波峰；7)計算所述堆料機的大臂上的拋料滾筒與料堆的波峰之間的距離，并根據(jù)計算結(jié)果向所述PLC發(fā)送對所述堆料機的控制指令；8)所述PLC根據(jù)接收到的控制指令來所述堆料機的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述步驟1)中，所述激光掃描儀為二維激光掃描儀，并且所述激光掃描儀的掃描平 面位于從拋料滾筒拋出的料流所在的平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括堆料機大臂俯仰角度，以及以下各項中的至少一者堆料機的行走 位置、堆料機大臂回轉(zhuǎn)角度、滾筒高度和懸臂皮帶機狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述步驟4)中，通過ASCII碼轉(zhuǎn)換機制將所述掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制碼以進行解 碼，并從轉(zhuǎn)換后的十進制碼中提取以所述激光掃描儀所在點為原點、以堆料機大臂的延伸 方向為極軸的料堆和拋出的料流的輪廓上各點的極坐標數(shù)據(jù)，然后使所提取的各點的極坐 標數(shù)據(jù)的極角減去所述堆料機大臂俯仰角度，得到以所述激光掃描儀所在點為原點、以水 平方向為極軸的料堆和拋出的料流的輪廓上各點的極坐標數(shù)據(jù)，最后將所得到的各點的極 坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以所述激光掃描儀所在點為原點以水平方向為χ軸、以豎直方向為y軸的 直角坐標數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在步驟4)中，在得到以所述激光掃描儀所在點為原點、以水平方向為極軸的料堆和拋 出的料流的輪廓上各點的極坐標數(shù)據(jù)之后，以及在將所得到的各點的極坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直 角坐標數(shù)據(jù)之前，先通過中值濾波算法對所述各點的極坐標數(shù)據(jù)進行濾波。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在步驟4)中，在得到以所述激光掃描儀所在點為原點、以水平方向為極軸的料堆和拋 出的料流的輪廓上各點的極坐標數(shù)據(jù)之后，以及在將所得到的所述各點的極坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 成直角坐標數(shù)據(jù)之前，先通過擬合算法對丟失的點的極坐標數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)補齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在步驟5)中，通過以下步驟來分離料堆和從所述堆料機的拋料滾筒拋出的料流的輪廓對料堆和拋出的料流的輪廓上的相鄰兩個點的直角坐標進行一次求導(dǎo)Y’ = (y2-yl)/(x2-xl)，其中xl和x2分別為相鄰兩個點的橫坐標，yl和y2分別為相鄰兩個點 的縱坐標，Y’為一次導(dǎo)數(shù)；再對Y’進行二次求導(dǎo):r’ = (Y’ 2-r 1) / (x2-xi)，γ”為二次導(dǎo)數(shù)；重復(fù)上述兩步，依次對料堆和拋出的料流的輪廓上的所有點進行二次求導(dǎo)，并記錄二 次導(dǎo)數(shù)Y”為零的點；如果某點的二次導(dǎo)數(shù)前后相鄰兩點的導(dǎo)數(shù)符號相反且該點二次導(dǎo)數(shù)為零，則判斷該點 為拋出的料流和料堆相交的拐點A(xa，ya)；橫坐標X小于該拐點A的橫坐標Xa的所有點構(gòu)成的輪廓為從堆料機的拋料滾筒拋出 的料流，橫坐標χ大于該拐點A的橫坐標Xa的所有點構(gòu)成的輪廓為料堆的輪廓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在步驟6)中，通過以下步驟來識別所述料堆的波峰對分離出的料堆輪廓上的各點的直角坐標(χ，y)進行一次求導(dǎo)Y’ = (y2-yl)/ (x2-xl)，其中xl和χ2分別為相鄰兩個點的橫坐標，yl和y2分別為相鄰兩個點的縱坐標， Y’為一次導(dǎo)數(shù)；記錄一次導(dǎo)數(shù)Y’為零的點，然后對一次導(dǎo)數(shù)Y’為零的點的縱坐標y進行比較，確定y 值最大的點為料堆的波峰點B (xb，yb)。
9.一種堆料檢測控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光掃描儀、處理器、PLC，所述激光掃描儀與所 述處理器連接，所述處理器與所述PLC連接，其中所述激光掃描儀用于對料堆和從堆料機的拋料滾筒拋出的料流進行激光掃描；所述處理器用于從激光掃描儀實時采集掃描數(shù)據(jù)，從所述PLC實時讀取PLC的狀態(tài)數(shù) 據(jù)，對所述掃描數(shù)據(jù)進行解碼并結(jié)合所述PLC的狀態(tài)數(shù)據(jù)建立關(guān)于料堆和從堆料機的拋料 滾筒拋出的料流的點的空間坐標，在空間坐標中分離料堆和從堆料機的拋料滾筒拋出的料 流的輪廓，利用料堆的輪廓來識別料堆的波峰，和計算堆料機的大臂上的拋料滾筒與料堆 的波峰之間的距離，并根據(jù)計算結(jié)果向所述PLC發(fā)送堆料機的控制指令；以及所述PLC用于根據(jù)從所述處理器接收到的控制指令來所述堆料機的操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器通過TCP/IP協(xié)議與所述激光掃描儀 進行通信，以及所述處理器通過Rsview Opc服務(wù)器與所述PLC進行數(shù)據(jù)交換。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述激光掃描儀為二維激光掃描儀，并且所述 激光掃描儀的掃描平面位于從拋料滾筒拋出的料流所在的平面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括堆料機大臂俯仰角度，以及 以下各項中的至少一者堆料機的行走位置、堆料機大臂回轉(zhuǎn)角度、滾筒高度和懸臂皮帶機 狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器對所述掃描數(shù)據(jù)進行解碼并結(jié)合所述PLC的狀態(tài)數(shù)據(jù)建立關(guān)于料堆和從 堆料機的拋料滾筒拋出的料流的點的空間坐標包括通過ASCII碼轉(zhuǎn)換機制將所述掃描數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制碼以進行解碼，并從轉(zhuǎn)換后的十進制碼中提取以所述激光掃描儀所在點為 原點、以堆料機大臂的延伸方向為極軸的料堆和拋出的料流的輪廓上各點的極坐標數(shù)據(jù)， 然后使所提取的各點的極坐標數(shù)據(jù)的極角減去所述堆料機大臂俯仰角度，得到以所述激光 掃描儀所在點為原點、以水平方向為極軸的料堆和拋出的料流的輪廓上各點的極坐標數(shù) 據(jù)，最后將所得到的各點的極坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以所述激光掃描儀所在點為原點以水平方向 為χ軸、以豎直方向為y軸的直角坐標數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器在空間坐標中分離料堆和從所述堆料機的拋料滾筒拋出的料流的輪廓包括對料堆和拋出的料流的輪廓上的相鄰兩個點的直角坐標進行一次求導(dǎo)Y’ = (y2-yl)/(x2-xl)，其中xl和x2分別為相鄰兩個點的橫坐標，yl和y2分別為相鄰兩個點 的縱坐標，Y’為一次導(dǎo)數(shù)；再對Y’進行二次求導(dǎo)Y” = (Y’ 2-Υ，1) / (x2-xl)，Y”為二次導(dǎo)數(shù)； 重復(fù)上述兩步，依次對料堆和拋出的料流的輪廓上的所有點進行二次求導(dǎo)，并記錄二 次導(dǎo)數(shù)Y”為零的點；如果某點的二次導(dǎo)數(shù)前后相鄰兩點的導(dǎo)數(shù)符號相反且該點二次導(dǎo)數(shù)為零，則判斷該點 為拋出的料流和料堆相交的拐點A(xa，ya)；橫坐標χ小于該拐點A的橫坐標Xa的所有點構(gòu)成的輪廓為從堆料機的拋料滾筒拋出 的料流，橫坐標χ大于該拐點A的橫坐標Xa的所有點構(gòu)成的輪廓為料堆的輪廓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中， 所述處理器識別所述料堆的波峰包括對分離出的料堆輪廓上的各點的直角坐標(χ，y)進行一次求導(dǎo)Y’ = (y2-yl)/ (x2-xl)，其中xl和χ2分別為相鄰兩個點的橫坐標，yl和y2分別為相鄰兩個點的縱坐標， Y’為一次導(dǎo)數(shù)；記錄一次導(dǎo)數(shù)Y’為零的點，然后對一次導(dǎo)數(shù)Y’為零的點的縱坐標y進行比較，確定y 值最大的點為料堆的波峰點B (xb，yb)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種堆料檢測控制方法及系統(tǒng)，該方法包括利用激光掃描儀對料堆和從堆料機的拋料滾筒拋出的料流進行激光掃描；實時采集掃描數(shù)據(jù)；實時從控制堆料機的PLC讀取所述PLC的狀態(tài)數(shù)據(jù)；對所述掃描數(shù)據(jù)進行解碼并結(jié)合PLC的狀態(tài)數(shù)據(jù)建立關(guān)于料堆和從堆料機的拋料滾筒拋出的料流的點的空間坐標；在空間坐標中分離料堆和從堆料機的拋料滾筒拋出的料流的輪廓；利用料堆的輪廓來識別料堆的波峰；計算堆料機的大臂上的拋料滾筒與料堆的波峰之間的距離，并根據(jù)計算結(jié)果向PLC發(fā)送對所述堆料機的控制指令；所述PLC根據(jù)接收到的控制指令來對所述堆料機的操作。利用本發(fā)明提供的方法和系統(tǒng)，能夠?qū)崟r和精確地判斷出堆料機的大臂和料堆的距離，可以實現(xiàn)堆料機的全自動堆料作業(yè)。
文檔編號G05D27/02GK101937249SQ20101025279
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者劉曉光, 劉鑫, 左德剛, 李長安, 李靖宇, 楊波, 潘攀, 董傳博, 賈壽松 申請人:中國神華能源股份有限公司;神華黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司