物料测量方法和系统与流程

本发明涉及自动化控制技术领域，具体地涉及一种物料测量方法和系统。

背景技术：

皮带输送机是输送物料的基本设备，广泛应用在生产各环节中，如发电厂、港口、矿山、食品加工等，由于物料输送自动化控制和安全生产的需要，对于皮带输送机实时物料质量的检测和实时料流的监控有一定的需求。当前在物料质量检测方面，已应用的皮带秤有电子皮带秤、核子皮带秤和激光皮带秤等，这些皮带秤以单纯称量物料质量为主；在实时料流的监控方面，主要采用工业电视和大物料保护装置，采用工业电视监控皮带实时画面存在对人员和现场照明的要求较高，且往往清晰度和镜头数量不足，不能准确及时发现危及皮带运行安全的异物。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的在皮带输送物料时，不能准确及时发现危及皮带运行安全的异物问题，提供一种物料测量方法和系统，实现自动监控，准确及时发现危及皮带运行安全的异物，减轻工作人员工作量。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种物料测量方法，包括：

获取皮带上物料的第一截面线数据；

根据所述第一截面线数据，计算得到对应物料的截面积与平均曲率的比值，所述平均曲率为所述第一截面线数据对应的曲线的平均曲率；

根据所述比值与预设比值范围的比较结果，提供物料中是否存在异形物体的提示信息，所述预设比值范围为物料中不存在异形物体时对应的截面积与平均曲率的比值范围。

进一步地，所述方法还包括：

获取皮带空载时皮带上的第二截面线数据；

所述根据所述第一截面线数据，计算得到对应物料的截面积与平均曲率的比值包括：

根据所述第一截面线数据和第二截面线数据，得到对应物料的截面积；

计算所述第一截面线数据对应的曲线的平均曲率；

计算得到所述截面积与平均曲率的比值。

进一步地，所述根据所述比值与预设比值范围的比较结果，提供物料中是否存在异形物体的提示信息包括：

当所述比值超出所述预设比值范围时，提供物料中存在异形物体的报警信号。

进一步地，所述方法还包括：

当所述比值与预设最大限值的差值大于所述预设最大限值的规定比例时，发出停机信号，所述预设最大限值为所述预设比值范围内的最大值。

进一步地，所述方法还包括：

获取皮带速度，以及皮带上的物料密度；

根据所述截面积、皮带速度、间隔时间和所述物料密度，计算得到皮带上的物料质量，其中所述物料质量与预设质量范围的比较结果与所述皮带速度相关联。

进一步地，所述方法还包括：

根据所述截面积、皮带速度和间隔时间，仿真并显示所述间隔时间内的物料图像。

本发明第二方面提供一种物料测量系统，包括物料测量装置和数据处理装置，其中，所述物料测量装置，安装在皮带上方，用于获取皮带上物料的第一截面线数据；

所述数据处理装置对所述物料测量装置的测量数据进行处理，包括：

比值计算单元，用于根据所述第一截面线数据，计算得到对应物料的截面积与平均曲率的比值，所述平均曲率为所述第一截面线数据对应的曲线的平均曲率；

信息提示单元，用于根据所述比值与预设比值范围的比较结果，提供物料中是否存在异形物体的提示信息，所述预设比值范围为物料中不存在异形物体时对应的截面积与平均曲率的比值范围。

进一步地，所述物料测量装置还用于获取皮带空载时皮带上的第二截面线数据；

所述比值计算单元包括：

截面积计算模块，用于根据所述第一截面线数据和第二截面线数据，得到对应物料的截面积；

平均曲率计算模块，用于计算所述第一截面线数据对应的曲线的平均曲率；

比值模块，用于计算得到所述截面积与平均曲率的比值。

进一步地，所述信息提示单元还用于当所述比值超出所述预设比值范围时，提供物料中存在异形物体的报警信号。

进一步地，所述数据处理装置还包括处理单元，用于当所述比值与预设最大限值的差值大于所述预设最大限值的规定比例时，发出停机信号，所述预设最大限值为所述预设比值范围内的最大值。

进一步地，所述物料测量系统还包括：

皮带速度检测装置，用于获取皮带速度；

在线密度测量装置，用于获取皮带上的物料密度；

所述数据处理装置还包括质量计算单元，用于根据所述截面积、皮带速度、间隔时间和所述物料密度，计算得到皮带上的物料质量，其中，所述物料质量与预设质量范围的比较结果与所述皮带速度相关联。

进一步地，所述数据处理装置还包括仿真单元，用于根据所述截面积、皮带速度和间隔时间，仿真所述间隔时间内的物料图像；以及显示单元，用于显示所述间隔时间内的物料图像。

通过上述技术方案，根据皮带上物料的第一截面线数据，计算得到对应物料的截面积与平均曲率的比值，由所述比值与预设比值范围的比较结果，判断所述物料中是否存在异形物体，解决了不能准确及时发现危及皮带运行安全的异物问题，实现自动监控，准确及时发现危及皮带运行安全的异物，并减轻工作人员工作量。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种物料测量方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的皮带承载物料时获取到第一截面线数据的示意图；

图3是本发明实施例提供的皮带空载时获取到第二截面线数据的示意图；

图4是本发明实施例提供的获取到物料截面积的示意图；

图5是本发明实施例提供的获取到第三截面线数据的示意图；

图6是本发明实施例提供的获取到物料截面积的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种物料测量系统的示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种物料测量系统的示意图；

图9是本发明实施例提供的又一种物料测量系统的示意图；

图10是本发明实施例提供的再一种物料测量系统的示意图；

图11是本发明实施例提供的再又一种物料测量系统的示意图；

图12是本发明实施例提供的物料测量系统工作的架构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明实施例提供一种物料测量方法，执行主体为物料测量系统，该系统中包括物料测量装置，所述方法包括如下步骤：

101、获取皮带上物料的第一截面线数据。

当皮带上承载物料时，物料测量装置测得的皮带上物料的第一截面线数据a1，对应于图2所示的物料测量装置扫描的划线区域，而图2中标注的11表示为第一截面线数据对应的第一截面线。

102、根据所述第一截面线数据，计算得到对应物料的截面积与平均曲率的比值，所述平均曲率为所述第一截面线数据对应的曲线的平均曲率。

由于大部分异形物体在高度上比较突出，可以在皮带上方设置一个基准线，将该基准线与所述第一截面线围成的面积作为对应物料的截面积。

在不同的实施方式中，可以将皮带空载时的上表面截面线作为基准线。例如，在初次使用时，先获取皮带空载时，皮带上的第二截面线数据a2，对应于图3所示的物料测量装置扫描的划线区域，而图3中标注的12表示为第二截面线数据对应的第二截面线。

其中，第一截面线11与第二截面线12围成的面积即为对应物料的截面积，如图4中所示的截面积13。而根据物料测量装置得到的第二截面线数据a2与第一截面线数据a1之间的差值，即得到对应物料的截面积s＝a2-a1。

再根据所述第一截面线数据对应的曲线，即第一截面线11，计算得到第一截面线11的平均曲率。

对于平均曲率的计算可参照现有技术中平均曲率的计算公式：

计算得到所述第一截面线数据对应的曲线的平均曲率，其中，表示平均曲率，表示所述第一截面线数据对应的曲线上切线变化的角度，δs表示所述第一截面线数据对应的曲线长度。

然后，计算得到所述截面积s与平均曲率的比值，即g表示为所述截面积与平均曲率的比值。

或者，在所述皮带上方设置第三截面线，如图5中标注的14为第三截面线，其中第一截面线11与第三截面线14围成的面积即为对应物料的截面积，如图6中所示的截面积15。而根据物料测量装置得到的第三截面线对应的第三截面线数据a3与第一截面线数据a1之间的差值，即得到对应物料的截面积s′＝a2-a1。

再根据上述计算平均曲率的公式得到第一截面线11的平均曲率，然后，计算得到所述截面积s′与平均曲率的比值，即g′表示为所述截面积与平均曲率的比值。

通过上述两种方式均可以得到对应物料的截面积，从而得到对应物料的截面积与平均曲率的比值。这里并不限定使用哪一种方式，其中，优选为皮带空载时得到的第二截面线数据，从而对应得到的截面积。

103、根据所述比值与预设比值范围的比较结果，提供物料中是否存在异形物体的提示信息，所述预设比值范围为物料中不存在异形物体时对应的截面积与平均曲率的比值范围。

将所述比值与预设比值范围进行比较，当所述比值在所述预设比值范围内时，表示所述物料中不存在异形物体，当所述比值超出所述预设比值范围时，表示所述物料中存在异形物体，则可以提供物料中存在异形物体的报警信号，以便提醒工作人员采取相应的措施。

另外，当所述比值与所述预设最大限值的差值大于所述预设最大限值的规定比例时，发出停机信号，即所述物料中可能存在超大体积的异形物体，存在损坏其他设备的危险性，故直接发出停机信号处理。其中，所述预设最大限值为所述预设比值范围内的最大值。

通过上述技术方案，根据皮带上物料的第一截面线数据，计算得到对应物料的截面积与平均曲率的比值，由所述比值与预设比值范围的比较结果，判断所述物料中是否存在异形物体，解决了不能准确及时发现危及皮带运行安全的异物问题，实现自动监控，准确及时发现危及皮带运行安全的异物，并减轻工作人员工作量。

本发明的另一实施例中，所述物料测量系统还包括皮带速度检测装置和在线密度测量装置，可以分别获取皮带速度，以及皮带上的物料密度。

根据所述截面积、皮带速度、间隔时间和所述物料密度，计算得到皮带上的物料质量。

其中，通过上述步骤102已经得到截面积s，由皮带速度检测装置得到单位时间内的皮带速度v，间隔时间t，得到物料的体积v＝s*v*t，物料的体积与在线密度测量装置得到的物料密度q求积处理，即得到皮带上的物料质量m＝v*q。

另外，所述物料质量与预设质量范围的比较结果与所述皮带速度相关联，当所述物料质量在所述预设质量范围内时，无需调节皮带速度；当所述物料质量低于所述预设质量范围时，降低皮带速度，以便皮带上承载更多物料，提高传送效率；当所述物料质量超过所述预设质量范围时，提高皮带速度，以便减少皮带上的物料，保护皮带不会被压坏，实现了对皮带输送的安全节能调控。

在本发明的另一实施例中，根据所述截面积、皮带速度和间隔时间，仿真并显示所述间隔时间内的物料图像。

其中，通过上述步骤102已经得到截面积s，由皮带速度检测装置得到单位时间内的皮带速度v，间隔时间t，得到物料的体积v＝s*v*t，通过现有的仿真图像处理方法，可以将仿真得到的所述间隔时间内的物料图像显示出来，例如在间隔时间内获得了多个瞬时物料的截面积之后，可以利用现有的图像处理技术，得到所述间隔时间内的物料轮廓图像，则使工作人员更加直观清晰的观察物料状态，避免了现有技术中通过摄像头获取物料图像受周围环境光线的影响，减轻人员的工作压力和强度。

相应的，本发明还提供一种物料测量系统70，如图7所示，包括物料测量装置71和数据处理装置72，

其中，所述物料测量装置71，安装在皮带上方，用于获取皮带上物料的第一截面线数据。

其中，所述物料测量装置的安装高度应高于物料高度，属于非接触测量，同时所述物料测量装置的扫描面应垂直于皮带对称轴线和皮带底部切面，并且需要保证扫描范围大于皮带宽度。

另外，所述物料测量装置要求具有测量速度快、寿命长抗老化、防水防尘自清洁、耐震动、温度范围广(-20℃至+55℃)、防爆等功能，因此，所述物料测量装置的测量媒介可以为激光、超声波、微波、雷达等。

所述数据处理装置72对所述物料测量装置71的测量数据进行处理，包括：

比值计算单元721，用于根据所述第一截面线数据，计算得到对应物料的截面积与平均曲率的比值，所述平均曲率为所述第一截面线数据对应的曲线的平均曲率；

信息提示单元722，用于根据所述比值与预设比值范围的比较结果，提供物料中是否存在异形物体的提示信息，所述预设比值范围为物料中不存在异形物体时对应的截面积与平均曲率的比值范围。

通过上述技术方案，根据皮带上物料的第一截面线数据，计算得到对应物料的截面积与平均曲率的比值，由所述比值与预设比值范围的比较结果，判断所述物料中是否存在异形物体，解决了不能准确及时发现危及皮带运行安全的异物问题，实现自动监控，准确及时发现危及皮带运行安全的异物，并减轻工作人员工作量。

进一步地，如图8所示，所述物料测量装置71还用于获取皮带空载时皮带上的第二截面线数据；

所述比值计算单元721包括：

截面积计算模块81，用于根据所述第一截面线数据和第二截面线数据，得到对应物料的截面积；

平均曲率计算模块82，用于计算所述第一截面线数据对应的曲线的平均曲率；

比值模块83，用于计算得到所述截面积与平均曲率的比值。

进一步地，所述信息提示单元722还用于当所述比值超出所述预设比值范围时，提供物料中存在异形物体的报警信号。

进一步地，如图9所示，所述数据处理装置72还包括处理单元723，用于当所述比值与预设最大限值的差值大于所述预设最大限值的规定比例时，发出停机信号，所述预设最大限值为所述预设比值范围内的最大值。

进一步地，如图10所示，所述物料测量系统70还包括：

皮带速度检测装置73，用于获取皮带速度；

在线密度测量装置74，用于获取皮带上的物料密度；

所述数据处理装置72还包括质量计算单元724，用于根据所述截面积、皮带速度、间隔时间和所述物料密度，计算得到皮带上的物料质量，其中，所述物料质量与预设质量范围的比较结果与所述皮带速度相关联。

进一步地，如图11所示，所述数据处理装置72还包括仿真单元725，用于根据所述截面积、皮带速度和间隔时间，仿真所述间隔时间内的物料图像；以及显示单元726，用于显示所述间隔时间内的物料图像。

如图12所示，本发明实施例还提供一种物料测量系统工作的架构示意图，图中包括物料测量系统中的物料测量装置71，数据处理装置72，皮带速度检测装置73，在线密度测量装置74，仿真单元725和显示单元726，还包括程控装置75和变频器76。

其中，所述程控装置75，用于接收报警信号和停机信号，还用于接收所述物料质量与预设质量范围的比较结果，并根据所述比较结果控制变频器54，从而改变皮带电动机的转速，实现皮带的优化节能运行。

所述数据处理装置72、仿真单元725以及显示单元726可以安装在控制室中。

其中，所述数据处理装置72不与所述程控装置75共用，可以降低系统开发的难度和减轻程控装置的负担。

本发明通过物料测量装置在线测量皮带输送机上物料的截面形状，将数据通过仿真单元和显示单元，在显示器上显示仿真出皮带上的物料的真实实体情况，并实施物料监控，一是可以准确发现危及皮带运行安全的异物，减轻运行人员工作量；二可以实时输出物料质量数据，进而实现对皮带输送机驱动设备的节能控制；三可以提供清晰的实时物料状态画面，供运行人员调节、监控上料量。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。