专利名称：堆料检测控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及堆料机操控领域，更具体地，涉及一种堆料检测控制方法及系统。
背景技术：
目前，煤炭港口的堆料机操作一般都通过人工操作来进行控制，人工控制堆料机 的过程如下司机根据中控人员的指令，将堆料机开到指定位置后，将堆料机大臂旋转一定 的角度(例如56. 6° )，然后根据场垛高低将堆料机大臂俯仰到合适位置，再启动悬臂皮带 机开始堆料作业，司机观察料堆与大臂上的抛料滚筒的距离，如果料堆与大臂上的抛料滚 筒的距离小于1. 5米，则司机判断大臂高度是否高于18米，如果司机判断大臂高度低于18 米，则控制堆料机将堆料机的大臂抬高，保持大臂与料堆相距2. 5米左右，并继续通过皮带 机传输矿料进行堆料作业，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 机则控制堆料机向堆场的空侧行走3至4米，并在该处继续进行堆料作业，直到堆料作业完 毕。在上述堆料作业过程中，从开始作业到作业完毕，全部是在中控人员的指令调动 下由堆料机司机手动控制堆料机来完成的。虽然上述过程中控制堆料机行走和大臂俯仰的 操作可以通过PLC控制实现自动化，但是观察堆料与大臂的距离的步骤需要依赖司机的判 断，该步骤很难通过PLC来自动实现，这也是煤炭港口的堆料作业一直无法实现全自动控 制的最大原因。为了解决这个问题，目前各大港口尝试采用了以下测试技术来判断堆料与大臂的 距离悬挂式倾斜开关检测、超声波检测、红外线检测、单点式激光测距开关检测、微波雷达 检测等，这些技术手段都存在一些缺点从而无法与PLC配合实现真正意义上的无人堆料控 制。下面在表1中列出了上述检测技术的缺点。表 权利要求
一种堆料检测控制方法，该方法包括以下步骤1)利用激光扫描仪对料堆和从堆料机的抛料滚筒抛出的料流进行激光扫描；2)实时采集扫描数据；3)实时从控制所述堆料机的PLC读取所述PLC的状态数据；4)对所述扫描数据进行解码并结合所述PLC的状态数据建立关于料堆和从堆料机的抛料滚筒抛出的料流的点的空间坐标；5)在空间坐标中分离料堆和从所述堆料机的抛料滚筒抛出的料流的轮廓；6)利用料堆的轮廓来识别料堆的波峰；7)计算所述堆料机的大臂上的抛料滚筒与料堆的波峰之间的距离，并根据计算结果向所述PLC发送对所述堆料机的控制指令；8)所述PLC根据接收到的控制指令来所述堆料机的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤1)中，所述激光扫描仪为二维激光扫描仪，并且所述激光扫描仪的扫描平 面位于从抛料滚筒抛出的料流所在的平面上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述状态数据包括堆料机大臂俯仰角度，以及以下各项中的至少一者堆料机的行走 位置、堆料机大臂回转角度、滚筒高度和悬臂皮带机状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述步骤4)中，通过ASCII码转换机制将所述扫描数据转换成十进制码以进行解 码，并从转换后的十进制码中提取以所述激光扫描仪所在点为原点、以堆料机大臂的延伸 方向为极轴的料堆和抛出的料流的轮廓上各点的极坐标数据，然后使所提取的各点的极坐 标数据的极角减去所述堆料机大臂俯仰角度，得到以所述激光扫描仪所在点为原点、以水 平方向为极轴的料堆和抛出的料流的轮廓上各点的极坐标数据，最后将所得到的各点的极 坐标数据转换成以所述激光扫描仪所在点为原点以水平方向为χ轴、以竖直方向为y轴的 直角坐标数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤4)中，在得到以所述激光扫描仪所在点为原点、以水平方向为极轴的料堆和抛 出的料流的轮廓上各点的极坐标数据之后，以及在将所得到的各点的极坐标数据转换成直 角坐标数据之前，先通过中值滤波算法对所述各点的极坐标数据进行滤波。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤4)中，在得到以所述激光扫描仪所在点为原点、以水平方向为极轴的料堆和抛 出的料流的轮廓上各点的极坐标数据之后，以及在将所得到的所述各点的极坐标数据转换 成直角坐标数据之前，先通过拟合算法对丢失的点的极坐标数据进行数据补齐。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤5)中，通过以下步骤来分离料堆和从所述堆料机的抛料滚筒抛出的料流的轮廓对料堆和抛出的料流的轮廓上的相邻两个点的直角坐标进行一次求导Y’ = (y2-yl)/(x2-xl)，其中xl和x2分别为相邻两个点的横坐标，yl和y2分别为相邻两个点 的纵坐标，Y’为一次导数；再对Y’进行二次求导:r’ = (Y’ 2-r 1) / (x2-xi)，γ”为二次导数；重复上述两步，依次对料堆和抛出的料流的轮廓上的所有点进行二次求导，并记录二 次导数Y”为零的点；如果某点的二次导数前后相邻两点的导数符号相反且该点二次导数为零，则判断该点 为抛出的料流和料堆相交的拐点A(xa，ya)；横坐标X小于该拐点A的横坐标Xa的所有点构成的轮廓为从堆料机的抛料滚筒抛出 的料流，横坐标χ大于该拐点A的横坐标Xa的所有点构成的轮廓为料堆的轮廓。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤6)中，通过以下步骤来识别所述料堆的波峰对分离出的料堆轮廓上的各点的直角坐标(χ，y)进行一次求导Y’ = (y2-yl)/ (x2-xl)，其中xl和χ2分别为相邻两个点的横坐标，yl和y2分别为相邻两个点的纵坐标， Y’为一次导数；记录一次导数Y’为零的点，然后对一次导数Y’为零的点的纵坐标y进行比较，确定y 值最大的点为料堆的波峰点B (xb，yb)。
9.一种堆料检测控制系统，该系统包括激光扫描仪、处理器、PLC，所述激光扫描仪与所 述处理器连接，所述处理器与所述PLC连接，其中所述激光扫描仪用于对料堆和从堆料机的抛料滚筒抛出的料流进行激光扫描；所述处理器用于从激光扫描仪实时采集扫描数据，从所述PLC实时读取PLC的状态数 据，对所述扫描数据进行解码并结合所述PLC的状态数据建立关于料堆和从堆料机的抛料 滚筒抛出的料流的点的空间坐标，在空间坐标中分离料堆和从堆料机的抛料滚筒抛出的料 流的轮廓，利用料堆的轮廓来识别料堆的波峰，和计算堆料机的大臂上的抛料滚筒与料堆 的波峰之间的距离，并根据计算结果向所述PLC发送堆料机的控制指令；以及所述PLC用于根据从所述处理器接收到的控制指令来所述堆料机的操作。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理器通过TCP/IP协议与所述激光扫描仪 进行通信，以及所述处理器通过Rsview Opc服务器与所述PLC进行数据交换。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述激光扫描仪为二维激光扫描仪，并且所述 激光扫描仪的扫描平面位于从抛料滚筒抛出的料流所在的平面上。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述状态数据包括堆料机大臂俯仰角度，以及 以下各项中的至少一者堆料机的行走位置、堆料机大臂回转角度、滚筒高度和悬臂皮带机 状态。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器对所述扫描数据进行解码并结合所述PLC的状态数据建立关于料堆和从 堆料机的抛料滚筒抛出的料流的点的空间坐标包括通过ASCII码转换机制将所述扫描数 据转换成十进制码以进行解码，并从转换后的十进制码中提取以所述激光扫描仪所在点为 原点、以堆料机大臂的延伸方向为极轴的料堆和抛出的料流的轮廓上各点的极坐标数据， 然后使所提取的各点的极坐标数据的极角减去所述堆料机大臂俯仰角度，得到以所述激光 扫描仪所在点为原点、以水平方向为极轴的料堆和抛出的料流的轮廓上各点的极坐标数 据，最后将所得到的各点的极坐标数据转换成以所述激光扫描仪所在点为原点以水平方向 为χ轴、以竖直方向为y轴的直角坐标数据。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述处理器在空间坐标中分离料堆和从所述堆料机的抛料滚筒抛出的料流的轮廓包括对料堆和抛出的料流的轮廓上的相邻两个点的直角坐标进行一次求导Y’ = (y2-yl)/(x2-xl)，其中xl和x2分别为相邻两个点的横坐标，yl和y2分别为相邻两个点 的纵坐标，Y’为一次导数；再对Y’进行二次求导Y” = (Y’ 2-Υ，1) / (x2-xl)，Y”为二次导数； 重复上述两步，依次对料堆和抛出的料流的轮廓上的所有点进行二次求导，并记录二 次导数Y”为零的点；如果某点的二次导数前后相邻两点的导数符号相反且该点二次导数为零，则判断该点 为抛出的料流和料堆相交的拐点A(xa，ya)；横坐标χ小于该拐点A的横坐标Xa的所有点构成的轮廓为从堆料机的抛料滚筒抛出 的料流，横坐标χ大于该拐点A的横坐标Xa的所有点构成的轮廓为料堆的轮廓。
15.根据权利要求14所述的系统，其中， 所述处理器识别所述料堆的波峰包括对分离出的料堆轮廓上的各点的直角坐标(χ，y)进行一次求导Y’ = (y2-yl)/ (x2-xl)，其中xl和χ2分别为相邻两个点的横坐标，yl和y2分别为相邻两个点的纵坐标， Y’为一次导数；记录一次导数Y’为零的点，然后对一次导数Y’为零的点的纵坐标y进行比较，确定y 值最大的点为料堆的波峰点B (xb，yb)。
全文摘要
本发明提供了一种堆料检测控制方法及系统，该方法包括利用激光扫描仪对料堆和从堆料机的抛料滚筒抛出的料流进行激光扫描；实时采集扫描数据；实时从控制堆料机的PLC读取所述PLC的状态数据；对所述扫描数据进行解码并结合PLC的状态数据建立关于料堆和从堆料机的抛料滚筒抛出的料流的点的空间坐标；在空间坐标中分离料堆和从堆料机的抛料滚筒抛出的料流的轮廓；利用料堆的轮廓来识别料堆的波峰；计算堆料机的大臂上的抛料滚筒与料堆的波峰之间的距离，并根据计算结果向PLC发送对所述堆料机的控制指令；所述PLC根据接收到的控制指令来对所述堆料机的操作。利用本发明提供的方法和系统，能够实时和精确地判断出堆料机的大臂和料堆的距离，可以实现堆料机的全自动堆料作业。
文档编号G05D27/02GK101937249SQ20101025279
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者刘晓光, 刘鑫, 左德刚, 李长安, 李靖宇, 杨波, 潘攀, 董传博, 贾寿松 申请人:中国神华能源股份有限公司;神华黄骅港务有限责任公司