一种贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统的制作方法

1.本公开涉及工业生产技术领域，尤其涉及一种贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统。


背景技术：

2.在装煤系统中，贮煤仓顶部的卸料小车可具有使煤料被均匀的装入贮煤仓的功能。卸料小车有机旁操作和远程操作两种功能。其中行走机构为卸料小车中比较大的一个机构，每一个贮煤仓有4个下料区域，为了保证贮煤仓内部煤料均匀分布，卸料小车需要左右移动来满足生产要求。
3.在相关技术中：行走机构配套了10个限位开关，其中，左右各布置了一个机械式极限限位开关，这两个限位开关用来做极限保护，当行走机构失灵时，如果卸料小车碰到这两个限位开关，这两个限位开关会直接切断卸料小车的控制电源，作为最后一道安全防护功能。其余8个限位为接近开关，这8个限位是用来指定卸料小车的卸料区域，每两个限位开关为一个卸料区域，只要卸料小车在卸料区域都可以卸料。
4.然而，相关技术中只通过10个限位来控制行走和定位功能，存在诸多缺点。第一、没有位置识别和同步设备，无法确定卸料小车具体位置。第二、无法对设备进行调速控制，这样也无法实现对卸料小车进行精准对位。第三、中控室无法对卸料小车位置进行实时监控。
5.公开于本技术背景技术部分的信息仅旨在加深对本技术的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本公开提出了一种贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统。包括：控制器、视觉识别阅读头、编码器、变频器和变频电机；
7.所述控制器用于生成控制指令，发送至所述变频器，以控制所述变频电机的运行；
8.所述视觉识别阅读头用于在卸料小车行驶过程中，识别位于设定位置的识别码盘，并将所述设定位置的固定位置信息发送至所述控制器；
9.所述编码器用于：
10.在所述视觉识别阅读头未识别到所述识别码盘时，根据小车车轮转动情况，确定小车的动态位置信息，并发送至所述控制器；以及
11.将小车的各个所述变频电机的转速，发送至所述变频器；
12.所述变频器用于：
13.根据所述控制器的控制指令，控制所述变频电机的运行：以及
14.根据所述编码器发送的各个所述变频电机的转速和扭矩，对各个变频电机的转速和扭矩进行pid调节，使得各个变频电机的转速和扭矩之间保持同步。
15.在一种可能的实现方式中，所述控制器进一步用于：
16.根据所述固定位置信息和/或所述动态位置信息，生成所述控制指令。
17.在一种可能的实现方式中，所述编码器包括第一编码器，用于：
18.在所述视觉识别阅读头未识别到所述识别码盘时，根据小车车轮转动圈数和方向，确定小车的动态位置信息。
19.在一种可能的实现方式中，所述第一编码器还用于：
20.在所述视觉识别阅读头识别到所述识别码盘时，根据所述固定位置信息，对所述动态位置信息进行校正。
21.在一种可能的实现方式中，所述编码器包括第二编码器，用于：
22.将小车的各个所述变频电机的转速转换为脉冲信号，发送至所述变频器。
23.在一种可能的实现方式中，所述变频电机包括第一变频电机和第二变频电机，
24.所述变频器进一步用于：
25.增加第一变频电机的转速，和/或减慢第二变频电机的转速，其中，所述第一变频电机的转速低于所述第二变频电机的转速。
26.在一种可能的实现方式中，所述变频电机包括第一变频电机和第二变频电机，
27.所述变频器进一步用于：
28.增大第一变频电机的扭矩，和/或降低第二变频电机的扭矩，其中，所述第一变频电机的扭矩低于所述第二变频电机的扭矩。
29.在一种可能的实现方式中，所述控制器还用于：
30.根据所述固定位置信息和/或所述动态位置信息确定小车是否进入减速区域；
31.在所述小车进入减速区域的情况下，生成用于减速的控制信号，并发送至所述变频器。
32.在一种可能的实现方式中，所述控制器还用于：
33.根据所述固定位置信息和/或所述动态位置信息确定小车是否越过定位位置；
34.在所述小车越过定位位置的情况下，对变频器频率进行清零，使小车停车。
35.在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：
36.上位控制单元，用于展示所述固定位置信息、动态位置信息、各变频电机的转速、扭矩、电流、电压、故障代码，以及生成对所述控制器的控制信息。
37.根据本公开的实施例的贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统，可通过视觉识别阅读头识别识别码盘，从而确定小车的位置，视觉识别阅读头维护成本低，能够适应恶劣环境。并可通过编码器在所述视觉识别阅读头未识别到所述识别码盘时，实时确定小车的位置，提高对小车的定位精确性。进一步地，可通过变频器来对变频电机进行调速，使得小车的位置控制更加准确。
38.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将更清楚。
附图说明
39.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公
开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。
40.图1示出根据本公开实施例的贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统的示意图；
41.图2示出根据本公开实施例的贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统的案例示意图。
具体实施方式
42.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
43.本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)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，以便这里描述的本公开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。
44.应当理解，在本公开的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。
45.应当理解，在本公开中，“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。
46.应当理解，在本公开中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
47.应当理解，在本公开中，“与a对应的b”、“与a相对应的b”、“a与b相对应”或者“b与a相对应”，表示b与a相关联，根据a可以确定b。根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其他信息确定b。a与b的匹配，是a与b的相似度大于或等于预设的阈值。
48.取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
49.下面以具体地实施例对本公开的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
50.图1示出根据本公开实施例的贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统的示意图，如图1所示，所述系统包括：控制器1、视觉识别阅读头2、编码器3、变频器4和变频电机5，
51.所述控制器1用于生成控制指令，发送至所述变频器4，以控制所述变频电机5的运行；
52.所述视觉识别阅读头2用于在卸料小车行驶过程中，识别位于设定位置的识别码盘，并将所述设定位置的固定位置信息发送至所述控制器1；
53.所述编码器3用于：
54.在所述视觉识别阅读头未识别到所述识别码盘时，根据小车车轮转动情况，确定小车的动态位置信息，并发送至所述控制器1；以及
55.将小车的各个所述变频电机5的转速和扭矩，发送至所述变频器1；
56.所述变频器4用于：
57.根据所述控制器1的控制指令，控制所述变频电机5的运行：以及
58.根据所述编码器3发送的各个所述变频电机5的转速，对各个变频电机5的转速和扭矩进行pid调节，使得各个变频电机5的转速和扭矩之间保持同步。
59.根据本公开的实施例的贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统，可通过视觉识别阅读头识别识别码盘，从而确定小车的位置，视觉识别阅读头维护成本低，能够适应恶劣环境。并可通过编码器在所述视觉识别阅读头未识别到所述识别码盘时，实时确定小车的位置，提高对小车的定位精确性。进一步地，可通过变频器来对变频电机进行调速，使得小车的位置控制更加准确。
60.在一种可能的实现方式中，所述控制器1可包括plc/dcs(programmable logic controller，可编程逻辑控制器/distributed control system，分散控制系统)，可用于在工业生产现场，对生产设备进行控制。该类控制器可适应车间、施工现场、仓库等复杂环境，性能稳定可靠，不易受到外界环境的干扰，且对于控制功能的设计简便易读，可用于对卸料小车进行控制，提升小车的控制精度。plc/dcs可设置在工业生产现场，并与小车上打在的其它设备进行有线或无线通信。
61.在一种可能的实现方式中，所述控制器1也可以是其他控制器，例如，安装在小车上的单片机、fpga(field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列)等类型的处理，本公开对控制器的类型不做限制。
62.在一种可能的实现方式中，所述控制器1可与位于控制室中，并由相关人员进行操作和控制的上位控制单元进行通信，使得所述相关人员可在控制室中，即可获知工业生产现场中的情况，例如，小车的位置、速度等情况。
63.在一种可能的实现方式中，所述视觉识别阅读头1可以是工业摄像头，可在复杂的工业生产现场中使用，且由抗干扰性强，性能稳定，画质清晰等优势，可设置于小车上，并以小车的视角拍摄工业现场的画面，进一步地，视觉识别阅读头1拍摄到的场景，即为小车所处的场景，从而，可利用视觉识别阅读头1拍摄到的标志物(例如，识别码盘)的位置，来确定小车的位置。
64.在一种可能的实现方式中，所述系统中的其他设施，即，编码器3、变频器4和变频电机5，均可设置在小车上，从而对小车的位置、速度、扭矩等信息进行检测，并控制小车的运行。
65.图2示出根据本公开实施例的贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统的案例示意图，如图2所示，plc/dcs可包括电源模块、cpu、以太网模块、高速计数器模块、dp(displayport，数字式视频接口)模块、i/o输入模块和i/o输出模块，用于控制小车的运行，例如，可生成控制指令，发送至变频器，通过变频器控制小车的变频电机，从而控制小车的运行，例如，前进、后退、转向等。
66.在一种可能的实现方式中，小车上可设置视觉识别阅读头(即，图2中的阅读头)，该阅读头可通过解码板对视频信号进行解码，从而将解码后获得的码流传输至plc/dcs的
i/o输入模块。在小车运行的现场，可在多个设定位置(即，已经设定好的固定位置)设置识别码盘，每个识别码盘可写入唯一的标识码，且每个识别码盘的位置是已知的，在视觉识别阅读头拍摄到某个识别码盘时，视觉识别阅读头可读取该识别码盘的标识码，基于该标识码确定该识别码盘的固定位置信息，并传输至plc/dcs，plc/dcs则可确定在此时刻，小车的所处的位置信息即为固定位置信息，即，与该识别码盘的位置一致。
67.在一种可能的实现方式中，所述编码器包括第一编码器，用于：在所述视觉识别阅读头未识别到所述识别码盘时，根据小车车轮转动圈数和方向，确定小车的动态位置信息。在示例中，所述第一编码器可包括自动对位绝对值编码器。可用于检测小车的位置，即，动态位置信息。
68.在一种可能的实现方式中，由于识别码盘是间隔分布的，在小车的行驶过程中，视觉识别阅读头无法时刻拍摄到识别码盘，从而无法时刻获取到固定位置信息，因此，可通过在小车的车轮处设置编码器，通过检测小车车轮的转动圈数和方向来估计小车的动态位置信息，例如，小车可沿直线轨道行驶，则可基于车轮转动的圈数和车轮的周长来确定小车行驶过的路程，进而确定小车的动态位置信息。第一编码器可对小车的车轮的转数进行计数，并产生脉冲信号，第一编码器可与plc/dcs的高速计数模块相连，从而传输高频的计数的数据。
69.在一种可能的实现方式中，在小车行驶过程中，车轮可能发生打滑等现象，从而造成基于车轮转动圈数和方向确定的动态位置信息存在误差。而识别码盘的位置是固定的，可认为是无误差的，因此，可在视觉识别阅读头拍摄到识别码盘的情况下，对动态位置信息进行校正。
70.在一种可能的实现方式中，所述第一编码器还用于：在所述视觉识别阅读头识别到所述识别码盘时，根据所述固定位置信息，对所述动态位置信息进行校正。
71.在一种可能的实现方式中，在所述视觉识别阅读头识别到所述识别码盘时，可确定小车的当前位置信息为固定位置信息，因此，可基于固定位置信息对动态位置信息进行校正，例如，将通过第一编码器确定的动态位置信息设置为固定位置信息，从而可将动态位置信息中的误差清零。在另一示例中，识别码盘也可直接将固定位置信息提供至第一编码器，例如，提供独立的激光脉冲信号，第一编码器可直接接收激光脉冲信号，并获得固定位置信息，从而对动态位置信息进行校正。
72.在一种可能的实现方式中，如上所述，视觉识别阅读头可获取到固定位置信息，编码器可获取到动态位置信息，则在对小车进行控制时，可基于以上获取到的位置信息来进行控制。所述控制器进一步用于：根据所述固定位置信息和/或所述动态位置信息，生成所述控制指令。
73.在示例中，控制器确定小车当前的位置在第5个识别码盘所在的位置，依据装卸需求，可使小车移动到第8个识别码盘所在位置。可基于第5个识别码盘的固定位置信息和第8个识别码盘的固定位置信息，生成控制指令。在小车离开第5个码盘后，中途在未拍摄到其他识别码盘的情况下，可通过第一编码器获得的动态位置信息，时刻监测小车的实时位置，从而向小车传输控制指令，使小车驶向第8个识别码盘的方向，在小车到达第8个识别码盘时，获得第8个识别码盘的固定位置信息，则可确定小车已到达第8个识别码盘所在的位置，可控制器可生成使小车刹车的控制指令，进一步地，还可基于第8个识别码盘的固定位置信
息校正第一编码器获得的动态位置信息。
74.在一种可能的实现方式中，小车的变频电机通常不止一个，如图2所示，小车的变频柜中，可包括两个变频器，控制两个变频电机。变频器可利用同样的控制信号对变频电机进行控制，例如，产生转速、产生扭矩等。然而，由于变频电机的生产工艺或者环境等因素的影响，变频电机基于变频器的控制，产生的响应可能存在差别，例如，针对变频器的相同的产生转速的指令，变频电机实际产生的转速可能存在误差，针对变频器的相同的产生扭矩的指令，变频电机实际产生的扭矩可能存在误差等。
75.在一种可能的实现方式中，由于小车与车轮之间是刚性连接，车轮被变频电机驱动，而如果变频电机互相之间的扭矩、转速等存在误差，则可能对小车自身产生扭力，从而使小车产生拉伸扭曲等变形，影响小车的使用寿命。
76.在一种可能的实现方式中，基于以上问题，编码器还可实时检测各个变频电机的转速，并发送至变频器，使得变频器可基于检测结果进行调整。所述编码器包括第二编码器，用于：将小车的各个所述变频电机的转速转换为脉冲信号，发送至所述变频器。
77.在一种可能的实现方式中，变频器可与第二编码器共同进行力矩的检测与控制。例如，所述变频电机包括第一变频电机和第二变频电机，如果第二编码器检测到的两个变频电机的转速存在差别，则变频器可对两个电机的转速进行pid调节，使得二者之间的转速保持同步。所述变频器进一步用于：增加第一变频电机的转速，和/或减慢第二变频电机的转速，其中，所述第一变频电机的转速低于所述第二变频电机的转速。即，使转速较大的变频电机的转速减小，和/或使转速较小的变频电机的转速增大，从而缩小两个变频电机的转速差距。
78.在一种可能的实现方式中，如果两个变频电机的扭矩存在差别，则变频器可对两个电机的扭矩进行pid调整，使得二者之间的扭矩保持同步。所述变频器进一步用于：增大第一变频电机的扭矩，和/或降低第二变频电机的扭矩，其中，所述第一变频电机的扭矩低于所述第二变频电机的扭矩。即，使扭矩较大的变频电机的扭矩减小，和/或使扭矩较小的变频电机的扭矩增大，从而缩小两个变频电机的扭矩差距。
79.在一种可能的实现方式中，如果小车中还包括更多变频电机，也可通过以上处理，缩小各个变频电机的转速和扭矩之间的差距，从而减小对小车的扭力。
80.通过这种方式，可通过减小各个变频电机之间的扭矩和转速的差距，来减小对小车的扭力，减少小车的拉伸扭曲变形，提升小车的使用寿命。
81.在一种可能的实现方式中，变频器可通过改变频率，来实现对于变频电机的转速和扭矩的控制，实现对于小车位置的精确控制。在示例中，变频器可实现0-50hz的连续无级变速。变频器可通过dp模块与plc/dcs相连。
82.在一种可能的实现方式中，变频器可包括制动控制单元，可基于控制器的减速、刹车等控制指令，控制变频电机进行减速、刹车等动作。并且，变频器可包括制动电阻，可在减速时将动能转换为热能进行释放，从而使得小车减速。
83.在一种可能的实现方式中，所述控制器还用于：根据所述固定位置信息和/或所述动态位置信息确定小车是否进入减速区域；在所述小车进入减速区域的情况下，生成用于减速的控制信号，并发送至所述变频器。
84.在一种可能的实现方式中，控制器可持续获取小车的位置，如果基于获取到的固
定位置信息和/或动态位置信息，可确定小车进入减速区域，控制器可生成减速的控制信号并发送至变频器，使得变频器控制变频电机减速，并精确控制小车停在停止位置，例如，停车的误差可控制在
±
20mm之内。
85.在一种可能的实现方式中，还可设定小车的定位位置，并使小车停车的位置不超过定位位置。所述控制器还用于：根据所述固定位置信息和/或所述动态位置信息确定小车是否越过定位位置；在所述小车越过定位位置的情况下，对变频器频率进行清零，使小车停车。
86.在一种可能的实现方式中，如果小车在对位时超过了定位位置，则控制器对变频器频率进行清零，使得变频电机停车，从而使得小车停车，此时小车只能进行反向操作，即，向相反方向行驶。变频器可控制变频电机反向转动，使小车反向行驶，从而回到定位位置。并且，还可时刻监控小车的实时位置，并反复迭代上述处理，直到小车精准地停在定位位置，例如，使得停车的误差控制在
±
3mm之内。
87.在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：上位控制单元，用于展示所述固定位置信息、动态位置信息、各变频电机的转速、扭矩、电流、电压、故障代码，以及生成对所述控制器的控制信息。如图2所示，上位控制单元例如cmms(设备维护与管理系统)柜，可与plc/dcs相连，从而展示所述固定位置信息、动态位置信息、各变频电机的转速和扭矩，还可显示电流、电压、故障代码等信息，并可对plc/dcs进行控制，例如，相关人员可在cmms柜输入指令，则cmms柜可将输入的指令转换为对plc/dcs进行控制的控制信息，从而控制plc/dcs执行相应的处理。
88.根据本公开的实施例的贮煤仓顶部卸料小车自动对位系统，可通过视觉识别阅读头识别识别码盘，从而确定小车的位置，视觉识别阅读头维护成本低，能够适应恶劣环境。并可通过第一编码器在所述视觉识别阅读头未识别到所述识别码盘时，实时确定小车的位置，提高对小车的定位精确性，还可通过第二编码器检测变频电机的转速和扭矩，使得变频器可缩小各变频电机的转速和扭矩之间的差距，减小对于小车的扭力，增长小车的使用寿命。进一步地，可通过变频器来对变频电机进行调速，还可在小车进入减速区域或到达定位位置时，精确控制小车的位置，降低停车的位置误差。
89.可以理解，本公开提及的上述实施例，在不违背原理逻辑的情况下，均可以彼此相互结合形成结合后的实施例，限于篇幅，本公开不再赘述。本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
90.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本公开中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本公开披露的各实施例。