一种用于刮板取料机的取料控制系统及取料方法技术方案

本发明专利技术一种用于刮板取料机的取料控制系统及取料方法。系统包括：设置于刮板取料机本体上的取料机测控子系统、设置于卸料车本体上的卸料车测控子系统以及设置于中控室的中央控制系统，所述取料机测控子系统及卸料车测控子系统均与所述中央控制系统通信连接；所述取料机测控子系统包括取料机点云数据采集设备、取料机数据融合设备、取料机姿态采集设备以及取料机PLC控制系统；所述卸料车测控子系统包括卸料车点云数据采集设备、卸料车数据融合设备、卸料车位置采集设备以及卸料车PLC控制系统；所述中央控制系统包括图像处理服务器、策略执行服务器以及中控室PLC控制系统。本发明专利技术改善了刮板取料机操作人员的工作环境，降低人力成本，提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于刮板取料机的取料控制系统及取料方法
本专利技术涉及工程控制领域，具体而言，尤其涉及一种用于刮板取料机取料作业的控制系统及取料方法。
技术介绍
在钢铁厂的条形原料场中，主要取料设备是刮板取料机。研究刮板取料机的全自动控制方法，对于提高取料机的作业效率、优化作业流程、降低人工成本具有重要意义。随着传感器和自控技术的发展，刮板取料机的自动化水平有了一定的发展。但由于料堆形状的多样性(图1-图4)，不能实现整个取料过程的全自动化生产。对于图1的物料堆型，可以实现自动取料功能。对于图2-图4的物料堆型，特别是靠近料隔墙边的物料，不具备自动取料功能。现有刮板取料机自动取料技术，在系统配置方案上，主要实现方式是：依靠大量的测距传感器并配合简单的取料模型来实现。这种实现方案的缺点主要体现在系统成本较高，并且由于刮板机的模型较为简单，导致计算精度较低，因此很大程度上依赖测距传感器的辅助，这样一来，大量硬件检测结果的误差累积会降低整个系统的控制精度。随着扫描成像技术的发展，近年来采用在刮板机大臂一侧安装一台3维激光扫描仪，用于获取料场内的点云坐标数据。此方案存在如下不足之处：第一，由于机械遮挡，一台扫描仪无法同时采集刮板机两侧料场内的点云数据。刮板机必须空走一段距离才能采集到遮挡区数据，采集效率较低。第二，利用编码器作为取料机的位置检测手段有可能给全自动化运行带来困扰，这是因为编码器有其自身的局限性，在料场的工程应用经验中，编码器存在打滑、跳变等现象，将导致位置检测的不准确。
技术实现思路
根据上述提出的料堆位置检测不准确的技术问题，而提供一种用于刮板取料机取料作业的控制系统及取料方法。本专利技术主要利用高效的3维扫描仪料堆建模技术，并且基于料堆的3维模型，结合刮板取料机的检测控制系统，通过智能控制算法建立一套刮板取料机智能控制系统。本专利技术采用的技术手段如下：一种用于刮板取料机取料作业的控制系统，包括：设置于刮板取料机本体上的取料机测控子系统、设置于卸料车本体上的卸料车测控子系统以及设置于中控室的中央控制系统，所述取料机测控子系统及卸料车测控子系统均与所述中央控制系统通信连接；所述取料机测控子系统包括取料机点云数据采集设备、取料机数据融合设备、取料机姿态采集设备以及取料机PLC控制系统，所述取料机点云数据采集设备用于从刮板取料机一侧提取第一料堆外轮廓数据，并将提取的数据发送至取料机数据融合设备处理后生成料堆表面的第一点云坐标，所述取料机姿态采集设备用于采集取料机的姿态数据，并发送至取料机PLC控制系统；所述卸料车测控子系统包括卸料车点云数据采集设备、卸料车数据融合设备、卸料车位置采集设备以及卸料车PLC控制系统，所述卸料车点云数据采集设备用于从卸料车一侧提取第二料堆外轮廓数据，并将提取的数据发送至卸料车数据融合设备处理后生成料堆表面的第二点云坐标，所述卸料车位置采集设备用于采集卸料车的位置数据，并发送至卸料车PLC控制系统；所述中央控制系统包括图像处理服务器、策略执行服务器以及中控室PLC控制系统，所述图像处理服务器用于接收料堆表面的第一点云坐标和料堆表面的第二点云坐标，并对二者进行融合处理后生成料堆的三维点云数据，进行料堆的三维成像显示，所述策略执行服务器接收接收管理系统下发的调度指令、作业指令以及作业参数，结合料堆的三维点云数据，生成控制指令发送至中控室PLC控制系统，并经由所述中控室PLC控制系统分别下达至取料机PLC控制系统和卸料车PLC控制系统。进一步地，所述取料机点云数据采集设备设置于刮板取料机大臂平台，随取料机一起移动；所述卸料车点云数据采集设备设置于卸料车上，随卸料车一起移动。进一步地，所述取料机点云数据采集设备和卸料车点云数据采集设备采用3维激光扫描仪。进一步地，所述取料机点云数据采集设备采用2维激光扫描仪搭载旋转云台，所述取料机数据融合设备将取料机点云数据采集设备采集的2维点云数据和云台旋转角度数据进行融合计算，使计算结果为能够反映料场表面的第一点云坐标；所述卸料车点云数据采集设备采用2维激光扫描仪搭载旋转云台，所述卸料车数据融合设备将卸料车点云数据采集设备采集的2维点云数据和云台旋转角度数据进行融合计算，使计算结果为能够反映料场表面的第二点云坐标。进一步地，所述第一点云坐标和第二点云坐标均为欧几里德坐标空间下的三维坐标。进一步地，所述图像处理服务器还用于进行点云数据的压缩存储，以便进行物料统计分析和历史数据查询。进一步地，所述取料机姿态采集设备包括电磁式位置检测母线、编码器、倾角仪，分别用于对取料机的走行位置和俯仰角度进行实时测量。进一步地，所述取料机姿态采集设备还包括用于校验的编码器或RFID设备。一种基于上述系统的取料方法，包括：由取料机点云数据采集设备采集料堆外表面的第一点云数据，将采集到的数据传输到取料机数据融合设备中，进行融合算法形成三维点云数据，并传输到图像处理服务器中，同时由卸料车点云数据采集设备采集料堆外表面的第二点云数据，将采集到的数据传输到卸料车数据融合设备中，进行融合算法形成三维点云数据，并传输到图像处理服务器中；图像处理服务器根据接收的第一点云数据和第二电源数据，进行料场的三维成像显示、历史数据查询和料场数据统计；由取料机姿态采集设备检测取料机的走行位置、俯仰角度、拉力值的实时信息，将这些信息通过无线或者有线方式由中控PLC系统传输到策略执行服务器中；策略执行服务器根据接受的上层管理系统发来的调度指令和作业指令，明确取料种类、取料重量、取料料流信息，同时也接受操作工人输入的作业参数；策略执行服务器从图像处理服务器中读取取料范围内的三维点云数据，通过三角重构算法建立料堆的三维模型，提取三维模型中料堆的最高点曲线和底边边缘曲线，计算料堆坡度角、料堆体积参数；策略执行服务器根据最高点曲线和底边边缘曲线计算出刮板取料机进行平料的刮板倾斜角、平料起点和平料终点，同时，策略执行服务器根据料堆坡度角、料堆体积计算出刮板取料机进行取料的取料流量、取料机俯仰角度、取料起点和取料终点；由策略执行服务器生成取料作业的动作指令，并通过中控PLC系统下达给取料机PLC控制系统，取料机PLC控制系统进而控制各机构驱动装置执行动作。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术改善了刮板取料机操作人员的工作环境，降低了人力成本，提高生产效率。2、本专利技术系统采用规范取料作业流程和操作，延长取料机的使用寿命。3、本专利技术通过高效的3维扫描仪料堆建模技术，基于料堆的3维模型，结合刮板取料机的检测控制系统，通过智能控制算法建立一套刮板取料机智能控制系统。4、本专利技术中设置两台“点云数据采集设备”，分别位于卸料车和取料机上。二者采集数据在“图像服务器”中进行坐标变换和数据融合，形成同一坐标系下数据，解决了数据采集效率低下的问题。5、本专利技术通过取料机姿态采集设备的具体设置，解决了长行程依靠编码器检测距离误差过大的问题。基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于刮板取料机取料作业的控制系统，其特征在于，包括：设置于刮板取料机本体上的取料机测控子系统、设置于卸料车本体上的卸料车测控子系统以及设置于中控室的中央控制系统，所述取料机测控子系统及卸料车测控子系统均与所述中央控制系统通信连接；/n所述取料机测控子系统包括取料机点云数据采集设备、取料机数据融合设备、取料机姿态采集设备以及取料机PLC控制系统，所述取料机点云数据采集设备用于从刮板取料机一侧提取第一料堆外轮廓数据，并将提取的数据发送至取料机数据融合设备处理后生成料堆表面的第一点云坐标，所述取料机姿态采集设备用于采集取料机的姿态数据，并发送至取料机PLC控制系统；/n所述卸料车测控子系统包括卸料车点云数据采集设备、卸料车数据融合设备、卸料车位置采集设备以及卸料车PLC控制系统，所述卸料车点云数据采集设备用于从卸料车一侧提取第二料堆外轮廓数据，并将提取的数据发送至卸料车数据融合设备处理后生成料堆表面的第二点云坐标，所述卸料车位置采集设备用于采集卸料车的位置数据，并发送至卸料车PLC控制系统；/n所述中央控制系统包括图像处理服务器、策略执行服务器以及中控室PLC控制系统，所述图像处理服务器用于接收料堆表面的第一点云坐标和料堆表面的第二点云坐标，并对二者进行融合处理后生成料堆的三维点云数据，进行料堆的三维成像显示，所述策略执行服务器接收接收管理系统下发的调度指令、作业指令以及作业参数，结合料堆的三维点云数据，生成控制指令发送至中控室PLC控制系统，并经由所述中控室PLC控制系统分别下达至取料机PLC控制系统和卸料车PLC控制系统。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于刮板取料机取料作业的控制系统，其特征在于，包括：设置于刮板取料机本体上的取料机测控子系统、设置于卸料车本体上的卸料车测控子系统以及设置于中控室的中央控制系统，所述取料机测控子系统及卸料车测控子系统均与所述中央控制系统通信连接；
所述取料机测控子系统包括取料机点云数据采集设备、取料机数据融合设备、取料机姿态采集设备以及取料机PLC控制系统，所述取料机点云数据采集设备用于从刮板取料机一侧提取第一料堆外轮廓数据，并将提取的数据发送至取料机数据融合设备处理后生成料堆表面的第一点云坐标，所述取料机姿态采集设备用于采集取料机的姿态数据，并发送至取料机PLC控制系统；
所述卸料车测控子系统包括卸料车点云数据采集设备、卸料车数据融合设备、卸料车位置采集设备以及卸料车PLC控制系统，所述卸料车点云数据采集设备用于从卸料车一侧提取第二料堆外轮廓数据，并将提取的数据发送至卸料车数据融合设备处理后生成料堆表面的第二点云坐标，所述卸料车位置采集设备用于采集卸料车的位置数据，并发送至卸料车PLC控制系统；
所述中央控制系统包括图像处理服务器、策略执行服务器以及中控室PLC控制系统，所述图像处理服务器用于接收料堆表面的第一点云坐标和料堆表面的第二点云坐标，并对二者进行融合处理后生成料堆的三维点云数据，进行料堆的三维成像显示，所述策略执行服务器接收接收管理系统下发的调度指令、作业指令以及作业参数，结合料堆的三维点云数据，生成控制指令发送至中控室PLC控制系统，并经由所述中控室PLC控制系统分别下达至取料机PLC控制系统和卸料车PLC控制系统。


2.根据权利要求1所述的用于刮板取料机取料作业的控制系统，其特征在于，所述取料机点云数据采集设备设置于刮板取料机大臂平台，随取料机一起移动；所述卸料车点云数据采集设备设置于卸料车上，随卸料车一起移动。


3.根据权利要求2所述的用于刮板取料机取料作业的控制系统，其特征在于，所述取料机点云数据采集设备和卸料车点云数据采集设备采用3维激光扫描仪。


4.根据权利要求2所述的用于刮板取料机取料作业的控制系统，其特征在于，所述取料机点云数据采集设备采用2维激光扫描仪搭载旋转云台，所述取料机数据融合设备将取料机点云数据采集设备采集的2维点云数据和云台旋转角度数据进行融合计算，使计算结果为能够反映料场表面的第一点云坐标；
所述卸料车点云数据采集设备采用2维激光扫描仪搭载旋转云台，所述卸料车数据融合设备将卸料车点云数据采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：向召洋，闻宇，王浩，王节亮，朱晓航，闫成彦，
申请(专利权)人：大连华锐重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21