一种煤场堆取料机的取料控制方法及相关产品与流程

本发明涉及工业设备技术领域，特别涉及一种煤场堆取料机的取料控制方法及相关产品。

背景技术：

一直以来国内煤场的堆取料作业主要依靠人工操作现场堆取料设备完成，其主要原因为煤场面积大，无法提供作业煤堆的实时轮廓，部分具有煤堆三维数据的煤场，堆取料机无法和煤堆三维图像进行交互，完成自动高效的堆取料作业。

在国外，自动堆取料作业研究较早，一些发达国家经过研究已完成了相关功能，为煤场安装相应传感设备并应用了相关系统。在日本，半自动远程控制的堆取料机已经在大田七尾发电得到应用。而位于德国的汉莎港、荷兰的鹿特丹港以及澳大利亚的纽卡斯尔港都研发了智能化的全自动控制的堆取料机，但国外的全自动堆料由于只是采用的激光扫描的方式进行煤堆识别，并没有采用点云数据对堆取料机作业点进行精确定位，也没有实时扫描并与堆取料策略交互。为了优化系统的控制性能，人们开始研究堆取料机设备对料场工况的自动实时监测，并提高设备操作人员的工作条件，向人机友好方向发展。随着三维重建技术与自动化技术的不断发展，堆取料机的各方面性能以及对现场工况的适应性也提升到了一个新的高度。

在国内，目前电厂大多数堆取料机作业工艺流程模式完全依赖人工进行信息传递、计划、处理、操作、堆取策略、管理等，而未能采用自动作业，其主要原因是难以对料堆高度进行快速检测，同时煤堆轮廓也很难识别。虽然国内近几年研发了堆取料作业自动控制装置，可以通过plc控制实现自动化，并有hmi操作界面，但观察料堆与大臂间的距离、精确定位、根据实际堆料情况计算料堆参数并给出针对煤种的作业参数，这些技术很难实现自动化，这项步骤对堆料机司机有很大的依赖性。在料堆形状不规则时无法自动寻找作业开层点、作业过程中无法实时判断作业模式是否高效合理、作业时无法根据实际煤种进行作业参数调整，司机需要进行监控和必要的干预，这也是造成燃煤电厂的堆取料作业一直为人工手动操作的最大原因。

为了解决对人工的依赖，我国的港口曾经采用过微波雷达检测、超声波检测、悬挂式倾斜开关检测、单点式激光测距开关检测、红外线检测等技术。然而这些技术并非是对煤场的具体情况量身定做，具有很多缺陷，由于三维数据无法与堆取料机自动控制系统实时交互，缺乏对堆料波峰、取料残垛以及堆料流的检测能力，并且还需要时常调整检测硬件的位置，故无法与plc配合实现真正意义上地无人堆取料控制。

因此，如何提供一种煤场堆取料机的取料控制方案，能够提高自动化程度，减少对人工的需求，提高生产效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤场堆取料机的取料控制方法及相关产品，能够提高自动化程度，减少对人工的需求，提高生产效率。其具体方案如下：

第一方面，本发明提供一种煤场堆取料机的取料控制方法，包括：

获取煤场的实时空间数据；

当接收到取料任务信息时，根据所述实时空间数据确定取料起始位置、取料结束位置；其中，所述取料任务信息，包括：取料起始位置、取料结束位置；

按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料。

优选地，

所述获取煤场的实时空间数据，包括：

通过煤场的顶棚安装的固定式激光扫描仪扫描获取所述煤场的实时空间数据；

并通过设置于煤场堆取料机悬臂上的激光扫描仪扫描获取所述煤场的实时空间数据。

优选地，

所述按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料，包括：

判断所述取料起始位置是否开过层；

如果否，则对所述取料起始位置的煤层进行修坡。

优选地，

所述对所述取料起始位置的煤层进行修坡，包括：

将所述取料起始位置的煤层刮向所述煤场堆取料机的中心柱；

根据所述实时空间数据，确定待取料煤堆的坡度；

判断所述坡度与所述取料臂的俯仰角度是否一致；如果否，则继续修坡动作。

优选地，

所述按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料，包括：

根据所述实时空间数据，判断当前取料的料堆是否达到边界位置；

如果是，则停止取料和/或发出报警信号。

第二方面，本发明提供一种煤场堆取料机的取料控制系统，包括：

空间数据获取模块，用于获取煤场的实时空间数据；

起止位置确定模块，用于当接收到取料任务信息时，根据所述实时空间数据确定取料起始位置、取料结束位置；其中，所述取料任务信息，包括：取料起始位置、取料结束位置；

取料控制模块，用于按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料。

优选地，

所述取料控制模块，包括：

开层判断子模块，用于判断所述取料起始位置是否开过层；

修坡控制子模块，用于如果所述取料起始位置开过层，则对所述取料起始位置的煤层进行修坡。

优选地，

所述修坡控制子模块，包括：

修坡动作控制单元，用于将所述取料起始位置的煤层刮向所述煤场堆取料机的中心柱；

煤堆坡度确定单元，根据所述实时空间数据，确定待取料煤堆的坡度；

坡度判断单元，用于判断所述坡度与所述取料臂的俯仰角度是否一致；如果否，则继续修坡动作。

第三方面，本发明提供一种煤场堆取料设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述第一方面任一种所述一种煤场堆取料机的取料控制方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面任一种所述一种煤场堆取料机的取料控制方法的步骤。

本发明提供一种煤场堆取料机的取料控制方法，包括：获取煤场的实时空间数据；当接收到取料任务信息时，根据所述实时空间数据确定取料起始位置、取料结束位置；其中，所述取料任务信息，包括：取料起始位置、取料结束位置；按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料。本发明提供的一种煤场堆取料机的取煤控制方法，在取料过程中，实时运用获取到的实时空间数据，对取料的起始、结束位置进行计算，并且控制进行取料，从而进一步地实现了取料的自动化进程，能够提高自动化程度，减少对人工的需求，提高生产效率。

本发明提供的一种煤场堆取料机的取料控制方法及相关产品都具有相同的上述有益效果，在此不再一一赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取料控制方法的流程图；

图2为本发明一种具体实施方式中对煤层进行修坡的流程图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取煤控制方法的越界报警流程图；

图4为一种煤场堆取料机的取煤控制方法的取料过程参数优化流程图；

图5为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取料控制系统的组成结构示意图；

图6为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取料控制系统的取料控制模块组成结构示意图；

图7为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取料控制系统的修坡控制子模块组成结构示意图；

图8为本发明又一种具体实施方式所提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取料控制方法的流程图。

在本发明一种具体实施方式中，本发明实施例提供一种煤场堆取料机的取料控制方法，包括：

步骤s11：获取煤场的实时空间数据；

在本发明实施例中，首先需要获取煤场的实时空间数据，例如在一种具体实施方式中，煤场是封闭的大棚式煤场，可以在大棚的顶部设置固定的空间数据获取装置，例如，可以利用红外线扫描测距仪器来获取煤场的实时空间数据，当然，因为煤场在作业时，煤粉对整个煤场的可见度产生较大影响，因此为了提高空间数据获取装置的穿透能力，可以具体地将空间数据获取装置设置为激光扫描仪，激光的穿透能力较强，适于在煤场使用，当然也可以配套使用喷雾装置，提高煤场的可见度，这样就可以使用其他的一些穿透能力不是太强的空间数据获取装置。

具体地，为了获取煤场的实时空间数据，具体可以，通过煤场的顶棚安装的固定式激光扫描仪扫描获取所述煤场的实时空间数据；并通过设置于煤场堆取料机悬臂上的激光扫描仪扫描获取所述煤场的实时空间数据。

步骤s12：当接收到取料任务信息时，根据所述实时空间数据确定取料起始位置、取料结束位置；其中，所述取料任务信息，包括：取料起始位置、取料结束位置；

在获取到煤场的实时空间数据后，可以根据煤场的形状，和需要取料的煤堆的位置线路进行规划，例如可以人工输入需要取料的煤料的质量，计算机程序自动计算出在现有的煤堆中什么位置进行取料，什么位置结束能够取到需要的煤料的质量，当然，还可以设定其他的原则，例如对于同一煤种的煤料可以连续取料，也就是说，煤堆是呈连续的山峦状，而不是孤立的锥形煤堆。例如，预先设定优先取料路线，利用实时空间数据，判断该优先取料路线是否能够使用。

步骤s13：按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料。

具体地，当煤场堆取料机的作业煤场为圆形料场时，在具体控制取料臂进行取料时，圆形料场堆取料机的取料过程是：取料口座架围绕中心立柱左右回转，带动取料刮板机构运作，启动刮板机构俯仰至一定角度，利用其上许多做着往复运动的刮板将物料逐层刮落至下部中央漏斗处，漏斗将物料转运至地面皮带机，并启动地面皮带系统将物料运至料场外部指定位置。

进一步地，为了按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料，对于取料起始位置是否进行过取料和没有进行过取料，做不同的处理，也就是说，开过层的煤层适于直接进行取料，而没有开过层的煤层则需要进行开层，也就是将煤堆中的煤料移动到取料臂的下部，承担取料臂的重力。具体地可以，判断所述取料起始位置是否开过层；如果否，则对所述取料起始位置的煤层进行修坡。具体进行判断时，可以根据之前存储的信息表，信息表存储有之前进行作业时对煤层进行开层的信息。当然，也可以通过实时空间数据进行判断，未开层的新料堆底层与堆取料机的中心柱有一段距离，可以根据这段距离是否存在来进行是否开过层的判断，也就是说，如果存在这段距离，则该煤层没有开过层，如果不存在这段距离，则该煤层开过层可以直接进行取煤操作。

请参考图2、图3，图2为本发明一种具体实施方式中对煤层进行修坡的流程图；图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取煤控制方法的越界报警流程图。

为了对所述取料起始位置的煤层进行修坡，具体地可以进行一下步骤：

步骤s21：将所述取料起始位置的煤层刮向所述煤场堆取料机的中心柱；

步骤s22：根据所述实时空间数据，确定待取料煤堆的坡度；

步骤s23：判断所述坡度与所述取料臂的俯仰角度是否一致；如果否，则继续修坡动作。

更进一步地，在取料时，可能会发生在一个地点超过取料区间的情形，这时，可以在取料的同时，对实时空间数据进行更新，并根据更新过的空间数据，对煤料的边界进行判断，以得到料堆是否达到边界为之的信息。

也就是说在当接收到取料任务信息时，所述按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料，还可以包括：

步骤s31：根据所述实时空间数据，判断当前取料的料堆是否达到边界位置；

步骤s32：如果是，则停止取料和/或发出报警信号。

本发明实施例提供一种煤场堆取料机的取料控制方法，包括：获取煤场的实时空间数据；当接收到取料任务信息时，根据所述实时空间数据确定取料起始位置、取料结束位置；其中，所述取料任务信息，包括：取料起始位置、取料结束位置；按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料。本发明实施例提供的一种煤场堆取料机的取煤控制方法，在取料过程中，实时运用获取到的实时空间数据，对取料的起始、结束位置进行计算，并且控制进行取料，从而进一步地实现了取料的自动化进程，能够提高自动化程度，减少对人工的需求，提高生产效率。

请参考图4，图4为一种煤场堆取料机的取煤控制方法的取料过程参数优化流程图。

在本发明实施例中，流程具体如下：

s1：通过与掺配煤系统以及燃料管理系统集成，系统能够通过数据接口从信息管理系统接受当班作业计划(作业计划包括起止位置、煤种取煤吨位、取煤流量等信息)系统启动自动取料作业模式，堆取料机进入自动取料状态。

s2：取料作业任务下发后，取料机满足自动对位要求，调用三维成像模型进行切入点计算，三维成像模型调用无人化系统取料时，存储在数据库的料堆三维数据，对目标料堆进行三维计算，分析取料切入点位置，并将位置信息反馈给取料模型，开始自动对位。堆取料机上本地plc收到目标地址信息后，结合取料臂初始位，刮板取料臂上仰到最大角度，如果是大范围回转经过无料区域，回转快速运行，当取料臂运行到进入料堆区域则减速为工作低速。直至实际位置信号与给定位置吻合，定位完成。

s3：取料作业开始之前根据取料切入点判断料堆是否开过层，开过层的煤堆需在激光点云数据中有记录，且进入步骤s5；未开层的煤堆进入步骤s4的修坡过程。plc根据激光扫描仪给出的坐标h确定取料臂的俯仰角γ并进行下俯，取料臂长为r0，则

s4：未开层的新料堆底层与中心柱有一段距离，需要进行修坡作业。修坡过程中，激光扫描仪提供的料堆数据起到关键作用，可以选取读取煤堆多点的数据与取料臂俯仰角度进行比较，来判定修坡完成情况。随着物料被刮向中心料斗，料堆山峰被逐渐削掉，山脚和中心料斗之间空间被逐渐填平。修坡完成的依据是激光扫描仪实时计算料堆头部、中部、尾部等所组成的直线角度数据，并与堆取料机plc实时交互，plc判断物料坡度数据与取料臂俯仰角度接近，并且，判断已有煤落入皮带(皮带电流瞬间增大)，此时修坡结束。进入步骤s5.

s5：刮板运行与俯仰机构组合，进行分层取料，用刮板俯仰装置进行分层，对取料臂高度进行定位。在料堆端头开始，首先进行最高层取料，取料臂在俯仰装置驱动下，下降至料堆内一定深度，刮板运行，走行装置驱动口架回转，完成第一层取料作业；当第一层取料完成，取料臂俯仰装置将刮板继续按调整值下放一定深度，进入下一料层，取料臂反向走行，完成第二层取料作业；依此类推，逐层取料。

取料过程中，为了精准的控制取料臂的运动轨迹，取料恒流量系统控制的设计采用pid(proportion、integral、differential)控制对目标量进行跟踪。

请参考图5、图6、图7，图5为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取料控制系统的组成结构示意图；图6为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取料控制系统的取料控制模块组成结构示意图；图7为本发明一种具体实施方式所提供的一种煤场堆取料机的取料控制系统的修坡控制子模块组成结构示意图。

第二方面，本发明提供一种煤场堆取料机的取料控制系统500，包括：

空间数据获取模块510，用于获取煤场的实时空间数据；

起止位置确定模块520，用于当接收到取料任务信息时，根据所述实时空间数据确定取料起始位置、取料结束位置；其中，所述取料任务信息，包括：取料起始位置、取料结束位置；

取料控制模块530，用于按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料。

优选地，

所述取料控制模块530，包括：

开层判断子模块531，用于判断所述取料起始位置是否开过层；

修坡控制子模块532，用于如果所述取料起始位置开过层，则对所述取料起始位置的煤层进行修坡。

优选地，

所述修坡控制子模块532，包括：

修坡动作控制单元5321，用于将所述取料起始位置的煤层刮向所述煤场堆取料机的中心柱；

煤堆坡度确定单元5322，根据所述实时空间数据，确定待取料煤堆的坡度；

坡度判断单元5323，用于判断所述坡度与所述取料臂的俯仰角度是否一致；如果否，则继续修坡动作。

请参考图8，图8为本发明又一种具体实施方式所提供的计算机设备的结构示意图。

在本发明的又一种具体实施方式中，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一种具体实施方式所述的一种煤场堆取料机的取料控制方法及相关产品的步骤。

下面参考图8，其示出了适于用来实现本申请实施例的计算机设备的结构示意图。图8示出的计算机设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图8所示，计算机系统800包括处理器(cpu)801，其可以根据存储在只读存储器(rom)802中的程序或者从存储部分808加载到随机访问存储器(ram)803中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram803中，还存储有系统800操作所需的各种程序和数据。

cpu801、rom802以及ram803通过总线804彼此相连。输入/输出(i/o)接口803也连接至总线804。

以下部件连接至i/o接口805：包括键盘、鼠标等的输入部分806；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分807；包括硬盘等的存储部分808；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分809。通信部分809经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器810也根据需要连接至i/o接口807。可拆卸介质811，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器810上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分808。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分809从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质811被安装。在该计算机程序被处理器(cpu)801执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向目标的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。

在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

作为本发明的又一具体实施方式，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意具体实施方式中的一种煤场堆取料机的取料控制方法的步骤。

该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的计算机或终端设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该计算机设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该计算机设备执行时，使得该计算机设备：获取煤场的实时空间数据；当接收到取料任务信息时，根据所述实时空间数据确定取料起始位置、取料结束位置；其中，所述取料任务信息，包括：取料起始位置、取料结束位置；按照所述取料起始位置、所述取料结束位置控制取料臂进行取料。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种煤场堆取料机的取料控制方法及相关产品进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。