运煤火车装煤煤位精准测量装置及方法与流程

本发明涉及煤位测量，具体涉及一种运煤火车装煤煤位精准测量装置及方法。

背景技术：

1、运煤火车装煤是通过火车头牵引空车厢驶入原煤仓出煤口下方，原煤仓出煤闸口打开，仓内的煤自由落入车厢内。落入车厢内的煤堆成山丘状，无法均匀布满车厢，为保障运输安全，需将车厢内的煤进行平整。目前平煤作业为工人目检后操作起重机完成，作业耗时、作业质量均依赖工人技术水平。故平煤作业自动化系统成为市场迫切需求，而完成车厢内煤堆煤位的精准测量是实现平煤作业自动化的先决条件也是必要条件。

2、专利(授权公告号cn20831338u)公开了一种煤仓煤位检测装置，将两个探测装置分别固定在在煤仓的最高仓位处与最低仓位处，通过检测探测装置的探杆是否偏移确定仓内煤位是否在最高位或最低位。

3、专利(授权公告号cn103679790a)公开了一种基于图像处理技术的井下煤仓煤位检测方法，采用增强型摄像机iccd对煤仓进行图像采集，由解码器将采集到的模拟信号转换为数字信号，再进行图像数据处理，根据事先确定好的基于照明中的几何信息的煤位检测识别算法，实现煤位高度信息的提取。

4、上述检测手段及测量设备存在问题如下:

5、1)单点固定式测量设备只能获得有限范围内煤位数据，不能获得车厢内煤位的分布，无法实现精准测量。

6、2)基于图像处理技术的煤位测量，图像采集数据质量依赖环境光线状态，不适用于夜间测量。

7、3)基于图像处理技术的煤位测量，图像采集需火车停车检测，效率低。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种运煤火车装煤煤位精准测量装置及方法，在火车不停车的情况下精准测得每一节车厢装煤煤位分布数据，根据所获得的煤位分布数据构建三维分布模型，根据三维分布模型分析车厢内的煤位高度分布，通过煤位高度分布指导平煤作业。

2、为实现上述技术效果，本发明提出的一种运煤火车装煤煤位精准测量装置，包括：物料传感器单元、plc、工控机、光栅；物料传感器单元安装在桥架上，光栅安装在桥架的两侧，位于轨道的同一侧，安装距离为一节车厢的长度，即测量区域，物料传感器单元、光栅与plc电连接，plc通过以太网与工控机相连。

3、所述物料传感器单元包括n个物料传感器，n个物料传感器排列成一条直线安装在桥架上。

4、所述物料传感器单元用于采集车厢内煤位高度数据；

5、所述光栅用于定位车厢的位置；

6、所述plc用于将接收到的高度数据传输给工控机；

7、所述工控机用于根据车厢的位置以及相应位置处的高度数据构建车厢内煤表面的三维分布模型。

8、本发明提出的一种运煤火车装煤煤位精准测量方法，基于所述的运煤火车装煤煤位精准测量装置实现，所述方法包括：

9、步骤1：物料传感器采集下方煤炭顶部距离传感器的垂直高度，并将采集到的高度数据实时传输给plc，通过plc上传给工控机；火车前进过程中触发到第一个光栅时，作为记录数据的起始时刻，每间隔一定时间段t触发物料传感器单元采集一组高度数据；当火车触发到第二个光栅停止计时；

10、根据火车行进速度与时间的乘积得到被测车厢距离第一个光栅距离值，作为车厢的位置数据；

11、步骤2：利用工控机将位置数据以及高度数据按照时间戳进行匹配，形成煤位采集点的三维坐标点集；具体表述如下：

12、建立三维坐标系：火车厢宽度方向为x轴，火车前进方向为y轴，物料传感器测量方向为z轴；

13、创建三维坐标点：各物料传感器采集到的煤位高度数据用(x,z,time)表示，车厢沿y轴行进的位置数据用(y,time)表示，将数据通过时间戳进行匹配得到煤位采样点的三维坐标(x,y,z)，其中，z表示物料传感器在z轴上的坐标，x表示z坐标处的物料传感器在时间戳time点采集到的高度值，y表示车厢在时间戳time点前行的距离值；

14、步骤3：将所有三维坐标点进行拟合生成车厢内煤表面的三维分布模型；

15、步骤4：根据三维分布模型分析车厢内的煤位高度分布，通过煤位高度分布指导平煤作业；具体表述为：

16、设定合格的煤位高度阈值为h，筛选出煤位超出h的和低于h的不合格区域范围，其中，超出h区域内各点i坐标记为(xi,yi,zi)，i＝1,2,3…,低于h区域内各点j坐标记为(xj,yj,zj)，j＝1,2,3…；通过积分求出不合格区域的体积，作为平煤作业中取煤或填煤重量及位置的依据。

17、本发明的有益效果是：

18、本发明提出了一种运煤火车装煤煤位精准测量装置及方法，在火车不停车的情况下，对车厢内装煤煤位进行精准测量，获得车厢装煤煤位分布数据，通过构建三维模型可视化车厢内煤位分布情况，所获得的的测量结果可作为自动化平煤作业的调整依据，为实现平煤作业无人化、自动化提供煤位数据支撑，降低人工作业强度、提高安全保障并提高作业精度与效率、减人增效。

技术特征：

1.一种运煤火车装煤煤位精准测量装置，其特征在于，包括：物料传感器单元、plc、工控机、光栅；物料传感器单元安装在桥架上，光栅安装在桥架的两侧，位于轨道的同一侧，安装距离为一节车厢的长度，物料传感器单元、光栅与plc电连接，plc通过以太网与工控机相连。

2.根据权利要求1所述的一种运煤火车装煤煤位精准测量装置，其特征在于，所述物料传感器单元包括n个物料传感器，n个物料传感器排列成一条直线安装在桥架上。

3.根据权利要求2所述的一种运煤火车装煤煤位精准测量装置，其特征在于，所述物料传感器单元用于采集车厢内煤位高度数据；

4.一种运煤火车装煤煤位精准测量方法，基于权利要求1～3任意一项所述的一种运煤火车装煤煤位精准测量装置实现，其特征在于，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的一种运煤火车装煤煤位精准测量方法，其特征在于，步骤1中所述根据光栅确定车厢的位置，具体表述为：

6.根据权利要求4所述的一种运煤火车装煤煤位精准测量方法，其特征在于，所述步骤2具体表述为：

7.根据权利要求4所述的一种运煤火车装煤煤位精准测量方法，其特征在于，所述步骤4具体表述为：

技术总结
本发明涉及煤位测量技术领域，提供一种运煤火车装煤煤位精准测量装置及方法，所述装置包括物料传感器单元、PLC、工控机、光栅；物料传感器单元安装在桥架上，光栅安装在桥架的两侧，位于轨道的同一侧，安装距离为一节车厢的长度，即测量区域，物料传感器单元、光栅与PLC电连接，PLC通过以太网与工控机相连；所述方法在火车不停车的情况下，对车厢内装煤煤位进行精准测量，获得车厢装煤煤位分布数据，通过构建三维模型可视化车厢内煤位分布情况，所获得的的测量结果可作为自动化平煤作业的调整依据，为实现平煤作业无人化、自动化提供煤位数据支撑，降低人工作业强度、提高安全保障并提高作业精度与效率、减人增效。

技术研发人员：张乘风,王广龙,肖松,王琦,李驰,鲍东旭,任龙
受保护的技术使用者：陕西延长石油巴拉素煤业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13