一种基于物联网的多级带式输送机协调控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网的多级带式输送机协调控制系统，包括物料流状态激光采集装置、光电编码器、信号采集与处理模块、第一无线信号传输模块、第二无线信号传输模块、基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置、现场执行模块。本发明专利技术还公开了一种基于物联网的多级带式输送机协调控制方法，包括物料瞬时流量信号和带速信号采集；根据瞬时流量信号和带速信号采集计算各级带式输送机带速的改变量；通过现场执行模块对各级带式输送机带速进行控制。本发明专利技术结构简单、安装使用方便、可实施性强、自动化程度高、安全可靠，可以实现港口大型多级带式输送机系统带速的协调控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的多级带式输送机协调控制方法
本专利技术涉及传感与测控
，具体涉及一种基于物联网的多级带式输送机协调控制系统，还涉及一种基于物联网的多级带式输送机协调控制方法
技术介绍
散货港口主要是煤炭、矿石等能源及原材料港口，是现代港口主要类型之一，在国际航运市场中占有举足轻重的地位。根据散货输送的特点，带式输送机以其特有的远距离、高速度、自动化输送能力，成为散货港口物料输送最理想的设备。然而，随着我国货运码头规模与集约程度不断增高，带式输送机系统常常会出现因选配电机冗余度大、恒速运行而导致系统在空载和轻载情况时能耗浪费严重。带式输送机只有当电动机转矩特性与负荷特性达到最优匹配时才可高效运行。因此，港口带式输送机调速控制是实现节能的关键。然而，目前还没有一套真正用于实际的大型带式输送机调速节能控制方法。尤其对于长距离、多级带式输送机系统而言，尤其需要一套专门用来监测和调控长距离、多级带式输送机协调控制装置，以便各级带式输送机及时根据相邻两级带式输送机运载情况，采取有效措施调整每级带式输送机运行速度，以达到降低散货码头带式输送机能耗和排放水平，有效提高装卸设备利用率和港口生产作业效率的目的。物联网主要通过射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统、移动电话等设备，按约定的协议，将物理世界和信息网络进行连接，使得它们在事件的处理中成为积极的参与者，体现了物理空间和信息空间的融合。通过将物联网技术应用于多级带式输送机协调控制决策，可以实现港口散货码头大型多级带式输送机系统智能化监控和管理，通过应用物联网等现代信息技术可以实现无障碍的远程管理、智能调控，从而加快智能化散料运输装备的推广应用，为交通运输行业乃至国家绿色循环低碳发展作出应有的贡献。我国散货码头货物运载量增大，但是市场上仍没有一套专门用来协调控制大型多级带式输送机带速设备出现，所以探索一种基于物联网感知技术的多级带式输送机协调控制决策系统和方法，并将其应用于大型多级带式输送机系统中，将有效优化多级带式输送机调速节能控制作业流程，提升多级带式输送机调速控制智能化水平，达到港口多级带式输送机系统作业最佳节能效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种基于物联网的多级带式输送机协调控制系统，还提供一种基于物联网的多级带式输送机协调控制方法。该系统结构简单、安装使用方便、可实施性强、自动化程度高、安全可靠，可以实现港口大型多级带式输送机系统带速的协调控制。一种基于物联网的多级带式输送机协调控制系统，包括用于监测多级物料传输装置的物料瞬时流量的物料流状态激光采集装置，还包括光电编码器、用于监测物料传输装置的传输皮带转速；信号采集与处理模块，用于接收光电编码器发送的带式输送机带速信号和物料流状态激光采集装置采集的物料瞬时流量，并将带式输送机带速信号和物料瞬时流量传输给第一无线信号传输模块；第一无线信号传输模块，用于将带式输送机带速信号和物料瞬时流量发送到第二无线信号传输模块；第二无线信号传输模块，用于接收带式输送机带速信号和物料瞬时流量发送给基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置；基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置，用于根据带式输送机带速信号和物料瞬时流量输出传输皮带转速改变值给现场执行模块；现场执行模块，用于根据传输皮带转速改变值改变物料传输装置的传输皮带的转速。所述各级带式输送机物料流状态激光采集装置与光电编码器的输出端与信号采集与处理模块相连，系统运行过程中，所述信号采集与处理模块不断将物料流状态激光采集装置检测的物料瞬时流量和光电编码器检测的带速信号采集、处理后，再无线传输至基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置。基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置根据当前级带式输送机一段采样周期内的物料瞬时流量值与设定值进行比较，即可决定是否启动调速控制决策判断程序，从而得到当前级及后续各级带式输送机带速控制信号。现场执行模块根据带速控制信号对多级带式输送机进行实时调速，并根据光电编码器反馈的带速信号进行实时调整。所述信号采集与处理模块的输出端与第一无线信号传输模块相连，所述第一无线信号传输模块通过第一天线与第二无线信号传输模块的第二天线无线连接；第二无线信号传输模块的输出端与基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置相连。所述信号采集与处理模块包括数据采集卡和智能控制器；所述的数据采集转换卡可以将物料流激光采集装置中激光扫描仪采集的物料瞬时流量传输至基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置中的主控计算机。同时可将光电编码器信号采集并发送至第一无线信号传输模块。所述物料流激光采集装置包括辅助安装支架，所述辅助安装支架的中间固定安装有玻璃板，所述辅助安装支架的垂直高度及玻璃板水平位置可以调节；辅助安装支架中间玻璃板设置了用于固定激光扫描仪的四个螺栓孔，所述激光扫描仪垂直向下扫描输送带上物料流输送状态，所述激光扫描仪需要稳定的24V直流电源供电；激光扫描仪具有串行通信接口。所述的基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置包括控制中心工控机、LCD显示屏和便携式移动终端；所述控制中心工控机接收信号采集与处理模块传输的物料流状态激光数据和带速信号；所述控制中心工控机与LCD显示屏连接；所述的便携式移动终端可通过无线方式访问控制中心工控机。一种基于物联网的多级带式输送机协调控制方法，包括以下步骤：步骤1、信号采集与处理模块将采集到的当前级带式输送机物料瞬时流量信号和采集到的当前级带式输送机带速信号通过第一无线信号传输模块和第二无线信号传输模块传输给基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置；步骤2、基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置根据物料瞬时流量信号和带式输送机带速信号获得当前级的物料瞬时流量值和带式输送机带速值；步骤3、当前级第i采样时刻物料瞬时流量qiG小于物料流量设定值QG时，依次比较相邻后续采样时刻物料瞬时流量与物料流量设定值大小，若当前级带式输送机物料瞬时流量连续在第i+k个采样时刻小于物料流量设定值，而在第i+k+1个采样时刻物料瞬时流量大于物料流量设定值，则判断：步骤3.1、当当前级带式输送机在从第i到第i+k时刻物料瞬时流量值{qiG,q(i+1)G,…,q(i+k)G}小于物料流量设定值状态的持续时间长度小于设定的采样周期N倍时，N为整数，则当前级带式输送机和后各级带式输送机的传输改变量为0，步骤3.2、当当前级带式输送在从第i到第i+k时刻物料瞬时流量值{qiG,q(i+1)G,…,q(i+k)G}小于物料流量设定值状态的持续时间长度大于等于设定的采样周期N倍时，N为整数，则启动调速控制决策判断步骤，调速控制决策判断步骤包括以下步骤：步骤3.2.1、建立如下目标规划模型：其中θ1l＝cfLlg(qlRc+qlRu+2qlBcosδ)/η1η2公式5θ2l＝g(cfLlcosδ+H)/η1η2公式6式中，PA为带式输送机驱动滚筒所需功率，kW/h；Q为带式输送机每小时输送物料量，t/h；Qmax为带式输送机每小时能承受的最大输送物料量，t/h；L为输送机总水平投影长度；n为带式输送机全长分段数；l为当前单位段；H为带式输送机总垂直提升高度；δ为倾斜角；qlB为当前第l单位段输送带质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物联网的多级带式输送机协调控制系统，包括用于监测多级物料传输装置的物料瞬时流量的物料流状态激光采集装置(1)，其特征在于，还包括光电编码器(2)、用于监测物料传输装置的传输皮带转速；信号采集与处理模块(3)，用于接收光电编码器(2)发送的带式输送机带速信号和物料流状态激光采集装置(1)采集的物料瞬时流量，并将带式输送机带速信号和物料瞬时流量传输给第一无线信号传输模块(4)；第一无线信号传输模块(4)，用于将带式输送机带速信号和物料瞬时流量发送到第二无线信号传输模块(5)；第二无线信号传输模块(5)，用于接收带式输送机带速信号和物料瞬时流量发送给基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置(6)；基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置(6)，用于根据带式输送机带速信号和物料瞬时流量输出传输皮带转速改变值给现场执行模块(7)；现场执行模块(7)，用于根据传输皮带转速改变值改变物料传输装置的传输皮带的转速。

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的多级带式输送机协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、信号采集与处理模块(3)将采集到的当前级带式输送机物料瞬时流量信号和采集到的当前级带式输送机带速信号通过第一无线信号传输模块(4)和第二无线信号传输模块(5)传输给基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置(6)；步骤2、基于物联网的多级带式输送机协调控制管理装置(6)根据物料瞬时流量信号和带式输送机带速信号获得当前级的物料瞬时流量值和带式输送机带速值；步骤3、当前级第i采样时刻物料瞬时流量qiG小于物料流量设定值QG时，依次比较相邻后续采样时刻物料瞬时流量与物料流量设定值大小，若当前级带式输送机物料瞬时流量连续在第i+k个采样时刻小于物料流量设定值，而在第i+k+1个采样时刻物料瞬时流量大于物料流量设定值，则判断：步骤3.1、当当前级带式输送机在从第i到第i+k时刻物料瞬时流量值{qiG,q(i+1)G,…,q(i+k)G}小于物料流量设定值状态的持续时间长度小于设定的采样周期N倍时，N为整数，则当前级带式输送机和后各级带式输送机的传输改变量为0，步骤3.2、当当前级带式输送在从第i到第i+k时刻物料瞬时流量值{qiG,q(i+1)G,…,q(i+k)G}小于物料流量设定值状态的持续时间长度大于等于设定的采样周期N倍时，N为整数，则启动调速控制决策判断步骤，调速控制决策判断步骤包括以下步骤：步骤3.2.1、建立如下目标规划模型：其中θ1l＝cfLlg(qlRc+qlRu+2qlBcosδ)/η1η2公式5θ2l＝g(cfLlcosδ+H)/η1η2公式6式中，PA为带式输送机驱动滚筒所需功率，kW/h；Q为带式输送机每小时输送物料量，t/h；Qmax为带式输送机每小时能承受的最大输送物料量，t/h；L为输送机总水平投影长度；n为带式输送机全长分段数；l为当前单位段；H为带式输送机总垂直提升高度；δ为倾斜角；qlB为当前第l单位段输送带质量，kg/m；qlRc为当前第l单位段承载边旋转托辊质量，kg/m；qlRu为当前第l单位段回程旋转托辊质量，kg/m；f为模拟摩擦系数；g为重力加速度；c为与带式输送机长度系数；qlG为当前第l单位段输送物料每米质量，kg/m；vl为当前第l单位段带速；Vmax为带式输送机满载下可承受的最大带速；Vmin为带式输送机运输散料最小带速；η1为传动效率；η2为机械效率；s.t.为约束条件，步骤3.2.2、将第i到第i+k时刻物料瞬时流量{qiG,q(i+1)G,…,q(i+k)G}带入公式1和3，通过求解公式1-6组合的目标规划模型，得到带速最优解V1，提取当前级带式输送机从第i到第i+k时刻的带速值{vi,v(i+1),…,v(i+k)}，采用最小二乘法进行线性拟合，可以得出带速随时间变化一次线性曲线v＝Mi+b，若M>1，则比较{vi,v(i+1),…,v(i+k)}序列中带速最大值max{vi,v(i+1),…,v(i+k)}和最小值min{vi,v(i+1),…,v(i+k)}与V1间关系，若max{vi,v(i+1),…,v(i+k)}<V1，则当前级及后续带式输送机带速增加量为V1-max{vi,v(i+1),…,v(i+k)}；若min{vi,v(i+1),…,v(i+k)}>V1，则当前级及后续带式输送机带速减少量为max{vi,v(i+1),…,v(i+k)}-V1；若min{vi,v(i+1),…,v(i+k)}≦V1≦max{vi,v(i+1),…,v(i+k)}，则当前级及后续带式输送机带速减少量为max{vi,v(i+1),…,v(i+k)}-V1，若M＝1，求取第i到第i+k时刻带速平均值判断当前级带式输送机带速值与V1之间的大小关系，若则当前级及后续带式输送机带速减少量为若则当前级及后续带式输送机带速改变量为0；若则当前级及后续带式输送机带速增加量为若M<1，则比较{vi,v(i+1),…,v(i+k)}序列中带速最大值max{vi,v(i+1),…,v(i+k)}和最小值min{vi,v(i+1),…,v(i+k)}与V1间关系，若max{vi,v(i+1),…,v(...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾飞，曾庆移，吴青，初秀民，张晓峰，孙美，陈皓，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32