一种料仓表层粉体物料抓斗控制方法及系统技术方案

技术编号：42014655 阅读：21 留言：0更新日期：2024-07-16 23:09

本发明专利技术提供一种料仓表层粉体物料抓斗控制方法及系统，针对粉体料仓底部进行网格划分，计算每个网格出现料面峰值的概率，得到压力变送器的最优安装方案；通过压力变送器测量料仓底部正压力，计算得到该测点位置的物料高度；设置压力测点、虚拟测点、辅助显示点，实现快速实时曲面拟合展示；采用差分进化算法，计算抓斗最优路径，以实现配料系统料仓中粉体物料的均衡抓取。本发明专利技术有效解决了因激光测距仪或雷达装置污损导致测量错误的问题，提高了表层物料分布监测的实时性，完成取料过程自适应高精度优化，有效避免空抓、漏抓现象，实现粉体物料抓取最优控制。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及粉体物料存储管控系统优化领域，具体涉及一种料仓表层粉体物料抓斗控制方法及系统。

技术介绍

1、我国具有地理幅员辽阔的优势，金属矿藏种类较全并且总储量大；但高品位矿石少，导致冶炼经济成本与技术成本相对较高。这也在一定程度上限制了有色冶炼从生产设备到工厂整体的规模，小型冶炼系统使用较为普遍，污染及能耗高。由此可见，提升其综合冶炼实力，从自动化升级为智能化并转进成为智慧冶炼，实现从粗放式生产到精细化管控的跨越，符合国家战略需求和未来的发展方向。在有色金属冶炼行业建设智慧工厂，通过智能控制技术实现工业生产从人力密集型向技术密集型的转变即是这一战略的具体表现。

2、冶炼现场配料系统目前普遍停留在设备自动化阶段，即通过起重设备等免除了人力劳动，但系统运行仍需人工操作；国内某铜铅锌冶炼厂引入了智能行车，实现了配料系统自动化运行，但由于其产品设计采用雷达测距仪测量料仓表层物料分布情况，受恶劣工作环境影响，生产过程中存在抓空、抓偏的问题，运行品质有限；且由于配料车间粉尘污染大，探头积灰严重，须定时派专人清理。

3、申请号为cn201811038198.7的中国专利技术专利申请公开了一种基于物料检测的抓斗起重机控制系统及方法，其通过2d设备和/或图像识别设备对现场物料分布数据进行采集，以供物料信息处理模块分析得到抓斗起重机抓取或投放的物料位置，但是该方法并未考虑到配料车间工况恶劣导致的粉尘附着会对设备探头造成干扰，存在空抓、漏抓现象，存在一定的局限性。

技术实现思路

<p>1、本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种料仓表层粉体物料抓斗控制方法及系统，以解决因激光测距仪或雷达装置污损导致测量错误的问题。

2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：

3、一种料仓表层粉体物料抓斗控制方法，包括以下步骤：

4、s1、在粉体物料料仓底部设置多个压力测点，测量所述料仓底部的正压力值，计算得到每个压力测点的料面高度值；

5、s2、根据所述料面高度值，建立所述料仓的三维模型：

6、s21、建立所述料仓的三维坐标系；所述三维坐标系为以所述料仓长度为x轴、以所述料仓宽度为y轴、以所述物料高度为z轴的坐标系，或以所述料仓长度为y轴、以所述料仓宽度为x轴、以所述物料高度为z轴的坐标系；

7、s3、按如下步骤，获取所述料仓的料面最高点的坐标：

8、s31、对所有测点的测量值按顺序编号，记为mxy；其中，所述测点包括压力测点；

9、s32、定义全局最优值与临时最优值，将m11赋值给全局最优值，将m12赋值给临时最优值；其中，m11为第一个测点的测量值，m12为第二个测点的测量值；

10、s33、将所述全局最优值与所述临时最优值进行比较：当所述临时最优值大于所述全局最优值时，则将所述临时最优值所存储的测量值赋值给全局最优值；当所述临时最优值小于或等于所述全局最优值时，所述全局最优值保持不变；

11、s34、完成比较后，将下一个测点的测量值赋值给所述临时最优值，再将所述临时最优值与全局最优值比较，重复步骤s33～s34，直到完成所有测点的测量值的比较处理过程，得到最终全局最优值；

12、s35、根据所述最终全局最优值，得到料面最高点的坐标；

13、s4、将所述料面最高点的坐标与抓斗坐标相减，得到抓斗在x轴与y轴运动的最短距离，控制抓斗沿所述最短距离向目标点运动。

14、本专利技术充分考虑了料车间粉尘污染大，探头积灰严重的问题，通过料仓粉体物料底面压力与物料高度的转换，将取料位置问题转化为二维平面的最值求取寻优问题，根据料面表层物料分布情况自动规划最优抓料路径，实现料面最值实时寻优，维持料面相对平整，不仅有效解决了现有技术中以激光测距仪或雷达测距仪为检测装置的粉尘附着干扰难题，还确保了配料系统的稳定运行，完成取料过程自适应高速高精度优化，有效避免了空抓、漏抓现象。

15、进一步，所述物料高度的计算公式为：

16、

17、其中，h为从贮料表面到压力测点的料面高度值，ph为压力值，γ为贮料重度，μ为储料与仓壁之间的摩擦因数，r为料仓等效半径，k为折算系数。

18、本专利技术借助janssen定理及推论计算粉体物料底部受力情况，通过直接测量得到的底部正压力，再反向推导出物料高度，能够有效解决现有技术中以激光测距仪或雷达测距仪为检测装置的智能料面监测系统的通病，即解决了单一测点扫描料面需求计算量大，实时性差的问题；同时还解决了因配料车间工况恶劣导致的粉尘附着干扰难题。

19、进一步，步骤s1中，采用大数据网格划分策略，得到所述压力测点的位置，具体包括如下步骤：

20、s11、以每次料仓完成加料后的时刻为采样点，获取所述料仓料面分布情况的图像数据，所述图像数据包括各个压力测点的横坐标、纵坐标、以及料面高度值；采用密集均匀的网格对所述料仓底部平面进行预划分；

21、s12、根据所述图像数据，得到各坐标出现料面峰值的概率，计算得到每个网格出现料面峰值的概率；

22、s13、在出现料面峰值概率大于预设值的网格区域，相邻两个压力测点之间的距离等于抓斗投影矩阵边长，其余网格区域将所述压力测点等间距均匀布置在料仓底部。

23、本专利技术利用大数据方法分析历史料仓料面分布数据，确定料仓表层物料变化率最高的区域及影响表层物料分布的因素，将区域影响力作为网格划分依据，得到最优压力测点的安装位置与数量，实现料面最优监测效果，同时实现成本与控制精度的平衡。

24、进一步，在步骤s21之后还包括如下步骤：

25、s22、在相邻两个所述压力测点之间等距离添加n个虚拟测点，所述虚拟测点的第一测量值为

26、其中，fi为第i个虚拟测点的测量值，p1、p2分别为所述虚拟测点对应的两个压力测点的测量值；

27、s23、沿x轴方向，在相邻两个所述虚拟测点之间等距离添加多个辅助显示点，所述辅助显示点的第二测量值为

28、其中，ax为沿x轴方向所述辅助显示点对应的两虚拟测点之间延梯度方向连线上的测量值，ax＝ax+1+ax-1+δ1(ax+2+ax-2)+δ2(ax+3+ax-3)+…δε(ax+ε+1+ax-ε+1)，ax+1、ax-1分别为x方向临近ax的高度值，ax+2、ax-2分别为x方向临近ax+1、ax-1的高度值，ax+ε+1、ax-ε+1分别为临近ax+ε、ax-ε的高度值，ε表示所选取参与运算的数据范围；by为沿y轴方向所述辅助显示点对应的两虚拟测点之间延梯度方向连线上的测量值，by＝by+1+by-1+μ1(by+2+by-2)+μ2(by+3+by-3)+…μσ(by+σ+1+by-σ+1)；δ1、δ2…δε分别为x方向衰减系数；by+1、by-1分别为x方向临近by的高度值，by+2、by-2分别为y方向临近by+1、by-1的高度值，b本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：所述料面高度值的计算公式为：

3.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：步骤S1中，采用大数据网格划分策略，得到所述压力测点的位置，具体包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：在步骤S21之后还包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：在步骤S2和步骤S3之间，对所有压力测点进行自诊断和自修复，具体包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：在步骤2之后，根据异常压力测点的数量和位置，计算系统综合损耗率。

7.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：步骤S4中，优先抓取料面正向峰值；若存在多个料面最高点，则选择距离抓斗直线距离最近的料面最高点进行抓取。

8.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法

9.一种料仓表层粉体物料抓斗控制系统，用以实现如权利要求1～8任一项所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于，包括：压力变送器(2)、模拟量输入卡件(5)、以及可编程控制器(7)，所述压力变送器(2)的测压装置布置在料仓底部(12)，所述压力变送器(2)、所述模拟量输入卡件(5)通过电缆相连，所述模拟量输入卡件(5)、所述可编程控制器(7)通过工业交换机(8)相连。

10.根据权利要求9所述的料仓表层粉体物料抓斗控制系统，其特征在于，所述压力变送器(2)的测压装置包括压力探头上盖(15)、抗压弹簧(16)、压力探头底座(17)，所述压力探头上盖(15)与所述压力探头底座(17)之间设有抗压弹簧(16)，所述压力探头底座(17)固定在料仓底部(12)的凹槽中；所述压力探头底座(17)的中部开设有中心管，所述压力探头上盖(15)开设有位于所述中心管内的压力测量探头，所述中心管内安装有滑动变阻器线圈(18)，所述压力测量探头末端设有与所述滑动变阻器线圈(18)相配合的滑动变阻器触点(19)；优选地，所述压力探头上盖(15)上方设置有金属盖(14)，并在所述金属盖(14)上方覆盖有耐磨橡胶垫(13)。

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【技术特征摘要】

1.一种料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：所述料面高度值的计算公式为：

3.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：步骤s1中，采用大数据网格划分策略，得到所述压力测点的位置，具体包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：在步骤s21之后还包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：在步骤s2和步骤s3之间，对所有压力测点进行自诊断和自修复，具体包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：在步骤2之后，根据异常压力测点的数量和位置，计算系统综合损耗率。

7.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：步骤s4中，优先抓取料面正向峰值；若存在多个料面最高点，则选择距离抓斗直线距离最近的料面最高点进行抓取。

8.根据权利要求1所述的料仓表层粉体物料抓斗控制方法，其特征在于：步骤s4之后，还包括：每次料仓完成进料或抓斗完成一次抓取动作后，重...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢锋，潘岩，康国华，杨静雅，曾祥吉，谭翔天，
申请(专利权)人：长沙有色冶金设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：

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