本發(fā)明屬于煉鐵廠撈渣控制，具體涉及一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、煉鐵廠高爐水沖渣工藝過程會產(chǎn)生渣量大的水渣，生產(chǎn)過程中由于高溫影響，水渣池現(xiàn)場水蒸汽范圍較大，行車在進行水渣抓取作業(yè)時，行車工人往往無法憑肉眼對水渣池內(nèi)渣坑進行精準定位，提升與開閉抓斗僅能通過記憶與習(xí)慣進行盲抓，及其容易導(dǎo)致抓空，影響工作效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的問題是提高煉鐵廠撈渣工作效率，提出一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，包括plc和上位機，所述plc連接上位機，所述上位機包括無人天車定位系統(tǒng)、自動控制抓卸渣系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、渣量計算模型系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)；

4、所述上位機通過s7.net西門子專用協(xié)議與plc進行通訊連接；所述上位機讀取plc配置的ini?plc?ip地址、cpu類型、機架號、槽號文件、大車、小車初始位置信息、大車、小車到位信息、大車、小車安全限位信號信息；

5、所述plc通過pn通信建立plc組態(tài)環(huán)境與遠程2個io站im155-6以及4個變頻器建立通訊連接，所述4個變頻器包括大車變頻器、小車變頻器、抓斗起升變頻器、抓斗開閉變頻器。

6、進一步的，所述無人天車定位系統(tǒng)中設(shè)置x軸代表天車大車最遠行駛距離，y軸代表天車小車行駛最遠距離；將渣池進行網(wǎng)格劃分，根據(jù)天車大車、天車小車絕對值編碼器脈沖計算劃分網(wǎng)格距離，并且在每個網(wǎng)格區(qū)域進行區(qū)域分類設(shè)置，通過plc解析天車大車、天車小車絕對值編碼器實時位置，連接上位機配置相同db塊點位信息。

7、進一步的，所述自動控制抓卸渣系統(tǒng)控制天車在x、y軸內(nèi)進行調(diào)整移動，實現(xiàn)抓斗在網(wǎng)格內(nèi)進行抓渣，并且根據(jù)撈渣方案進行配置抓渣區(qū)域和卸渣區(qū)域信息，將抓渣區(qū)域和卸渣區(qū)域信息反寫到plc，用于控制plc動作，從而控制天車運行。

8、進一步的，所述傳動系統(tǒng)根據(jù)距離信息進行邏輯運算，構(gòu)建速度計算模型如下：

9、首先構(gòu)建最短時間minj公式，用于優(yōu)化天車大車、天車小車同時移動到達目標時間最短，公式如下：

10、

11、其中，目標時間為tf，初始時間為t0；

12、構(gòu)建行車的動力學(xué)模型，公式如下：

13、x2(t)＝f(x(t)+u(t))

14、其中，x(t)為行車的位置，u(t)為施加在行車上的控制輸入，f為給定行車的位置和施加在行車上的控制輸入的函數(shù)形式；

15、構(gòu)建起始位置約束和目標位置約束條件，公式如下：

16、x(t0)＝[x1(t0),x2(t0)]

17、x(t1)＝[x1(t1),x2(t1)]

18、其中，x(t0)為在時間點t0行車的狀態(tài)，其中x1(t0)和x2(t0)分別為在時間點t0行車在不同坐標軸上的位置或狀態(tài)值；x(t1)為在時間點t1行車的狀態(tài)，其中x1(t1)和x2(t1)分別為在時間點t1行車在不同坐標軸上的位置或狀態(tài)值；

19、構(gòu)建速度約束條件，公式如下：

20、-vmix≤v(t)≤vmax

21、其中，vmix為速度下限，vmax為速度上限，v(t)為速度隨時間的變化量；

22、構(gòu)建牽引力約束條件，公式如下：

23、-umix≤u(t)≤umax

24、其中，umix為牽引力下限，umax為牽引力上限，u(t)為牽引力隨時間的變化量；

25、構(gòu)建加速度約束條件，公式如下：

26、-amix≤a(t)≤amax

27、其中，amix為加速度下限，amax為加速度上限，a(t)為加速度隨時間的變化量。

28、進一步的，所述安全監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)國家標準gb28264-2012《天車械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》設(shè)置，安全監(jiān)控主機通過以太網(wǎng)與plc系統(tǒng)相連，讀取plc內(nèi)的數(shù)據(jù)，存儲在安全監(jiān)控主機內(nèi)的存儲單元中，數(shù)據(jù)的存儲周期在100ms之內(nèi)；安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控所有的接觸器狀態(tài)，包括主鉤電機的定子、轉(zhuǎn)子的電流及電壓，天車的安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置歷史曲線、實時曲線、實時狀態(tài)、控制流程、故障統(tǒng)計功能。

29、進一步的，所述渣量計算模型系統(tǒng)根據(jù)激光雷達對渣堆的流場和水渣量數(shù)據(jù)進行采集，然后進行渣堆三維云圖數(shù)據(jù)處理、渣堆體積和重量計算、渣堆剩余可堆料體積和重量計算以及整個渣堆的矢量化建模；

30、激光雷達數(shù)據(jù)的采集與處理方法，包括數(shù)據(jù)讀取、顯示、直線擬合、角點提取、圓弧擬合以及位姿解算；

31、所述激光雷達數(shù)據(jù)采集與讀?。杭す饫走_工作時，發(fā)射激光脈沖，并通過測量脈沖反射回來的時間來計算目標的距離；所述數(shù)據(jù)讀取涉及解析接收到的信號，包括時間、強度、角度信息，轉(zhuǎn)化為點云數(shù)據(jù)；

32、數(shù)據(jù)顯示：點云數(shù)據(jù)以3d坐標的形式存儲，coordinate.cpp用于處理坐標轉(zhuǎn)換的代碼，將點云數(shù)據(jù)實時顯示在屏幕上；

33、直線擬合：在點云數(shù)據(jù)中，利用weightedfit.cpp進行基于最小二乘法的加權(quán)直線擬合，通過對點云數(shù)據(jù)進行聚類和篩選，找到具有直線趨勢的點集，然后進行擬合，得到線性模型；

34、角點提?。豪胔arris角點檢測識別關(guān)鍵點，進行物體識別和定位；

35、圓弧擬合：利用weightedfit.h提供圓弧擬合的算法；

36、位姿解算：利用卡爾曼濾波或粒子濾波，通過比較連續(xù)幀間的點云差異，估計雷達的運動參數(shù)，完成位姿解算。

37、進一步的，所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控架構(gòu)：前端采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機進行視頻采集，通過攝像機的網(wǎng)絡(luò)端口直接接入到庫區(qū)視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)中去，傳輸?shù)胶蠖诉M行集中存儲和管理。傳輸主干網(wǎng)采用千兆光纖網(wǎng)，后端通過集中管理平臺來完成整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集中預(yù)覽、控制、管理、存儲以及視頻分發(fā)等功能，實現(xiàn)庫區(qū)高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)集中管理。

38、本發(fā)明的有益效果：

39、本發(fā)明所述的一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，通過無人天車定位系統(tǒng)、自動控制抓卸渣系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、渣量計算模型系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合位置檢測傳感器，采用絕對值編碼器進行高度檢測、采用絕對值編碼器進行抓斗開合度檢測，采用微波雷達檢測進行卸料區(qū)檢測，實現(xiàn)撈渣橋式抓斗起重機無人化智能化操作，提高工作效率，減少工作過程中的安全事故。

技術(shù)特征：

1.一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，其特征在于，包括plc和上位機，所述plc連接上位機，所述上位機包括無人天車定位系統(tǒng)、自動控制抓卸渣系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、渣量計算模型系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述無人天車定位系統(tǒng)中設(shè)置x軸代表天車大車最遠行駛距離，y軸代表天車小車行駛最遠距離；將渣池進行網(wǎng)格劃分，根據(jù)天車大車、天車小車絕對值編碼器脈沖計算劃分網(wǎng)格距離，并且在每個網(wǎng)格區(qū)域進行區(qū)域分類設(shè)置，通過plc解析天車大車、天車小車絕對值編碼器實時位置，連接上位機配置相同db塊點位信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述自動控制抓卸渣系統(tǒng)控制天車在x、y軸內(nèi)進行調(diào)整移動，實現(xiàn)抓斗在網(wǎng)格內(nèi)進行抓渣，并且根據(jù)撈渣方案進行配置抓渣區(qū)域和卸渣區(qū)域信息，將抓渣區(qū)域和卸渣區(qū)域信息反寫到plc，用于控制plc動作，從而控制天車運行。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動系統(tǒng)根據(jù)距離信息進行邏輯運算，構(gòu)建速度計算模型如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述安全監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)國家標準gb28264-2012《天車械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》設(shè)置，安全監(jiān)控主機通過以太網(wǎng)與plc系統(tǒng)相連，讀取plc內(nèi)的數(shù)據(jù)，存儲在安全監(jiān)控主機內(nèi)的存儲單元中，數(shù)據(jù)的存儲周期在100ms之內(nèi)；安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控所有的接觸器狀態(tài)，包括主鉤電機的定子、轉(zhuǎn)子的電流及電壓，天車的安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置歷史曲線、實時曲線、實時狀態(tài)、控制流程、故障統(tǒng)計功能。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述渣量計算模型系統(tǒng)根據(jù)激光雷達對渣堆的流場和水渣量數(shù)據(jù)進行采集，然后進行渣堆三維云圖數(shù)據(jù)處理、渣堆體積和重量計算、渣堆剩余可堆料體積和重量計算以及整個渣堆的矢量化建模；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控架構(gòu)：前端采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機進行視頻采集，通過攝像機的網(wǎng)絡(luò)端口直接接入到庫區(qū)視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)中去，傳輸?shù)胶蠖诉M行集中存儲和管理。傳輸主干網(wǎng)采用千兆光纖網(wǎng)，后端通過集中管理平臺來完成整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集中預(yù)覽、控制、管理、存儲以及視頻分發(fā)等功能，實現(xiàn)庫區(qū)高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)集中管理。

技術(shù)總結(jié)
一種煉鐵廠無人撈渣控制系統(tǒng)，屬于煉鐵廠撈渣控制技術(shù)領(lǐng)域。為提高煉鐵廠撈渣工作效率，本發(fā)明包括PLC和上位機，上位機包括無人天車定位系統(tǒng)、自動控制抓卸渣系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、渣量計算模型系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)；上位機通過S7.NET西門子專用協(xié)議與PLC進行通訊連接；上位機讀取PLC配置的iniPLCIP地址、CPU類型、機架號、槽號文件、大車、小車初始位置信息、大車、小車到位信息、大車、小車安全限位信號信息；PLC通過PN通信建立PLC組態(tài)環(huán)境與遠程2個IO站IM155?6以及4個變頻器建立通訊連接，4個變頻器包括大車變頻器、小車變頻器、抓斗起升變頻器、抓斗開閉變頻器。本發(fā)明提高工作效率。

技術(shù)研發(fā)人員：楊仕淼,齊明譽,王常森,王海濤,李佳
受保護的技術(shù)使用者：建龍北滿特殊鋼有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9