CN105653800A - 一种料场散料堆形参数的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种料场散料堆形参数的计算方法，包括以下步骤：1)获取料堆曲面投影线与料堆底面夹角2)根据每个作业点卸料的质量，计算每个作业点所卸料的体积；3)计算临界料堆高度，4)料堆自动建模时，将料堆根据高度分为两类：5)计算料堆W_n的高度h；6)重复步骤3)至步骤5)，依次求解出每个作业点的堆高；7)根据料条是一系列料堆堆高，堆取料机在每个作业点的位移以及料堆倾角

Description

一种料场散料堆形参数的计算方法

技术领域

本发明涉及大型散货料场自动化控制技术，尤其涉及一种料场散料堆形参数的计算方法。

背景技术

目前在大型散货料场管理领域，及时掌握料场的空间状态是大型散货料场管理的重要环节，关系到来料的场地分配，直接影响到料场运营的效率和效益。由于大型散货料场的原料不断地进进出出，如何及时掌握料场的空间状态也是大型散货料场管理的一个难点。现阶段主要通过人工定期的目测盘点来估算物料的库存情况和料场的空间占用情况。存在以下缺点：1)估算结果在很大程度上受人工经验的影响，误差较大；2)劳动强度大，盘点一次需要很长时间；3)通常经过较长周期才进行一次盘点，不能及时反映料场的空间状态。上述问题在很大程度上影响了料场的精细化管理，不能及时掌握料场的空间利用情况就无法制定相应地对来料的场地分配进行优化，无法实现料场空间的利用效率的最大化。

为了及时掌握料场的空间利用情况有些大型散货料场采用了三维激光扫描技术，同时结合GPS定位技术实现料场的空间状态的实时测量，这样可以实时获得准确的料场的空间利用信息，主要是料堆的外形尺寸参数，但是需要投入的费用十分巨大的，数千万元的成本使这种技术的应用受到了很大的限制。

在料场中斗轮作业时散料堆形的外形如图1所示，其轮廓由一系列圆锥体组成，如果可以计算出堆取料机在某一作业位置卸下的料形成的堆形，就可以测算出料场中某个料条上所形成的料堆的外形尺寸。对于某料堆，其堆面与地面的夹角是不变的，所以只须求出料堆堆高，其外形就确定下来。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种料场散料堆形参数的计算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种料场散料堆形参数的计算方法，包括以下步骤：

1)获取料堆曲面投影线与料堆底面夹角

2)根据每个作业点卸料的质量C₁,C₂,C₃……C_n，计算每个作业点所卸料的体积V₁,V₂,V₃……V_n；其中V_n的计算式为V_n＝C_n/p,p为料堆的密度，每个作业点卸料的质量取自于皮带称；

3)计算临界料堆高度，所述临界料堆高度当前料堆W_n与前料堆W_n-1开始有重叠区域时，当前料堆W_n的料堆高度；

设料堆W_n开始与W_n-1开始发生重叠时临界料堆高度为H_min，此时则其中B为堆取料机在料堆W_n作业点的位移；

该式中如果B<0，则取H_min＝0；堆高的最大高度A为料条的宽度；

4)料堆自动建模时，将料堆根据高度分为两类：

4.1)当h_n<H_min，此时 $V_n=V_{h_n}=\frac{1}{3}\&times;\mathrm{\&pi;}\&times;{(h_n\&times;ctan\&part;)}^2\&times;h_n;$

4.2)当H_min≤h_n≤H_max，建立料堆W_n堆高为h时料堆的三建模型，此时W_n与W_n-1之间的非重叠部门的体积为： 其中vn为Wn与前料堆Wn-1之间重叠区域的体积；

5)计算料堆W_n的高度h；

初始值h_min＝H_min，h_max＝H_max，按以下流程计算W_n的高度h：

5.1)若h_min<h_max，则将h赋值为h＝(h_max+h_min)/2,并计算V_h；否则，转入步骤5.4)；

5.2)若V_h<V_n，则将h赋值为h＝h_max；否则将h赋值为h＝h_min；

5.3)若h_max-h_min≤tolerence，转入步骤5.4)；否则转入步骤5.1)；tolerence为自定义常量，tolerence的取值大小决定该算法的复杂度和精确度，取值越小，算法中迭代的次数越多，精度也越高；

5.4)W_n的高度h赋值为h＝(h_max+h_min)/2，结束；

自定义常量tolerence决定该算法的复杂度和精确度，取值越小，算法中迭代的次数越多，精度也越高；

6)重复步骤3)至步骤5)，依次求解出W₁,W₂,W₃……W_n的堆高h₁,h₂,h₃……h_n，通过三维***接口得到代入步骤4.2)中可求出

7)根据料条是一系列料堆堆高h₁,h₂,h₃……h_n，堆取料机在每个作业点的位移B₁,B₂,B₃……B_n以及料堆倾角模拟出料条上料堆的外形。

本发明产生的有益效果是：

一、计算效率高，能够保证精度。

二、料堆外形实现参数化造型，可以不同的类型的堆料进行计算。

三、使用方便，用户只需关注设计参数是否合理，三维造型及后处理等操作都在后台进行。

四、通过控制料场其它参数(堆取料机位移、堆角、料场料条的宽度)，可对不同使用情况进行料堆外形计算，从而模拟出其外形。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是背景技术中大型散货料场某料条中散料堆外形轮廓图。

图2是堆取料机在某作业工位上料堆形轮廓图。

图3料堆堆高在最小时料堆形状。

图4料堆随h高度变化时三维造型过程。

图5是本发明中料堆高度计算算法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种料场散料堆形参数的计算方法，包括以下步骤：

步骤1、获取料堆曲面投影线与料堆底面夹角如图2所示。对于某种散料来说，其堆取料机堆料所形成的料堆外形是一个锥体，如图1所示，运用试验的方法测得各料堆的值，实验证明为一定值，与料堆自身属性有关，与料堆堆高无关。

步骤2、每个作业点卸料的质量C₁,C₂,C₃……C_n取自于皮带称，所卸料的体积为V₁,V₂,V₃……V_n，V_n的计算式为V_n＝C_n/p,p为料堆的密度。

步骤3、求临界料堆高度。在堆料的过程中，根据料堆与地面夹角和和堆高度的尺寸参数来的动态构建三维模型。堆取料机在一个工作位上堆料的过程分两个阶段：1)当前料堆W_n与前料堆W_n-1有重叠区域，2)当前料堆W_n与前料堆W_n-1没有重叠区域。设料堆W_n开始与W_n-1开始发生重叠时临界料堆高度为H_min，此时堆高为H_min的三维模型如图3所示。该式中如查B<0，则取H_min＝0。堆高的最大高度A为料条的宽度。

步骤4、料堆自动建模时，当h_n<H_min，此时 h_n可直接计算得出，不需要利用二次开发提取数据。

步骤5、当H_min≤h_n≤H_max，在W_n堆高为h时料堆的三维建模型过程如图4所示。图4中，圆锥体W_n的高度以迭代的方法不断的调整变化，利用二次开次开发技术提供W_n与W_n-1之间重叠区域的体积v_n，此时W_n与W_n-1之间的非重叠部门的体积为： $V_h=V\left(h\right)-v_n=\frac{1}{3}\&times;\mathrm{\&pi;}\&times;{(h\&times;ctan\&part;)}^2\&times;h-v_n.$

步骤6、设h_min＝H_min，h_max＝H_max，h＝(h_min+h_max)/2，以h作为参数的三维动态建模过程如图4。通过三维***接口得到v_n，代入步骤5中可求出V_h。动态建模过程中，循环迭代求h所运用的算法流程如图5所示。自定义常量tolerence决定该算法的复杂度和精确度，取值越小，算法中迭代的次数越多，精度也越高。

步骤7、重复步骤3至步骤6，依次求解出W₁,W₂,W₃……W_n的堆高h₁,h₂,h₃……h_n。

步骤8、根据料条是一系列料堆堆高h₁,h₂,h₃……h_n，堆取料机在每个作业点的位移B₁,B₂,B₃……B_n以及料堆倾角模拟出料条上料堆的外形。可直观的反映该料条的空间占用情况。

步骤9、对于有多个料条的料场，只需多次重复步骤1至步骤8即可模拟计算出整个料场的空间状态信息。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种料场散料堆形参数的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取料堆曲面投影线与料堆底面夹角

2)根据每个作业点卸料的质量C₁,C₂,C₃……C_n，计算每个作业点所卸料的体积V₁,V₂,V₃……V_n；其中V_n的计算式为V_n＝C_n/p,p为料堆的密度，每个作业点卸料的质量取自于皮带称；

3)计算临界料堆高度，所述临界料堆高度当前料堆W_n与前料堆W_n-1开始有重叠区域时，当前料堆W_n的料堆高度；

设料堆W_n开始与W_n-1开始发生重叠时临界料堆高度为H_min，此时则其中B为堆取料机在料堆W_n作业点的位移；

该式中如果B<0，则取H_min＝0；堆高的最大高度A为料条的宽度；

4)料堆自动建模时，将料堆根据高度分为两类：

4.1)当h_n<H_min，此时 $V_n=V_{h_n}=\frac{1}{3}\&times;\mathrm{\&pi;}\&times;{(h_n\&times;ctan\&part;)}^2\&times;h_n;$

4.2)当H_min≤h_n≤H_max，建立料堆W_n堆高为h时料堆的三建模型，此时W_n与W_n-1之间的非重叠部门的体积为： 其中vn为Wn与前料堆Wn-1之间重叠区域的体积；

5)计算料堆W_n的高度h；

初始值h_min＝H_min，h_max＝H_max，按以下流程计算W_n的高度h：

5.1)若h_min<h_max，则将h赋值为h＝(h_max+h_min)/2,并计算V_h；否则，转入步骤5.4)；

5.2)若V_h<V_n，则将h赋值为h＝h_max；否则将h赋值为h＝h_min；

5.3)若h_max-h_min≤tolerence，转入步骤5.4)；否则转入步骤5.1)；tolerence为自定义常量，tolerence的取值大小决定该算法的复杂度和精确度，取值越小，算法中迭代的次数越多，精度也越高；

5.4)W_n的高度h赋值为h＝(h_max+h_min)/2，结束；

自定义常量tolerence决定该算法的复杂度和精确度，取值越小，算法中迭代的次数越多，精度也越高；

6)重复步骤3)至步骤5)，依次求解出W₁,W₂,W₃……W_n的堆高h₁,h₂,h₃……h_n，通过三维***接口得到代入步骤4.2)中可求出

7)根据料条是一系列料堆堆高h₁,h₂,h₃……h_n，堆取料机在每个作业点的位移B₁,B₂,B₃……B_n以及料堆倾角模拟出料条上料堆的外形。