CN106094702B - 一种料堆建模方法和料堆建模装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制工程领域，公开了一种料堆建模方法和料堆建模装置，所述料堆建模方法包括：根据堆料机悬臂的俯仰角及悬臂皮带的速度获取物料的落料点；根据物料特性获取安息角；获取已卸物料的体积；以及根据所述落料点、所述安息角及所述体积建立料堆模型。如此能够较为准确地建立料堆模型，为以后的取料工程提高了效率，并提高了工作稳定性。

Description

一种料堆建模方法和料堆建模装置

技术领域

本发明涉及控制工程领域，具体地，涉及一种料堆建模方法和料堆建模装置。

背景技术

取料机是散料运输机械中的重要设备，它的主要功能是将堆场的物料(一般指煤炭或者矿石，以下以煤炭为例进行叙述)取到皮带机上，通过皮带机再倒运到装船机上进行装船运输。一般来讲，在国内的取料机都人工手动取料，每次取料作业时，司机通过眼睛观察煤堆的形状，首先对煤堆进行分层(一般分为三层)，判断出取料机斗轮对煤堆的第几层进行取料并大概确定具体切入点；然后手动控制取料机的行走、回转、俯仰等动作，使取料机斗轮对准到煤堆上，启动斗轮和悬臂皮带机，以开始取料。通常，采取回转取料，即先左转，左转到边后取料机前行1-2米，再右转，右转到边后取料机再次前行1-2米，如此反复，直至当前层取料完毕后，人工控制取料机后退至下一层取料位置，下降大臂使斗轮对准下一层煤堆切入点，再次开始回转取料作业。等装船机船舱达到需要的煤炭数量后，停止取料，并且手动控制取料机大臂回转、俯仰归零。

在上述取料过程中，所有信息都需要操作者通过眼睛进行观察获取，以便完成取料，在该过程中，操作人员需要手眼结合，其大部分时间处于高强度的作业过程中，因而非常容易劳累，而作业效率受疲劳影响较大；另外，在大风、雨雪雾等天气情况下，操作人员视线不清楚而无法正常观察，因而必须停止作业，如此极大地影响了工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种料堆建模方法和料堆建模装置，该料堆建模方法和料堆建模装置能够较为准确地建立料堆模型，为以后的取料工程提高了效率，并提高了工作稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供一种料堆建模方法，所述料堆建模方法包括：根据堆料机悬臂的俯仰角及悬臂皮带的速度获取物料的落料点；根据物料特性获取安息角；获取已卸物料的体积；以及根据所述落料点、所述安息角及所述体积建立料堆模型。

优选地，根据所述物料特性和已卸物料的重量获取所述物料的体积。

优选地，该取料方法还包括：如果在现有料堆上继续堆料，则所述料堆建模方法包括：获取所述现有料堆模型，并在堆料过程中基于所述现有料堆模型建立料堆模型。

优选地，所述料堆建模方法还包括：根据所建模型计算所述料堆的体积，基于所计算的体积和所堆物料的重量校正所述模型。

优选地，在取料过程中，所述料堆建模方法还包括：获取原始料堆模型的数据；根据取料机的运行参数获取所述取料机的斗轮经过的位置的物料数据；在所述原始料堆模型上消除所述物料数据以获取料堆模型。

优选地，所述取料机的运行参数包括：所述取料机的行走位置、俯仰角度、回转角度、所述斗轮的高度。

相应地，本发明还提供一种料堆建模装置，所述料堆建模装置包括：落料点获取模块，根据堆料机悬臂的俯仰角及悬臂皮带的速度获取物料的落料点；安息角获取模块，用于根据物料特性获取安息角；体积获取模块，用于获取已卸物料的体积；以及处理模块，用于根据所述落料点、所述安息角及所述体积建立料堆模型。

优选地，如果在现有料堆上继续堆料，则所述料堆建模装置包括：模型获取模块，用于获取所述现有料堆模型，并且所述处理模块在堆料过程中基于所述现有料堆模型建立料堆模型。

优选地，所述料堆建模装置还包括：校正模块，用于根据所建模型计算所述料堆的体积，基于所计算的体积和所堆物料的重量校正所述模型。

优选地，在取料过程中，所述料堆建模装置还包括：模型获取模块，用于获取原始料堆模型的数据；物料数据获取模块，用于根据取料机的运行参数获取所述取料机的斗轮经过的位置的物料数据；所述处理模块在所述原始料堆模型上消除所述物料数据以获取料堆模型。

通过上述技术方案，根据堆料机悬臂的俯仰角及悬臂皮带的速度获取物料的落料点；根据物料特性获取安息角；获取已卸物料的体积；以及根据所述落料点、所述安息角及所述体积建立料堆模型。如此能够较为准确地建立料堆模型，为以后的取料工程提高了效率，并提高了工作稳定性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明提供的取料方法的流程图；

图2是堆料机作业的示意图；

图3是根据本发明提供的料堆建模方法的流程图；

图4是料堆模型的效果图；

图5是取料过程中的模型效果图；

图6是根据本发明提供料堆建模装置的结构示意图；

图7是根据本发明提供的用于取料机取料的料堆模型的识别方法的流程图；

图8是根据本发明一种实施方式确定料堆各层的取料起始点和取料终止点的图示；

图9是料堆顶层的外侧角和内侧角的示意图；

图10是根据本发明提供的料堆边缘检测装置的结构示意图；

图11是取料机的斗轮液压管路中不同情况时的压力曲线示意图；

图12示出了根据本发明一种实施方式的塌垛检测方法的流程图；

图13是根据本发明提供的取料过程中的塌垛检测装置的结构示意图；以及

图14是根据本发明一种实施方式提供的取料方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据本发明提供的取料方法的流程图，如图1所示，本发明提供的取料方法可以包括：在步骤10处，获取料堆的三维模型；在步骤11处，识别三维模型确定取料起始点和取料终止点；以及在步骤12处，控制取料机从所述取料起始点向所述取料终止点进行取料。如此能够合理控制取料机的控制过程，提高了取料作业的稳定性和取料效率，并降低了人工成本。

所述料堆的模型可以预先存储在数据库中，为了便于取料作业或者再次堆料作业时获得料堆的三维信息，在堆料机的堆料过程中，需要对堆场上的料堆进行建模。料堆的建模是指将料堆三维轮廓的数据通过规格化的数据体现出来，即数字高程模型，数学表达式为：z＝f(x,y)。

料堆的三维建模对于料堆体积计算、全自动堆取料作业等工作是至关重要的基础性工作。目前传统的建模方法是采用激光扫描建模的方法，具体为通过二维或者三维激光扫描仪对料堆进行整体扫描，通过扫描获得点云数据结合扫描原点的坐标最终计算出料堆各个位置点的三维坐标信息，实现三维建模。激光扫描建模的优点为数据精确度高，单点误差可以控制在厘米级，以2万吨的煤堆为例，激光扫描后体积的误差可以控制在1％以内。缺点为：扫描时间长，扫描一个煤堆通常需要在不同的位置扫描后拼接在一起，对天气的依赖较强，遇到大雾天或者灰尘较大的环境下，激光的穿透性会受到严重影响，激光扫描仪无法正常工作。

堆场的堆料机、取料机在作业过程中，需要对作业的煤堆进行实时建模，从而可以实现全自动的堆取料作业。但是在作业过程中，通常由于物料(例如煤炭)的粉尘太大或者大雾天等情况而导致激光扫描仪无法正在建模，从而影响生产。

针对物料特性，本发明还提供一种料堆建模方法，例如，煤炭属于散料，根据煤炭颗粒的大小不同、含水量不同，煤炭的安息角是不同的，另外，煤炭的抛出初速度不同，煤堆的落料点也会不同。但是，同类煤炭物料的安息角是基本相同的。图2给出了堆料机作业的示意图。

如图2所示，所述料堆建模方法可以包括：在步骤30处，根据堆料机悬臂的俯仰角及悬臂皮带的速度获取物料的落料点；在步骤31处，根据物料特性获取安息角；在步骤32处，获取已卸物料的体积；以及在步骤33处，根据所述落料点、所述安息角及所述体积建立料堆模型。如此能够建立较为真实地反映料堆的三维模型，以便取料作业时的使用，促进取料作业的稳定性并提高取料作业的效率。其中图4示出了料堆模型的效果图。

其中，通过在堆料过程中，会通过悬臂皮带秤来对物料进行称重，因而可以根据所述物料特性和已卸物料的重量获取所述物料的体积。

如果在现有料堆上继续堆料，则所述料堆建模方法包括：获取所述现有料堆模型，并在堆料过程中基于所述现有料堆模型建立料堆模型。

在堆料过程中，所堆物料的重量通过安装在堆料机悬臂上的皮带秤称重得出的，其准确性较高。因此为了进一步提高所建模型的精确性，所述料堆建模方法还可以包括：根据所建模型计算所述料堆的体积，基于所计算的体积和所堆物料的重量校正所述模型。例如通过重量计算体积，然后调整所述模型使得模型的体积逼近通过重量计算的体积。

在取料过程中，取料机通过斗轮旋转来进行取料作业。一般来说，斗轮挖掉的地方，物料会减掉。如此，通过每次取料机料的左右回转角度，结合斗轮的高度和悬臂俯仰角度，可以计算出煤堆模型的变化。

因此，在取料过程中，所述料堆建模方法还可以包括：获取原始料堆模型的数据；根据取料机的运行参数获取所述取料机的斗轮经过的位置的物料数据；在所述原始料堆模型上消除所述物料数据以获取料堆模型。取料过程中的模型效果图如图5所示。

其中，所述取料机的运行参数包括：所述取料机的行走位置、俯仰角度、回转角度、所述斗轮的高度。

相应地，本发明还提供一种料堆建模装置，如图6所示，本发明提供的料堆建模装置可以包括：落料点获取模块61，根据堆料机悬臂的俯仰角及悬臂皮带的速度获取物料的落料点；安息角获取模块62，用于根据物料特性获取安息角；体积获取模块63，用于获取已卸物料的体积；以及处理模块64，用于根据所述落料点、所述安息角及所述体积建立料堆模型。如此能够建立较为真实地反映料堆的三维模型，以便取料作业时的使用，促进取料作业的稳定性并提高取料作业的效率。

如果在现有料堆上继续堆料，则所述料堆建模装置可以包括：模型获取模块，用于获取所述现有料堆模型，并且所述处理模块64在堆料过程中基于所述现有料堆模型建立料堆模型。

所述料堆建模装置还包括：校正模块，用于根据所建模型计算所述料堆的体积，基于所计算的体积和所堆物料的重量校正所述模型。

在取料过程中，所述料堆建模装置还可以包括：模型获取模块，用于获取原始料堆模型的数据；物料数据获取模块，用于根据取料机的运行参数获取所述取料机的斗轮经过的位置的物料数据；所述处理模块64在所述原始料堆模型上消除所述物料数据以获取料堆模型。

本发明提供的料堆建模方法和装置，能够通过堆料机堆料过程中的参数和取料机取料过程中的参数实现数学模拟的建模，达到不依赖于激光扫描的纯数学建模，如此可以实现全天候料堆建模，进而提高了工作效率。而且，通过本发明提供的料堆建模方法所建模型体积的误差小于1％，提高了工作稳定性。

另外，在取料过程中，如果所述取料机为回转取料，则所述取料方法还可以包括：控制所述取料机向第一方向回转以进行取料；在所述取料机的斗轮到达料堆边缘时，控制所述取料机停止回转并控制其行走预定距离；以及控制所述取料机向与所述第一方向相反的方向回转。

所述取料方法还可以包括：根据所述取料机的回转角度、所述取料机的斗轮的高度以及所述取料机的悬臂的俯仰角度计算料堆的三维模型的变化，并根据该变化更新料堆的三维模型。

在本发明的一种实施方式中，可以将料堆进行分层来控制取料，即所述取料方法还可以包括：根据所述料堆的体积将该料堆分成多个取料层；确定每个取料层的取料起始点和取料终止点；以及控制取料机按照从上到下的顺序从每个取料层的取料起始点向该取料层的取料终止点进行取料。即在顶层取料完成之后，可以将中层作为当前的顶层，以便将其确定为取料层进行取料。

其中，所述取料起始点为所述取料层上在所述取料机行走方向上的第一个点，而所述取料终止点为所述取料层上在所述取料机行走方向上的最后一个点。

如上所述，料堆的三维模型建好后，控制取料机进行自动取料需要实现料堆模型的智能识别。例如，在散货码头的露天堆场作业***中，取料机是用来将堆场的物料取走并传输给装船机的设备。在传统工艺下，通常是人工操作，操作员通过观察料堆的形状调整取料机的大臂位置来进行取料。随着科技发展，料堆的三维建模技术逐渐成熟起来，料堆的三维数据可以通过激光扫描的方式进行采集，并可以生产规范的dem数据。但是，三维建模的数据一般用来进行体积的测量和可视化的展示，操作人员可以根据三维模型进行手动或者半自动取料作业，很难实现全自动取料作业，原因是没有一种智能的料堆模型识别方法来自动进行料堆识别并控制取料机进行自动取料作业。

因此，本发明还提供一种用于取料机取料的料堆模型的识别方法，如图7所示，本发明提供的识别方法可以包括：在步骤70处，获取所述料堆模型；在步骤71处，根据所述料堆的体积将该料堆分成多个取料层；以及在步骤72处，确定每个取料层的取料起始点和取料终止点。如此能够促进取料作业的稳定性并提高取料效率。

其中，由于斗轮每次取料的高度不能太高，否则会发生塌垛情况。因此，根据所述料堆的体积将该料堆分成多个取料层可以包括：按照预定高度将所述料堆进行分层；计算每个层的体积；以及在一层的体积大于预设体积的情况下，将该层作为一取料层。即，在所述取料层的体积小于预设体积时的情况下，确定该取料层取料结束。

其中，计算每个层的体积可以包括：将所述层划分为预定尺寸的矩阵网格；以及对所述层中的矩阵网格的体积进行积分以获得该层的体积。

另外，确定每个取料层的取料起始点和取料终止点可以包括：将所述料堆投影至与所述取料机行走方向平行的平面上；确定所述料堆的投影与一取料层的底面投影的两个交点，其中沿着取料机行走方向上的第一个交点为该取料层的取料起始点，另一个交点为该取料层的取料终止点。

另外，所述识别方法还包括：确定每个取料层的外侧角和内侧角，以用于后续取料过程中判断是否取到料堆边缘。

其中，确定每个取料层的外侧角和内侧角包括：确定以外侧取料切入点为圆心、所述取料机的悬臂为半径的圆与所述取料机的行走轨道中心线在所述取料机行走方向上的第一个交点，该与所述取料机的行走轨道中心线在所述取料机行走方向上的第一个交点与所述外侧取料切入点的连线与所述取料机的行走轨道中心线的夹角为外侧角；确定以内侧取料切入点为圆心、所述取料机的悬臂为半径的圆与所述取料机的行走轨道中心线的在所述取料机行走方向上的第一个交点，该与所述取料机的行走轨道中心线的在所述取料机行走方向上的第一个交点与所述内侧取料切入点的连线与所述取料机的行走轨道中心线的夹角为内侧角。

其中，外侧取料切入点是针对取料机在从外侧向内侧回转的过程中，最先取到物料的点；而内侧取料切入点是针对取料机在从内侧向外侧回转的过程中，最先取到物料的点。

以下将通过具体实施方式来详细描述本发明提供的用于取料机取料的料堆模型的识别方法。

在该实施方式中，可以但不限于将料堆划分为20厘米*20厘米的矩阵网格，每个网格点的高度值就是数字高程。在知道网格上数据点的行列下标的情况下，根据高程模型就可以找到网格点对应的高度值。

其中，计算体积的原理如下：

将各个网格的体积进行积分，由于料堆模型不是规则几何图形，可以采用简化方式来进行体积计算。例如，将各个网格点的高度求和，然后再与单个网格的底面积相乘即可得出料堆的体积。在本实施方式中，网格的边长设定为20厘米，则底面积为0.04平方米。料堆的体积s＝Σhi*0.04，其中hi为各个点的高度值。

对于分层后的顶层体积的计算与上述计算过程类似，首先可以仅统计顶层(例如高程大于等于11.5米)的高程数据，然后将网格点的高程值减去11.5，再求和，最后再乘以底面积0.04即可得出顶层体积。

中层体积的计算首先计算出中层以上包括顶层的体积，然后减去顶层体积即可得出中层体积。

其中，计算起始点、终止点原理如下：

由于取料作业一般从料堆中间开始作业，因此可以选取料堆模型中间行的一行高程数据进行分析。根据每场的情况，一般料堆分为三层，第一层为0-5.5米，第二层为5.5-11米，第三层为11-16米，根据三层层高将中间行的高程数据点分为三个部分，每个部分的两端列下标就反映出当前层的起始点和终止点位置，如图8所示。其中F和A为料堆底层的取料起始点和取料终止点，E和B为料堆中层的取料起始点和取料终止点，D和C为料堆顶层的取料起始点和取料终止点。

计算外侧角、内侧角的原理：

以料堆顶层为例，取料的高度是11.5米，通过模型可以确定料堆顶层外侧取料切入点和内侧取料切入点，然后，通过计算以内外侧切入点为圆心，以取料机悬臂长度为半径画弧线，得到的弧线与行走轨道中心线的交点，连接切入点与交点，然后在计算出连线与行走中心线的角度，如图9所示，可以确定内侧角β和外侧角α。

如上确定顶层体积、中层体积、底层体积、顶层起始点、顶层终止点、中层起始点、中层终止点、底层起始点、底层终止点、顶层外侧角、顶层内侧角、中层内侧角、中层外侧角、底层内侧角、底层外侧角之后，可以将其传动至取料机的控制装置(例如PLC)，控制装置可以根据上述参数进行自动取料作业。

相应地，本发明还提供一种用于取料机取料的料堆模型的识别装置，所述识别装置可以包括：模型获取模块，用于获取所述料堆模型；分层模块，用于根据所述料堆的体积将该料堆分成多个取料层；以及取料点获取模块，用于确定每个取料层的取料起始点和取料终止点。

其中，所述分层模块用于：按照预定高度将所述料堆进行分层；计算每个层的体积；以及在一层的体积大于预设体积的情况下，将该层作为一取料层。

计算每个层的体积包括：将所述层划分为预定尺寸的矩阵网格；以及对所述层中的矩阵网格的体积进行积分以获得该层的体积。

所述取料点获取模块用于：将所述料堆投影至与所述取料机行走方向平行的平面上；确定所述料堆的投影与一取料层的底面投影的两个交点，其中沿着取料机行走方向上的第一个交点为该取料层的取料起始点，另一个交点为该取料层的取料终止点。

另外，所述识别装置还包括：取料角度获取模块，用于确定每个取料层的外侧角和内侧角。

其中，所述取料角度获取模块用于：确定以外侧取料切入点为圆心、所述取料机的悬臂为半径的圆与所述取料机的行走轨道中心线的交点，该交点与所述外侧取料切入点的连线与所述取料机的行走轨道中心线的夹角为外侧角；确定以内侧取料切入为圆心、所述取料机的悬臂为半径的圆与所述取料机的行走轨道中心线的交点，该交点与所述外侧取料切入的连线与所述取料机的行走轨道中心线的夹角为内侧角。

通过本发明提供的用于取料机取料的料堆模型的识别方法和识别装置可以自动计算料堆体积、取料起始点、取料终止点、内侧角、外侧角，能够代替有丰富经验的操作人员，实现煤堆信息的智能识别，控制取料机实现全自动作业，提高了作业效率。

在取料过程中，对煤堆边缘的检测是至关重要的。目前国内的取料机一般都是人工取料，取料的方法是回转取料，即通过回转取料机悬臂，使斗轮可以取料作业。在人工取料模式下是通过司机的眼睛观察进行确定回转的启动和停止的，但是人工观察的局限性在于每个人的操作水平差异造成取料效率降低、雾天及恶劣天气下视线不清时无法判断煤堆的边界基本无法进行取料作业。为此，所述取料方法还包括检测所述料堆的边缘以确定所述取料机是否移动至料堆边缘。

所述取料机在取料时满足以下至少一者的情况下确定所述取料机移动至所述料堆边缘：未接收到经物料反射的料堆边缘信号；所述取料机的斗轮液压管路中的压力小于预设压力；本次取料的回转角度与上次取料的回转角度之间的差值大于预设角度；以及所述取料机的内侧角大于或等于预设内侧角度，或者外侧角大于或等于预设外侧角度。

其中，可以通过声波传感器或微波雷达检测物料是否存在。

相应地，本发明还提供一种料堆边缘检测装置，该料堆边缘检测装置在取料机斗轮取料到料堆边缘时可以自动检测，检测结果可以用来控制取料机停止回转动作并转为行走动作，从而实现半自动或者自动取料作业。

如图10所示，本发明提供的料堆边缘检测装置可以包括：边缘检测器101，安装在取料机上，用于检测料堆边缘信号；以及处理器102，与所述料堆边缘检测器101连接，在所述检测到的料堆边缘信号满足预定条件的情况下，确定所述取料机运转至所述料堆的边缘。如此能够实现对料堆边缘的自动检测，提高了取料机的取料效率。

在一种实施方式中，所述边缘检测器可以安装在所述取料机的斗轮上；所述边缘检测器用于发射检测信号，并接收经物料反射的料堆边缘信号；所述预定条件为所述边缘检测器未接收到经物料反射的料堆边缘信号；其中，所述边缘检测器包括以下装置中的一者：声波检测器、微波雷达、以及激光测距仪。

在该实施方式中，当取料机取料到料堆边缘时，例如声波传感器会检测到前方没有物体阻挡，那么声波反射不回来，如此可以确定取料机斗轮已经取料到边缘附近，由于料堆自身具有安息角，当声波传感器检测到边缘时，取料机往往还没有将边缘的物料取干净，此时可以通过增加延时命令控制取料机进行预订时间的取料，以便将物料取净。

在回转取料方式中，所述取料机的斗轮两侧均安装有所述边缘检测器。

在本发明另一实施方式中，所述边缘检测器可以为压力传感器，安装在所述取料机的斗轮液压管路中，用于检测所述取料机的斗轮液压管路中的压力，其中所述预定条件为所检测的压力小于预设压力。

在该实施方式中，在斗轮液压管路中增加模拟量压力传感器，可以将斗轮压力通过4-20毫安的信号传输给PLC模拟量输入模块，通过计算得出斗轮的实时压力。预先可以进行空载测试和重载测试，确定重载压力与空载压力之间的区别，以便进行检测。例如斗轮空载压力为50bar，重载压力为70-120bar，因此，可以在检测到斗轮压力小于60bar时确定已经取料至料堆的边缘。

在本发明的又一实施方式中，所述边缘检测器可以为回转角度检测器，安装在所述取料机的回转装置上，用于检测所述取料机的回转角度，其中所述预定条件为本次所检测的回转角度与上次所检测的回转角度的差值大于预设回转角度。

一般来讲，根据煤堆的轮廓特性，取料机步进1-2米后的外侧回转角度、内侧回转角度与上一次取料的外侧回转角度、内侧回转角度相差很小，经过实测，一般不大于5度。如此，当本次回转角度与上次回转角度的差值大于5度时，则确定已经取料至料堆的边缘。

在本发明的再一实施方式中，所述边缘检测器可以为角度检测器，安装在所述取料机的回转装置上，用于检测所述取料机的内侧角或外侧角，其中所述预定条件为所检测的内侧角大于或等于预设内侧角度，或者外侧角大于或等于预设外侧角度。

根据料堆的最大堆存量，可以计算出一定高度的斗轮在取标准大垛时的最大外侧角和最小内侧角，可以将其作为预定条件，当回转至最大外侧角或者最小内侧角时，可以确定已经取料至料堆的边缘。

其中，最大外侧角和最小内侧角可以根据实际料堆的情况来设定。例如，在一种实施方式中，对于顶层，最大外侧角可以设置为70度，对于中层，最大外侧角可以设置为80度，对于底层，最大外侧角可以设置为90度。对于顶层，最小内侧角可以设置为20度，对于中层，最小内侧角可以设置为15度，对于底层，最小内侧角可以设置为10度。

另外，所述料堆边缘检测装置还可以包括报警器，用于在所述处理器确定所述取料机运转至所述料堆的边缘的情况下进行报警。

其中，所述处理器可以为比较器，用于判断是否满足预定条件。

通过上述多种方法和装置来检测料堆的边缘，能够实现自动检测，进而可以实现自动或者半自动取料作业，并且各种手段之间可以相互校核，保证作业的安全性；该检测方法和装置响应快，可以提高作业效率。

在取料机的取料作业过程中，由于单层的取料高度太高、单次进车的距离过大等原因，经常出现料堆塌垛的情况。取料机在取料作业时，一般通过斗轮的旋转、悬臂回转以及行走进车的方式进行回转式或者行走式取料作业。所谓塌垛，是指料堆在取料过程中突然崩塌，造成取料机的斗轮突然负载增大，斗轮堵转而停止作业。目前，取料机都是人工手动作业，塌垛的情况依靠人眼睛观察，塌垛的处理依靠人工手动调节。这存在以下缺点：人工观察稳定性差，人工观察存在视觉疲劳，特别是夜间作业视线不清的情况下经常不能及时发现，从而造成斗轮的堵料严重，增加了处理的困难性；另外，人工手动处理响应慢、效率低，操作人员看到塌垛以后，先要判断塌垛的程度，再选择处理方法，其对人工经验的依赖性太强，在人员疲劳以后经常造成处理不及时，并且存在安全隐患。

因此，本发明提供的取料方法还可以包括塌垛检测，以便自动检测料堆塌垛情况并且能根据塌垛情况自动处理，以提高作业效率，避免安全隐患。

由于取料机的斗轮驱动通常为液压马达驱动，当料堆出现塌垛情况时候，斗轮液压管路中的压力会升高。因而，可以根据斗轮的空载、轻载、额定载荷、轻微塌垛过载、严重塌垛过载等情况类似测试出斗轮工作的压力曲线。如图11所示，A点为斗轮空载时斗轮液压管路中的压力，B点为斗轮额定载荷时斗轮液压管路中的压力，C点为料堆轻微塌垛时斗轮液压管路中的压力，D为料堆严重塌垛时斗轮液压管路中的压力，

基于上述内容，所述塌垛检测可以包括：检测斗轮压力；在斗轮压力大于第一预设压力时，确定严重塌垛；以及在斗轮压力大于第二预设压力小于或等于所述第一预设压力时，确定轻微塌垛。

在严重塌垛的情况下，所述取料方法还包括：控制所述取料机停止回转或行走；控制所述取料机后退预设距离；控制所述取料机在预定时间进行取料并禁止取料机回转和行走；以及控制所述取料机回转或行走。

在轻微塌垛的情况下，所述取料方法还包括：控制所述取料机停止回转或行走；控制所述取料机在预定时间进行取料并禁止取料机回转和行走；以及控制所述取料机回转或行走。

以下将通过具体实施方式来详细描述本发明提供的塌垛检测方法。

如图11所示，斗轮空载压力在50bar左右，正常载荷在80bar-120bar之间，轻微塌垛载荷在120bar以上，严重塌垛载荷在160bar以上。根据测试曲线，可以得出当前煤堆的塌垛情况，而且由于压力传感器响应快，参数稳定，可以自动识别，较人眼观察有了质的提升。

通过上述塌垛检测方法和检测装置可以自动检测出轻微塌垛和严重塌垛，无需人工观察判断，节省了人力，并且提高了检测效率；而且可以根据塌垛情况自动处理，从而为全自动取料作业做好基础，提高了处理效率。

图12示出了根据本发明一种实施方式的塌垛检测方法的流程图。如图12所示，在步骤121处，斗轮开始工作；在步骤122处，检测斗轮液压管路中的压力；在步骤123处，判断压力是否大于160bar；如果压力大于160bar，则在124处，确定料堆出现严重塌垛；如果压力未大于160bar，则在步骤125处，判断压力是否大于120bar；如果压力大于120bar，则在126处，确定料堆出现轻微塌垛；如果压力未大于120bar，则在步骤127处，确定料堆未塌垛；继续对压力进行检测。

针对轻微塌垛的情况，在检测到塌垛以后，控制装置(例如PLC)可以自动停止取料机回转或者行走，并控制取料机原地进行取料例如3秒钟后，再次启动回转或行走，如此通过短暂的回转、行走停止可以将轻微塌垛的物料取干净，然后再次正常取料。

在严重塌垛情况下，可以首先停止当前回转或行走动作，PLC可以控制取料机后退例如1米左右，然后控制取料机原地进行取料例如5秒钟，然后在当前位置按照中断前的方向进行回转或行走动作，开始正常作业。

相应地，本发明还提供一种取料过程中的塌垛检测装置。如图13所示，本发明提供的取料过程中的塌垛检测装置可以包括：信号检测器131，安装在取料机上，用于检测料堆的塌垛信号；以及处理器132，与所述信号检测器131连接，在所检测到的塌垛信号达到预定条件时，确定料堆塌垛。

在本发明的一种实施方式中，所述信号检测器131可以为压力检测器，安装在所述取料机的斗轮液压管路中，用于检测所述取料机的斗轮液压管路中的压力信号。

在本发明的另一种实施方式中，所述信号检测器131可以为力矩检测器，安装在所述取料机的斗轮上，用于检测所述料机的斗轮的力矩。

在本发明的又一种实施方式中，所述信号检测器131可以为电流检测器，与驱动所述取料机的斗轮的电机连接，用于检测所述电机的电流。

其中，所述处理器132可以为比较器，用于判断是否达到预定条件。

另外，所述处理器132可以为PLC。

为了进一步保证对塌垛情况的及时处理，所述塌垛检测装置还可以包括报警器，与所述处理器132连接，用于在料堆塌垛的情况下进行报警。

以下将通过具体实施方式来详细描述本发明提供的取料方法，但是应该注意的本发明并不限制于此。

图14是根据本发明一种实施方式提供的取料方法的流程图。如图14所示，在步骤141处，获取料堆模型；在步骤142处，计算料堆各层(例如，顶层，中层，底层)的体积，根据体积来确定取料层；在步骤143处，确定各层的取料起始点和取料终止点；在步骤144处，控制取料机的斗轮至取料层的起始点处；在步骤145处，控制取料机进行取料；在取完当前层，取料机重新选择取料层，并进行自动换层取料；在步骤149处，完成取料量后，更新料堆模型，以便下次取料时使用；在取料过程中，在步骤146处，实时地进行塌垛检测；以及在步骤147处，实时地进行料堆边缘检测。

通过本发明提供的取料方法，突破了料堆的全天候建模难题，解决了煤堆模型的智能识别，提出了新的煤堆边缘检测方法、装置和塌垛检测处理方法、装置，上述方法及装置可以完全代替人工取料并且进行智能判断、处理取料过程中的各种问题，实现了全天候条件下的全自动无人值守取料作业，在生产过程中节约了人员成本，提高了作业效率和稳定性，有效地避免了安全事故。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种料堆建模方法，其特征在于，所述料堆建模方法包括：

根据堆料机悬臂的俯仰角及悬臂皮带的速度获取物料的落料点；

根据物料特性获取安息角；

根据所述物料特性和悬臂皮带秤所称重的已卸物料的重量获取所述物料的体积；以及

根据所述落料点、所述安息角及所述体积建立料堆模型。

2.根据权利要求1所述的料堆建模方法，其特征在于，如果在现有料堆上继续堆料，则所述料堆建模方法包括：获取所述现有料堆模型，并在堆料过程中基于所述现有料堆模型建立料堆模型。

3.根据权利要求1所述的料堆建模方法，其特征在于，所述料堆建模方法还包括：根据所建模型计算所述料堆的体积，基于所计算的体积和所堆物料的重量校正所述模型。

4.根据权利要求1所述的料堆建模方法，其特征在于，在取料过程中，所述料堆建模方法还包括：

获取原始料堆模型的数据；

根据取料机的运行参数获取所述取料机的斗轮经过的位置的物料数据；

在所述原始料堆模型上消除所述物料数据以获取料堆模型。

5.根据权利要求4所述的料堆建模方法，其特征在于，所述取料机的运行参数包括：所述取料机的行走位置、俯仰角度、回转角度、所述斗轮的高度。

6.一种料堆建模装置，其特征在于，所述料堆建模装置包括：

落料点获取模块，根据堆料机悬臂的俯仰角及悬臂皮带的速度获取物料的落料点；

安息角获取模块，用于根据物料特性获取安息角；

体积获取模块，用于根据所述物料特性和悬臂皮带秤所称重的已卸物料的重量获取所述物料的体积；以及

处理模块，用于根据所述落料点、所述安息角及所述体积建立料堆模型。

7.根据权利要求6所述的料堆建模装置，其特征在于，如果在现有料堆上继续堆料，则所述料堆建模装置包括：模型获取模块，用于获取所述现有料堆模型，并且所述处理模块在堆料过程中基于所述现有料堆模型建立料堆模型。

8.根据权利要求6所述的料堆建模装置，其特征在于，所述料堆建模装置还包括：校正模块，用于根据所建模型计算所述料堆的体积，基于所计算的体积和所堆物料的重量校正所述模型。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的料堆建模装置，其特征在于，在取料过程中，所述料堆建模装置还包括：

模型获取模块，用于获取原始料堆模型的数据；

物料数据获取模块，用于根据取料机的运行参数获取所述取料机的斗轮经过的位置的物料数据；

所述处理模块在所述原始料堆模型上消除所述物料数据以获取料堆模型。

Images