一種斗輪機(jī)的控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)及控制方法，特別涉及一種斗輪機(jī)的控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，斗輪機(jī)是依據(jù)斗輪挖掘機(jī)所研發(fā)出的一種新型設(shè)備，屬于一種高效率連續(xù)性的大型裝卸設(shè)備，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]同時(shí)斗輪機(jī)更是在火力發(fā)電廠內(nèi)，輸煤取煤過(guò)程中不可缺少的設(shè)備之一。使其安全可靠的運(yùn)行對(duì)于電廠的工作生產(chǎn)起著確定性的因素。對(duì)于斗輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程以及自動(dòng)控制過(guò)程的深入研究，不但能夠提供火力發(fā)電廠的自動(dòng)化水平，同時(shí)在人力資源的運(yùn)用方面有著非常重要的地位。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，火力發(fā)電廠逐漸成為現(xiàn)代化的企業(yè)，若想滿足現(xiàn)代化電廠的對(duì)于智能化的要求，必須要做到斗輪機(jī)的完全自動(dòng)化以及智能化。例如斗輪機(jī)在時(shí)進(jìn)行煤料的堆取，堆取量是多少，對(duì)應(yīng)的設(shè)備需要如何工作，堆料的時(shí)候還需要進(jìn)行哪些其他的動(dòng)作等，都通過(guò)系統(tǒng)自己來(lái)確定。操作人員可以通過(guò)電腦顯示屏來(lái)了解斗輪機(jī)的運(yùn)行情況。利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，控制計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)光圖像的識(shí)別完成自動(dòng)尋找堆煤和取煤的位置，達(dá)到堆取的全自動(dòng)化。
[0004]目前斗輪機(jī)運(yùn)行方式可以分為手動(dòng)、半自動(dòng)以及全自動(dòng)三種方式，國(guó)內(nèi)大多數(shù)火力發(fā)電廠仍在使用手動(dòng)控制方式。盡管半自動(dòng)控制方式逐漸被人們所使用，但是半自動(dòng)控制方式僅限于簡(jiǎn)單的操作，輸煤控制系統(tǒng)與斗輪機(jī)之間并沒(méi)有信息的交流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的斗輪機(jī)自動(dòng)化水平低而導(dǎo)致的工作效率低、資源浪費(fèi)以及存在安全隱患的問(wèn)題，而提供的一種斗輪機(jī)的控制系統(tǒng)及控制方法。
[0006]本發(fā)明提供的斗輪機(jī)的控制系統(tǒng)包括有主車(chē)控制器、第一現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器、第二現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器和尾車(chē)控制器，其中主車(chē)控制器內(nèi)設(shè)置有工控機(jī)和主PLC機(jī)，工控機(jī)和主PLC機(jī)相連接，主PLC機(jī)還連接有第一傳感器和第一執(zhí)行器，尾車(chē)控制器內(nèi)設(shè)置有從PLC機(jī)，從PLC機(jī)與主PLC機(jī)相連接，從PLC機(jī)連接有第二傳感器和第二執(zhí)行器，第一現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器和第二現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器相串聯(lián)，主車(chē)控制器內(nèi)的工控機(jī)通過(guò)局域網(wǎng)與第一現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器進(jìn)行通信連接。
[0007]工控機(jī)還連接有圖像采集卡和定位裝置，其中圖像采集卡與攝像機(jī)連接，定位裝置與激光器連接，攝像機(jī)和激光器設(shè)在斗輪機(jī)懸臂的前部，圖像采集卡主要作用是將攝像機(jī)的模擬信號(hào)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行保存，配合軟件，可以在保持高分辨率的前提下，壓縮數(shù)據(jù)，壓縮文件的大小，以便長(zhǎng)時(shí)間錄影，保存資料，方便調(diào)查取證。
[0008]主PLC機(jī)與工控機(jī)間的通訊采用RS-485方式通訊。
[0009]主PLC機(jī)與第一傳感器和第一執(zhí)行器間的通訊采用MODBUS或現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方式。
[0010]從PLC機(jī)與第二傳感器和第二執(zhí)行器間的通訊采用MODBUS或現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方式。
[0011]圖像采集卡帶有用于二次開(kāi)發(fā)的接口函數(shù)。
[0012]攝像機(jī)為CXD攝像機(jī)。
[0013]激光器為一字線形激光器。
[0014]本發(fā)明提供的斗輪機(jī)的控制方法，其方法如下:
[0015]第一步:將CXD攝像機(jī)以及一字線形激光器通過(guò)固定裝置安裝在斗輪機(jī)前臂上，高度要高于煤堆的最高高度，保證CCD攝像機(jī)和一字線形激光器以俯視的方式觀察到煤場(chǎng)的全景；
[0016]第二步:斗輪機(jī)在軌道上行走利用一字線形激光器進(jìn)行掃描，采集煤場(chǎng)煤堆的結(jié)構(gòu)光條圖像；
[0017]第三步:將所采集的結(jié)構(gòu)光圖像進(jìn)行去噪聲處理以及輪廓提取，從而得到煤堆的三維輪廓和尺寸，具體方法如下:
[0018](I)采用麻點(diǎn)噪聲濾波8鄰域算法，其算法如下:
[0019]Judge = true
[0020]for(i = 2 ；i<326 ；i++)
[0021]{for(j = 2 ；j<315: j++)
[0022]{
[0023]依次讀取(i，j)點(diǎn)周?chē)它c(diǎn)灰度值，n[I]，n[2].........η[8],
[0024]if (η [2]+η [4]+η [6]+η [8] = O)則(i，j)點(diǎn)為噪聲，去掉；
[0025]if (η [I]+η [2]+……η[8]〈 = 3)則(i，j)點(diǎn)為孤立點(diǎn)，去掉；
[0026]}
[0027]若無(wú)噪聲和孤立點(diǎn)，Judge = O
[0028]}
[0029](2)進(jìn)行結(jié)構(gòu)光圖像輪廓提取，通過(guò)找到光帶外緣或內(nèi)緣的一個(gè)點(diǎn)k，然后分別沿著Y軸的正、負(fù)方向按鄰域法搜索，搜索時(shí)依次按(x-1，y) (X，y)，(χ+l，y)的方向進(jìn)行，其算法如下:
[0030]確定終結(jié)條件judge ；
[0031]找出輪廓上的任意一點(diǎn)k;
[0032]kl = k ;//kl為向上的尋找；
[0033]k2 = k ；//k2為向下的尋找；
[0034]while (judge = true)
[0035]{
[0036]kl = kl-1 ；k2 = kl+1 ；
[0037]判定kl，k2處是否有點(diǎn)，若有點(diǎn)則記錄下來(lái)；
[0038]否則judge = false ；
[0039]}
[0040]第四步:利用主PLC機(jī)與工控機(jī)之間的通訊來(lái)進(jìn)行斗輪機(jī)自動(dòng)控制以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。
[0041]本發(fā)明的工作原理:
[0042]本發(fā)明主要采用結(jié)構(gòu)光條法對(duì)斗輪機(jī)所對(duì)應(yīng)的煤堆上的工作面用一字線形激光器進(jìn)行掃描。一字線形激光器和CCD攝像機(jī)都架在斗輪機(jī)固定位置，對(duì)于整個(gè)煤堆的掃描是通過(guò)斗輪機(jī)在軌道上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使得激光器和CCD攝像機(jī)沿斗輪機(jī)的軌道方向作平動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。采集到煤堆的完整的結(jié)構(gòu)光圖像，從而通過(guò)圖像處理、數(shù)據(jù)計(jì)算等步驟，得到煤堆的三維信息；并建立斗輪機(jī)作業(yè)面方向的煤堆的三維信息數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)煤堆的三維信息。完成一次斗輪機(jī)作業(yè)面一側(cè)煤堆的完整掃描后，通過(guò)對(duì)煤堆圖像的處理，得到煤場(chǎng)煤的堆放的信息，通過(guò)一些優(yōu)化原則和堆、取煤的工藝，找到斗輪機(jī)堆煤或者取煤的作業(yè)點(diǎn)。當(dāng)斗輪機(jī)在煤場(chǎng)的一個(gè)局部作業(yè)時(shí)，也可以對(duì)這個(gè)作業(yè)處進(jìn)行局部的掃描，實(shí)時(shí)的更新這個(gè)作業(yè)點(diǎn)的信息，并可以把這個(gè)局部的信息存儲(chǔ)到煤場(chǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。以數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)、三維重建技術(shù)、電力載波通訊技術(shù)、PLC機(jī)等技術(shù)，以斗輪機(jī)控制為對(duì)象，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)煤場(chǎng)煤堆進(jìn)行結(jié)構(gòu)光掃描、圖像采集、識(shí)別，控制斗輪機(jī)使其可以自動(dòng)運(yùn)行，提高火力發(fā)電廠的輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。
[0043]圖像采集卡都帶有用于二次開(kāi)發(fā)的接口函數(shù)，在使用圖像采集卡和設(shè)計(jì)圖像處理程序時(shí)調(diào)用圖像采集卡帶的接口函數(shù)。選用不同的采集卡，它們帶有的接口函數(shù)會(huì)略有不同。主PLC機(jī)與工控機(jī)間的通訊采用RS-485方式通訊，PLC機(jī)與傳感器、執(zhí)行器間的通訊采用MODBUS或現(xiàn)場(chǎng)總線等通訊方式。把圖像處理程序得到的數(shù)據(jù)信息處理成工控機(jī)上數(shù)據(jù)監(jiān)視與控制程序可以識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，并把數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)監(jiān)視與控制程序可以訪問(wèn)的數(shù)據(jù)源中。以采用西門(mén)子(Siemens)的S7 — 300系列PLC機(jī)，數(shù)據(jù)監(jiān)視與控制程序使用北京三維力控有限公司的力控2.61組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的斗輪機(jī)，使用其他系統(tǒng)的斗輪機(jī)的通訊方法基本相同。
[0044]圖像處理程序與數(shù)據(jù)監(jiān)視與控制程序工作在同一臺(tái)工控機(jī)內(nèi)，數(shù)據(jù)通訊量相對(duì)較小，選用DDE (動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換)數(shù)據(jù)通信、交換標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)程序間的數(shù)據(jù)交換。圖像處理程序把處理好的數(shù)據(jù)存入EXCEL中，力控2.61作為客戶端不斷在EXCEL中取走數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的點(diǎn)參數(shù)通過(guò)I/O數(shù)據(jù)連接與DDE服務(wù)器程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其具體操作步驟如下:
[0045]1、在數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建一個(gè)模擬I/O點(diǎn)FI101，F(xiàn)I101的PV參數(shù)為實(shí)型，F(xiàn)IlOl的DESC參數(shù)為字符型。FI 101.PV和FI 101.DESC通過(guò)DDE方式分別連接到EXCEL工作薄B00K1.XLS的工作單的RlCl和R1C2單元，即EXCEL工作單第一行的左起第一個(gè)和第二個(gè)單元格(CELL)ο
[0046]2、Draw導(dǎo)航器中展開(kāi)項(xiàng)目“I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)”，然后依次展開(kāi)設(shè)備類(lèi)型“DDE”，廠商“Microsoft”，選擇驅(qū)動(dòng)程序“DDE”，雙擊驅(qū)動(dòng)程序名稱(chēng)“DDE”或用鼠標(biāo)右鍵單擊后在右鍵菜單中選擇“添加設(shè)備驅(qū)動(dòng)”。
[0047]3、將設(shè)備名稱(chēng)定義為“EXCEL”。在輸入框“服務(wù)名”中輸入EXCEL的服務(wù)程序名“EXCEL”，在輸入框“話題”中輸入被訪問(wèn)的主題名。
[0048]4、在導(dǎo)航器驅(qū)動(dòng)程序“DDE”下面增加了 “EXCEL” 一項(xiàng)，使用新定義的I/O設(shè)備“EXCEL”來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)連接。
[0049]5、在Draw導(dǎo)航器中雙擊“數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)”以啟動(dòng)DBManager程序，然后在DBManager中雙擊FI 101點(diǎn)，選擇“數(shù)據(jù)連接”使其展開(kāi)，選擇“I/O設(shè)備”下面的“EXCEL”項(xiàng)。
[0050]6、在上述“數(shù)據(jù)連接”對(duì)話框后，選擇“PV”參數(shù)，點(diǎn)擊“增加”按鈕，出現(xiàn)對(duì)話框，輸入DDE的項(xiàng)名“R1C1”，單擊“確定”按鈕，該點(diǎn)的PV “連接項(xiàng)列表”中增加了一項(xiàng)數(shù)據(jù)連接。
[0051]7、用同樣的方法為FIlOl點(diǎn)的DESC參數(shù)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)連接，連接的單元地址為“R1C2”。在斗輪機(jī)上控制計(jì)算機(jī)與中央集控室間的通訊通過(guò)電力線載波進(jìn)行通訊。使用2400BPS的線路傳輸速度，115.2KBPS的終端速率。
[0052]本發(fā)明的有益效果:
[0053]1、本發(fā)明在現(xiàn)有斗輪機(jī)的基礎(chǔ)上，提高了火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)火力發(fā)電廠的自動(dòng)化水平，極大地提高了相應(yīng)的工作效率。
[0054]2、提高工作的可靠性，減少操作和值守人員，減小一線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還減少了由于人為因素造成的資源浪費(fèi)，有效地利用了現(xiàn)有資源，極大地降低了相應(yīng)的生產(chǎn)成本；
[0055]3、避免了操作人員在對(duì)斗輪機(jī)進(jìn)行操作時(shí)所產(chǎn)生的安全隱患。
【附圖說(shuō)明】
[0056]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057]圖2為本發(fā)明軟件模塊流程圖。
[0058]圖3為結(jié)構(gòu)光圖像獲取流程圖。
[0059]圖4為結(jié)構(gòu)光圖像出力模塊流程圖。
[0060]圖5為煤輪廓提取流程圖。
[0061]圖6為控制系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間通訊流程圖。
[0062]1、主車(chē)控制器2、第一現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器 3、第二現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器
[0063]4、尾車(chē)控制器5、工控機(jī)6、主PLC機(jī)7、第一傳感器
[0064]8、第一執(zhí)行器9、從PLC機(jī)10、第二傳感器11、第二執(zhí)行器
[0065]20、圖像采集卡21、定位裝置22、攝像機(jī)23、激光器。
【具體實(shí)施方式】
[0066]請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示:
[0067]本發(fā)明提供的斗輪機(jī)的控制系統(tǒng)包括有主車(chē)控制器1、第一現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器2、第二現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器3和尾車(chē)控制器4，其中主車(chē)控制器I內(nèi)設(shè)置有工控機(jī)5和主PLC機(jī)6，工控機(jī)5和主PLC機(jī)6相連接，主PLC機(jī)6還連接有第一傳感器7和第一執(zhí)行器8，尾車(chē)控制器4內(nèi)設(shè)置有從PLC機(jī)9，從PLC機(jī)9與主PLC機(jī)6相連接，從PLC機(jī)9連接有第二傳感器10和第二執(zhí)行器11，第一現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器2和第二現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器3相串聯(lián)，主車(chē)控制器I內(nèi)的工控機(jī)5通過(guò)局域網(wǎng)與第一現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器2進(jìn)行通信連接。
[0068]工控機(jī)5還連接有圖像采集卡20和定位裝置21，其中圖像采集卡20與攝像機(jī)22連接，定位裝置21與激光器23連接，攝像機(jī)22和激光器23設(shè)在斗輪機(jī)懸臂的前部，圖像采集卡2