一种基于料机无人化的精确堆料和取料方法与流程

1.本发明涉及一种基于料机无人化的精确堆料和取料方法，属于自动控制技术领域。

背景技术：

2.矿石原料采用货船运输，通过卸船机、皮带机、堆料机堆至矿石的一次料场，一次料场通过取料机、皮带机对混匀料场（也称为二次料场）供料，为烧结机提供成分稳定、合格的含铁原料。由于料场规模的限制，无法实现“一船一堆制”，往往造成一次料场内的同一料堆存在同种物料多船混堆的现象。虽为同一品料种，但物料来源地不同，不同批次、不同货船的物料成分含量存在差异，导致混匀配料配比控制存在困难，混匀料堆各成分核算存在误差，进而影响烧结矿质量稳定性。目前行业内采用人工经验判断，结合混匀料场增加混匀堆料层数等手段减少对混匀矿成分波动的影响，末端处理往往效果不佳，且措施成本高。

技术实现要素：

3.本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种通过堆料、取料数字化管控手段，实现一次料场料堆信息的数字化的方法。
4.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于料机无人化的精确堆料和取料方法，包括如下步骤：步骤1：建立料堆信息数字化数据库；步骤2：堆料作业动态信息精确记录并更新料堆信息数字化数据库；步骤3：取料作业动态信息精确记录并更新料堆信息数字化数据库。
5.上述方案进一步的改进在于：所述步骤1中，收集料场号、料堆号、物料品种、堆高、库存量、船次、物料成分信息，从而建立料堆信息数字化数据库。
6.上述方案进一步的改进在于：所述步骤2中，堆料作业时，获取船次、物料品种；堆料开始时，记录当前料机坐标、雷达测距高度、料机移动到堆料作业位置的移动距离、料机移动到堆料作业位置的移动方向；当堆料结束时，再次记录料机坐标、雷达测距高度。
7.上述方案进一步的改进在于：所述步骤2中，计算本次堆料的料堆的边界点；以料机零位为原点建立三维坐标系，以料机移动方向为x轴，料机的悬臂回转方向为y轴，料机的悬臂俯仰方向为z轴；设料机悬臂长ls，料机在该层料堆的四角中的任一角进行堆料时走行值为w，悬臂回转角度为α，俯仰角度为β，物料的安息角为γ，堆料时料位计测得的最终堆高为h，堆积前原料堆堆高为h；则计算：该层该角上部坐标x = w+l*cosβ*cosα；该层该角上部坐标y = l*cosβ*sinα；该层该角上部坐标z = h；该层该角下部坐标x = w+l*cosβ*cosα-cotβ*(h-h)；
该层该角下部坐标y = l*cosβ*sinα+cotβ*(h-h)；该层该角下部坐标z = h；重复至四角均计算完毕；从而得出本次堆料的料堆的上部四角的边界点和下部四角的边界点。
8.上述方案进一步的改进在于：所述步骤3中，取料作业时，记录开始取料时的料机位置、料场号、料堆号、所取物料的层；取料结束时，记录取料结束时料机位置、取料的量；如取料过程中发生换层取料，则记录换层开始时料机位置、换层完成后料机位置、目标所取物料的层。
9.上述方案进一步的改进在于：所述步骤3中，取料作业结束后，得到本次取料作业总取料量及不同船次的物料在本次取料作业中的占比，从而得到本次取料作业的分船次物料精确实绩，将计算结果存入料堆信息数字化数据库；更新新各船次物料在料堆中的分布范围数据。
10.上述方案进一步的改进在于：所述步骤3之后，根据取料作业的分船次物料精确实绩绩，计算出每次取料入混匀配料槽物料的综合平均成分。
11.上述方案进一步的改进在于：所述步骤1还包括建立料堆信息数字化电子地图；把每个料堆按船次分成若干个子料堆，建立料堆信息数字化电子地图；每个子料堆都有各自的物料品种、船次、库存量、地址、分层坐标、成分信息；将料场中各料堆的信息以图形化的形式展现在人机界面中。
12.本发明提供的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，将船运（或火车等运输）矿石（或其它物料）在一次料场实施源头位置管控，料堆信息图形化展示、库存管理、料堆堆积实绩分船（批次）统计。指挥无人化堆取料机实现精准取料，事先预知所取物料成分，通过系统进行混匀料堆成分配比核算，有力保障混匀矿成分的稳定性，科学预测烧结矿成分质量。实现了一次料场同一料堆多船物料数字化位置区分。实现了混匀大堆中配入进口矿的船名、品名、数量、成分区分。为混匀矿质量追踪和成分计算提供更有效的数据支撑。实现了矿石等物料生命周期追踪。提高了卸船堆料、取料配矿、混匀矿堆料作业整体智能化作业管理水平。提高料堆信息数字化水准。
具体实施方式实施例
13.本实施例的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，包括如下步骤：步骤1：建立料堆信息数字化数据库；本步骤中建立料堆信息数字化数据库，并对现有的原料计算机系统与堆取料机无人化系统间的通讯接口进行改造，在通讯内容增加料堆信息增加数字化精准取料方法所必须的内容，并保存到料堆信息数字化数据库。需要增加的通讯内容如下：1）在原有的堆料作业计划中增加船次或者批次号等信息，待堆料作业结束时将数据融合到堆料目标料堆信息中（一个料堆分成若干个子料堆，同一个子料堆成分相同船名相同）。
14.2）卸船堆料作业时，原料计算机系统从铁区管理系统获取在卸物料的检化验信息
（也即是物料成分信息），并且转发给堆取料机无人化系统，待堆料结束时将物料检化验信息绑定到目标料堆信息中。
15.3）在原有的取料作业计划中增加本次取料配矿作业的混匀大堆号，便于混匀大堆的最终精确成分计算。
16.传统的料堆信息主要包括料场号、料堆号、品种、起始地址、终止地址、堆高、库存量等信息。
17.在传统的料堆信息基础上把每个料堆按船次（或者批次号）进一步细分成若干个子料堆，建立料堆信息数字化电子地图。每个子料堆都有各自的品种、船次、库存量、地址、分层坐标、成分信息等详细数据。在堆料作业、取料作业后更新料堆信息数字化料场地图数据，以料堆信息和其中的子料堆信息数据为依托，将整个料场中各堆垛的信息以图形化的形式展现在界面中，同一料垛不同船次的物料，对同一料堆中不同船次的物料通过不同颜的渲染做出区分。同时电子地图根据原料的特性和现场实际工况把料场分成若干个区域，料场的长宽比例进行缩放布局，根据料堆的具体位置和长度进行图形展示，使用户直观的了解到当前料场中，各堆垛的实时信息，使工作人员对料场进行合理化、规范化管控。
18.步骤2：堆料作业动态信息精确记录并更新料堆信息数字化数据库；堆料作业时，从原料计算机系统获取船次、料种、料堆等作业计划信息，分船记录堆料作业区间。堆料开始时，记录当前料机坐标、雷达测距高度、堆料作业寸动距离，堆料作业方向；当堆料作业发生寸动后，记录寸动后料机坐标；当堆料结束时，再次记录料机坐标、雷达测距高度，以上记录作业数据存入数据库，由此可得到一组可确定一船料或一次堆料作业堆料范围的坐标数据。
19.堆料作业结束后，从数据库中获取堆取料机无人化系统记录的堆料作业区间坐标数据、料堆号、船次等信息。以料机零位为原点，建立直角坐标系，将料堆从下往上分层，每层高度与取料高度相等且与取料分层吻合。结合物料堆积角、堆高、料机悬臂长度等数据，计算出每一层上部与下部的位置数据，剔除计算结果中每一层与数据库中已存在的相同层的重叠数据，即可得出此船料在这一料堆中每一层分布的位置区间，将计算结果存入数据库。确定每一层料堆区间的点的数量根据料堆的形状决定。
20.假设本船堆积的物料在料堆第四层，通过料机堆料时的动作参数、堆积前原料堆的位置坐标、所堆物料的安息角等条件，可计算本船物料堆积后，本船物料在料堆中各边界点的位置坐标。以第四层上部一角和第四层一角为例（其余边界点的坐标计算方法类似），位置坐标的计算步骤如下：以料机零位为原点建立三维坐标系，以料机走行方向为x轴，料机悬臂回转方向为y轴，料机悬臂俯仰方向为z轴。假设料机悬臂长ls，料机在第四层边界1位置堆料时走行值为w，悬臂回转角度为α，俯仰角度为β，物料的安息角为γ，堆料时料位计测得的最终堆高为h，堆积前原料堆堆高为h。则可测算出第四层上部一角的坐标值为：第四层上部一角坐标x = w+l*cosβ*cosα第四层上部一角坐标y = l*cosβ*sinα第四层上部一角坐标z = h另外，可测算出第四层下部一角的坐标值为：第四层下部一角坐标x = w+l*cosβ*cosα-cotβ*(h-h)
第四层下部一角坐标y = l*cosβ*sinα+cotβ*(h-h)第四层下部一角坐标z = h类似地，可计算得出此船物料在料堆该层堆积的上下部的四角的坐标值，并将这些数据保存到数据库中。
21.步骤3：取料作业动态信息精确记录并更新料堆信息数字化数据库。
22.取料作业时，记录开始取料料机位置，取料层号；取料结束时，记录取料结束料机位置；如取料过程中出发取料换层动作，记录取料换层开始料机位置和换层完成后料机位置与层号。计划号不唯一，一次取料作业中触发多次换层动作，即生成多条计划号相同的作业数据。将以上数据存入数据库，由此可得取料作业过程中每一层的取料区间。
23.取料作业结束后，从数据库中获取本次取料作业每一层的取料起始位置、取料终止位置，将取料截面看成垂直于地面的矩形，结合层高、堆积角，可得出每一层的取料区间坐标数据。将得到的坐标数据与堆料结束后计算得出的每一层料堆区间做比较，通过计算，可得到本次取料作业总取料量及不同船次的物料在本次取料作业中的占比，并且进一步计算得到本次取料作业不同船次物料的精确取料实绩，将计算结果存入数据库。最后，更新料堆不同船名批次的物料区域划分数据表中数据，刷新不同船名批次的物料在本料堆中的分布范围数据。
24.步骤4，根据取料作业的分船次物料精确实绩绩，计算出每次取料入混匀配料槽物料的综合平均成分。
25.根据取料配矿作业分船分批次的精确取料实绩，精确计算出每次取料入混匀配料槽物料的综合平均成分。在混匀配料作业时，进行更加精确的混匀料堆成分实时计算，便于混匀控制系统有效调整各品种的配入比例，有力保障混匀矿成分的稳定性，科学预测烧结矿成分质量。
26.传统的混匀料堆实时成分计算公式如下：混匀料堆实时二氧化硅含量nsio2%=（槽1品种的sio2含量*槽1切出速度rate1+槽2品种的sio2含量*槽2切出速度rate2+
…
+槽n的sio2含量*槽n切出速度raten）/（rate1+ rate2+
…
+raten）。
27.混匀料堆实时生铁含量ntfe%=（槽1品种的tfe含量*槽1切出速度rate1+槽2品种的tfe含量*槽2切出速度rate2+
…
+槽n的tfe含量*槽n切出速度raten）/（rate1+ rate2+
…
+raten）。
28.采用本实施例的方法后，优化完成后的混匀料堆实时成分计算公式为：1）首先精确计算某槽物料的批次平均成分，以计算槽a品种的sio2平均含量举例：槽a品种的sio2平均含量=槽a品种批次1的sio2含量*槽a中批次1的重量/槽a品种的总重量+槽a品种批次2的sio2含量*槽a中批次2的重量/槽a品种的总重量+
…
+槽a品种批次n的sio2含量*槽a中批次n的重量/槽a品种的总重量。
29.2)再根据各槽物料的批次平均成分，精确计算混匀料堆实时成分。
30.混匀料堆实时二氧化硅含量nsio2%=（槽1品种的sio2平均含量*槽1切出速度rate1+槽2品种的sio2平均含量*槽2切出速度rate2+
…
+槽n的sio2平均含量*槽n切出速度raten）/（rate1+ rate2+
…
+raten）。
31.混匀料堆实时生铁含量ntfe%=（槽1品种的tfe平均含量*槽1切出速度rate1+槽2
品种的tfe平均含量*槽2切出速度rate2+
…
+槽n的tfe平均含量*槽n切出速度raten）/（rate1+ rate2+
…
+raten）。
32.本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

技术特征：

1.一种基于料机无人化的精确堆料和取料方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立料堆信息数字化数据库；步骤2：堆料作业动态信息精确记录并更新料堆信息数字化数据库；步骤3：取料作业动态信息精确记录并更新料堆信息数字化数据库。2.根据权利要求1所述的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，其特征在于：所述步骤1中，收集料场号、料堆号、物料品种、堆高、库存量、船次、物料成分信息，从而建立料堆信息数字化数据库。3.根据权利要求1所述的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，其特征在于：所述步骤2中，堆料作业时，获取船次、物料品种；堆料开始时，记录当前料机坐标、雷达测距高度、料机移动到堆料作业位置的移动距离、料机移动到堆料作业位置的移动方向；当堆料结束时，再次记录料机坐标、雷达测距高度。4.根据权利要求3所述的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，其特征在于：所述步骤2中，计算本次堆料的料堆的边界点；以料机零位为原点建立三维坐标系，以料机移动方向为x轴，料机的悬臂回转方向为y轴，料机的悬臂俯仰方向为z轴；设料机悬臂长ls，料机在该层料堆的四角中的任一角进行堆料时走行值为w，悬臂回转角度为α，俯仰角度为β，物料的安息角为γ，堆料时料位计测得的最终堆高为h，堆积前原料堆堆高为h；则计算：该层该角上部坐标x = w+l*cosβ*cosα；该层该角上部坐标y = l*cosβ*sinα；该层该角上部坐标z = h；该层该角下部坐标x = w+l*cosβ*cosα-cotβ*(h-h)；该层该角下部坐标y = l*cosβ*sinα+cotβ*(h-h)；该层该角下部坐标z = h；重复至四角均计算完毕；从而得出本次堆料的料堆的上部四角的边界点和下部四角的边界点。5.根据权利要求1所述的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，其特征在于：所述步骤3中，取料作业时，记录开始取料时的料机位置、料场号、料堆号、所取物料的层；取料结束时，记录取料结束时料机位置、取料的量；如取料过程中发生换层取料，则记录换层开始时料机位置、换层完成后料机位置、目标所取物料的层。6.根据权利要求5所述的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，其特征在于：所述步骤3中，取料作业结束后，得到本次取料作业总取料量及不同船次的物料在本次取料作业中的占比，从而得到本次取料作业的分船次物料精确实绩，将计算结果存入料堆信息数字化数据库；更新新各船次物料在料堆中的分布范围数据。7.根据权利要求7所述的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，其特征在于：所述步骤3之后，根据取料作业的分船次物料精确实绩绩，计算出每次取料入混匀配料槽物料的综合平均成分。8.根据权利要求1所述的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，其特征在于：所述步骤1还包括建立料堆信息数字化电子地图；把每个料堆按船次分成若干个子料堆，建立料堆
信息数字化电子地图；每个子料堆都有各自的物料品种、船次、库存量、地址、分层坐标、成分信息；将料场中各料堆的信息以图形化的形式展现在人机界面中。

技术总结

本发明涉及一种基于料机无人化的精确堆料和取料方法，包括：建立料堆信息数字化数据库、堆料作业动态信息精确记录并更新料堆信息数字化数据库、取料作业动态信息精确记录并更新料堆信息数字化数据库等步骤。本发明提供的基于料机无人化的精确堆料和取料方法，提高了卸船堆料、取料配矿、混匀矿堆料作业整体智能化作业管理水平。提高料堆信息数字化水准。提高料堆信息数字化水准。