一种通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统

1.本发明涉及散料输送技术领域，具体而言，尤其涉及一种通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统。


背景技术：

2.散料输送系统中，气垫机作为重要的组成部分，可以运送各种粒状、粉状等散体物料。为减少扬尘对环境的影响以及自然环境对输送系统的影响，气垫机一般采用全封闭或上部和侧壁封闭形式，运行环境为爆炸性粉尘环境。
3.在气垫机运送物料的过程中，出料口物料冲击、气垫机上物料堆积偏载等情况均可能使气垫机的气垫机产生跑偏情况，尤其是采用多料斗对同一条气垫机同时给料时，因为料斗闸门开度控制的情况不同会产生物料在气垫机上局部过载、物料撒落、物料过量堆积等情况，甚至是导致气垫机电机过载和压带情况。在实际生产运行中，一般采用轻重跑偏开关、皮带秤瞬时流量称重、气垫机电机实时电流等方式判断和保护气垫机可靠运行。另外，为适应生产工艺中不同物料不同流程对于气垫机运量的要求，现阶段的输送系统中料斗闸门采用人工现场手动或远程手动调节方式，气垫机运量和闸门的开度对应关系均通过经验值在系统启动前预设完成，物料运送过程中基本不再进行手动调节。
4.然而，现有的料斗出口流量控制方法存在着一定的不足之处，中控室操作人员对现场受料斗和气垫机情况不能及时掌握，且闸门调整后，通过现有皮带秤计量瞬时流量反馈物料变化情况会有明显的滞后，气垫机电机电流也不能监测物料局部过载情况。生产操作十分困难，导致气垫机物料流量波动较大、持续时间较长，给生产带来安全隐患。


技术实现要素：

5.根据上述提出现有的料斗出口流量控制方法流量无法实时掌控物料的料型的技术问题，而提供一种通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统。本发明主要通过设置激光物料扫描仪，从而起到实时检测气垫机上物料的料型的目的。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，包括：激光物料扫描仪和控制中心；
8.所述激光物料扫描仪设置于气垫机皮带面中心处正上方，所述激光物料扫描仪扫描气垫机皮带面区域，并根据气垫机皮带面区域内测量点与激光物料扫描仪的相对位置，获取测量点的测量数据；所述激光物料扫描仪将测量数据转化成测量信号并发送至控制中心；
9.所述控制中心接收测量信号和外界输入的外部数据，采用卷积神经网络深度学习算法进行学习和分析，输出物料信息。
10.进一步地，所述测量数据包括测量点与激光物料扫描仪间的距离和测量点与激光物料扫描仪的角度关系，所述外部数据包括气垫机带速和物料密度。
11.进一步地，所述激光物料扫描仪扫描气垫机带面区域的步骤如下：
12.设置激光物料扫描仪的初始扫描基准面，所述初始扫描基准面为气垫机皮带面和封闭箱内面；
13.启动激光物料扫描仪开始对测量点进行扫描，扫描过程为每隔一定角度的单点测量；
14.激光照射至测量点后，所述测量点发散出光斑，所述激光物料扫描仪采集光斑数据并转换成测量数据。
15.进一步地，所述光斑数据包括光斑直径和光斑间距，所述激光物料扫描仪通过光斑直径计算出检测距离值，公式如下：
16.所述光斑数据包括光斑直径和光斑间距，所述激光物料扫描仪1通过光斑直径计算出检测距离值，公式如下：
17.当所述激光物料扫描仪采用高分辨率设备时，
18.光斑直径＝检测距离值
×
4.6+13mm
19.当所述激光物料扫描仪采用标准分辨率设备时，
20.光斑直径＝检测距离值
×
11+13mm
21.所述激光物料扫描仪通过光斑间距计算出料型，公式如下：
22.光斑间距＝tan(角度分辨率)
×
检测距离
23.所述角度分辨率通过调节激光物料扫描仪旋转的频率设置，所述角度分辨率的范围为25～100hz。
24.进一步地，所述激光物料扫描仪外侧设置有粉尘防爆防护箱，所述粉尘防爆防护箱的观察面为由上至下向内部倾斜的斜面，所述观察面上设置有防护箱视窗。
25.进一步地，所述倾斜面与水平线的夹角为45
°
。
26.进一步地，所述气垫机上部设置有将气垫机全部包裹的封闭箱，所述粉尘防爆防护箱贯穿封闭箱的上表面设置。
27.进一步地，所述粉尘防爆防护箱与封闭箱的连接处通过橡胶圈密封。
28.进一步地，所述物料信息包括：
29.物料的体积流量，根据料型和气垫机带速计算；
30.物料的瞬时流量，根据体积流量和物料密度计算；
31.物料的累计流量，根据瞬时流量和运料时间计算；
32.物料的重心，根据获取的物料料型，采用切片方式统计分析物料在气垫机带面上的重心以及距离整体输送线中心的偏移情况。较现有技术相比，本发明具有以下优点：
33.1、本发明提供的激光物料扫描仪，通过采集光斑数据，实现了实时检测气垫机上物料的料型的功能。
34.2、本发明在激光物料扫描仪外侧设置有粉尘防爆防护箱，防止粉尘进入设备，同时为防止激光在防护箱视窗上产生镜面反射，设置了倾斜面与水平线的45
°
夹角。
35.3、本发明能够通过多个单点测量的数据实时仿真给料口位置的气垫机物料料型。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明激光物料扫描仪位置示意图。
38.图2为本发明粉尘防爆防护箱主视图。
39.图3为本发明粉尘防爆防护箱侧视图。
40.图4为本发明粉尘防爆防护箱俯视图。
41.图中：1、激光物料扫描仪；2、皮带面；3、封闭箱；4、粉尘防爆防护箱；5、观察面；6、防护箱视窗。
具体实施方式
42.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
45.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
47.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位
之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
48.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
49.如图1-4所示，本发明提供了一种通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，包括：激光物料扫描仪1和控制中心；
50.为实现对气垫机上物料的料型的实时采集，所述激光物料扫描仪1设置于气垫机皮带面2中心处正上方，距离给料口约4米处。所述激光物料扫描仪1扫描气垫机皮带面2区域，并根据气垫机皮带面2区域内测量点与激光物料扫描仪1的相对位置，获取测量点的测量数据，测量数据采用极坐标形式；所述激光物料扫描仪1将测量数据转化成测量信号并发送至控制中心；
51.所述测量数据包括测量点与激光物料扫描仪1间的距离和测量点与激光物料扫描仪1的角度关系，所述外部数据包括气垫机带速和物料密度。
52.所述激光物料扫描仪1扫描气垫机带面区域的步骤如下：
53.为达到精确数据采集与对比，设置激光物料扫描仪1的初始扫描基准面，所述初始扫描基准面为气垫机皮带面2和封闭箱3内面；
54.启动激光物料扫描仪1开始对测量点进行扫描，扫描过程为每隔一定角度的单点测量，每一点的发散的光斑根据安装距离确定；
55.激光照射至测量点后，所述测量点发散出光斑，所述激光物料扫描仪1采集光斑数据并转换成测量数据。
56.所述光斑数据包括光斑直径和光斑间距，所述激光物料扫描仪1通过光斑直径计算出检测距离值，公式如下：
57.当所述激光物料扫描仪1采用高分辨率设备时，
58.光斑直径＝检测距离值
×
4.6+13mm
59.当所述激光物料扫描仪1采用标准分辨率设备时，
60.光斑直径＝检测距离值
×
11+13mm
61.所述激光物料扫描仪1通过光斑间距计算出料型，公式如下：
62.光斑间距＝tan角度分辨率
×
检测距离
63.所述角度分辨率通过调节激光物料扫描仪1旋转的频率设置，所述角度分辨率的范围为25～100hz。
64.所述控制中心接收测量信号和外界输入的外部数据，采用卷积神经网络深度学习算法进行学习和分析，输出物料信息。
65.所述物料信息包括：
66.物料的体积流量，根据料型和气垫机带速计算；
67.物料的瞬时流量，根据体积流量和物料密度计算；
68.物料的累计流量，根据瞬时流量和运料时间计算；
69.物料的重心，根据获取的物料料型，采用切片方式统计分析物料在气垫机带面上的重心以及距离整体输送线中心的偏移情况。
70.气垫机皮带面边缘检测，实时监测皮带面整体的偏移情况；
71.通过物料重心的物料和皮带面偏移情况，采用软件实时分析并反馈气垫机跑偏和物料偏载情况。通过采用机器学习的算法，预判气垫机可能出现的偏移情况，并反馈给散物料卸船料流智能控制系统或中控室操作人员及时做出预处理，避免事故的发生。
72.通过模型输出的流量值可以实时反馈到闸门控制系统，调整闸门开度，从而控制料斗闸门出口流量，通过模型实时验证控制的闸门出口流量是否满足需求并提高控制的精确度。
73.扫描仪在气垫机上安装区域属于爆炸性粉尘环境，同时为防止强光、降雨、日光直射对扫描仪的干扰，所述激光物料扫描仪1外侧设置有粉尘防爆防护箱4。所述粉尘防爆防护箱4的观察面5为由上至下向内部倾斜的斜面，所述观察面5上设置有防护箱视窗6。为防止激光在防护箱视窗6上产生镜面反射，所述倾斜面与水平线的夹角为45
°
。激光通过防护箱视窗6射向皮带面2。
74.所述气垫机上部设置有将气垫机全部包裹的封闭箱3，所述粉尘防爆防护箱4贯穿封闭箱3的上表面设置。所述粉尘防爆防护箱4与封闭箱3的连接处通过橡胶圈密封。
75.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，其特征在于，包括：激光物料扫描仪(1)和控制中心；所述激光物料扫描仪(1)设置于气垫机皮带面(2)中心处正上方，所述激光物料扫描仪(1)扫描气垫机皮带面(2)区域，并根据气垫机皮带面(2)区域内测量点与激光物料扫描仪(1)的相对位置，获取测量点的测量数据；所述激光物料扫描仪(1)将测量数据转化成测量信号并发送至控制中心；所述控制中心接收测量信号和外界输入的外部数据，采用卷积神经网络深度学习算法进行学习和分析，输出物料信息。2.根据权利要求1所述的通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，其特征在于，所述测量数据包括测量点与激光物料扫描仪(1)间的距离和测量点与激光物料扫描仪(1)的角度关系，所述外部数据包括气垫机带速和物料密度。3.根据权利要求1所述的通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，其特征在于，所述激光物料扫描仪(1)扫描气垫机带面区域的步骤如下：设置激光物料扫描仪(1)的初始扫描基准面，所述初始扫描基准面为气垫机皮带面(2)和封闭箱(3)内面；启动激光物料扫描仪(1)开始对测量点进行扫描，扫描过程为每隔一定角度的单点测量；激光照射至测量点后，所述测量点发散出光斑，所述激光物料扫描仪(1)采集光斑数据并转换成测量数据。4.根据权利要求3所述的通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，其特征在于，所述光斑数据包括光斑直径和光斑间距，所述激光物料扫描仪(1)通过光斑直径计算出检测距离值，公式如下：所述光斑数据包括光斑直径和光斑间距，所述激光物料扫描仪(1)通过光斑直径计算出检测距离值，公式如下：当所述激光物料扫描仪(1)采用高分辨率设备时，光斑直径＝检测距离值
×
4.6+13mm当所述激光物料扫描仪(1)采用标准分辨率设备时，光斑直径＝检测距离值
×
11+13mm所述激光物料扫描仪(1)通过光斑间距计算出料型，公式如下：光斑间距＝tan(角度分辨率)
×
检测距离所述角度分辨率通过调节激光物料扫描仪(1)旋转的频率设置，所述角度分辨率的范围为25～100hz。5.根据权利要求1所述的通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，其特征在于，所述激光物料扫描仪(1)外侧设置有粉尘防爆防护箱(4)，所述粉尘防爆防护箱(4)的观察面(5)为由上至下向内部倾斜的斜面，所述观察面(5)上设置有防护箱视窗(6)。6.根据权利要求5所述的通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，其特征在于，所述倾斜面与水平线的夹角为45
°
。7.根据权利要求5所述的通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，其特征在于，所述气垫机上部设置有将气垫机全部包裹的封闭箱(3)，所述粉尘防爆防护箱(4)贯穿封闭箱
(3)的上表面设置。8.根据权利要求7所述的通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，其特征在于，所述粉尘防爆防护箱(4)与封闭箱(3)的连接处通过橡胶圈密封。9.根据权利要求1所述的通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，其特征在于，所述物料信息包括：物料的体积流量，根据料型和气垫机带速计算；物料的瞬时流量，根据体积流量和物料密度计算；物料的累计流量，根据瞬时流量和运料时间计算；物料的重心，根据获取的物料料型，采用切片方式统计分析物料在气垫机带面上的重心以及距离整体输送线中心的偏移情况。

技术总结
本发明提供一种通过气垫机流量控制给料斗出口流量的系统，涉及散料输送技术领域，包括激光物料扫描仪和控制中心；所述激光物料扫描仪设置于气垫机皮带面中心处正上方，所述激光物料扫描仪扫描气垫机带面区域，并根据气垫机带面区域内测量点与激光物料扫描仪的相对位置，获取测量点的测量数据；所述激光物料扫描仪将测量数据转化成测量信号并发送至控制中心；所述控制中心接收测量信号和外界输入的外部数据，采用卷积神经网络深度学习算法进行学习和分析，输出物料信息。本发明能够通过多个单点测量的数据实时仿真给料口位置的气垫机物料料型。机物料料型。机物料料型。


技术研发人员：程粤 张少强 吕传龙 徐学南 孔庆凯 吴盛山 刘汉圣 王欣刚 田宏 杜映雪
受保护的技术使用者：大连港口设计研究院有限公司 大连交通大学
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/14