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基于装卸模型的散料接卸漏斗全自动控制系统设计与实现
| 论文题名： | 基于装卸模型的散料接卸漏斗全自动控制系统设计与实现 |
| 关键词： | 港口作业;散料接卸漏斗;全自动控制系统;模块化设计 |
| 摘要： | 随着全球散料船舶运输总量增加，为保证散料运输稳定有序地进行，对各港口散料装卸作业的效率提出了更高要求。进行散料装卸设备自动化改造，提高港口自动化程度，是以散料运输为主营业务的港口公司的主要方向。本文以散料接卸漏斗为研究对象，针对散料接卸漏斗人工装车过程存在的问题，设计了散料接卸漏斗自动控制系统。对散料装卸模型的建立进行了研究，以散料装卸模型为核心，通过电气控制的方式实现了散料接卸漏斗全自动装车。 该系统硬件平台由激光扫描仪、上位机、PLC、步进电机和引导显示屏等设备组成，软件系统包含运输车识别、定位引导算法，散料种类识别算法、闸门开启时长预测算法和装车对位位置求解算法。本文主要研究内容如下： （1）针对散料接卸漏斗装车作业存在的问题，从功能、安装、运行三个方面分析了散料接卸漏斗全自动控制系统的需求，设计了系统方案，完成了系统的硬件和软件设计。 （2）对异步电机、伺服电机和步进电机从结构、工作原理、控制方式三个方面进行分析比较，结合散料接卸漏斗闸门控制要求，选择步进电机作为闸门驱动设备。同时对步进电机、PLC和激光扫描仪进行了设备选型。 （3）建立了散料在车厢内的装卸模型，基于该模型实现了散料种类识别，闸门开启时长预测和装车对位位置计算三个功能，实现了散料接卸漏斗全自动装车控制系统。 （4）对散料接卸漏斗装车过程进行大量观测和记录，根据记录的数据进行分类、统计、归纳，得出了玉米、大豆和菜籽三种散料在有空间约束下堆积角和堆积高度的分布规律。规律为：在车厢中，玉米堆的堆积角在18.26°~20.80°之间，大豆堆堆积角在22.78°~24.70°之间，菜籽堆堆积角在18.78°~19.29°之间。在相同车厢、相同装车位置、相同装料时长下，玉米堆高度小于菜籽堆高度小于大豆堆高度。 （5）本系统以装料总体积和作业总时间相平衡为原则，用数学规划的方式，对约束条件、决策变量和目标函数进行了分析、推导，在不牺牲作业效率的前提下，求解最优装车控制策略。最优策略为：对于780cm长车厢，最佳装车堆数为5堆，相邻两堆间隔156cm；对于990cm长车厢，最佳装车堆数为8堆，相邻两堆间隔124cm。 （6）使用软件模拟和现场作业的方式，对散料接卸漏斗全自动控制系统进行了测试，结果表明，本文所建立的散料装卸模型能够正确地区分散料种类、准确预测闸门开启时长和计算装车对位位置。 综上所述，本文成功完成了散料接卸漏斗全自动控制系统的设计，为散料接卸漏斗自动化的实现提供了一种可行的思路。 |
| 作者： | 牛晨飞 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 郭建明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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