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斗轮堆取料机单机全自动化系统的研究与设计

作　者: 雷斌
导　师: 刘波峰
学　校: 湖南大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 斗轮堆取料机 单机无人控制 二维激光扫描仪 云台 三维仿真 自动堆取料 工业以太网
分类号: TH24
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 31次
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内容摘要


斗轮堆取料机是用于码头、电厂、露天矿场散料转运的一种高效的装卸设备。堆取料机全自动化控制可减少堆取料机的操作人员，提高企业经济效益与综合竞争力。论文分析了堆取料机全自动化控制的必要性，介绍了斗轮堆取料控制及其相关技术的国内外的发展；介绍了单机全自动化系统的工作原理、系统所要达到的目标、系统的软硬件结构等。论文对料堆的三维数据获取与建模进行了研究。料堆的三维数据获取是全自动化控制的基础，为自动取料控制提供依据。采用自制云台加二维激光扫描仪的方法实现了料堆三维数据的获取。云台采用步进电机作为转动装置，完成了步进电机的驱动的软硬件设计。本文还对扫描仪获取的庞大的点云数据的进行了优化，在分析了优化算法后，选择基于单元格的算法去除噪声点，精简海量数据，为后续堆取料控制打下基础。本文采用滚球算法实现了除噪、数据精简后的点云数据的建模。论文研究了单机全自动堆取料控制。分析了堆取料工作工艺及控制特点，自动实现了取料中的切入点的确定、自动对位、恒定取料流量、边界速度的控制等。采用了超声波测距，完成堆料的自动化。论文分析了堆取料过程中可能出现的闷斗、过载、碰撞等异常情况，采用了相应控制策略，防止意外发生。论文分析了堆取料控制系统网络的实现。以工业计算机（IPC）与PLC为核心，采用了工业以太网技术与PROFIBUS-DP的现场总线的通讯技术，设计了基于SPC3芯片的智能从站，将不具备PROFIBUS-DP通讯能力的现场设备接入网络中，完成整个系统的通讯设计。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 斗轮堆取料机控制发展概况与国内外研究现状  11-14
    1.2.1 斗轮堆取料机控制发展概况  11-13
    1.2.2 国内外研究现状  13-14
  1.3 论文主要研究内容及章节安排  14-16
第2章 堆取料机单机全自动化系统原理  16-22
  2.1 系统原理  16-18
    2.1.1 斗轮堆取料机简介  16-17
    2.1.2 单机全自动化工作原理  17-18
  2.2 系统目标  18-19
  2.3 系统结构  19-22
    2.3.1 系统功能框图  19-20
    2.3.2 系统硬件结构  20-21
    2.3.3 系统软件结构  21-22
第3章 激光扫描料堆实时三维成像研究  22-34
  3.1 激光扫描原理  22-23
  3.2 三维模型建立  23-34
    3.2.1 料堆表面点的三维模型  23-25
    3.2.2 点云邻域关系的建立  25-26
    3.2.3 点云数据的噪声滤除与精简  26-29
    3.2.4 料堆数据的可视化  29-34
第4章 单机堆取料控制设计  34-52
  4.1 堆取料控制原理  34-37
    4.1.1 取料作业工艺  34-35
    4.1.2 堆料作业工艺  35-36
    4.1.3 堆取料控制原理框图  36-37
  4.2 自动取料控制  37-41
    4.2.1 取料作业控制  37-38
    4.2.2 取料作业优化  38-41
  4.3 自动堆料控制  41
  4.4 堆取料安全控制  41-46
    4.4.1 堆取料防碰撞  43-45
    4.4.2 堆取料机的防过载  45-46
    4.4.3 取料防闷斗控制  46
  4.5 云台控制系统  46-49
    4.5.1 云台控制原理  46-47
    4.5.2 云台控制硬件设计  47-49
  4.6 通讯系统硬件设计  49-52
第5章 单机堆取料控制软件设计  52-69
  5.1 料堆三维识别软件设计  52-56
    5.1.1 云台控制软件设计  52-54
    5.1.2 料堆点云预处理软件设计  54-55
    5.1.3 料堆三维重构软件设计  55-56
  5.2 堆取料控制软件设计  56-60
    5.2.1 取料控制软件设计  57-59
    5.2.2 堆料控制软件设计  59-60
  5.3 堆取料安全控制软件设计  60-63
    5.3.1 过载控制程序设计  60-62
    5.3.2 微波防碰撞程序设计  62-63
  5.4 通讯系统软件设计  63-69
第6章 总结与展望  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
附录 A (攻读学位期间发表的学术论文)  76

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 起重机械与运输机械 > 装卸机械
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