數(shù)字盤煤系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)數(shù)字盤煤系統(tǒng)初步設(shè)計方案-硬件部分第一節(jié) 概述 本系統(tǒng)在設(shè)計、規(guī)劃上，力求快速、準確地測量、計算、顯示煤場的煤堆信息，為電廠燃料管理提供準確、有效、真實的數(shù)據(jù)。并定制通用數(shù)據(jù)接口（具體接口和燃料綜合管理系統(tǒng)對接），以使本系測量的數(shù)據(jù)能在其他業(yè)務(wù)平臺上得到有效共享、使用。 系統(tǒng)設(shè)計力求簡潔、經(jīng)濟、實用、穩(wěn)定，在測量儀器選型上充分考慮現(xiàn)場環(huán)境、溫度等影響，選用抗噪、抗震、抗電磁干擾等性能好的高精密測量儀器。在選型設(shè)計上同時兼顧煤場采煤現(xiàn)有設(shè)備，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，力求實施快速

2、推進、成本降至最低。第二節(jié) 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)從功能上分為現(xiàn)場測量、遠程監(jiān)控測量兩部分。具體功能如下：2.1現(xiàn)場測量（為主） 現(xiàn)場測量由可視化顯示設(shè)備及數(shù)據(jù)采集、計算、輸入輸出的集成電路組成。提供可視化界面，可以進行參數(shù)標定，顯示計算測量結(jié)果。同時生成的數(shù)據(jù)文件可以通過網(wǎng)絡(luò)、U盤等媒介移儲數(shù)據(jù)，可以方便的將現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲備份到其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用嵌入式xp系統(tǒng)，操作方便、穩(wěn)定。同時可以開啟遠程桌面，在監(jiān)控室可以方便到登陸到現(xiàn)場系統(tǒng)進行測量。 系統(tǒng)采用多線程方式，一邊進行數(shù)據(jù)采集，一邊進行數(shù)據(jù)實時計算，這把繁瑣復(fù)雜的計算分散到采集過程中，大大降低了采集、盤煤的時間，能有效地提高工作效率。 2.2監(jiān)

3、控室遠程測量 通過無線網(wǎng)絡(luò)，接受采集設(shè)備采集的實時數(shù)據(jù)，并通過圖形界面實時展現(xiàn)。本系統(tǒng)主要分為以下幾個功能模塊：系統(tǒng)登錄認證模塊（現(xiàn)場、遠程，主板和軟件機器碼綁定；時間限制如：一年） 提供用戶名密碼和硬件關(guān)聯(lián)兩種結(jié)合的方式進行系統(tǒng)登錄認定。系統(tǒng)參數(shù)標定 提供可視化界面，方便標定測量需要的系統(tǒng)參數(shù)，比如煤堆的密度、 距地高度。煤的密度可以按照立體空間來設(shè)置，比如所處場地的位置，煤堆的高度。可以按照不同的高度的煤堆分別設(shè)定其每個高度段的密度（壓力不同一米一個密度值-等高密度輸入）。這樣能降低因煤質(zhì)、煤堆大小不同而帶來的計算誤差。同步標定（底煤高度、煤場寬度） 為了使提高工作人員的工作效率、減少重復(fù)

4、性操作，系統(tǒng)采用無線網(wǎng)絡(luò)同步，將現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)標定好的參數(shù)同步到監(jiān)控室；同樣也可以將監(jiān)控室的標定同步到現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備中。三維顯示將采集的數(shù)據(jù)，通過數(shù)字圖像處理，以三維立體圖的方式進行顯示。操操作員可以通過任意視角對查看三維圖片，從而全方位了解煤堆信息。無論橫向、縱向，在三維立體圖形上都可添加橫縱方向的標高、標寬的網(wǎng)格線(該功能可屏蔽)?？稍谌S立體圖形剖面上用隨意顏色標注煤堆顏色。煤堆縱橫切割可從橫向、縱向兩個方向隨意切割盤點得到的三維圖，得到隨意所選到的區(qū)域的相關(guān)信息。剖面上用隨意顏色標注煤堆顏色。打印報表操作簡單方便，并提供WORD及EXCEL兩種格式，報表上附有本次盤點的三維圖、體積、密度、

5、行走長度、電廠名稱、盤點部門、人員、日期等。電廠人員可以自行修改從橫向、縱向兩個方向隨意切割盤點得到的三維圖，得到隨意所選到的區(qū)域的相關(guān)信息。在上述輸出信息的范圍內(nèi)，電場人員可以自行更改報表根式。信息共享及數(shù)據(jù)接口 定制開放式數(shù)據(jù)接口，可使本系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)方便的被其他系統(tǒng)共享。本系統(tǒng)提供web服務(wù)，其他系統(tǒng)認證后，可以方便便捷的獲取數(shù)據(jù)。同時系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，即便物理網(wǎng)絡(luò)不具備的情況下，也可以方便的共享數(shù)據(jù)。其他功能點1)遠程端可同時打開多個軟件對不同煤場進行實時進行盤點。2)盤點數(shù)據(jù)存儲在1個單獨的文件里，名稱采取年月日分秒的形式?？梢栽O(shè)定默認存儲文件夾。3)盤點過程中出現(xiàn)兩個界面，一個

6、為實時煤堆的剖面圖，一個為已盤點過的煤堆三維圖，可同步顯示實時盤點結(jié)果，包括已行走距離、已測煤堆的體積、乘以密度后的重量等。注：由于計算量較大，煤堆三維圖的顯示會滯后1分鐘左右具體需要根據(jù)實際的計算量來確定。4)提供數(shù)據(jù)修正模塊，可修改盤點過的行走距離、體積、密度、標高、堆底體積等數(shù)據(jù)。具體可分為兩種操作形式：（1）可為盤點后一次性修改總數(shù)。（2）可在盤點過程中累加或遞減數(shù)據(jù) 。 理論上可以，具體需要進一步詳細調(diào)查。第三節(jié) 系統(tǒng)構(gòu)成（硬件部分） 系統(tǒng)構(gòu)成主要分為四部分：采集傳感器組及信號裝換器、現(xiàn)場控制設(shè)備、監(jiān)控室設(shè)備、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。如圖1所示。在傳感器選型上，充分考慮硬件的工作溫度、抗震、

7、抗磁、防塵等性能，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。行程傳感器行程傳感器旋轉(zhuǎn)傳感器俯仰傳感器激光掃描儀1激光掃描儀2攝像機無線網(wǎng)橋無線網(wǎng)橋監(jiān)控室主機行程傳感器旋轉(zhuǎn)傳感器俯仰傳感器激光掃描儀1激光掃描儀2攝像機無線網(wǎng)橋現(xiàn)場控制設(shè)備現(xiàn)場控制設(shè)備 圖1注1：如果煤場寬度大，可以使用兩個激光掃描儀協(xié)同掃描注2：俯仰角傳感器，用在斗輪機上，龍門吊盤煤時不需要3.1行程傳感器 方案1：采用在行走齒輪箱內(nèi)加裝接近開關(guān)數(shù)齒的方式來計算行走距離。（現(xiàn)場有應(yīng)用案例）費用估算：500元。缺點：齒距大精度低，需要定期清理齒接近開關(guān)表面。 方案2：配備激光測距儀，比如LMS30高速激光測距。采用激光測距儀的優(yōu)點在于能單獨測量任意位置

8、的煤堆，而且能規(guī)避滾輪傳感器的缺陷。（沒有實際應(yīng)用案例）費用估算：6萬元。缺點：該設(shè)備比較昂貴，另外施工上需要專用反射板。3.2旋轉(zhuǎn)傳感器 旋轉(zhuǎn)傳感器負責(zé)采集斗輪機大臂旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)。以便準確定位激光掃描儀的物理位置。方案1：采用在旋轉(zhuǎn)齒輪箱內(nèi)加裝接近開關(guān)數(shù)齒的方式來計算旋轉(zhuǎn)角度。（現(xiàn)場有應(yīng)用案例）費用估算：500元。缺點：齒距大精度低，需要定期清理齒接近開關(guān)表面。3.3俯仰角傳感器(斗輪機自帶) 俯仰角傳感器（直線位移傳感器）負責(zé)采集斗輪機大臂的抬高角度，結(jié)合旋轉(zhuǎn)傳感器可以更精確地定位激光掃描儀的物理位置。這樣掃描測量時，斗輪機大臂可以抬起任意角度進行工作。3.4激光掃描儀（兩臺） 激光掃描儀

9、負責(zé)采集煤堆個點與激光掃描儀的距離及方位，是整個測量系統(tǒng)的核心采集設(shè)備。費用估算：12萬元。 名稱特性LMS 221-30206數(shù)據(jù)接口RS 232 / 422分辨率/系統(tǒng)誤差 10mm/typ.35mm 掃描角度及角度分辨率180,0.25/0.5/1.0范圍（最大值/10%反射率） 0.80m/30m掃描頻率及響應(yīng)時間 18.7/37.5/75khz53/26/13ms尺寸352*266*236防護等級及溫度 IP 67, -30- 503.5現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備（費用估算：1萬元） 使用低功耗嵌入式單板工控主板，集成所有采集設(shè)備，同時負責(zé)數(shù)據(jù)的計算、顯示、保存。采用高速大容量U盤作為存儲介質(zhì)，方

10、便系統(tǒng)安裝、備份。使用成熟、穩(wěn)定的嵌入式xp操作系統(tǒng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，也縮短了開發(fā)周期。使用真彩可觸摸液晶屏，方便現(xiàn)場查看、操作。采用NV-TPC150C5 ，為高端人機界面應(yīng)用而設(shè)計的觸控平板電腦，整機為全鋁結(jié)構(gòu)，具體配置為：板載Intel 四線程 雙核1.8G 低功耗無風(fēng)扇處理器；2G 的DDR3 代筆記本內(nèi)存 ；30G 金士盾固態(tài)硬盤；15分辨率為1024768 的液晶顯示屏；五線電阻觸摸屏；串口2 個、并口1 個、1 個千兆以太網(wǎng)口和4 個USB 端口、前面板一個USB 接口擴展；1 個PCI 擴展插槽和mini PCI-E 插槽。3.7信號采集轉(zhuǎn)換器 方案1：信號采集轉(zhuǎn)換器由工

11、業(yè)單片機和模擬采集電路以及通訊芯片組成，負責(zé)采集現(xiàn)場傳感器信號（脈沖信號、開關(guān)量信號等），并能通過com口和現(xiàn)場嵌入式單板工控機通訊。費用估算：1000元。方案2：采用PCI擴展板卡，當前市面上采集卡多為高速卡，沒有非常適用的低速板卡且價格很貴。費用估算：3000元。3.8無線網(wǎng)橋（費用估算：4萬元）負責(zé)現(xiàn)場與監(jiān)控室之間的數(shù)據(jù)通信。通信距離3公里以上，通信速度10M以上。方案1：現(xiàn)場與監(jiān)控室之間全部用無線擴頻數(shù)字微波設(shè)備是采用擴頻體制、全雙工傳輸?shù)狞c對點數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)，最大傳輸距離超過5公里,通信速度10M以上。該系列設(shè)備工作于2.4GHz的開放頻段，提供標準以太網(wǎng)接口。3.9監(jiān)控主機（費用

12、估算：1萬元）高性能計算機一臺。第四節(jié) 計算原理4.1三維重構(gòu) 由激光掃描儀直接測量得到的數(shù)據(jù)是徑向矢量數(shù)據(jù)，根據(jù)大臂俯仰角旋轉(zhuǎn)角及行程數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成直角坐標系數(shù)據(jù)。 4.2數(shù)字濾波 對激光掃描儀測到的數(shù)據(jù)進行合法驗證，對于一些極不連續(xù)的點進行濾波處理。4.3體積計算 對重構(gòu)的煤堆（三維模型）進行體積計算。在水平面上把煤堆分成邊長10cm到20cm大小的三角形，分別計算以小三角形為上平面，煤堆底為下表面的五面體體積并累加。這個地方改成 在垂直方向，按實際需求比如密度等把煤堆分成幾個層次，分別求出這些層次的體積。4.4計算精度 由于存在大量的三角函數(shù)運算，及大量的四則預(yù)算，計算過程中要避免大的舍去

13、誤差，以確保計算精度。同時考慮計算效率，以提高計算的速度。第五節(jié) 軟件構(gòu)成整個系統(tǒng)軟件可分為兩大套，分別是運行在現(xiàn)場控制設(shè)備上的現(xiàn)場控制軟件，及運行在監(jiān)控室臺式機上的終端軟件。從軟件設(shè)計角度，它們又分成若干功能模塊。5.1現(xiàn)場控制軟件由于煤場現(xiàn)場環(huán)境相對惡劣，只能采用低功耗被動散熱的嵌入設(shè)備，處理能力也遠不及臺式電腦，所以對現(xiàn)場控制軟件的設(shè)計要求比較高，一方面要及時穩(wěn)定的采集各種數(shù)據(jù)，一方面還要進行大量的運算，需要對程序進行盡可能的優(yōu)化處理。有以下模塊主控模塊遠程傳輸控制模塊本地數(shù)據(jù)保存模塊激光掃描儀控制采集模塊行程及角度采集模塊三維重構(gòu)體積計算模塊標定配置模塊狀態(tài)監(jiān)測認證模塊主控模塊的功能是

14、協(xié)調(diào)各功能模塊的執(zhí)行，并能接收用戶從屏幕或遠程網(wǎng)絡(luò)輸入的控制命令。遠程傳輸控制模塊，同遠程控制主機建立網(wǎng)絡(luò)連接，接收遠程主機發(fā)送過來的命令，并實時發(fā)送命令處理的結(jié)果及采集到的各種數(shù)據(jù)。本地存儲模塊，監(jiān)視現(xiàn)場控制中心是否有U盤插入，并把采集數(shù)據(jù)及計算結(jié)果保存到U盤中。激光掃描儀控制采集模塊，實現(xiàn)對激光掃描儀的初始化等各種控制，并接收解析掃描數(shù)據(jù)。行程及角度采集模塊，接收解析行程傳感器角度傳感器等發(fā)送來的傳感數(shù)據(jù)。三維重構(gòu)，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)及行程旋轉(zhuǎn)等數(shù)據(jù)，在預(yù)設(shè)的三維空間范圍內(nèi)重構(gòu)煤堆的三維模型。要對極不連續(xù)的點進行濾波處理，還要對掃描盲區(qū)進行煤堆模擬。體積計算，按預(yù)設(shè)層次進行體積計算，并根據(jù)密度計算質(zhì)量。標定配置模塊，在系統(tǒng)初裝后，需要測出激光掃描儀的位置及角度，大臂的旋轉(zhuǎn)角度和傳感器的對應(yīng)關(guān)系等數(shù)據(jù)，并配置在設(shè)備中，以便三維重構(gòu)運算。狀態(tài)監(jiān)測模塊，監(jiān)視軟件的運行狀態(tài)，當長時間不反應(yīng)或長時間不能從各個傳感器中獲得數(shù)據(jù)時進行提示，必要時重新啟動系統(tǒng)。認證模塊，防止非法盜用本軟件系統(tǒng)。5.2終端軟件由于監(jiān)控室里由于工作環(huán)境較好，故硬件要求不高，可以采用中等性能PC計算機作為工作平臺。有以下模塊遠程傳輸控制模塊三維重構(gòu)體積