具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明包括通过建立料堆模型，并设计一种堆料模型控制算法，实现料池物料的三维建模，实现料池物料的自动堆料控制。

1、料堆模型建立

(1)料堆三维模型规划设定

将料池划分为n×m个点阵。每个点阵均记录物料高度，这样将料池构建为一个三维区域的数学模型，模型精度为点阵间距离，点阵数量越多，越能反应料池中料堆模型，料堆模型越精确。但是抓斗在对物料进行堆、取料控制时，抓斗控制范围内的物料高度基本相同，过多数量的三维点阵增加了PLC计算量和存储空间，故点阵宽度，也即点阵距离，一般取抓斗张开宽度为宜。

(2)塌方斜率设定

氧化铁皮料堆模型与沙堆模型一致，在堆料过程中当氧化铁皮堆的高度达到一定程度以后，一小点的氧化铁皮落下可能引发整个料堆的崩塌，并向四周扩散。料堆崩塌时料堆坡面斜角α就是堆料最大坡度，根据氧化铁皮特性，选取α大小在30°～70°之间，优化方案中为35°～50°，料堆坡面斜率为tag(α)。

料堆模型满足塌方斜率，即相邻点阵的斜率(高度差/点阵距离)≤tag(α)。

2、堆料模型控制

(1)抓斗状态判断

抓斗的控制通过由支撑缆和闭合缆实现。

抓斗闭合时，支撑缆和闭合缆高度一致，这作为抓斗闭合的判断依据。

抓斗在闭合状态下，当闭合缆向下降时，抓斗因重力作用，抓斗逐渐张开，直至最大张开位置，这时支撑缆和闭合缆的高度差作为抓斗张开的判断依据。

抓斗闭合过程与之相反。

抓斗整体升降时(不对抓斗进行开合动作)，则支撑缆和闭合缆同时执行同一动作，即同升或同降。

(2)放料点位置高度获取

放料时，将抓斗降落，直至抓斗重量为0时，表示抓斗已触碰到物料，这时抓斗的高度即为物料高度。该高度称为抓斗中心点卸料高度。

(3)抓斗堆料影响区域及各点卸料高度计算

抓斗在平面堆料时，物料分布区域是以抓斗合闭轴为中心线，以抓斗张开方向向两侧扩散，扩散点增加高度h与扩散点到合闭轴的距离遵循正态分布曲线：在扩散半径r(抓斗张开宽度/3)的范围内，所卸物料占本次抓斗总卸料量的80％。到2r时，卸料高度基本为零。正态分布图见图1。

在坡面堆料时，物料卸料向下坡面一侧进行倾斜卸料，所以堆料区域分布中，上坡面影响区域比较小，所以分布曲线向中心靠拢，下坡面方差σ较大，影响区域扩大，分布曲线向外围扩张，分布图见图2。

卸料各点增加高度正态分布函数为：

h_max为最高卸料点高度。x为卸料点到合闭轴的距离。σ为方差。e为自然常数。

如果为平面卸料，卸料半径r(r＝抓斗宽度/3)的区域内，物料分布占比80％计算，得到x＝1.3σ，即r＝1.3σ，则σ＝r/1.3。

如果在坡面卸料，σ获取则需要分析是否为上坡面或下坡面，计算如下：

上坡面：σ的取值按公式：(1-λk)r＝1.3σ计算，其中：k为坡面斜率(抓斗中心点卸料高度与原点阵高度差/两点间距离)，λ为坡面系数，λ根据氧化铁皮的特性，范围为0.3～0.7之间。λ根据物料粘性、含污泥数量有关，每个旋流井的物料及污泥含量变化不大，但不同的旋流井则有差别，所以加入该变量，当物料粘性较大或污泥含量较多时，λ取值大，反之取值小。例如λ取0.3，k取1时，则平面卸料时σ＝r/1.3。在σ不变的情况下，卸料半径减为0.7r。

下坡面：σ的取值按公式：(1+λk)r＝1.3σ计算，其中k为坡面斜率，λ为坡面系数，λ根据氧化铁皮的特性，范围为1～3之间。例如λ取1，k取1时，则平面卸料时σ＝r/1.3。在σ不变的情况下，卸料半径增为2r。

(4)堆料中心点四周点阵高度修正

抓斗位置是一个三维立体结构，行车抓斗位置即为抓斗中心点位置，在确定放料位置时，行车停止时，大、小车位置(x，y)确定，抓斗降落进行卸料，并获取抓斗中心点卸料高度(z)。当抓斗卸料后，以抓斗中心线为中心的四周4个点阵的高度将受到影响，四周点阵见图3。

四周四点的原高度为h11，h12，h21，h22，抓斗中心线到四周4个点的距离为d11，d12，d21，d22。当然存在中心点位于料池的边缘或4个角落的情况，这时对应的点为2个或单个(在角落是为单个)，需要对这种特殊情况进行考虑，其堆料高度模型计算方法与四个点是一致的。

点阵高度修正公式为：

a)调整前原高度

如果抓斗中心卸料点与点阵之间的斜率未超过高度塌方斜率，取原点阵高度，否则以抓斗中心点卸料高度为基准点，按塌方斜率进行修正。即：

若，物料坡面满足不崩塌的斜率，则该值取原点阵高度；

若，坡面斜率大于崩塌斜率，以抓斗中心点卸料高度为基准点，按塌方斜率反推高度。

b)谷底系数

物料在坑底卸料时，四周均堆满料，则堆料高度比平地堆料高度增加。如图4所示。为消除该因素影响，增加谷底系数，其计算规则如下：

如图4-a所示，若，四周点高度有一个低于卸料点高度，则：谷底系数为1；

如图4-b所示，若，四周点高度均≥卸料点高度，则：谷底系数＝1+k，其中k为四周点阵中，最低点阵与卸料中心点高度斜率。

c)中心点卸料增加高度h_max

中心卸料点增加的高度最大，计算公式为：

h_max＝抓斗卸料重量/氧化铁皮密度/铺料面积

抓斗卸料物料重量为抓斗卸料前后的重量差。

氧化铁由于是铁粉和铁屑，氧化铁皮密度取2.75t/m³。

铺料面积＝抓斗深度×4r²计算，其中r＝抓斗张开宽度/3。

(5)四周点阵外围一圈点阵高度修正

四周点阵修正是以现检测到较准确的卸料点中心高度为基准，根据卸料重量，对卸料中心四周的点阵进行高度修正，修正后四周点阵高度也较为准确。超过四周点阵的其它点阵则影响范围非常小，但是为避免四周点阵相邻的点阵高度存在错误，即与四周点阵的斜率大于崩塌斜率，在需要再进行一次修正。如图5所示，标记有坐标值的为四周点阵，标记有△标志的为四周外围点阵。

修正方法主要是根据崩塌斜率坡度最大原则进行高度调整。外围点阵与抓斗中心点高度进行斜率最大化比较，当斜率小于崩塌斜率时，外围点高度将不进行修改，否则按崩塌斜率进行修正。

具体实施方式如下：

行车在进行一次放料动作(堆料动作)后，系统自动根据抓斗的位置、高度、重量，自动对点阵进行高度修正，以确保堆料点阵高度的准确性。具体的堆料模型控制过程见图6，过程详细描述如下：

(1)实时数据获取

实时读取行车大小车位置、抓斗高度；抓斗重量、抓斗高度数据。

(2)获取堆料点

获取堆料点位置策略：

①堆料时取点阵中最低料位点为堆料点。

②当网格中所有的料位高度均超过料池围栏高度时，系统将不再在靠近料池壁点阵进行堆放料。

(3)控制行车到堆料点位置

获取到堆料点后，控制行车大小车到点阵位置。

(4)抓斗卸料

行车运行到堆料点后，抓斗开始下降，当抓斗重量开始减轻时，表示抓斗触碰到物料，这时通过抓斗高度可以较准确地得到堆料点物料高度，然后抓斗提升到一定高度后停止，闭合缆继续提升，开始放料，直至抓斗完全张开，放料结束。

(5)料堆的堆料模型更新

放料结束后，抓斗上升到安全平移高度，根据堆料模型控制算法，对料堆点阵高度进行修正，完成堆料模型控制。

此外，当堆放物料的所有点阵均超过料池壁高度，堆料时，将不再对紧靠料池壁点阵进行堆料，防止堆料时物料漫过料池围墙洒落到料池外面。

需要说明的是，本实施例中未作详细说明之处，为本领域公知的技术。在上文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明申请实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。