基于多传感器融合的门机抓斗控制系统和方法

技术领域

本发明涉及门机抓斗控制技术领域，尤其涉及基于多传感器融合的门机抓斗控制系统和方法。

背景技术

门式抓斗起重机在双卷筒铰车上，其中一组卷筒引一支钢丝绳，做支持使用，另一组引出一支做开闭使用，抓半张开后，落到该物上，收拢开闭钢丝绳，钢丝绳拉动横梁，使两腭板闭合，斗里装满物料，起升支持钢丝绳吊起抓斗，经行车送到卸料场地，支持钢丝绳不动，松下开闭绳使用抓斗张开，卸下所抓取的物料。

控制系统在各行各业都有非常广泛的应用，但是，现有技术中，在对门机抓斗进行控制时，无法对门机抓斗的控制情况进行监管，降低门机抓斗的控制效果和合理化管控，且传统的控制分析数据单一，导致结果偏差大，降低门机抓斗控制系统的灵敏性和控制效果。

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供基于多传感器融合的门机抓斗控制系统和方法，去解决上述提出的技术缺陷，本发明通过从侧面、正面和侧面结合两种方式对门机抓斗的控制效果进行分析，有助于提高门机抓斗的管控合理性，以保证门机抓斗的控制灵敏性和控制效果，即通过信息反馈的方式进行基本控制监管评估分析，从侧面整体了解门机抓斗的控制效果，且结合门机抓斗基本数据进行分析，有助于提高分析结果的准确性，有助于提高门机抓斗的管理效果，而通过正面和侧面结合的方式整体评估门机抓斗的控制情况，以便及时地对门机抓斗的控制系统进行优化处理，以保证门机抓斗的运行安全性和控制效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于多传感器融合的门机抓斗控制系统，包括管控平台、数据收集单元、实操反馈单元、供电影响单元、液压干扰单元、控制评估单元、运维管理单元以及管控单元；

当管控平台生成管控指令后，将管控指令发送至数据收集单元和实操反馈单元，数据收集单元在接收到运管指令后，采集门机抓斗的供电数据和液压数据，供电数据包括线路受约值和输电风险值，液压数据包括油液影响值、油温风险值以及冲振受损值，并将供电数据和液压数据分别发送至供电影响单元和液压干扰单元，供电影响单所述控制评估单元的深入式元接收到供电数据，对供电数据进行控制影响监管分析，将得到的失衡信号发送至运维管理单元；

液压干扰单元在接收到液压数据后，对油液控制干扰评估分析，将得到的影响信号发送至运维管理单元；

控制评估单元接收到油液影响评估系数W，采集门机抓斗的基本数据，并对基本数据进行基本控制监管评估分析和深入式比对分析，将得到的异常信号发送至运维管理单元，所述基本数据包括维护评估值和设备值；

实操反馈单元在接收到运管指令后，采集门机抓斗的操作数据，操作数据包括执行性能值和操作表现值，并对操作数据进行运转风险监管评估分析，将得到的预警信号发送至管控单元。

优选的，所述供电影响单元的控制影响监管分析过程如下：

采集门机抓斗开始运行时刻到结束运行时刻之间的时长，并将其标记为时间阈值，将时间阈值划分为k个子时间段，k为大于零的自然数，获取到各个子时间段内门机抓斗的线路受约值，线路受约值表示线路的外环境数据和内环境数据超出对应预设阈值的总个数，外环境数据包括温度变化值、平均电磁干扰值，内环境数据包括线路平均电阻、供电电压平均幅动值，以子时间段为X轴，以线路受约值为Y轴建立直角坐标系，通过描点的方式绘制线路受约值曲线，获取到线路受约值曲线的变化趋势值，并将线路受约值曲线的变化趋势值标记为受约干扰值；

获取时间阈值内门机抓斗的输电风险值，输电风险值表示断接个数与一线对多线的转接个数经数据归一化处理后得到的积值，断接表示一条线路中间断裂再接，一线对多线表示一条线路一端接多条线路，并将输电风险值与预设输电风险值阈值进行比对分析，则将输电风险值大于预设输电风险值阈值的部分标记为输定影响值，将受约干扰值和输定影响值与其内部录入存储的预设受约干扰值阈值和预设输定影响值阈值进行比对分析：

若受约干扰值小于预设受约干扰值阈值，且输定影响值小于预设输定影响值阈值，则不生成任何信号；

若受约干扰值大于等于预设受约干扰值阈值，或输定影响值大于等于预设输定影响值阈值，则生成失衡信号。

优选地，所述液压干扰单元的液压控制干扰评估分析过程如下：

T1：获取到各个子时间段内门机抓斗的油液影响值，油液影响值表示液压油内部杂质颗粒体积与液压油体积之间的比值和液压油过滤效率经数据归一化处理后得到的积值，以子时间段为X轴，以油液影响值为Y轴建立直角坐标系，通过描点的方式绘制油液影响值曲线，通过在该坐标系中绘制预设油液影响值阈值曲线，获取到油液影响值曲线位于预设油液影响值阈值上方线段所对应的时长，并将其标记为油液影响时长YY；

T12：获取到各个子时间段内门机抓斗的油温风险值，油温风险值表示油温变化值超出预设油温变化值的部分与油温变化值等于预设油温变化值所对应的变化时长经数据归一化处理后得到的积值，以此构建油温风险值的集合A，获取到集合A中的最大子集和最小子集，并将集合A中的最大子集和最小子集之间的差值标记为油温倍率值YB；

T13：获取到各个子时间段内门机抓斗的冲振受损值，冲振受损值表示油冲击次数与液压振动变化幅度经数据归一化处理后得到的积值，获取到相连两个子时间段冲振受损值之间的差值，并将相连两个子时间段冲振受损值之间差值的均值标记为冲振风险值CZ；

T14：根据公式得到油液影响评估系数W，将油液影响评估系数W与其内部录入存储的预设油液影响评估系数阈值进行比对分析：

若油液影响评估系数W与预设油液影响评估系数阈值之间的比值小于1，则不生成任何信号；若油液影响评估系数W与预设油液影响评估系数阈值之间的比值大于等于1，则生成影响信号。

优选地，所述控制评估单元的基本控制监管评估分析过程如下：

获取时间阈值内门机抓斗的维护评估值，维护评估值表示已维护次数与相连两次维护之间时长的均值经数据归一化处理后得到的比值，并将维护评估值与预设维护评估值阈值进行比对分析，将维护评估值小于预设维护评估值阈值的部分与维护评估值之间的比值标记为维护值WH；

获取时间阈值内门机抓斗的设备值，设备值表示门机抓斗的故障次数与运转时长和使用时长之间的比值经数据归一化处理后得到的比值，运转时长表示门机抓斗运行工作时长的总和，使用时长表示门机抓斗开始投入时刻到当前时刻之间的时长，并将设备值与预设设备值阈值进行比对分析，则将设备值大于预设设备值阈值的部分标记为设备影响值SY，同时从供电影响单元调取受约干扰值和输定影响值，将受约干扰值和输定影响值分别标号为SG和SX。

优选地，所述控制评估单元的深入式比对分析过程如下：

根据公式

若侧面控制评估系数KX小于预设侧面控制评估系数阈值，则不生成任何信号；若侧面控制评估系数KX大于等于预设侧面控制评估系数阈值，则生成异常信号。

优选的，所述实操反馈单元的运转风险监管评估分析过程如下：

S1：获取到各个子时间段内门机抓斗的执行性能值，执行性能值表示开始操作门机抓斗时刻到门机抓斗开始执行动作时刻之间的时长与平均运行温度值经数据归一化处理后得到的积值，并将执行性能值与预设执行性能值阈值进行比对分析，则将执行性能值大于预设执行性能值阈值所对应子时间段的个数标记为执行延误值ZX；

S2：获取到各个子时间段内门机抓斗的操作表现值，操作表现值表示门机抓斗轴连接处异响值与旋转角度小于预设旋转角度的部分经数据归一化处理后得到的积值，获取到子时间段内操作表现值的最大值和最小值，并将子时间段内操作表现值的最大值和最小值之间的差值标记为操作风险值CZ；

S3：根据公式

S4：若失控风险系数KZ与预设失控风险系数阈值之间的比值小于1，则不生成任何信号；若失控风险系数KZ与预设失控风险系数阈值之间的比值大于等于1，则生成预警信号。

本发明的有益效果如下：

本发明通过从侧面、正面和侧面结合两种方式对门机抓斗的控制效果进行分析，有助于提高门机抓斗的管控合理性，以保证门机抓斗的控制灵敏性和控制效果，即通过采集侧面的供电数据和液压数据，并分别进行控制影响监管分析和液压控制干扰评估分析，以了解供电数据对门机抓斗控制的影响情况，以便及时的进行预警维护，以保证门机供电的稳定，同时降低供电对门机抓斗的控制影响程度，以及以降低油液对门机抓斗的控制影响，有助于保证液压控制的稳定性；

本发明通过信息反馈的方式进行基本控制监管评估分析，从侧面整体了解门机抓斗的控制效果，且结合门机抓斗基本数据进行分析，有助于提高分析结果的准确性，有助于提高门机抓斗的管理效果，而通过正面和侧面结合的方式整体评估门机抓斗的控制情况，以便及时的对门机抓斗的控制系统进行优化处理，以保证门机抓斗的运行安全性和控制效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1是本发明基于多传感器融合的门机抓斗控制系统流程框图；

图2是本发明基于多传感器融合的门机抓斗控制方法的参考图。

具体实施方式

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。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。

实施例一：

请参阅图1至图2所示，本发明为基于多传感器融合的门机抓斗控制系统，包括管控平台、数据收集单元、实操反馈单元、供电影响单元、液压干扰单元、控制评估单元、运维管理单元以及管控单元。

管控平台与数据收集单元和实操反馈单元均呈单向通讯连接，数据收集单元与供电影响单元和液压干扰单元均呈单向通讯连接，供电影响单元和液压干扰单元均与控制评估单元和运维管理单元呈单向通讯连接，控制评估单元与运维管理单元呈单向通讯连接，控制评估单元与实操反馈单元呈单向通讯连接，实操反馈单元与管控单元呈单向通讯连接；

当管控平台生成管控指令后，将管控指令发送至数据收集单元和实操反馈单元，数据收集单元在接收到运管指令后，采集门机抓斗的供电数据和液压数据，供电数据包括线路受约值和输电风险值，液压数据包括油液影响值、油温风险值以及冲振受损值，并将供电数据和液压数据分别发送至供电影响单元和液压干扰单元，供电影响单元接收到供电数据，对供电数据进行控制影响监管分析，以了解供电数据对门机抓斗控制的影响情况，以便及时地进行预警维护，以保证门机供电的稳定，同时降低供电对门机抓斗的控制影响程度，具体的控制影响监管分析过程如下：

采集门机抓斗开始运行时刻到结束运行时刻之间的时长，并将其标记为时间阈值，将时间阈值划分为k个子时间段，k为大于零的自然数，获取到各个子时间段内门机抓斗的线路受约值，线路受约值表示线路的外环境数据和内环境数据超出对应预设阈值的总个数，外环境数据包括温度变化值、平均电磁干扰值等，内环境数据包括线路平均电阻、供电电压平均幅动值等，以子时间段为X轴，以线路受约值为Y轴建立直角坐标系，通过描点的方式绘制线路受约值曲线，获取到线路受约值曲线的变化趋势值，并将线路受约值曲线的变化趋势值标记为受约干扰值，需要说明的是，受约干扰值的数值越大，则对门机抓斗的控制影响风险越大；

获取时间阈值内门机抓斗的输电风险值，输电风险值表示断接个数与一线对多线的转接个数经数据归一化处理后得到的积值，断接表示一条线路中间断裂再接，一线对多线表示一条线路一端接多条线路，并将输电风险值与预设输电风险值阈值进行比对分析，若输电风险值大于预设输电风险值阈值，则将输电风险值大于预设输电风险值阈值的部分标记为输定影响值，需要说明的是，输定影响值的数值越大，则对门机抓斗的控制影响风险越大；

将受约干扰值和输定影响值与其内部录入存储的预设受约干扰值阈值和预设输定影响值阈值进行比对分析：

若受约干扰值小于预设受约干扰值阈值，且输定影响值小于预设输定影响值阈值，则不生成任何信号；

若受约干扰值大于等于预设受约干扰值阈值，或输定影响值大于等于预设输定影响值阈值，则生成失衡信号，并将失衡信号发送至运维管理单元，运维管理单元在接收到失衡信号后，做出失衡信号所对应的预设预警操作，以提醒运管人员及时的对门机抓斗供电端进行维护管理，以降低供电端对门机抓斗的控制影响，有助于提高门机抓斗的控制效果；

液压干扰单元在接收到液压数据后，对油液控制干扰评估分析，以判断液压对门机控制是否存在影响，以便及时的对油液进行维护管理，以保证液压控制的稳定性，有助于提高门机抓斗的控制效果，具体的液压控制干扰评估分析过程如下：

获取到各个子时间段内门机抓斗的油液影响值，油液影响值表示液压油内部杂质颗粒体积与液压油体积之间的比值和液压油过滤效率经数据归一化处理后得到的积值，以子时间段为X轴，以油液影响值为Y轴建立直角坐标系，通过描点的方式绘制油液影响值曲线，通过在该坐标系中绘制预设油液影响值阈值曲线，获取到油液影响值曲线位于预设油液影响值阈值上方线段所对应的时长，并将其标记为油液影响时长，标号为YY，需要说明的是，油液影响时长YY是一个反映油液对门机抓斗控制的影响参数；

获取到各个子时间段内门机抓斗的油温风险值，油温风险值表示油温变化值超出预设油温变化值的部分与油温变化值等于预设油温变化值所对应的变化时长经数据归一化处理后得到的积值，以此构建油温风险值的集合A，获取到集合A中的最大子集和最小子集，并将集合A中的最大子集和最小子集之间的差值标记为油温倍率值，标号为YB，需要说明的是，油温倍率值YB是一个反映油液对门机抓斗控制的影响参数，油温倍率值YB的数值越大，则对门机抓斗的控制影响风险越大；

获取到各个子时间段内门机抓斗的冲振受损值，冲振受损值表示油冲击次数与液压振动变化幅度经数据归一化处理后得到的积值，获取到相连两个子时间段冲振受损值之间的差值，并将相连两个子时间段冲振受损值之间差值的均值标记为冲振风险值，标号为CZ，需要说明的是，冲振风险值CZ是一个反映油液对门机抓斗控制的影响参数；根据公式

若油液影响评估系数W与预设油液影响评估系数阈值之间的比值小于1，则不生成任何信号；

若油液影响评估系数W与预设油液影响评估系数阈值之间的比值大于等于1，则生成影响信号，并将影响信号发送至运维管理单元，运维管理单元在接收到影响信号后，做出影响信号所对应的预设预警操作，以提醒运管人员及时地对门机抓斗油液进行维护管理，以降低油液对门机抓斗的控制影响，有助于保证液压控制的稳定性。

实施例二：

控制评估单元接收到油液影响评估系数W，采集门机抓斗的基本数据，基本数据包括维护评估值和设备值，并对基本数据进行基本控制监管评估分析，以了解门机抓斗的基本参数情况，以便结合门机抓斗基本数据进行分析，有助于提高分析结果的准确性，同时有助于提高门机抓斗的管控合理性，具体的基本控制监管评估分析过程如下：

获取时间阈值内门机抓斗的维护评估值，维护评估值表示已维护次数与相连两标号为SG和SX次维护之间时长的均值经数据归一化处理后得到的比值，并将维护评估值与预设维护评估值阈值进行比对分析，若维护评估值小于预设维护评估值阈值，将维护评估值小于预设维护评估值阈值的部分与维护评估值之间的比值标记为维护值WH，需要说明的是，维护值WH是一个反映设备运行的影响参数；

获取时间阈值内门机抓斗的设备值，设备值表示门机抓斗的故障次数与运转时长和使用时长之间的比值经数据归一化处理后得到的比值，运转时长表示门机抓斗运行工作时长的总和，使用时长表示门机抓斗开始投入时刻到当前时刻之间的时长，并将设备值与预设设备值阈值进行比对分析，若设备值大于预设设备值阈值，则将设备值大于预设设备值阈值的部分标记为设备影响值SY，需要说明的是，设备影响值SY是一个反映设备运行的影响参数，同时从供电影响单元调取受约干扰值和输定影响值，将受约干扰值和输定影响值分别标号为SG和SX；

根据公式

若侧面控制评估系数KX小于预设侧面控制评估系数阈值，则不生成任何信号；

若侧面控制评估系数KX大于等于预设侧面控制评估系数阈值，则生成异常信号，并将异常信号发送至运维管理单元，运维管理单元在接收到异常信号后，做出异常信号所对应的预设预警操作，以提醒运管人员及时地对门机抓斗进行维护管理，以保证门机抓斗的控制效果和控制性能，且结合门机抓斗基本数据进行分析，有助于提高分析结果的准确性，同时有助于提高门机抓斗的管控合理性；

实操反馈单元在接收到运管指令后，采集门机抓斗的操作数据，操作数据包括执行性能值和操作表现值，并对操作数据进行运转风险监管评估分析，以保证门机抓斗的运行安全性和控制效果，具体的运转风险监管评估分析过程如下：

获取到各个子时间段内门机抓斗的执行性能值，执行性能值表示开始操作门机抓斗时刻到门机抓斗开始执行动作时刻之间的时长与平均运行温度值经数据归一化处理后得到的积值，并将执行性能值与预设执行性能值阈值进行比对分析，若执行性能值大于预设执行性能值阈值，则将执行性能值大于预设执行性能值阈值所对应子时间段的个数标记为执行延误值ZX，需要说明的是，执行延误值ZX的数值越大，则门机抓斗的运行控制故障风险越大；

获取到各个子时间段内门机抓斗的操作表现值，操作表现值表示门机抓斗轴连接处异响值与旋转角度小于预设旋转角度的部分经数据归一化处理后得到的积值，获取到子时间段内操作表现值的最大值和最小值，并将子时间段内操作表现值的最大值和最小值之间的差值标记为操作风险值CZ，需要说明的是，操作风险值CZ的数值越大，则门机抓斗的运行控制故障风险越大；

根据公式

若失控风险系数KZ与预设失控风险系数阈值之间的比值小于1，则不生成任何信号；

若失控风险系数KZ与预设失控风险系数阈值之间的比值大于等于1，则生成预警信号，并将预警信号发送至管控单元，管控单元在接收到预警信号后，显示预警信号所对应的预设预警文字，以便及时地对门机抓斗的控制系统进行优化处理，即从侧面、正面和侧面结合两种方式进行分析，有助于提高门机抓斗控制分析结果的准确性，有助于提高门机抓斗的管控合理性，以保证门机抓斗的控制灵敏性和控制效果。

实施例三：

基于多传感器融合的门机抓斗控制方法，包括以下步骤：

步骤一：通过从侧面、正面和侧面结合两种方式对门机抓斗的控制效果进行分析，即通过采集侧面的供电数据和液压数据，并将供电数据和液压数据分别发送至步骤二和步骤三；

步骤二：对供电数据进行控制影响监管分析，以了解供电数据对门机抓斗控制的影响情况，以保证门机供电的稳定；

步骤三：对液压控制干扰评估分析，以判断油液对门机控制是否存在影响，以便及时的对油液进行维护管理，以保证液压控制的稳定性；

步骤四：采集门机抓斗的基本数据，并对基本数据进行基本控制监管评估分析，同时结合步骤二和步骤三中的数据进行整合分析，得到门机抓斗的侧面控制评估系数KX，并进行判别，若得到异常信号，则预警管理；

步骤五：从正面和侧面结合的角度进行分析，即对操作数据进行运转风险监管评估分析，同时结合侧面控制评估系数KX进行分析，得到失控风险系数KZ，并进行判别，若得到预警信号，则预警管理。

综上所述，本发明通过从侧面、正面和侧面结合两种方式对门机抓斗的控制效果进行分析，有助于提高门机抓斗的管控合理性，以保证门机抓斗的控制灵敏性和控制效果，即通过采集侧面的供电数据和液压数据，并分别进行控制影响监管分析和液压控制干扰评估分析，以了解供电数据对门机抓斗控制的影响情况，以便及时的进行预警维护，以保证门机供电的稳定，同时降低供电对门机抓斗的控制影响程度，以及以降低油液对门机抓斗的控制影响，有助于保证液压控制的稳定性，此外，通过信息反馈的方式进行基本控制监管评估分析，从侧面整体了解门机抓斗的控制效果，且结合门机抓斗基本数据进行分析，有助于提高分析结果的准确性，有助于提高门机抓斗的管理效果，而通过正面和侧面结合的方式整体评估门机抓斗的控制情况，以便及时地对门机抓斗的控制系统进行优化处理，以保证门机抓斗的运行安全性和控制效果。

阈值的大小的设定是为了便于比较，关于阈值的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据设定基数数量；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置，以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。