激光盘煤的装置的原理和实现.doc

激光盘煤装置的原理及实现 电厂燃煤的库存盘点，作为整个燃料管理系统中的一个环节，有着举足轻重的重要性。人们一直在寻求一种方法，可以准确地获得发电厂存煤量。早期人们用推煤机将不规则煤堆整形，然后用尺子丈量，计算出煤堆的体积，再乘以煤的比重，得到存煤量将这样的过程称为盘煤但是，这种方法测量结果误差较大。为了准确地获得火电厂存煤量，节省发电成本，投运激光盘煤测量装置是一种很好的方法。该系统大大改善了工人的劳动条件,减少了人为因素产生的测量误差,实现了煤场的自动化盘煤。现场运行实践证明了该系统安全、可靠、省时,取得了很好的测量效果。 激光盘煤以激光测距配以角度测量完成煤堆表面有限点的空间位置坐标的测量，用一定方法建模后，计算出煤堆的体积。激光盘煤仪由于具体的硬件形态和原理不同，又细分出几大类、十几个具体型号。比如：便携式，全自动，斗轮机式(固定式)，多功能式等。 基本方法原理：利用激光盘煤仪测量煤堆表面上的有限特征点的空间位置信息（X，Y，Z坐标），利用这些点建立煤堆的立体模型，计算模型的体积，并认可其为煤堆的体积，进而求算出煤的重量(质量)；从以上描述中我们可以看出，影响最后结果精度的因素有四个：测量点的精度，建立模型的精度，计算体积的精度，密度测量的精度。前三点是我们评价一款盘煤仪好坏的主要依据。当然，设备的可靠稳定性，使用的便捷性，工作效率的高低等也必须事先考虑到。 本文以一种实用﹑便捷的盘煤系统为例谈谈激光盘煤装置的原理及实现。 1.盘煤系统硬件组成及工作原理 盘煤系统工作原理是在煤场建立观测网和空间坐标系，利用精密测量仪器在观测网上采集煤堆轮廓数据点，然后将这些数据点按照一定的数学模型转换为三维坐标，利用VC和OpenGL技术进行煤堆三维图形复现，用方格网算法计算煤堆的体积，最终用体积乘以煤的比重获得存煤量。 硬件系统主要完成采集煤堆轮廓数据点，包括2个设备，1个多功能测量设备用于采集数据，个手持电脑用于收发数据。如图 1所示。图1.盘煤系统硬件组成框图根据测量要求，多功能测量设备选择美国手持激光多功能测距仪CX( Contour Xlric) ，有以下的原因:① CX量程达1850m ; ②设备小，而且具有图 1所述4 个功能，测量误差≤0.5％；③抗干扰能力强手持电脑选择松下CF-19 ，因为CF-19体积重量小，而且还具有一些特殊的性质，例如防水防撞击抗干扰能力强，更为重要的是可以在野外恶劣内置锂电池可以提供7h左右的使用时间。 2.煤堆数据采样 在对煤堆数据进行采样前，还需要建立观测网和空间坐标系建立测量观测网和空间直角坐标系由于在一个点根本不能观测到整个煤堆的轮廓外形，因此必须建立测量观测网 测量观测网可以获得煤堆轮廓的多个观测点 观测点又叫基点，设置在测量仪器的地方，用来采集煤堆轮廓特征点数据; 把煤堆表面的特征点叫碎部点。 有时煤场太大或形状复杂，还需建立辅助点，采集的点越密，绘制的三维越逼真 如图2所示。图2 辅助点观测网 在现实世界中，所有的物体都具有三维特征，将三维物体及二维数据联系在一起的惟一纽带就是坐标 建立空间直角坐标系，煤场采样点才有意义，采样的数据点在同一坐标系下，以便于煤堆三维重建。 2.2煤堆数据采样及转换 煤堆数据是按照一定的顺序在观测点上用仪器测量煤堆轮廓的特征点获取的。 手持激光多功能测距仪 测量煤堆将获得斜距方位垂直角，并不是三维坐标，因此需进行转换才能获得煤堆的三维坐标数据1) 斜距: 测量仪器到目标点的直线距离 用表示. 2) 方位角: 测量仪器平视线与正北方向的夹角，用表示。 3) 垂直角: 测量仪器的测点至观测目标的方向线与水平面间的夹角，用表示。数据采样过程: 如图3所示，设基点坐标为( 0，0，0) ，通过基点的坐标去测量经过式(1)转换得到三维坐标，依次类推得到坐标得到观测网数据之后，由每个基点去测量碎部点。CX测距仪获取的每个点的斜距方位角垂直角，可通过式(1) 将其转换成三维坐标 （1） 式中: ，为原始坐标点，可以取( 0，0，0) 或取(，0，) 等。 图3煤场数据采样及转换 3软件设计 经过数据采样过程之后，要进一步利用软件对数据进行处理。首先数据预处理，然后利用算法生成煤堆轮廓图，显示煤堆三维图形，最后计算体积如图4所示 图4盘煤软件图3.1数据预处理 CX多功能测距仪用RS232接口发送数据到手持电脑，它按照测距仪给定的数据传输格式，利用VC下MSCcom控件完成数据获取CX测距仪给定数据传输格式: PLCI,rrr.r，m，bbb.b，d，m，ppp.p，dLF,例如由CX测距仪发来的一组数据: PLCI,0035.2,m，075.2，dLF 表示测量斜距( 仪器到被测点的距离)