[发明专利]基于物联网的传送带系统优化方法

权利要求书

1.一种基于物联网的传送带系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在传送系统中布下各种传感器和控制器；

步骤2、通过PLC机器整合传感器数据并同步到离线数据库；

步骤3、当输入实时生产数据流时，通过实时生产模拟系统更新整个生产线上的货物情况，以做到实时监控；

步骤3中，实时生产模拟系统更新整个生产线上的货物情况具体包括以下步骤：

a、设所述传送系统为双传送带系统，T时刻双传送带系统中前后传送带的速度分别为v₁，v₂，将传送带划分为总长度/单位长度个相同的区间，每个区间上有对应的货物的体积；

b、设置时间步T，在下一个时间步T+1到来时，后传送带输出区间长度为int(v₂*T)的货物量，同时从前传送带处接收了货物量，假设接收的货物量在长度int(v₂*T)上均匀分布；

c、由前传送带上的秤可知新输入的货物的量，假设其均匀分布在长度为int(v₁*T)的区间内，同时将区间长度为int(v₁*T)的货物量输送给后传送带；

d、根据T时刻皮带上货物的分布以及传送带的速度对T+1时刻传送带上货物的分布情况进行更新；

步骤4、利用生产过程中沉积的历史数据，通过算法模型来优化整个传送系统的能耗，算法部署后将根据实时生产数据流以及安全策略输出调速信号和安全预警；

步骤4中，通过算法模型来优化整个传送系统的能耗具体如下：

假设传送带的功率与运输速度和运载量相关，通过数据拟合的方式得到功率的函数P＝f(m,v),优化目标为n×T时间内传送带做功W之和的优化问题，其数学形式如下式所示：

s.t.m_2,i,v_2,i≥0

m_2,t＝g(V_t,m_1,t-1,m_2,t-1,v_2,t,v_1,t)

其中，v₁和v₂表示传送带的速度，m₁和m₂表示前后传送带上的货物的体积分布，即运载量，V_t表示体积流量计示数,由于V_t外生给定、m₁和m₂依赖于其他变量，通过调整传送带速度间接调整传送带上货物的量，真正的自变量，即决策变量只有v₁和v₂；

当传送带上总运载量的期望值恒定，任意时刻输入和输出的货物量的期望值相等，此时传送系统达到稳态，设前后传送带的密度分别为ρ₁和ρ₂，则输入和输出的货物量的期望值相等意味着：

v₁*T*ρ₁＝v₂*T*ρ₂

v₁*ρ₁＝v₂*ρ₂

则对优化问题进行转化：

s.t.v₁*ρ₁＝v₂*ρ₂

采用常规的优化方法即可完成该问题的求解，得到最优速度；

当货物生产不稳定时，输入传送系统的货物量的分布将发生变化，此时传输系统会经历从其中一个稳态到另外一个稳态的稳态转化过程，此时优化问题变为：

s.t.m_2,i,v_2,i≥0

其中n表示经过n个时间周期T后完成稳态转化，即:

则传输系统处于稳态转化过程时，优化过程为：

求出一个稳态到另外一个稳态的状态参数，即s₁(v₁₁,ρ₁₁,v₁₂,ρ₁₂)和s_n(v₂₁,ρ₂₁,v₂₂,ρ₂₁)；

从s₁(v₁₁,ρ₁₁,v₁₂,ρ₁₂)转换到s_n(v₂₁,ρ₂₁,v₂₂,ρ₂₁)的过程中，求解一条做功最小的路径，即最短路；在稳态转化的过程中，每一步的状态取决于传输带速度和传输带上运载量的分布序列，运载量的分布序列将产生相当多的中间状态，导致最短路的求解时间将变得不可接受，因此将传输带速度直接设置为另外一个稳态的数值，即可保证稳态的成功转化；

为了解决传送带上整体运载的货物量过多，超负荷运转下将传送带压死的情况，步骤4中的安全策略具体包括以下步骤：

步骤①、实时监控总货物量、电流、电压、功率安全指标，判断是否任意一个指标超过给定的安全阈值；

步骤②、若有指标超过安全阈值，立即提速，高速运转持续一定时间；

步骤③、判断各项安全指标是否已经降低至安全阈值的85％，若是则切换回最优速度，回到步骤①；若否，则继续以高速运行；

其中，为了避免传送带频繁调速，在步骤②和步骤③中当传送带提速后，需要经过一段特定时间后才能返回低速状态；

为了解决瞬时货物量过大，后传送带在短时间内承接了前传送带大量的货物，空间不足导致撒货的情况，步骤4中的安全策略具体包括以下步骤：

步骤i、实时监控前传送带尾部一定距离的货物体积量，判断是否任意位置存在超过安全阈值的货物体积量；

步骤ii、若存在超过安全阈值的货物体积量，立即提速，高速运转持续200/v₁+10秒，v₁是前传送带运转速度；

步骤iii、判断前传送带整体位置上是否存在超过安全阈值的货物体积量，若是则继续以高速运行；若否则切换到最优速度，回到步骤i；

步骤5、通过算法交叉策略来验证调速效果。