專利名稱：基于不同地質(zhì)條件的電牽引采煤機工作狀態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采煤機自動控制及系統(tǒng)仿真，特別是一種基于不同地質(zhì)條件的電牽弓I采煤機整機工作狀態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality,簡稱VR)是近幾年來逐漸發(fā)展完善起來的高新技木。該技術(shù)以多媒體計算機系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合實時計算機圖像生成、數(shù)據(jù)庫、人工智能和物理模擬等手段可以構(gòu)造出逼真的三維模型?，F(xiàn)如今，對井下采煤機進行設(shè)計時，需在真實的井下環(huán)境或預(yù)先構(gòu)建的模擬井下環(huán)境中進行多次試驗，以對采煤機的各參數(shù)進行觀察、討論和修改，因而實際設(shè)計，存在前期投入成本高、設(shè)計研發(fā)周期長、實現(xiàn)困難等多種缺陷和不足。 現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利ー種“采煤機虛擬實訓(xùn)操作教學(xué)儀”，專利號為201020180083. 4的專利，該專利的技術(shù)方案通過顯示器、遙控發(fā)射器、遙控接收器等，完成對受訓(xùn)人員的崗前培訓(xùn)。中國專利ー種“煤礦采掘設(shè)備虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)”，專利號為201120108794. 5的專利，該技術(shù)方案通過建模主機、模型導(dǎo)入電路模塊、場景渲染控制器模塊、顯示単元、用戶控制接ロ電路模塊等構(gòu)造出煤礦采掘設(shè)備三維模型。上述方法的缺陷在于
1、缺少將對采煤機及礦井環(huán)境エ況數(shù)據(jù)的實時檢測；
2、沒有建立不同型號采煤機及不同地質(zhì)條件的綜采工作面的模型庫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種基于不同地質(zhì)條件的電牽引采煤機整機工作狀態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)，解決現(xiàn)在采煤機缺少對采煤機及礦井環(huán)境エ況數(shù)據(jù)的實時檢測、沒有建立不同型號采煤機及不同地質(zhì)條件的綜采工作面的模型庫的問題。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的該虛擬仿真系統(tǒng)包括裝置和方法
所述的裝置由采煤機エ況遠程監(jiān)控平臺、歸檔數(shù)據(jù)庫、遠程控制器、Visual Basic系統(tǒng)、エ業(yè)以太網(wǎng)、本地控制器、機載檢測控制系統(tǒng)組成；采煤機エ況遠程監(jiān)控平臺通過歸檔數(shù)據(jù)庫與Visual Basic系統(tǒng)雙向通訊連接；機載檢測控制系統(tǒng)通過本地控制器與エ業(yè)以太網(wǎng)雙向通訊連接；エ業(yè)以太網(wǎng)通過ニ臺遠程控制器與Visual Basic系統(tǒng)雙向通訊連接；其中，所述的采煤機エ況遠程監(jiān)控平臺包括基于虛擬現(xiàn)實的采煤機遠程監(jiān)控平臺、采煤機エ況參數(shù)監(jiān)控平臺，對采煤機エ況狀態(tài)參數(shù)進行組態(tài)、檢測和歸檔；所述的歸檔數(shù)據(jù)庫儲存不同型號采煤機及不同地質(zhì)條件的綜采工作面虛擬樣機模型庫，為其他組成模塊提供所需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各組成模塊的數(shù)據(jù)交換；所述的遠程控制器采用兩臺雙冗余的配置，用干與井下順槽控制器進行通信，實時獲取采煤機各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，并及時傳輸各種控制指令；所述的Visual Basic系統(tǒng)完成采煤機エ況參數(shù)的實時檢測、重要參數(shù)運行記錄顯示、采煤機エ況參數(shù)的實時歸檔以及與控制器之間的通訊；所述的本地控制器將機載檢測控制系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)通過エ業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h端控制器，最終傳輸?shù)讲擅簷Cエ況遠程監(jiān)控平臺進行檢測和歸檔。所述的方法為
第一歩，由EON Studio及其SDK技術(shù)、Visual Basic系統(tǒng)完成采煤機エ況遠程監(jiān)控平臺的開發(fā)設(shè)計，實現(xiàn)采煤機幾何模型和采煤機運動學(xué)模型的虛擬仿真環(huán)境以及綜采工作面的漫游，實時顯示采煤機行走、滾筒旋轉(zhuǎn)割煤、搖臂升降及落煤的工作狀態(tài)，同時開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控指令傳輸?shù)目刂泼姘?，通過エ業(yè)以太網(wǎng)傳輸控制指令； 進ー步的，基于虛擬現(xiàn)實的采煤機遠程監(jiān)控平臺在實時訪問歸檔數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用計算機圖形與可視化技術(shù)、三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建基于真實采煤機結(jié)構(gòu)及尺寸的采煤機三維虛擬樣機，完成不同地質(zhì)條件的綜采工作面的重構(gòu)，并驅(qū)動采煤機虛擬樣機；
進ー步的，采煤機エ況參數(shù)監(jiān)控平臺實現(xiàn)采煤機エ況參數(shù)的實時檢測、重要參數(shù)運行記錄顯示、采煤機エ況參數(shù)的實時歸檔；采用觸發(fā)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)參數(shù)變量的及時更新；
進ー步的，在采煤機遠程監(jiān)控平臺上開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控指令傳輸?shù)目刂泼姘?，通過エ業(yè)以太網(wǎng)傳輸控制指令；
進ー步的，通過Visual Basic系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)同控制器與數(shù)據(jù)庫之間的通信，實時獲取采煤機エ況參數(shù)以及發(fā)送遠程控制指令；采用Microsoft SQL SeverfOOO數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的歸檔，運用EON Studio系統(tǒng)的SDK 二次開發(fā)技術(shù)，通過Visual Studio 2003平臺的數(shù)據(jù)程序設(shè)計，開發(fā)訪問數(shù)據(jù)庫并讀取采煤機實時工作狀態(tài)的Node節(jié)點；
進ー步的，在采煤機エ況監(jiān)控平臺中采用觸發(fā)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)參數(shù)變量的及時更新，相應(yīng)的過程變量由機載檢測控制系統(tǒng)賦值發(fā)生變化，就通過與之對應(yīng)的Visual Basic內(nèi)部變量觸發(fā)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新；
進ー步的，冗余配置的兩個遠程控制器，一個作為主控制器，一個作為從控制器，兩個控制器以熱備份方式運動，任意一個控制器出現(xiàn)故障時，另外ー個控制器自動跳轉(zhuǎn)為主控制器，當(dāng)故障恢復(fù)后，自動連接形成新的主從結(jié)構(gòu)；
進ー步的，機載檢測控制系統(tǒng)實現(xiàn)電牽引采煤機的エ況數(shù)據(jù)采集、本地操作控制、遠程操作控制、網(wǎng)絡(luò)通信的功能；機載檢測控制系統(tǒng)核心部件是機載PLC，用于連接物理傳感器単元和本地人機操作裝置，驅(qū)動采煤機執(zhí)行部件，并完成邏輯單元的控制與網(wǎng)絡(luò)通訊的任務(wù);
最后，實現(xiàn)不同地質(zhì)條件的電牽引采煤機整機エ況參數(shù)實時檢測、工作狀態(tài)“真實再現(xiàn)”和遠程控制。有益效果，由于采用了上述方案，機載檢測控制系統(tǒng)采集采煤機エ況參數(shù)，經(jīng)過ー定的數(shù)據(jù)分析，通過本地控制器和エ業(yè)以太網(wǎng)，最終傳輸?shù)讲擅簷C監(jiān)控平臺中進行檢測和歸檔，在實時訪問歸檔數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)繪制不同地質(zhì)條件的綜采工作面，并驅(qū)動采煤機虛擬樣機，實現(xiàn)采煤機工作狀態(tài)的“真實再現(xiàn)”。利用機載檢測控制系統(tǒng)提供的實時エ況參數(shù)驅(qū)動采煤機虛擬樣機模型，使采煤機虛擬仿真系統(tǒng)具有進入綜采工作面的現(xiàn)場感和良好的交互性。解決了現(xiàn)在采煤機缺少對采煤機及礦井環(huán)境エ況數(shù)據(jù)的實時檢測、沒有建立不同型號采煤機及不同地質(zhì)條件的綜采工作面的模型庫的問題，達到了本發(fā)明的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
I、本發(fā)明利用機載控制系統(tǒng)提供的采煤機實時エ況參數(shù)驅(qū)動采煤機虛擬樣機模型，實時顯示采煤機行走、滾筒旋轉(zhuǎn)割煤、搖臂升降、落煤等工作狀態(tài)。2、本發(fā)明根據(jù)不同型號的采煤機和不同地質(zhì)條件綜采工作面模型數(shù)據(jù)庫建立虛擬樣機，增強了仿真系統(tǒng)的真實性及現(xiàn)場感。3、本發(fā)明具有進入綜采工作面的現(xiàn)場感和良好的可視化及交互性，使得操作人員能及時準(zhǔn)確地掌握現(xiàn)場和采煤機工作信息，從而明顯提高了采煤機仿真系統(tǒng)的技術(shù)性能和高新技術(shù)含量。



圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的路徑漫游線性插值示意圖。圖3是本發(fā)明的落煤場景粒子系統(tǒng)三維幀布置圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實時方式和過程，但以下的實施例僅限解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容。實施例I :在圖I中，基于不同地質(zhì)條件的電牽引采煤機整機工作狀態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)，由采煤機エ況遠程監(jiān)控平臺、歸檔數(shù)據(jù)庫、遠程控制器、Visual Basic系統(tǒng)、エ業(yè)以太網(wǎng)、本地控制器、機載檢測控制系統(tǒng)組成；采煤機エ況遠程監(jiān)控平臺通過歸檔數(shù)據(jù)庫與Visual Basic系統(tǒng)雙向通訊連接；機載檢測控制系統(tǒng)通過本地控制器與エ業(yè)以太網(wǎng)雙向通訊連接；エ業(yè)以太網(wǎng)通過ニ臺遠程控制器與Visual Basic系統(tǒng)雙向通訊連接；
采煤機エ況遠程監(jiān)控平臺包括基于虛擬現(xiàn)實的采煤機遠程監(jiān)控平臺、采煤機エ況參數(shù)監(jiān)控平臺，對采煤機エ況狀態(tài)參數(shù)進行組態(tài)、檢測和歸檔；所述的歸檔數(shù)據(jù)庫儲存不同型號采煤機及不同地質(zhì)條件的綜采工作面虛擬樣機模型庫，為其他組成模塊提供所需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各組成模塊的數(shù)據(jù)交換；所述的遠程控制器采用兩臺雙冗余的配置，用干與井下順槽控制器進行通信，實時獲取采煤機各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，并及時傳輸各種控制指令；所述的Visual Basic系統(tǒng)完成采煤機エ況參數(shù)的實時檢測、重要參數(shù)運行記錄顯示、采煤機エ況參數(shù)的實時歸檔以及與控制器之間的通訊；所述的本地控制器將機載檢測控制系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)通過エ業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h端控制器，最終傳輸?shù)讲擅簷Cエ況遠程監(jiān)控平臺進行檢測和歸檔。所述的方法為(I)采煤機エ況遠程監(jiān)控平臺由EON Studio及其SDK技術(shù)、VisualBasic系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)完成，包含采煤機的幾何模型和采煤機的運動學(xué)模型的虛擬仿真環(huán)境以及綜采工作面的漫游，實時顯示采煤機行走、滾筒旋轉(zhuǎn)割煤、搖臂升降、落煤等工作狀態(tài)。(2)基于虛擬現(xiàn)實的采煤機遠程監(jiān)控平臺在實時訪問歸檔數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用計算機圖形與可視化技術(shù)、三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建基于真實采煤機結(jié)構(gòu)及尺寸的采煤機三維虛擬樣機，完成不同地質(zhì)條件的綜采工作面的重構(gòu)，并驅(qū)動采煤機虛擬樣機。
(3)采煤機エ況參數(shù)監(jiān)控平臺實現(xiàn)采煤機エ況參數(shù)的實時檢測、重要參數(shù)運行記錄顯示、采煤機エ況參數(shù)的實時歸檔；采用觸發(fā)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)參數(shù)變量的及時更新。(4)在采煤機遠程監(jiān)控平臺上開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控指令傳輸?shù)目刂泼姘?，通過エ業(yè)以太網(wǎng)傳輸控制指令。(5)通過Visual Basic系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)同控制器與數(shù)據(jù)庫之間的通信，獲取采煤機エ況參數(shù)以及發(fā)送遠程控制指令。(6)采用Microsoft SQL Sever2000數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的歸檔，運用EON Studio系統(tǒng)的SDK 二次開發(fā)技術(shù),通過Visual Studio 2003平臺的數(shù)據(jù)程序設(shè)計,開發(fā)訪問數(shù)據(jù)庫并讀取采煤機實時工作狀態(tài)的Node節(jié)點。
(7)在采煤機エ況監(jiān)控平臺中采用觸發(fā)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)參數(shù)變量的及時更新，相應(yīng)的過程變量由機載檢測控制系統(tǒng)賦值發(fā)生變化，就通過與之對應(yīng)的Visual Basic內(nèi)部變量觸發(fā)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新。(8)冗余配置的兩個遠程控制器，一個作為主控制器，一個作為從控制器，兩個控制器以熱備份方式運動，任意一個控制器出現(xiàn)故障時，另外一個控制器自動跳轉(zhuǎn)為主控制器，當(dāng)故障恢復(fù)后，自動連接形成新的主從結(jié)構(gòu)。遠程控制器采用SIEMENS Siplus S7-400，本地控制器采用SIEMENS SiplusS7-300。(9)機載檢測控制系統(tǒng)實現(xiàn)電牽引采煤機的エ況數(shù)據(jù)采集、本地操作控制、遠程操作控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。機載檢測控制系統(tǒng)核心部件是機載PLC，用于物理傳感器単元和本地人機操作裝置之間的連接，驅(qū)動采煤機執(zhí)行部件，并完成邏輯單元的控制與網(wǎng)絡(luò)通訊等任務(wù)。(10)基于不同地質(zhì)條件的電牽引采煤機整機工作狀態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)利用機載傳感器提供的采煤機實時エ況參數(shù)來驅(qū)動采煤機虛擬樣機模型，實時顯示并監(jiān)控綜采工作面米煤機工作狀態(tài)。在本發(fā)明中，運用了虛擬三維建模、計算機圖形與可視化技木、虛擬控制臺對采煤機三維運動模型的實時操縱控制、虛擬環(huán)境與實際エ況數(shù)據(jù)交換、場景漫游、碰撞檢測、粒子系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。在本發(fā)明中，地質(zhì)條件包括鉆孔信息、地層信息、斷層信息等，利用計算機圖形與可視化技術(shù)、三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，完成不同地質(zhì)條件綜采工作面的重構(gòu)，實現(xiàn)物理自然環(huán)境融入煤礦虛擬現(xiàn)實環(huán)境。不同地質(zhì)條件綜采工作面的設(shè)計主要包括以下五個子模塊
(I) ニ維圖形編輯功能模塊完成對ニ維圖形的創(chuàng)建、編輯等管理，如點、線、面以及各種特征ニ維圖形的編輯管理。(2)地質(zhì)層面構(gòu)建功能模塊針對煤礦的地層特點和鉆孔所在各地層的數(shù)據(jù)，完成各種典型地質(zhì)層面的構(gòu)建。(3)三維地質(zhì)體建模模塊在建立地層面的基礎(chǔ)上，利用鉆孔的數(shù)據(jù)，完成地質(zhì)層的垂直發(fā)展，以及基礎(chǔ)完成三維地質(zhì)體的重建。(4)三維井巷建模模塊利用礦井開采過程中的井巷開采的導(dǎo)線數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)，完成井巷中心線的逼近，完成井巷的拓?fù)潢P(guān)系和ニ維重構(gòu)。
(5)地學(xué)信息管理模塊利用數(shù)據(jù)庫技木，對各種地學(xué)信息的管理，如鉆孔信息、斷
層信息、地層信息等信息管理。在基于不同地質(zhì)條件的電牽引采煤機整機工作狀態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)中，采用兩種基本漫游方式交互式漫游和路徑漫游。本發(fā)明中，交互式漫游通過鼠標(biāo)的移動不斷改變視點的位置來實現(xiàn)前進、后退、旋轉(zhuǎn)等漫游效果，具體如下
(I)按住鼠標(biāo)左鍵并上下左右移動鼠標(biāo)，可以控制視點前、后、左、右的轉(zhuǎn)動，移動的速度與鼠標(biāo)箭頭距離屏幕中點的距離成正比。(2)按住鼠標(biāo)右鍵并上下左右移動鼠標(biāo)，可以控制視點的上、下、左、右的移動，移動的速度與鼠標(biāo)距離屏幕中點的距離成正比。 (3)按住鼠標(biāo)左鍵的同時按住鼠標(biāo)右鍵，可以控制視點按照順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明中，路徑漫游通過選取虛擬場景的中的關(guān)鍵點構(gòu)成一條三維樣條曲線，線性樣條路徑設(shè)定是根據(jù)插值運算，從第一個控制點開始，依次在當(dāng)前控制點與其下ー個控制點之間計算出等距離的線性插值點，將這些插值點作為新的視點插入到路徑中，如此下去直到處理完所有控制點，則完成了整個路徑設(shè)置。從A點到B點的線性插值路徑示意如圖2所示。本發(fā)明中，為了防止視點運動到綜采工作面以外，在綜采工作面虛擬場景中設(shè)置了碰撞邊界，使用EON Studio中的Collision碰撞檢測節(jié)點檢測不同幾何物體之間的碰撞事件，Collision節(jié)點采用的是層次包圍盒的方法進行碰撞檢測，具有較高的實時性，通過設(shè)置Collision節(jié)點的滑移屬性可以保證在綜采工作面漫游時不會發(fā)生穿透現(xiàn)象的發(fā)生，使仿真過程更具真實感。同時，采煤機在運動仿真過程中，需要實時提供采煤機與綜采工作環(huán)境中其它物理對象的相對位置關(guān)系，以避免碰撞或穿透現(xiàn)象發(fā)生。為了使監(jiān)控人員能夠從多個場景觀測采煤機運行狀況，本仿真系統(tǒng)中共有6個可切換的觀測場景虛擬工作面左端頭、虛擬工作面右端頭、左搖臂左方、右搖臂右方、左搖臂內(nèi)部、右搖臂內(nèi)部。不同場景的切換通過按鈕事件來實現(xiàn)，事件選擇通過EON Studio的傳感器觸發(fā)、事件驅(qū)動和路由機制實現(xiàn)。通過系統(tǒng)中設(shè)置的傳感器節(jié)點接收用戶發(fā)送的指令，然后由路由把相關(guān)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送出，以實現(xiàn)交互。路由是用來連接節(jié)點，定義事件的發(fā)生與接收方式，路由機制體現(xiàn)了節(jié)點與節(jié)點之間的ー種特定的關(guān)聯(lián)，是指定節(jié)點間的域與域進行連接的連接器。為了保證每次按下按鈕時只有相應(yīng)的場景得到激活，并且只有相應(yīng)的ニ維幀顯示“激活狀態(tài)”，每ー個按鈕事件都綁定ー個Boolean數(shù)據(jù)類型的變量，通過變量置位的唯一性來保證事件執(zhí)行的唯一性。本發(fā)明中使用粒子系統(tǒng)模擬落煤效果，大大提高了采煤機工作狀態(tài)真實再現(xiàn)的逼真度，具體方法說明如下
本發(fā)明在設(shè)計落煤粒子系統(tǒng)前首先要添加“三維幀”，并設(shè)置“三維幀”位置、方向等屬性，使其局部坐標(biāo)系的z軸方向由虛擬工作面頂板垂直指向刮板鏈。為了提高落煤場景虛擬的逼真度，在滾筒圓周上布置多個粒子發(fā)射三維幀，如圖3所示。本發(fā)明中，采煤機虛擬樣機有實時的左右牽引運動和搖臂升降運動，為了保持粒子發(fā)射位置相對滾筒中心位置不變，首先添加Script節(jié)點實時獲取采煤機滾筒中心坐標(biāo)向量，然后編輯模塊Position, value. toArray將其分解為x、y、z坐標(biāo)數(shù)值,將結(jié)果存入設(shè)定的Array中。由于粒子發(fā)射三維巾貞z坐標(biāo)不變,所以只需獲取x和y方向?qū)崟r坐標(biāo)值。采用Do forever的循環(huán)工作方式保證滾筒中心坐標(biāo)獲取的實時性。通過實時獲取已存在Array中滾筒中心的x、y坐標(biāo)值，并根據(jù)設(shè)定的相對位置進行計算得到粒子發(fā)射三維幀的位置坐標(biāo)，在通過Script節(jié)點設(shè)定粒子發(fā)射三維幀位置，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)粒子發(fā)射源與滾筒中心相對位置保持不變。最后調(diào)用粒子節(jié)點ParticleEmitter> ParticleMaterial> PartciIes> ParticleSystem,導(dǎo)入各種煤塊貼圖，并進行適當(dāng)?shù)膶傩栽O(shè)置，實現(xiàn)落煤場景的虛擬。本發(fā)明的仿真系統(tǒng)既可以在計算機屏幕上顯示，也可以通過投影儀在投影幕上顯示?？赏ㄟ^立體眼鏡觀看投影幕，使用戶獲得身臨綜采工作面的現(xiàn)場感。本發(fā)明采用了相應(yīng)的微機圖形加速卡，其顯示幀存、貼圖存儲器和面片著色能力保證在綜采工作面漫游時達到每秒15幀以上的顯示速率，從而實現(xiàn)了采煤機的連續(xù)立體顯不。
權(quán)利要求
1.一種基于不同地質(zhì)條件的電牽引采煤機工作狀態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)的裝置，其特征是該裝置由采煤機工況遠程監(jiān)控平臺、歸檔數(shù)據(jù)庫、遠程控制器、Visual Basic系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)、本地控制器、機載檢測控制系統(tǒng)組成；采煤機工況遠程監(jiān)控平臺通過歸檔數(shù)據(jù)庫與Visual Basic系統(tǒng)雙向通訊連接；機載檢測控制系統(tǒng)通過本地控制器與工業(yè)以太網(wǎng)雙向通訊連接；工業(yè)以太網(wǎng)通過二臺遠程控制器與Visual Basic系統(tǒng)雙向通訊連接； 其中，所述的采煤機工況遠程監(jiān)控平臺包括基于虛擬現(xiàn)實的采煤機遠程監(jiān)控平臺、采煤機工況參數(shù)監(jiān)控平臺，對采煤機工況狀態(tài)參數(shù)進行組態(tài)、檢測和歸檔；所述的歸檔數(shù)據(jù)庫儲存不同型號采煤機及不同地質(zhì)條件的綜采工作面虛擬樣機模型庫，為其他組成模塊提供所需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各組成模塊的數(shù)據(jù)交換；所述的遠程控制器采用兩臺雙冗余的配置，用于與井下順槽控制器進行通信，實時獲取采煤機各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，并及時傳輸各種控制指令；所述的Visual Basic系統(tǒng)完成采煤機工況參數(shù)的實時檢測、重要參數(shù)運行記錄顯示、采煤機工況參數(shù)的實時歸檔以及與控制器之間的通訊；所述的本地控制器將機載檢測控制系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h端控制器，最終傳輸?shù)讲擅簷C工況遠程監(jiān)控平臺進行檢測和歸檔。
2.一種基于不同地質(zhì)條件的電牽引采煤機工作狀態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)的方法，其特征在于第一步，由EON Studio及其SDK技術(shù)、Visual Basic系統(tǒng)完成采煤機工況遠程監(jiān)控平臺的開發(fā)設(shè)計，實現(xiàn)采煤機幾何模型和采煤機運動學(xué)模型的虛擬仿真環(huán)境以及綜采工作面的漫游，實時顯示采煤機行走、滾筒旋轉(zhuǎn)割煤、搖臂升降及落煤的工作狀態(tài)，同時開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控指令傳輸?shù)目刂泼姘?，通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸控制指令； 進一步的，基于虛擬現(xiàn)實的采煤機遠程監(jiān)控平臺在實時訪問歸檔數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用計算機圖形與可視化技術(shù)、三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建基于真實采煤機結(jié)構(gòu)及尺寸的采煤機三維虛擬樣機，完成不同地質(zhì)條件的綜采工作面的重構(gòu)，并驅(qū)動采煤機虛擬樣機； 進一步的，采煤機工況參數(shù)監(jiān)控平臺實現(xiàn)采煤機工況參數(shù)的實時檢測、重要參數(shù)運行記錄顯示、采煤機工況參數(shù)的實時歸檔；采用觸發(fā)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)參數(shù)變量的及時更新； 進一步的，在采煤機遠程監(jiān)控平臺上開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控指令傳輸?shù)目刂泼姘?，通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸控制指令； 進一步的，通過Visual Basic系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)同控制器與數(shù)據(jù)庫之間的通信，實時獲取采煤機工況參數(shù)以及發(fā)送遠程控制指令；采用Microsoft SQL SeverfOOO數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的歸檔，運用EON Studio系統(tǒng)的SDK 二次開發(fā)技術(shù)，通過Visual Studio 2003平臺的數(shù)據(jù)程序設(shè)計，開發(fā)訪問數(shù)據(jù)庫并讀取采煤機實時工作狀態(tài)的Node節(jié)點； 進一步的，在采煤機工況監(jiān)控平臺中采用觸發(fā)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)參數(shù)變量的及時更新，相應(yīng)的過程變量由機載檢測控制系統(tǒng)賦值發(fā)生變化，就通過與之對應(yīng)的Visual Basic內(nèi)部變量觸發(fā)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新； 進一步的，冗余配置的兩個遠程控制器，一個作為主控制器，一個作為從控制器，兩個控制器以熱備份方式運動，任意一個控制器出現(xiàn)故障時，另外一個控制器自動跳轉(zhuǎn)為主控制器，當(dāng)故障恢復(fù)后，自動連接形成新的主從結(jié)構(gòu)； 進一步的，機載檢測控制系統(tǒng)實現(xiàn)電牽引采煤機的工況數(shù)據(jù)采集、本地操作控制、遠程操作控制、網(wǎng)絡(luò)通信的功能；機載檢測控制系統(tǒng)核心部件是機載PLC，用于連接物理傳感器單元和本地人機操作裝置，驅(qū)動采煤機執(zhí)行部件，并完成邏輯單元的控制與網(wǎng)絡(luò)通訊的任務(wù); 最后，實現(xiàn)不同 地質(zhì)條件的電牽引采煤機整機工況參數(shù)實時檢測、工作狀態(tài)“真實再現(xiàn)”和遠程控制。
全文摘要
一種基于不同地質(zhì)條件的電牽引采煤機整機工作狀態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)，屬于采煤機自動控制及系統(tǒng)仿真。包括裝置和方法；裝置由采煤機工況遠程監(jiān)控平臺、數(shù)據(jù)庫、遠程控制器、VisualBasic系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)、本地控制器、機載檢測控制系統(tǒng)組成；方法為機載檢測控制系統(tǒng)采集采煤機工況參數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，通過本地控制器和工業(yè)以太網(wǎng)，最終傳輸?shù)讲擅簷C監(jiān)控平臺中進行檢測和歸檔，在實時訪問歸檔數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)繪制不同地質(zhì)條件的綜采工作面，并驅(qū)動采煤機虛擬樣機，實現(xiàn)采煤機工作狀態(tài)的“真實再現(xiàn)”。利用機載檢測控制系統(tǒng)提供的實時工況參數(shù)驅(qū)動采煤機虛擬樣機模型，使采煤機虛擬仿真系統(tǒng)具有進入綜采工作面的現(xiàn)場感和良好的交互性。
文檔編號G05B19/418GK102759909SQ20121019569
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者張帥, 成鈺龍, 程剛 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)