一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于硬巖巷道掘進機領(lǐng)域中的用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)，由主機電控系統(tǒng)和激光定位測量系統(tǒng)組成，主機電控系統(tǒng)包括隔離開關(guān)QS、真空接觸器KM、阻容吸收器RC、電流互感器TA、微型斷路器QF、PLC、油溫傳感器GWP200-C、油位傳感器YW、防爆電鈴DL9、防爆機車燈HL1-5、驅(qū)動電機YBU-160等，阻容吸收器RC、電流互感器TA串在主回路上，驅(qū)動電機YBU-160和真空接觸器KM連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵RW連接，此連接是為了達到本安要求，所有的傳感器信號和隔離安全柵RW連接。該裝置掘進速度快及機器智能化水平高、簡化工人的操作流程、提高掘進效率。
【專利說明】一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硬巖巷道掘進機領(lǐng)域中的一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]巷道掘進機是我國煤礦井下生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的機械裝備。出于對煤礦生產(chǎn)能力和生產(chǎn)安全的考慮，提升煤礦掘進作業(yè)的自動化水平、減少掘進工作面操作人員的要求已是十分迫切，開發(fā)研制自動掘進機是解決該問題的必然方向。掘進機位置及姿態(tài)的自動測定和控制算法是全自動掘進機必須解決的核心問題，本設(shè)備的位置及姿態(tài)的自動測定是通過激光定位測量系統(tǒng)實現(xiàn)的，電控系統(tǒng)通過將激光定位測量系統(tǒng)檢測到的機身位置及姿態(tài)信號與巷道設(shè)計的線路進行比對，如果出現(xiàn)偏差，則智能控制系統(tǒng)根據(jù)控制算法來控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作，進而實現(xiàn)機器的自動行走和糾偏。因此，研制一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)一直是急待解決的新課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)，該裝置將電控系統(tǒng)的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給執(zhí)行機構(gòu)電磁閥，再將通過激光定位測量系統(tǒng)檢測到的信號反饋給PLC，形成閉環(huán)控制，在硬巖巷道采礦機進行行走和定位的過程中，系統(tǒng)需要采用自動行走和糾偏程序進行控制，對相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)控制的實時性和位移傳感器的精度要求極高，出現(xiàn)故障時對整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護也要求的非常全面和嚴(yán)格。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)，由主機電控系統(tǒng)和激光定位測量系統(tǒng)組成，主機電控系統(tǒng)包括隔離開關(guān)QS、真空接觸器KM、阻容吸收器RC、電流互感器TAl、電壓互感器CSP、隔離安全柵RW、片式繼電器KA、微型斷路器QF、PLC、油溫傳感器GWP200-C、油位傳感器YW、甲烷濃度傳感器GJT4/1000、位移傳感器WY、防爆電鈴DL9、防爆機車燈HL1-5、驅(qū)動電機YBU-160，阻容吸收器RC、電流互感器TAl串在主回路上，驅(qū)動電機YBU-160和真空接觸器KM連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵RW連接，此連接是為了達到本安要求；激光定位測量系統(tǒng)包括本安型位姿檢測裝置、本安隔爆型激光指向裝置、防爆型傾斜檢測裝置、防爆激光測距裝置，激光定位測量系統(tǒng)與開關(guān)箱通過通訊和電源電纜連接；所述裝置的工作原理及操作方法是，首先由激光定位測量系統(tǒng)測得采礦機偏角、偏距、俯仰角和翻滾角、車前距和機身中心高等位姿參數(shù)；再由位移傳感器測出支撐油缸的位移量，然后PLC將這些測量信號與理論設(shè)計值進行比較，計算出相應(yīng)的模擬量輸出；通過一次變壓器送電到開關(guān)箱在由開關(guān)箱內(nèi)變壓器變成相應(yīng)的電壓等級，箱內(nèi)電壓等級主要由3300V，1140V驅(qū)動電壓組成，開關(guān)箱送電后系統(tǒng)先自檢測甲烷濃度，驅(qū)動電機是否漏電，通訊是否正常，油溫油位是否正常；開關(guān)箱供電后通過激光定位測量系統(tǒng)和位移傳感器等采集的數(shù)據(jù)反饋到PLC，由PLC計算出相應(yīng)的模擬量輸出信號再經(jīng)過PLVC放大，控制相應(yīng)的電磁比例閥，進而驅(qū)動相應(yīng)的行走履帶，和相應(yīng)的支撐油缸的伸出或縮回，再由激光定位測量系統(tǒng)和支撐油缸內(nèi)的位移傳感器和角度傳感器來判斷機身的位置和姿態(tài)是否行走到預(yù)定的位置和姿態(tài)，從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整達到理想狀態(tài)；閉環(huán)控制的目的是通過測量所得數(shù)據(jù)，分別控制6個支撐油缸，并重復(fù)其控制過程，使其整機中心線與工程巷道理想中心線偏差在工程要求范圍內(nèi)；其控制過程是:第一步測量整機位姿參數(shù)，并計算理想地平面補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度；第二步再進行整機位姿參數(shù)測量，并計算實際地平面補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度；第三步最后進行整機位姿參數(shù)測量，并計算控制誤差補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度，從而達到工程控制要求；其控制參數(shù)如下:
支撐油缸A、B、C、D、E、F總伸長補償量依次為:
AL1^ AL2、AL3、AL4、AL5、AL6 支撐油缸A、B、C、D、E、F理想地平面補償量依次為:
Δ I1, Δ 12、Δ 13、Δ 14、Δ 15、Δ I6
支撐油缸A、B、C、D、E、F實際地平面補償量依次為:
Δ?/、Δ12’、δι3’、δι4’、δι5’、δι6’
支撐油缸A、B、C、D、E、F控制誤差補償量依次為:
δ η δ 2、 δ 3、 δ 4、 δ 5、 δ 6
相對應(yīng)關(guān)系為:
Δ L1= Δ I1+ Δ I1 + δ j
Δ L2= Δ I2+ Δ I2 + δ 2
Δ L3= Δ13+Δ13 + δ 3
Δ L4= Δ I4+ Δ I4 + δ 4
aL5= A I5+Δ I5 + δ 5
Δ L6= Δ I6+Δ I6 + δ 6
所述裝置的控制系統(tǒng)算法是，先通過激光定位測量系統(tǒng)檢測采礦機原始位姿參數(shù)、然后智能控制系統(tǒng)通過計算來控制采礦機相應(yīng)履帶的動作，自動調(diào)整采礦機水平偏角與偏距，使其滿足調(diào)整的要求；機身中心高的控制為先撐實、后調(diào)平、再測高，即首先測取油缸初撐壓力，確定每個油缸撐地符合要求，然后測取機身高度和俯仰角、翻滾角，逐個程序調(diào)整每個支撐油缸伸出量，使上述三個目標(biāo)控制參數(shù)及其誤差符合要求。
[0005]本發(fā)明的要點在于它的電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理。其工作原理及操作方法是，首先由激光定位測量系統(tǒng)測得采礦機偏角、偏距、俯仰角和翻滾角、車前距和機身中心高等位姿參數(shù)；再由位移傳感器測出支撐油缸的位移量，然后PLC將這些測量信號與理論設(shè)計值進行比較，計算出相應(yīng)的模擬量輸出；通過一次變壓器送電到開關(guān)箱在由開關(guān)箱內(nèi)變壓器變成相應(yīng)的電壓等級，箱內(nèi)電壓等級主要由3300V，1140V驅(qū)動電壓組成，開關(guān)箱送電后系統(tǒng)先自檢測甲烷濃度， 驅(qū)動電機是否漏電，通訊是否正常，油溫油位是否正常；開關(guān)箱供電后通過激光定位測量系統(tǒng)和位移傳感器等采集的數(shù)據(jù)反饋到PLC，由PLC計算出相應(yīng)的模擬量輸出信號再經(jīng)過PLVC放大，控制相應(yīng)的電磁比例閥，進而驅(qū)動相應(yīng)的行走履帶，和相應(yīng)的支撐油缸的伸出或縮回，再由激光定位測量系統(tǒng)和支撐油缸內(nèi)的位移傳感器和角度傳感器來判斷機身的位置和姿態(tài)是否行走到預(yù)定的位置和姿態(tài)，從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整達到理想狀態(tài)；閉環(huán)控制的目的是通過測量所得數(shù)據(jù)，分別控制6個支撐油缸，并重復(fù)其控制過程，使其整機中心線與工程巷道理想中心線偏差在工程要求范圍內(nèi)；其控制過程是:第一步測量整機位姿參數(shù)，并計算理想地平面補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度；第二步再進行整機位姿參數(shù)測量，并計算實際地平面補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度；第三步最后進行整機位姿參數(shù)測量，并計算控制誤差補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度，從而達到工程控制要求。
[0006]一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有掘進速度快及機器智能化水平高、簡化工人的操作流程、提高掘進效率等優(yōu)點，將廣泛地應(yīng)用于硬巖巷道掘進機領(lǐng)域中。
[0007]【專利附圖】

【附圖說明】
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是圖1的俯視圖。
[0010]圖3是本發(fā)明的電控原理圖。
[0011]圖4是本發(fā)明支撐油缸A、B的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖5是本發(fā)明支撐油缸C、D的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖6是本發(fā)明支撐油缸E、F的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖7是本發(fā)明自動行走和糾偏工作流程圖。
[0015]參照附圖，一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)，由主機電控系統(tǒng)和激光定位測量系統(tǒng)組成，主機電控系統(tǒng)包括隔離開關(guān)QS、真空接觸器KM、阻容吸收器RC、電流互感器TA、電壓互感器CSP、隔離安全柵RW、片式繼電器KA、微型斷路器QF、PLC、油溫傳感器GWP200-C、油位傳感器YW、甲烷濃度傳感器GJT4/1000、位移傳感器WY、防爆電鈴DL9、防爆機車燈HL1-5、驅(qū)動電機YBU-160，阻容吸收器RC、電流互感器TA串在主回路上，驅(qū)動電機YBU-160和真空接觸器KM連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵RW連接，此連接是為了達到本安要求；激光定位測量系統(tǒng)包括本安型位姿檢測裝置1、本安隔爆型激光指向裝置2、防爆型傾斜檢測裝置3、防爆激光測距裝置4，激光定位測量系統(tǒng)與開關(guān)箱通過通訊和電源電纜連接；
所述裝置的工作原理及操作方法是，首先由激光定位測量系統(tǒng)測得采礦機偏角、偏距、俯仰角和翻滾角、車前距和機身中心高等位姿參數(shù)；再由位移傳感器測出支撐油缸的位移量，然后PLC將這些測量信號與理論設(shè)計值進行比較，計算出相應(yīng)的模擬量輸出；通過一次變壓器送電到開關(guān)箱在由開關(guān)箱內(nèi)變壓器變成相應(yīng)的電壓等級，箱內(nèi)電壓等級主要由3300V, 1140V驅(qū)動電壓組成，開關(guān)箱送電后系統(tǒng)先自檢測甲烷濃度，驅(qū)動電機是否漏電，通訊是否正常，油溫油位是否正常；開關(guān)箱供電后通過激光定位測量系統(tǒng)和位移傳感器等采集的數(shù)據(jù)反饋到PLC，由PLC計算出相應(yīng)的模擬量輸出信號再經(jīng)過PLVC放大，控制相應(yīng)的電磁比例閥，進而驅(qū)動相應(yīng)的行走履帶，和相應(yīng)的支撐油缸的伸出或縮回，再由激光定位測量系統(tǒng)和支撐油缸內(nèi)的位移傳感器和角度傳感器來判斷機身的位置和姿態(tài)是否行走到預(yù)定的位置和姿態(tài)，從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整達到理想狀態(tài)；閉環(huán)控制的目的是通過測量所得數(shù)據(jù)，分別控制6個支撐油缸，并重復(fù)其控制過程，使其整機中心線與工程巷道理想中心線偏差在工程要求范圍內(nèi)；其控制過程是:第一步測量整機位姿參數(shù)，并計算理想地平面補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度；第二步再進行整機位姿參數(shù)測量，并計算實際地平面補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度；第三步最后進行整機位姿參數(shù)測量，并計算控制誤差補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度，從而達到工程控制要求。
[0016]其控制參數(shù)如下:
支撐油缸A、B、C、D、E、F總伸長補償量依次為:
AL1^ AL2、AL3、AL4、AL5、AL6 支撐油缸A、B、C、D、E、F理想地平面補償量依次為:
Δ I1, Δ 12、Δ 13、Δ 14、Δ 15、Δ I6
支撐油缸A、B、C、D、E、F實際地平面補償量依次為:
Δ?/、Δ12’、δι3’、δι4’、δι5’、δι6’
支撐油缸A、B、C、D、E、F控制誤差補償量依次為:
δ η δ 2、 δ 3、 δ 4、 δ 5、 δ 6
相對應(yīng)關(guān)系為:
Δ L1= Δ I1+ Δ I1 + δ j
Δ L2= Δ I2+ Δ I2 + δ 2
Δ L3= Δ13+Δ1`3 + δ 3
Δ L4= Δ I4+ Δ I4 + δ 4
aL5= A I5+Δ I5 + δ 5
Δ L6= Δ I6+Δ I6 + δ 6
所述裝置的控制系統(tǒng)算法是，先通過激光定位測量系統(tǒng)檢測采礦機原始位姿參數(shù)、然后智能控制系統(tǒng)通過計算來控制采礦機相應(yīng)履帶的動作，自動調(diào)整采礦機水平偏角與偏距，使其滿足調(diào)整的要求；機身中心高的控制為先撐實、后調(diào)平、再測高，即首先測取油缸初撐壓力，確定每個油缸撐地符合要求，然后測取機身高度和俯仰角、翻滾角，逐個程序調(diào)整每個支撐油缸伸出量，使上述三個目標(biāo)控制參數(shù)及其誤差符合要求。
[0017]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步具體描述:
機身下方裝有兩條行走履帶，整個機身裝有上下共6個支撐，在硬巖巷道采礦機進行定位的過程中，對兩條行走履帶和6個支撐的動作順序和調(diào)整量的程序計算非常復(fù)雜，對相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)控制的實時性和位移傳感器的精度要求極高，出現(xiàn)故障時對整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護也要求的非常全面和嚴(yán)格。
【權(quán)利要求】
1.一種用于硬巖巷道米礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)，由主機電控系統(tǒng)和激光定位測量系統(tǒng)組成，其特征在于:主機電控系統(tǒng)包括隔離開關(guān)QS、真空接觸器KM、阻容吸收器RC、電流互感器TAl、電壓互感器CSP、隔離安全柵RW、片式繼電器KA、微型斷路器QF、PLC、油溫傳感器GWP200-C、油位傳感器YW、甲烷濃度傳感器GJT4/1000、位移傳感器WY、防爆電鈴DL9、防爆機車燈HL1-5、驅(qū)動電機YBU-160，阻容吸收器RC、電流互感器TAl串在主回路上，驅(qū)動電機YBU-160和真空接觸器KM連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵RW連接，此連接是為了達到本安要求；激光定位測量系統(tǒng)包括本安型位姿檢測裝置、本安隔爆型激光指向裝置、防爆型傾斜檢測裝置、防爆激光測距裝置，激光定位測量系統(tǒng)與開關(guān)箱通過通訊和電源電纜連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)，其特征在于:所述裝置的工作原理及操作方法是，首先由激光定位測量系統(tǒng)測得采礦機偏角、偏距、俯仰角和翻滾角、車前距和機身中心高等位姿參數(shù)；再由位移傳感器測出支撐油缸的位移量，然后PLC將這些測量信號與理論設(shè)計值進行比較，計算出相應(yīng)的模擬量輸出；通過一次變壓器送電到開關(guān)箱在由開關(guān)箱內(nèi)變壓器變成相應(yīng)的電壓等級，箱內(nèi)電壓等級主要由3300V, 1140V驅(qū)動電壓組成，開關(guān)箱送電后系統(tǒng)先自檢測甲烷濃度，驅(qū)動電機是否漏電，通訊是否正常，油溫油位是否正常；開關(guān)箱供電后通過激光定位測量系統(tǒng)和位移傳感器等采集的數(shù)據(jù)反饋到PLC，由PLC計算出相應(yīng)的模擬量輸出信號再經(jīng)過PLVC放大，控制相應(yīng)的電磁比例閥，進而驅(qū)動相應(yīng)的行走履帶，和相應(yīng)的支撐油缸的伸出或縮回，再由激光定位測量系統(tǒng)和支撐油缸內(nèi)的位移傳感器和角度傳感器來判斷機身的位置和姿態(tài)是否行走到預(yù)定的位置和姿態(tài)，從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整達到理想狀態(tài)；閉環(huán)控制的目的是通過測量所得數(shù)據(jù)，分別控制6個支撐油缸，并重復(fù)其控制過程，使其整機中心線與工程巷道理想中心線偏差在工程要求范圍內(nèi)；其控制過程是:第一步測量整機位姿參數(shù)，并計算理想地平面補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度；第二步再進行整機位姿參數(shù)測量，并計算實際地平面補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度；第三步最后進行整機位姿參數(shù)測量，并計算控制誤差補償量，控制油缸伸長相應(yīng)長度，從而達到工程控制要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)，其特征在于:其控制參數(shù)如下: 支撐油缸A、B、C、D、E、F總伸長補償量依次為: AL1^ AL2、AL3、AL4、AL5、AL6 支撐油缸A、B、C、D、E、F理想地平面補償量依次為:
Δ I1, Δ 12、Δ 13、Δ 14、Δ 15、Δ I6
支撐油缸A、B、C、D、E、F實際地平面補償量依次為:
Δ?/、Δ12’、δι3’、δι4’、δι5’、δι6’ 支撐油缸A、B、C、D、E、F控制誤差補償量依次為:
δ η δ 2、 δ 3、 δ 4、 δ 5、 δ 6 相對應(yīng)關(guān)系為:
Δ L1= Δ I1+ Δ I1 + δ j
Δ L2= Δ I2+ Δ I2 + δ 2
Δ L3= Δ13+Δ13 + δ 3Δ L4= Δ I4+ Δ I4 + δ 4
aL5= A I5+Δ I5 + δ 5
Δ L6= Δ I6+ Δ I6 + δ 6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于硬巖巷道采礦機自動行走和糾偏的電控系統(tǒng)，其特征在于:所述裝置的控制系統(tǒng)算法是，先通過激光定位測量系統(tǒng)檢測采礦機原始位姿參數(shù)、然后智能控制系統(tǒng)通過計算來控制采礦機相應(yīng)履帶的動作，自動調(diào)整采礦機水平偏角與偏距，使其滿足調(diào)整的要求；機身中心高的控制為先撐實、后調(diào)平、再測高，即首先測取油缸初撐壓力，確定每個油缸撐地符合要求，然后測取機身高度和俯仰角、翻滾角，逐個程序調(diào)整每個支撐油缸伸出量，使上述`三個目標(biāo)控制參數(shù)及其誤差符合要求。
【文檔編號】G05D1/02GK103558852SQ201310527726
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】王斌, 李博, 楊雪菲, 陳欣, 楊敬洲, 劉振宇, 王祎妮, 張玉玲, 劉志明, 許國權(quán) 申請人:北方重工集團有限公司