CN101221430A - 一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，本发明涉及一种在煤岩或半煤岩地质状况下的掘进机，是根据已设定断面形状参数，能够控制截割头行进轨迹，能够记录显示行进轨迹，并且通过对截割头行进轨迹所在截割断面的位置来适时的控制相关油缸电磁阀通断的闭环控制系统。包括位置传感器部分、控制运算程序部分与控制执行部分。该系统可跟踪实时截割头运行轨迹，并且与已设定的断面形状实时比较，当截割轨迹运行到已设定断面边界时，通过控制程序，电磁阀完成换向，相关油缸动作趋势改变，截割头就向相反方向运行。同时还解决了掘进过程中铲板与截割头互相干涉而刮撞的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种在煤岩或半煤岩地质状况下的掘进机，特别是涉及一种掘进机在掘进工作过程中对截割轨迹及截割断面形状的控制系统。
背景技术
以往，在煤岩或半煤岩地质状况下工作的掘进机，由于完全采用手动液压操作系统，其掘进工作过程中的截割断面是操作者根据自身的经验判断来完成的，这种情况下截割出来的断面面积时大时小，断面的形状也难以掌控。迫使操作者经常回头再重新切割不符和要求的断面部位，造成大量的人力物力等方面的消耗，使设备的工作效率无法充分发挥出来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种根据设定的掘进断面形状、通过位置传感器、PLC可编程控制器与嵌入式工业计算机内控制程序相结合处理的掘进机控制系统。该系统可跟踪实时截割头运行轨迹，并且与已设定的断面形状实时比较，当截割轨迹运行到已设定断面边界时，通过控制程序，电磁阀完成换向，相关油缸动作趋势改变，截割头就向相反方向运行。同时还解决了掘进过程中铲板与截割头互相干涉而刮撞的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，包括位置传感器部分、控制运算程序部分与控制执行部分，位置传感器部分，为安装在截割回转油缸、截割头伸缩油缸、截割升降油缸和铲板油缸中的微脉冲位移传感器，构成位置检测回路；控制运算程序部分为安装在嵌入式工业计算机内的独立处理内核；控制执行部分包括截割回转油缸、截割头伸缩油缸、截割升降油缸和铲板油缸的比例多路换向电磁阀、PLC可编程控制器与嵌入式工业计算机，通过加装在油缸中的微脉冲位移传感器，将检测信号送入PLC可编程控制器初步处理，然后送入嵌入式计算机系统，通过计算机控制运算程序处理后形成截割头所在截割断面的水平及垂直轨迹信息，同内置于嵌入式工业计算机内控制运算程序的已知断面形状曲线信息相比较，再由PLC可编程控制器实施对比例多路换向电磁阀的控制，对截割头在水平方向与垂直方向上运行趋势的控制。
如上所述的一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，通过PLC可编程控制器与嵌入式工业计算机的结合处理，完成对截割头运行轨迹的实时监测，截割头运行轨迹在嵌入式计算机上实时显示，并把捕捉到的轨迹信息传送给PLC可编程控制器，再由PLC可编程控制器根据设定断面轨迹信息实施对电磁阀的通断控制。
如上所述的一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，所说的掘进机是悬臂式纵轴掘进机。
如上所述的一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，该系统还包括有位置传感器部分、控制运算程序部分与控制执行部分；所使用的位置传感器安装在截割回转油缸、截割头伸缩油缸、截割升降油缸和铲板伸缩油缸中的高精度微脉冲位移传感器，形成位置检测回路；控制运算程序是安装在嵌入式工业计算机中的控制内核单元；控制部分包括截割回转油缸、截割头伸缩油缸、截割升降油缸和铲板伸缩油缸比例多路换向电磁阀、PLC可编程控制器与嵌入式工业计算机。
如上所述的一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，采用PLC可编程控制器与嵌入式计算机相结合的控制方式；截割头运行轨迹在嵌入式计算机上实时显示；已知断面信息内置于嵌入式工业计算机的控制运算程序内部。
本发明的优点与效果是：
本发明设定断面形状参数，是通过嵌入式计算机内的控制程序，根据掘进工况的需要而内置的若干条闭合曲线，它们所围成的区域面积就是掘进机截割头将要截割的区域，它们内置于控制模块内部，在掘进机掘进前做出曲线的选择，工作时掘进机在规定的曲线范围内截割，而不必担心超越这个范围。
本发明能够控制截割头掘进轨迹，能够记录显示掘进轨迹。是指通过控制程序的实时处理，截割头在掘进断面内形成的截割轨迹会在嵌入式计算机显示界面上实时显示，并且能够形成历史数据记录，以备未来分析矿井巷道成型是否良好提供一些必要的数据作为判断依据。
本发明通过对截割头掘进轨迹所在截割断面的位置来适时的控制相关油缸比例多路换向电磁阀通断的闭环控制系统，是指当截割头行进到设定截割断面参数的边界时，通过控制程序发出指令，相关油缸电磁阀反向导通，截割头将掉头截割，达到掘进机高效率运行的目的。
本发明能够及时有效的处理掘进工作过程中铲板与截割头互相干涉的问题，其原因在于当截割头行进到铲板附近作业时，控制程序能够适时的检查铲板油缸及截割头的相互状态，并将铲板部及截割头的位置信息提供给嵌入式计算机，嵌入式计算机的控制程序根据此信息来指导截割头如何躲闭铲板位置运行，使他们之间默契协同，从而避免了截割头损坏铲板的事故。
附图说明
图1是本发明掘进机控制系统构成图；
图2是掘进机结构示意图；
图3是设定断面形状与截割头实际运行轨迹示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。
以下参照附图对本发明的掘进机断面形状及截割轨迹控制系统具体实施例进行说明：
图1是表示本发明的掘进机断面形状及截割轨迹控制系统的系统构成图。
图中，由嵌入式工业计算机1构成了上位机2控制运算程序系统；由截割头伸缩油缸位移传感器15，截割回转油缸位移传感器16，截割升降油缸位移传感器17，铲板伸缩油缸位移传感器18组成位置检测单元14；由可编程控制器CPU单元13，模拟输入单元11、12，数字输入输出单元3，通信单元4组成通信转换器5；电磁阀组10是由截割头伸缩油缸比例多路换向电磁阀6、截割回转油缸比例多路换向电磁阀7、截割升降油缸比例多路换向电磁阀8、铲板伸缩油缸比例多路换向电磁阀9组成。部件3、4、5、6、7、8、9、11、12、13共同组成控制执行系统。简单的说，通过部件15、16、17、18位移传感器检测油缸的伸缩变化，将实时检测值送入可编程控制器及嵌入式工业计算机中的控制运算程序处理之后，形成截割头在截割断面上的水平方向(用X表示)及垂直方向(用Y表示)的坐标点(X，Y)，它与15、16、17、18四个位移传感器形成如下函数关系：
(X，Y)＝f(a，b，c，d)，其中f(a，b，c，d)是由截割头伸缩油缸位移传感器15、截割回转油缸位移传感器16、截割升降油缸位移传感器17、铲板伸缩油缸位移传感器18构成的复合函数。经过由嵌入式工业计算机1内的控制运算程序2实时运算处理，形成当前截割头轨迹坐标(X，Y)，截割头轨迹即处理完成。
图2是掘进机系统的硬件布置示意图；
截割头19，截割部20内有截割电机，截割头伸缩油缸21内置伸缩油缸位移传感器，截割升降油缸22内置升降油缸位移传感器，铲板伸缩油缸23内置铲板伸缩油缸位移传感器，截割回转油缸24内置回转油缸位移传感器，嵌入式工业计算机25内部有控制运算程序，掘进机开关箱26内部安装有可编程控制器，液压电机27为液压系统提供动力，铲板部28，电磁阀组29主要由截割头伸缩油缸、截割升降油缸、截割回转油缸、铲板伸缩油缸的比例多路换向电磁阀组成。
图3是设定断面形状与截割头实际运行轨迹示意图；
如图所示，矩形断面设定曲线33，梯形断面设定曲线34、35，它们是安装在嵌入式工业计算机控制运算程序内的截割断面设定曲线33、34、35。实际截割头掘进时留下的轨迹32。断面设定曲线33、34、35乃至更多设定曲线都隶属于控制运算程序内坐标(X0，Y0)数据集合。在掘进机运行过程中，系统时时刻刻的动态计算出截割头在自己所能达到的最大截割断面内的坐标点(X，Y)值，系统将给出此刻的参照边界值(X0，Y0)，当(X，Y)≌(X0，Y0)时，对应的油缸电磁阀将换向导通，截割头在掘进方向上反向，向另测掘进，到达另测时(X，Y)≌(X0，Y0)，再次反向。当(X，Y)值属于(X0，Y0)内部时，所截割出的断面形状就是符合设定曲线形状。
具体示例如下：系统启动后，首先选择所要截割断面的设定曲线信息，即(图3)中的断面设定曲线，掘进断面形状就是掘进机在选择了所要掘进的断面设定曲线后，嵌入式计算机内的控制运算程序就自动的将数据集合(X0，Y0)调用，所以就限定了截割头所截割的外围边界，本例选择的断面设定曲线35，截割断面形状信息马上被提取到系统中，截割头将沿着图中右下角拐点37位置开始向左做水平截割，截割头坐标点(X，Y)中X值变化，Y值基本不变化。当截割头到达左下角31时，截割升降油缸比例多路换向电磁阀8导通一个截割头的直径距离后停止，Y值向上增加一个截割直径后停止变化，同时截割回转比例比例多路换向电磁阀7换向动作，截割回转油缸亦反向动作，牵动截割头沿着水平方向右行，到达位置拐点36时X＝X0，同时Y值又向上增加一个截割直径后停止变化，截割头又沿着水平方向向左运行，循环往复，当截割头的实际运行轨迹坐标在图中左上角拐点30处时，(X，Y)＝(X0，Y0)，一个截割断面的截割断面就完成了，截割头据此将返回到图中右下角拐点37。
Claims (5)
1.一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，其特征在于包括位置传感器部分、控制运算程序部分与控制执行部分，位置传感器部分，为安装在截割回转油缸、截割头伸缩油缸、截割升降油缸和铲板油缸中的微脉冲位移传感器，构成位置检测回路；控制运算程序部分为安装在嵌入式工业计算机内的独立处理内核；控制执行部分包括截割回转油缸、截割头伸缩油缸、截割升降油缸和铲板油缸的比例多路换向电磁阀、PLC可编程控制器与嵌入式工业计算机，通过加装在油缸中的微脉冲位移传感器，将检测信号送入PLC可编程控制器初步处理，然后送入嵌入式计算机系统，通过计算机控制运算程序处理后形成截割头所在截割断面的水平及垂直轨迹信息，同内置于嵌入式工业计算机内控制运算程序的已知断面形状曲线信息相比较，再由PLC可编程控制器实施对比例多路换向电磁阀的控制，对截割头在水平方向与垂直方向上运行趋势的控制。
2.根据权利要求1所述的一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，其特征在于，通过PLC可编程控制器与嵌入式工业计算机的结合处理，完成对截割头运行轨迹的实时监测，截割头运行轨迹在嵌入式计算机上实时显示，并把捕捉到的轨迹信息传送给PLC可编程控制器，再由PLC可编程控制器根据设定断面轨迹信息实施对电磁阀的通断控制。
3.根据权利要求1所述的一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，其特征在于，所说的掘进机是悬臂式纵轴掘进机。
4.根据权利要求1所述的一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，其特征在于，该系统还包括有位置传感器部分、控制运算程序部分与控制执行部分；所使用的位置传感器安装在截割回转油缸、截割头伸缩油缸、截割升降油缸和铲板伸缩油缸中的高精度微脉冲位移传感器，形成位置检测回路；控制运算程序是安装在嵌入式工业计算机中的控制内核单元；控制部分包括截割回转油缸、截割头伸缩油缸、截割升降油缸和铲板伸缩油缸比例多路换向电磁阀、PLC可编程控制器与嵌入式工业计算机。
5.根据权利要求1所述的一种掘进机截割轨迹及断面成形控制系统，其特征在于，采用PLC可编程控制器与嵌入式计算机相结合的控制方式；截割头运行轨迹在嵌入式计算机上实时显示；已知断面信息内置于嵌入式工业计算机的控制运算程序内部。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Lihui Inventor after: Wang Julong Inventor after: Wang Xudong Inventor after: Liu Fujin Inventor after: Wang Gang Inventor after: He Hongtao Inventor before: Li Lihui Inventor before: Liu Fujin |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LI LIHUI LIU FUJIN TO: LI LIHUI WANG JULONG WANG XUDONG LIU FUJIN WANG GANG HE HONGTAO |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 154003 No. 218, Xiangyang East District, Heilongjiang, Jiefang Road, Jiamusi Patentee after: Long access universal (Jiamusi) mining equipment Co., Ltd. Address before: 154003 Jiamusi city of Heilongjiang province Yonghong Jiefang Road District No. 218 Patentee before: Jiamusi Coal Mining Machinery Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100721 Termination date: 20161221 |