CN102954785A - 工作面地形检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工作面地形检测传感器和系统，其中该传感器安装于刮板机电缆槽内，并且包括倾角检测模块、A/D转换模块、数据处理模块和发送模块，其中所述倾角检测模块，用于采集工作面俯仰角、倾斜角和翻滚角数据，并对采集到的数据进行相应的补损；所述A/D转换模块，用于将倾角检测模块获得的模拟量数据转换为数字量数据，以供数据处理模块进行处理；所述数据处理模块，用于将采集到的数据进行计算处理，计算出工作面在生产过程中各个角度的变化，并将计算结果传送给发送模块；所述发送模块，用于将计算结果发送给服务器。采用本发明的工作面地形检测传感器，可以准确、及时的获知采煤机所处的工作面的地形变化。

Description

工作面地形检测系统和方法

技术领域

    本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种工作面地形检测传感器，用于煤矿井下综采工作面的监测与控制系统。

 

背景技术

    随着煤炭采掘自动化水平越来越高，在煤矿井下综采工作面中，对采煤设备的状态监测与掌控已成为国内现代化煤矿的迫切需求。随着综采地形的复杂多变，准确的把握采煤机采高来完成与采煤机等其它综采工作面采运煤设备的协调作业犹为重要。

采煤机采高的计算主要通过对采煤机俯仰角、横滚角和前后截割滚筒高度的检测来反映采煤机的姿态。由于采煤机的运行轨迹是沿着刮板运输机的推进变化而变化的，所以工作面底板的起伏变化，采煤机机身姿态会随着变化，主要表现为采煤机的俯仰角、横滚角的变化，通过在机身的适当位置安装倾角传感器来检测采煤机的倾角变化情况，然后根据采煤机的机身尺寸作为参数，计算采煤机的姿态变化的大小。倾角传感器测量时一般以水平面为参考面，采煤机机身俯仰角、机身横滚角的变化也会对测量结果产生影响，所以检测结果反映的是相对水平面的倾角变化。实际中由于煤层的地形起伏多变，这种采集后所得采高精确性有一定局限。

目前，世界上主要的煤炭生产国，采用长壁采煤法的工作面基本上都是以支架电液控制、采煤机与支架联动为特征的综采工作面。但电液控制支架的每次推移步距不可避免地存在累积误差，造成工作面出现弯曲，带来综采生产的一系列问题，如刮板输送机负荷增大，磨损加剧，采煤机通行困难，采煤机行走机构故障率增加等问题。目前必须人工矫正找直，人工找直的方法是：在综采工作面两端头之间或工作面内拉一根绳子作为基准，人工用尺子测量综采工作面弯曲度，然后再由人工操作液压支架进行矫正，这种方法需要多次测量，并且误差较大。另外，由于每隔一段时间，就要对工作面地形进行测量，因此工作量相当大，实时性也很差。这种状况与自动化程度高的工作面装备极不相称。由于综采工作面没有弯曲测量的基准点、基准线和基准面，因此用常规方法不能解决弯曲测量问题。 

发明内容

 本发明是鉴于上述技术问题而产生的。本发明的目的是提出一种工作面地形检测传感器，采用该传感器可以准确、及时的获知采煤机所处的工作面的地形变化。

本发明的实施例提供一种工作面地形检测传感器，该传感器安装于刮板机电缆槽内，并且包括倾角检测模块、A/D转换模块、数据处理模块和发送模块，其中所述倾角检测模块，用于采集工作面俯仰角、倾斜角和翻滚角数据，并对采集到的数据进行相应的补损；所述A/D转换模块，用于将倾角检测模块获得的模拟量数据转换为数字量数据，以供数据处理模块进行处理；所述数据处理模块，用于将采集到的数据进行计算处理，计算出工作面在生产过程中各个角度的变化，并将计算结果传送给发送模块；所述发送模块，用于将计算结果发送给服务器。

进一步地，所述传感器被固定装置固定安装，其中所述固定装置为电缆槽外侧加装的水平护板。

进一步地，所述传感器还包括用于对所述传感器进行供电的供电模块。

本发明的实施例还提供一种用工作面地形检测传感器对工作面地形数据进行采集的方法，包括如下步骤：根据工作面长度将多个传感器均匀安装于刮板机电缆槽内；所述多个传感器对工作面俯仰角、倾斜角和翻滚角等工作面地形数据进行采集；将采集数据放置在具有一固定时间长度的帧中；将该帧发送到服务器；服务器接收多个所述传感器发送的采集数据，对收到的数据进行分析处理，并将处理得到的工作面地形的实际曲线显示在显示装置上。

本发明的实施例还提供一种用工作面地形检测系统，所述系统包括服务器和多个上述工作面地形检测传感器，其中每个所述传感器，用于获取该传感器所处位置的工作面倾角数据，并将该倾角数据发送给服务器；服务器，用于接收多个所述传感器发送的倾角数据，对收到的数据进行分析处理，并将处理得到的工作面地形的实际曲线显示在显示装置上。

进一步地，所述传感器和所述服务器之间采用有线或者无线的通信方式进行通信。

与现有技术相比，采用本发明的工作面地形检测传感器以及工作面地形检测系统，可以准确、及时的获知采煤机所处的工作面的地形变化。另外，整个工作面刮板输送机的长度有上百米长，但都是由每一小节连接而成，每一小节的宽度和液压支架相对应，每相邻两节刮板机存在一定的旋转角度。在采煤作业的周期中，随着地质条件的变化，每节刮板输送机的底面与液压支架的底面会形成夹角，而这个角度在采煤过程中又非常重要。通过安装在刮板机身的角度测量传感器就能准确地知道目前的地形参数，从而能更好地调节采煤作业方法。进一步地，通过上述传感器测得的刮板机姿态就可以真实地反映出采煤机的作业姿态，从而能够实现对采煤机采煤作业的可靠控制。

附图说明

结合随后的附图，从下面的详细说明中可显而易见的得出本发明的上述及其他目的、特征及优点。在附图中：

图1示出了采用本发明的工作面地形检测传感器的组成框图；

图2示出了根据本发明的工作面地形检测系统的组成框图；

图3示出了根据本发明的采集数据的传输系统框图。

具体实施方式

为了更全面地理解本发明及其优点，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细地说明。

首先，参考图1，对根据本发明的工作面地形检测传感器进行详细地说明。

如图1所示，本发明的工作面地形检测传感器包括倾角检测模块、A/D转换模块、数据处理模块和发送模块，其中：

倾角检测模块，用于采集工作面俯仰角、倾斜角、和翻滚角，并对数据进行相应的补损。所述的补损，可以是下述方式，对采集工作面俯仰角、倾斜角和翻滚角数据时，会出现一些偏移很大的数值，对这些偏移很大的数值进行补损。

例如：采集到5个值分别为：4、6、15、5、4.5；由于第三个值“15”偏移太大，，同时后面所采集到的数值又回归到正常的数值范围内，就需要对其进行一个固定的补损，可以将突变的15补偿为6；也可以采用线性滤波器对其进行滤波而实现；或者通过加权因子的方式进行补损：θ(n+1)= α*θ(n)+(1-α)* θ(n-1)。其中θ是采集到的俯仰角、倾斜角或翻滚角，n是采集数据的序号，α是加权因子，可以根据实际状况设置为0和1之间的小数，例如：可以设置为0.95、0.9、0.85、0.8、0.7、0.6、0.5等数。

A/D转换模块，用于将倾角检测模块获得的模拟量数据转换为数字量数据，以供数据处理模块进行处理。

数据处理模块，用于将采集到的数据进行计算处理，计算出工作面在生产过程中各个角度的变化，并将计算结果传送给发送模块。

所述的计算处理，可以是下述方式，用于对得到的数字量数据，运用预先设定的计算表达式和计算公式，得到新的计算结果。

例如：采集得到的数字量为24000，而数字量的量程为6400-32000，倾角检测模块的量程为0-180度，这样便可以算出变化的角度为168.75度。

发送模块，用于将计算结果发送给服务器。

进一步地，所述工作面地形传感器还包括用于对所述传感器进行供电的供电模块。

需要说明的是，本发明所采用的传感器是安装于刮板机电缆槽内，并且采用固定装置进行固定，所述固定装置是根据刮板机实际设计的可靠安装传感器主体的机械结构。进一步地，电缆槽的外侧加装水平护板，传感器固定在水平护板上。　　　

在本发明的一个具体实施例中，根据工作面长度将每个传感器按有效距离均匀安装于刮板机电缆槽内。工作面初步形成或者处于一个相对标准的平面或者直线时，将所有传感器调零安装处于同一水平面和同一直线。将此时的工作面状态可设定为原始状态。此后将各个传感器采集到的数据进行三维图像绘制，将工作面地形形象的再现出来，并将采集到的工作面地形和原始状态进行对比，对采煤工艺进行科学合理的修正，减少了不必要的检修时间和因为采煤工艺的不合理浪费的维护时间，从而保证了煤矿生产的安全高效。

在实际工作中，各个传感器根据设定时间将检测到的倾角数据根据不同信道传送到服务器，服务器通过对接收到的数据进行分析处理，就可以实时显示工作面地形的实际曲线，并将工作面的开采地形真实的实时再现，为工作面的远程开采提供的直观、真实的依据，实现了工作面远程科学智能化管理。具体而言，所述服务器对从各个传感器接收到的倾角数值整合，通过数据处理，来反应工作面地形的采煤工作面工作中地形变化。

下面，参考图2，对根据本发明的工作面地形检测传感器进行详细地说明。

如图2所示，本发明的工作面地形检测系统包括工作面地形检测传感器和服务器，其中：

传感器，用于获取该传感器所处位置的工作面倾角数据，并将该倾角数据发送给服务器。

服务器，用于接收传感器发送的倾角数据，对收到的数据进行分析处理，并将处理得到的工作面地形的实际曲线显示在显示装置上。

所述的分析处理，可以是对采集得到的数据计算结果，运用EXCEL软件进行绘图数据处理。

进一步地，所述传感器和所述服务器之间采用有线或者无线的通信方式进行通信。

在这里，需要说明的是，虽然图2中示出的2个传感器，然而，这仅仅为示例，如上面所述，刮板机电缆槽内会放置多个传感器，即可以由1个或者2个以上的传感器将各自的倾角数据发送给服务器都发送给服务器。

根据本发明的一个实施例，采集数据的工作面地形检测传感器通过无线发射模块将数据发送到服务器的数据接收模块。由于煤矿井下的通信环境比较复杂，为了保证通信的安全及效率，可采用自定义的通信模式进行采集数据的传输。

根据本发明的一个方面，提供一种用于将采集数据放置在具有一固定时间长度的帧中来发送该帧的数据传输方法及装置，包括步骤：在发送方，即工作面地形传感器的发送模块中，仅当该帧包含有采集数据时，计算该帧中的采集数据的检错码；如果该帧包含采集数据，生成包含采集数据和计算出的采集数据的检错码的帧数据，并且如果该帧不包含采集数据，生成既不包含采集数据也不包含采集数据的检错码的帧数据；以及发送该生成的帧数据；以及在接收方，即服务器的数据接收模块中，接收该帧数据；通过确定在接收的帧数据中一个作为该帧数据的最终位位置的预定位置，来确定采集数据和采集数据的检错码，并且基于确定的采集数据计算一个检错码；如果确定的检错码与基于确定的采集数据计算出来的检错码相匹配，则判定该帧包含采集数据，如果确定的检错码与计算出来的检错码不相匹配，则判定该帧数据不包含采集数据或者该接收到的帧数据包含错误；以及基于该判定结果获取该采集数据。

该数据传输方法可以，将用于由一个或多个工作面地形传感器的采集数据，多路复用到具有一固定时间长度的每个帧中，来发送该帧，以及在发送方，该计算检错码的步骤可以，计算用于每个工作面地形传感器的采集数据的检错码，仅当该帧包含用于该传感器的采集数据；所述生成帧数据的步骤可以，如果该帧包含用于某个工作面地形传感器的采集数据，生成包含用于该工作面地形传感器的采集数据和计算出来的用于该工作面地形传感器的采集数据的检错码的部分帧数据；所述生成帧数据的步骤，如果该帧不包含用于该工作面地形传感器的采集数据，生成既不包含包含用于该工作面地形传感器的采集数据和也不包含计算出来的用于该工作面地形传感器的采集数据的检错码的部分帧数据；工作面地形传感器中的发送模块被配置用于实现所述功能，以及该发送帧数据的步骤可以，发送包含每个工作面地形传感器生成的部分帧数据的全部帧数据，以及在接收方，该接收帧数据的步骤可以接收全部帧数据；该计算检错码的步骤可以，通过确定包含于该接收到的全部帧数据中的该工作面地形传感器的部分帧数据中作为最终位位置的一个预定位置，确定每个工作面地形传感器的采集数据和该工作面地形传感器的采集数据的检错码，并且基于判定的该工作面地形传感器的采集数据计算一个检错码；该判定步骤可以，如果该工作面地形传感器被确定的采集数据的被确定的检错码与基于该工作面地形传感器被确定的采集数据计算出来的检错码相匹配，判定该工作面地形传感器的部分帧数据包含该工作面地形传感器的采集数据；如果该工作面地形传感器被确定的采集数据的被确定的检错码与基于该工作面地形传感器被确定的采集数据计算出来的检错码不匹配，判定该工作面地形传感器的部分帧数据不包含该工作面地形传感器的采集数据；以及该获取采集数据的步骤可以，基于该判定结果，获取该帧中每个工作面地形传感器的采集数据；服务器中的数据接收模块用于实现上述功能。

在数据传输方法中，将多个工作面地形传感器的采集数据，多路复用到具有一固定时间长度的每个帧中，来发送该帧，以及在发送方，该计算检错码的步骤可以，计算用于每个工作面地形传感器的采集数据的检错码，仅当该帧包含用于该工作面地形传感器的采集数据；所述生成帧数据的步骤可以，如果该帧包含用于该工作面地形传感器的采集数据，生成包含用于该工作面地形传感器的采集数据和计算出来的用于该工作面地形传感器的采集数据的检错码的部分帧数据；所述生成帧数据的步骤，如果该帧不包含用于该工作面地形传感器的采集数据，生成既不包含包含用于该工作面地形传感器的采集数据和也不包含计算出来的用于该工作面地形传感器的采集数据的检错码的部分帧数据；工作面地形传感器中的发送模块被配置用于实现所述功能，以及该发送帧数据的步骤可以，发送包含每个工作面地形传感器生成的部分帧数据的全部帧数据，以及在接收方，该接收帧数据的步骤可以接收全部帧数据；该计算检错码的步骤可以，通过假定包含于该接收到的全部帧数据中的该工作面地形传感器的部分帧数据的一个或多个最终位位置，假定每个工作面地形传感器的采集数据和该工作面地形传感器的采集数据的检错码，并且基于假定的该工作面地形传感器的采集数据计算一个检错码；该判定步骤可以，如果在假定的该工作面地形传感器的部分帧数据的诸最终位位置中有一个位置满足假定的该工作面地形传感器的采集数据的检错码和基于该假定的该工作面地形传感器的采集数据计算出来的检错码相匹配，判定该位置为该工作面地形传感器的部分帧数据的最终位位置；如果在假定的该工作面地形传感器的部分帧数据的诸最终位位置中没有一个位置满足假定的该工作面地形传感器的采集数据的检错码和基于该假定的该工作面地形传感器的采集数据计算出来的检错码相匹配，判定该帧不包含该工作面地形传感器的传输帧或者该工作面地形传感器的部分帧数据包含错误；以及该获取采集数据的步骤可以，基于该判定结果，获取该帧中的每个工作面地形传感器的采集数据；服务器中的数据接收模块用于实现上述功能。

根据本发明的一个方面，工作面地形传感器的发送模块包括：采集数据编码器，用于对采集到的数据进行编码，将采集数据块信道编码成编码数据块，并利用第一析取模式对编码数据块进行析取，析取是指消除编码，即通过去除特定数量的码元来减少编码码元的数量的过程；然后，信道编码器利用第二析取模式，对用原传输的信道编码编码得到的编码数据块进行析取，从而增加待重传的编码数据块的码率，前述第二析取模式所包含的待传送码元比第一析取模式少；最后，将由第二析取模式析取的编码数据块发送给服务器端的数据接收模块。

 服务器端的数据接收模块包括：接收装置，用于接收编码数据块，并利用第一析取模式进行析取；信道解码器，用于解码接收的编码数据块；接收编码数据块，其码率已通过以下方式增加：利用第二析取模式，对用原传输的信道编码编码得到的编码数据块进行析取，前述第二析取模式所包含的待传送码元比第一析取模式少；组合由第一析取模式析取的接收编码数据块和由第二析取模式析取的接收编码数据块的装置；以及信道解码器，解码组合的编码数据块的信道编码。

与现有技术相比，采用本发明的工作面地形检测传感器以及工作面地形检测系统，可以准确、及时的获知采煤机所处的工作面的地形变化。另外，整个工作面刮板输送机的长度有上百米长，但都是由每一小节连接而成，每一小节的宽度和液压支架相对应，每相邻两节刮板机存在一定的旋转角度。在采煤作业的周期中，随着地质条件的变化，每节刮板输送机的底面与液压支架的底面会形成夹角，而这个角度在采煤过程中又非常重要。通过安装在刮板机身的角度测量传感器就能准确地知道目前的地形参数，从而能更好地调节采煤作业方法。进一步地，通过上述传感器测得的刮板机姿态就可以真实地反映出采煤机的作业姿态，从而能够实现对采煤机采煤作业的可靠控制。

此外，对于本领域的普通技术人员来说可显而易见的得出其他优点和修改。因此，具有更广方面的本发明并不局限于这里所示出的并且所描述的具体说明及示例性实施例。因此，在不脱离由随后权利要求及其等价体所定义的一般发明构思的精神和范围的情况下，可对其做出各种修改。

Claims (7)

1.一种工作面地形检测传感器，该传感器安装于刮板机电缆槽内，并且包括倾角检测模块、A/D转换模块、数据处理模块和发送模块，其特征在于：

所述倾角检测模块，用于采集工作面俯仰角、倾斜角和翻滚角数据，并对采集到的数据进行相应的补损；

所述A/D转换模块，用于将倾角检测模块获得的模拟量数据转换为数字量数据，以供数据处理模块进行处理；

所述数据处理模块，用于将采集到的数据进行计算处理，计算出工作面在生产过程中各个角度的变化，并将计算结果传送给发送模块；

所述发送模块，用于将计算结果发送给服务器。

2.如权利要求1所述的工作面地形检测传感器，其中所述传感器被固定装置固定安装。

3.如权利要求2所述的工作面地形检测传感器，其中所述固定装置为电缆槽外侧加装的水平护板。

4.如权利要求1所述的工作面地形检测传感器，其中所述传感器还包括用于对所述传感器进行供电的供电模块。

5.一种用工作面地形检测传感器对工作面地形数据进行采集的方法，其特征在于：

根据工作面长度将多个传感器均匀安装于刮板机电缆槽内；

所述多个传感器对工作面俯仰角、倾斜角和翻滚角等工作面地形数据进行采集；

将采集数据放置在具有一固定时间长度的帧中；

将该帧发送到服务器；

服务器接收多个所述传感器发送的采集数据，对收到的数据进行分析处理，并将处理得到的工作面地形的实际曲线显示在显示装置上。

6.一种工作面地形检测系统，所述系统包括服务器和多个如权利要求1所述工作面地形检测传感器，其特征在于：

每个所述传感器，用于获取该传感器所处位置的工作面倾角数据，并将该倾角数据发送给服务器；

服务器，用于接收多个所述传感器发送的倾角数据，对收到的数据进行分析处理，并将处理得到的工作面地形的实际曲线显示在显示装置上。

7.如权利要求6所述的工作面地形检测系统，其中所述传感器和所述服务器之间采用有线或者无线的通信方式进行通信。

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