CN103352713B - 一种人工智能型液压支架电液控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工智能型液压支架电液控制系统，包括硬件层、系统层、专家系统和数据仓库，通过通讯总线进行通讯，采用全双工信号；系统层包括管理层Agent和控制层Agent，每个液压支架对应于一个控制层Agent；专家系统与通讯总线信号连接；数据仓库存储三机传感参数，与通讯总线信号连接。有益效果是系统层调用数据仓库保存当前的三机传感参数，通过专家系统对三机传感参数调用，最终形成超长指令字，通过通讯总线传输到各个液压支架控制器上，由控制层Agent依据数据信息进行自主动作决策、管理层Agent对各个控制层Agent动作协调，实现整个综采工作面液压支架电液控制系统的智能化。

Description

一种人工智能型液压支架电液控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，具体是一种人工智能型液压支架电液控制系统。

背景技术

为了最大限度地满足综采自动化的需求，液压支架电液控制技术已经得到了广泛的应用。目前，液压支架电液控制系统可以实现自动移架、自动推移刮板机、自动喷雾等动作。

但是该液压支架电液控制系统仍然属于半自动化，需要人工操作的介入，没有达到智能化控制的要求。特别是，该液压支架电液控制系统中各个设备间的协作能力不是很强，不能很好地保证井下综采工作的协调运行。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种人工智能型液压支架电液控制系统，能从总体上对所有设备进行宏观调控，实现综采工作的智能化。

为了实现上述目的，本发明的一种人工智能型液压支架电液控制系统，包括硬件层、系统层、专家系统和数据仓库，硬件层包括红外发射器、多个液压支架及通讯总线，红外发射器设置在采煤机上；在整个综采工作面上分布多个液压支架，通过通讯总线进行通讯；液压支架包括支架控制器、无线收发器、压力传感器、行程传感器、倾角传感器、红外接收器、电液阀组及对应的电磁驱动器，无线收发器、压力传感器、行程传感器、倾角传感器、红外接收器及电磁驱动器分别与支架控制器电连接，电液阀组与电磁驱动器电连接；通讯总线的两端设有通讯终端Ⅰ和通讯终端Ⅱ，通讯终端Ⅰ内置主控制器Ⅰ，通讯终端Ⅱ内置主控制器Ⅱ，通讯总线采用全双工信号，

系统层包括管理层Agent和控制层Agent每个液压支架对应于一个控制层Agent，每个控制层Agent与通讯总线信号连接，控制层Agent包括控制Agent、感知Agent、界面Agent及接口Agent，控制Agent与支架控制器电连接，支架控制器主要构件为微处理器Ⅰ，感知Agent分别与压力传感器、行程传感器、倾角传感器和红外接收器电连接，界面Agent与支架控制器电连接，接口Agent与无线收发器电连接；管理层Agent包括管理层AgentⅠ和管理层AgentⅡ，管理层AgentⅠ与主控制器Ⅰ信号连接，管理层AgentⅡ与主控制器Ⅱ信号连接，

专家系统包括采煤机控制专家系统、刮板机控制专家系统、液压支架控制专家系统和综采工作面协同控制专家系统，采煤机控制专家系统、刮板机控制专家系统、液压支架控制专家系统和综采工作面协同控制专家系统分别与通讯总线信号连接，

数据仓库包括采煤机机载控制器传感参数、刮板机机载控制器传感参数及液压支架控制传感参数，采煤机机载控制器传感参数、刮板机机载控制器传感参数及液压支架控制传感参数与通讯总线信号连接。

进一步，界面Agent主要包括显示模块和3DVR监控平台，显示模块通过RS485总线与界面Agent信号连接，3DVR监视平台通过TCP/IP总线与界面Agent信号连接，显示模块包括微处理器Ⅱ、LCD显示器和按键，LCD显示器、按键分别与微处理器Ⅱ电连接。

进一步，无线收发器通过Zigbee无线网络与无线移动控制器信号连接。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，系统层中的控制层Agent实现了对液压支架的智能控制，进行自主动作；系统层中的管理层Agent实现了对多个控制层Agent间的通讯与协调；专家系统能够防止系统层在对硬件层各设备进行智能控制时的误动作或过动作，提高控制效率，使得控制过程更规范；数据仓库主要存储综采工作面三机传感数据。系统层调用数据仓库保存当前工作面三机传感参数，同时通过专家系统对三机传感数据的调用，最终形成超长指令字，通过通讯总线传输到各个液压支架控制器上，由控制层Agent依据数据信息进行自主动作决策、管理层Agent对各个控制层Agent工作动作协调，以实现整个综采工作面液压支架电液控制系统的智能化。

附图说明

图1是本发明的系统原理图；

图2是本发明中控制层Agent与液压支架的结构图；

图3是图2中控制Agent的结构图；

图4是图2中感知Agent的结构图；

图5是图2中界面Agent的结构图；

图6是图2中接口Agent的结构图；

图7是本发明中管理层Agent的全局控制结构图；

图8是管理层Agent与控制层Agent控制关系图。

图中：1、采煤机，2、红外发射器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，本发明的一种人工智能型液压支架电液控制系统，包括硬件层、系统层、专家系统和数据仓库，硬件层包括红外发射器2、多个液压支架及通讯总线，红外发射器2设置在采煤机1上；在整个综采工作面上分布多个液压支架，通过通讯总线进行通讯；液压支架包括支架控制器、无线收发器、压力传感器、行程传感器、倾角传感器、红外接收器、电液阀组及对应的电磁驱动器，无线收发器、压力传感器、行程传感器、倾角传感器、红外接收器及电磁驱动器分别与支架控制器电连接，电液阀组与电磁驱动器电连接；通讯总线的两端设有通讯终端Ⅰ和通讯终端Ⅱ，通讯终端Ⅰ内置主控制器Ⅰ，通讯终端Ⅱ内置主控制器Ⅱ，通讯总线采用全双工信号，

系统层包括管理层Agent和控制层Agent，每个液压支架对应于一个控制层Agent，所述的每个控制层Agent与通讯总线信号连接，控制层Agent包括控制Agent、感知Agent、界面Agent及接口Agent，控制Agent与支架控制器电连接，支架控制器主要构件为微处理器Ⅰ，感知Agent分别与压力传感器、行程传感器、倾角传感器和红外接收器电连接，界面Agent与支架控制器电连接，接口Agent与无线收发器电连接；管理层Agent包括管理层AgentⅠ和管理层AgentⅡ，管理层AgentⅠ与主控制器Ⅰ信号连接，所述的管理层AgentⅡ与主控制器Ⅱ信号连接，

专家系统包括采煤机控制专家系统、刮板机控制专家系统、液压支架控制专家系统和综采工作面协同控制专家系统，采煤机控制专家系统、刮板机控制专家系统、液压支架控制专家系统和综采工作面协同控制专家系统分别与通讯总线信号连接，

数据仓库包括采煤机机载控制器传感参数、刮板机机载控制器传感参数及液压支架控制传感参数，采煤机机载控制器传感参数、刮板机机载控制器传感参数及液压支架控制传感参数与通讯总线信号连接。

本发明进一步，如图5所示，界面Agent主要包括显示模块和3DVR监控平台，显示模块通过RS485总线与界面Agent信号连接，3DVR监视平台通过TCP/IP总线与界面Agent信号连接，显示模块包括微处理器Ⅱ、LCD显示器和按键，LCD显示器、按键分别与微处理器Ⅱ电连接。

本发明进一步，如图6所示，无线收发器通过Zigbee无线网络与无线移动控制器信号连接。

本发明中，控制层Agent主要实现对液压支架的智能控制，进行自主动作；管理层Agent主要实现多个控制层Agent间的通信与协调；专家系统主要是对于采煤机、刮板机、液压支架及综采工作面三机协同控制的控制规则，其中三机为采煤机、刮板机、液压支架，每个专家系统依据其自身领域内的知识，能够防止系统层在对硬件层各设备进行智能控制时的误动作或过动作，提高控制效率，使得控制过程更规范；数据仓库主要存储综采工作面三机传感数据。

工作原理：系统层调用数据仓库保存当前工作面三机传感参数，同时通过专家系统对三机传感数据的调用，最终形成超长指令字，通过通讯总线传输到各个液压支架控制器上，由控制层Agent依据数据信息进行自主动作决策、管理层Agent对各个控制层Agent工作动作协调，以实现整个综采工作面液压支架电液控制系统的智能化。

实施例1：

如图3所示，控制Agent为控制层Agent的核心部分，控制Agent的主要控制单元为支架控制器中的微处理器Ⅰ。在控制Agent进行智能控制过程中，专家系统会指导控制Agent进行合理动作，防止误动作或过动作，保证设备安全。其控制信号包括：1)升柱、降柱，通过立柱油缸的伸缩使支架升高和降低；2)移架、推溜，通过推移千斤顶的伸缩实现支架推移和推溜；3)抬底座，抬底座使支架能够顺利前移；4)伸、收平衡，调节支架的姿态，是的支架顶板能够根据工况调整载荷的分布情况；5)伸、收一级互帮。根据工况调整支架的支护姿态；6)伸、收二级互帮。根据工况调整支架的支护姿态；7)伸、收顶梁侧护。消除支架间的间隙，防止煤块或岩石从支架间的间隙掉下来；8)伸、收掩护梁侧护，消除支架间的间隙，防止煤块或岩石从支架间的间隙掉下来；9)喷雾，通过喷雾实现工作面的降尘；10)急停，闭锁。

原理为：控制Agent接收通讯总线中超长指令字，自主进行决策，并控制支架控制器打开电磁驱动器进行相应地动作，从而驱动电液阀组，实现液压支架的自主控制。

如图4所示，感知Agent所感知内容主要包括压力传感器、行程传感器、倾角传感器和红外接收器的传感参数，其通过上述传感器的参数来感知自身状态信息，并将自身状态信息封装在超长指令字的指定地址，存储在数据仓库中。

如图5所示，界面Agent是人机交互智能体，主要包括显示模块和3DVR监视平台。

显示模块包括微处理器Ⅱ、LCD显示器和按键，通过RS485总线，界面Agent实时显示并更新数据仓库中的参数，并接受来自用户的按键控制命令，同时在专家系统的指导下，协助用户发送合理控制命令，并将控制命令递交给控制Agent，以实现液压支架的本地智能控制。

3DVR监控平台通过TCP/IP实时显示并更新数据仓库中的参数，并接受来自用户上位机发送的控制命令，界面3DVR在专家系统的指导下，协助用户发送合理控制命令，并将控制命令递交给控制Agent，以实现液压支架的远程智能控制。

如图6所示，无线移动控制器通过Zigbee无线网络快速连接区域范围内的无线收发器，通过接口Agent对感知Agent和控制Agent的任务递交，分别对液压支架当前状态信息查询和智能控制，在整个监测与控制的过程中，专家系统始终起到指导作用。

如图7所示，本实施例中，综采工作面上设有两个管理层Agent，管理层AgentⅠ和管理层AgentⅡ的作用区域通过采煤机的当前位置来界定。当采煤机靠近管理层AgentⅠ一侧方向的所有控制层Agent接收来自管理层AgentⅠ的全局调控；当采煤机靠近管理层AgentⅡ一侧方向的所有控制层Agent接收来自管理层AgentⅡ的全局调控。也就是通讯终端的主控制器Ⅰ和主控制器Ⅱ完成对控制层Agent各个支架控制器的全局控制。

管理层AgentⅠ和管理层AgentⅡ在对控制层Agent全局调控时必须在专家系统，特别是综采工作面三机协同专家系统的指导下完成。

例如，在液压支架自主推溜时，为保证液压支架推齐，管理层AgentⅠ控制其到采煤机之间的所有控制层Agent,使得在此距离段之间的所有液压支架全部向最靠近主控制器Ⅰ的液压支架对齐；同样，管理层AgentⅡ控制其到采煤机之间的所有控制层Agent,使得在此距离段之间的所有液压支架全部向最靠近主控制器Ⅱ的液压支架对齐。在过渡区，控制Agent依据专家系统的知识进行自主推溜，按照采煤机前进方向，在其当前位置前的液压支架进行自动顺序推溜。当正在动作的液压支架对应的控制Agent，从感知Agent发来关于传感参数报警后，会向相邻控制Agent发送援助请求，要求协同推溜。被标识处在过渡区域的控制Agent会接受离采煤机最近管理层Agent的控制，管理层Agent根据专家系统的指导对控制Agent进行推溜动作引导，并实时接受被标识为处在过渡区的感知Agent的传感参数，检查其动作的合法性。

如图8所示，控制Agent作为本系统的核心智能体，接收来自接口Agent、感知Agent的数据流，也接受管理层Agent的全局调控，同时也对界面Agent的行为有控制作用。界面Agent对于感知Agent、控制Agent的参数进行及时地分析与处理，并将用户的操作任务及时递交给控制Agent。接口Agent对于感知Agent、控制Agent的参数进行及时地分析与处理，并将无线移动控制器的操作任务及时地递交给控制Agent。管理层Agent主要接受感知Agent的参数，通过专家系统的指导作用，对控制Agent进行全局调控。

Claims (3)

1.一种人工智能型液压支架电液控制系统，包括硬件层，所述的硬件层包括红外发射器（2）、多个液压支架及通讯总线，所述的红外发射器（2）设置在采煤机（1）上；在整个综采工作面上分布多个液压支架，通过通讯总线进行通讯；所述的液压支架包括支架控制器、无线收发器、压力传感器、行程传感器、倾角传感器、红外接收器、电液阀组及对应的电磁驱动器，所述的无线收发器、压力传感器、行程传感器、倾角传感器、红外接收器及电磁驱动器分别与支架控制器电连接，所述的电液阀组与电磁驱动器电连接，

其特征在于，所述的通讯总线的两端设有通讯终端Ⅰ和通讯终端Ⅱ，所述的通讯终端Ⅰ内置主控制器Ⅰ，所述的通讯终端Ⅱ内置主控制器Ⅱ，所述的通讯总线采用全双工信号，

还包括系统层、专家系统和数据仓库，所述的系统层包括管理层Agent和控制层Agent，所述的每个液压支架对应于一个控制层Agent，所述的每个控制层Agent与通讯总线信号连接，所述的控制层Agent包括控制Agent、感知Agent、界面Agent及接口Agent，所述的控制Agent与支架控制器电连接，所述的支架控制器主要构件为微处理器Ⅰ，所述的感知Agent分别与压力传感器、行程传感器、倾角传感器和红外接收器电连接，所述的界面Agent与支架控制器电连接，所述的接口Agent与无线收发器电连接；所述的管理层Agent包括管理层AgentⅠ和管理层AgentⅡ，所述的管理层AgentⅠ与主控制器Ⅰ信号连接，所述的管理层AgentⅡ与主控制器Ⅱ信号连接，

所述的专家系统包括采煤机控制专家系统、刮板机控制专家系统、液压支架控制专家系统和综采工作面协同控制专家系统，所述的采煤机控制专家系统、刮板机控制专家系统、液压支架控制专家系统和综采工作面协同控制专家系统分别与通讯总线信号连接，

所述的数据仓库包括采煤机机载控制器传感参数、刮板机机载控制器传感参数及液压支架控制传感参数，所述的采煤机机载控制器传感参数、刮板机机载控制器传感参数及液压支架控制传感参数与通讯总线信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种人工智能型液压支架电液控制系统，其特征在于，所述的界面Agent主要包括显示模块和3DVR监控平台，所述的显示模块通过RS485总线与界面Agent信号连接，所述的3DVR监视平台通过TCP/IP总线与界面Agent信号连接，所述的显示模块包括微处理器Ⅱ、LCD显示器和按键，所述的LCD显示器、按键分别与微处理器Ⅱ电连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种人工智能型液压支架电液控制系统，其特征在于，所述的无线收发器通过Zigbee无线网络与无线移动控制器信号连接。