CN103915003A - 煤矿架空乘坐装置虚拟实操仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿架空乘坐装置虚拟实操仪，该实操仪包括：上位机架空乘坐装置运行的三维虚拟仿真软件模块、下位机架空乘坐装置操作台模块、上下位机通信控制模块。本发明通过现代多媒体技术、虚拟现实技术、三维动画、嵌入式计算机控制等技术，按照架空乘坐装置操作台实际应用来制作，对架空乘坐装置工作原理、操控技能进行三维仿真，实现架空乘坐装置岗位工、信号工、维修工等的模拟操作训练，临场感强，培训效果好，安全可靠，降低了培训成本。此外，本发明结构简单，操作方便，实现架空乘坐装置相关人员和工种在对架空乘坐装置结构原理、启停、运行、突发事故处理、日常保养维修等知识技能进行理论学习、模拟练习和在线考试的功能。

Description

煤矿架空乘坐装置虚拟实操仪

技术领域

 本发明属于矿用架空乘坐装置和相关人员进行仿真培训技术领域，尤其涉及一种矿用架空乘坐装置岗位工培训虚拟实操装置。

背景技术

目前矿用架空乘坐装置和相关人员操作培训，主要靠课堂讲授和“传帮带”方式进行，另一方面靠投资修建的实操基地方式，理论培训主要靠教师课堂教学，脱离井下环境，内容较为抽象，培训效果较差；传帮带方式，学习过程中存在安全隐患，设备误操作甚至会带来严重的安全事故，另外该学习方法效率不高且受到师傅的水平和素质影响，按照井下模式修建实操基地的做法，投资大、只适合单一、小型系统，对于像架空乘坐装置系统实操基地的建设是不经济和不现实。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种架空乘坐装置虚拟实操系统，旨在解决现有的矿用架空乘坐装置操作培训存在的脱离井下环境，内容较为抽象，培训效果较差和成本高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种矿用架空乘坐装置操作工虚拟实操装置，该矿用架空乘坐装置操作工虚拟实操系统包括：

用于为架空乘坐装置操作工虚拟实训操作系统提供架空乘坐装置运行虚拟场景，对操作进行仿真模拟的上位机软件模块；

用于实现对上位机中的虚拟架空乘坐装置进行启动、停止、加速、减速、通信、报警、紧急制动、瓦斯超限闭锁响应等操作的，按照实际架空乘坐装置操作台制作的下位机硬件模块。

通过通信控制模块连接上位机和下位机，用于实现上位机漫游、下位机操控上位机中的虚拟架空乘坐装置。

进一步， 上位机软件模块还包括：计算机、显示终端、架空乘坐装置三维仿真软件模块；

计算机用于为仿真模拟提供运算和实施平台；

显示终端与计算机连接，用于对计算机的仿真模拟结果进行显示；

架空乘坐装置三维场景仿真软件模块，安装在计算机中，用于在计算机上运行仿真模拟的场景，并提出规范化的要求，实现对架空乘坐装置结构原理、启动停止、前进后退、加速减速、通信、报警、紧急制动、瓦斯超限闭锁响应等三维仿真。

进一步，下位机模块还包括：启动停止前进后退操作模块、加减速操作模块、声光信号操作模块、运行状态显示模块、紧急制动模块；

启动停止前进后退操作模块用于实现操作工对架空乘坐装置的启停、进退的操作功能；

加减速操作模块用于实现架空乘坐装置的加速减速功能；

声光信号操作模块用于启停、特殊情况的警示提醒作用；

紧急制动模块用于常见突发事故模拟时紧急制动功能；

运行状态显示模块，显示电压、电流、速度、时间、温度、瓦斯含量等信息功能。

进一步，操作模块包括1个操作手柄，2个控制按钮，6个指示灯，1个刹车板、1个紧急刹车；

1个操作手柄分别实现前进、后退控制，2个控制按钮分别实现启动停止、加速减速等控制功能，6个指示灯反映各种运行状态，1个刹车板用来停车，1个紧急刹车用来紧急情况下驻车。

本发明的另一目的在于提供一种架空乘坐装置仿真操作模块的设计方法，该仿真操作模块的设计方法包括以下步骤：

一种仿真操作模块的设计方法，其特征在于，该仿真操作模块的设计方法包括以下步骤：

建立架空乘坐装置井下运行场景的三维仿真系统，首先通过采用三维建模工具，将井下巷道、架空乘坐装置系统等进行三维建模，构建架空乘坐装置运行的三维场景；

采用与实际操作台外观一样的设计进行操作台的制作；

采用单片机系统实现操作台下位机与包括架空乘坐装置运行的三维场景在内的上位机进行通信，从而达到培训架空乘坐装置操作人员的目的。

本发明提供的架空乘坐装置操作工虚拟实操系统，通过虚拟现实、三维动画、计算机控制等技术，按照1:1制作操作台，再现架空乘坐装置在井下操作环境，对设备结构工作原理、操作过程进行仿真，将井下设备搬到课堂，根本上改变了架空乘坐装置相关工种技能培训模式。本发明旨在开发架空乘坐装置岗位工虚拟实操系统，用于煤矿架空乘坐装置系统仿真培训，可以实现架空乘坐装置岗位工的单人和多人模拟训练，直观性强，培训效果好，降低了培训成本。此外，本发明结构简单，操作方便，同时还能根据架空乘坐装置的种类，实现一套系统培训多种架空乘坐装置岗位工操作的目的。

本发明的优异效果：

1、手段创新，效果良好，采用现代三维仿真技术，模拟真实操作环境，实现人机交互操作，对架空乘坐装置的操作技术要求、基本结构、工作原理、故障处理等都能在模拟的三维环境下进行展现，该发明采用先进的虚拟现实技术、人机交互等先进技术，培训手段新，直观性强，能有效提高培训效果；

2、降低成本，节约经费。该架空乘坐装置岗位工虚拟实训操作台为一次性投入，在长期的架空乘坐装置岗位工和相关人员进行系统培训中可以重复使用，培训内容可以无限增加，也可以根据具体矿井情况进行修改，相比部分矿井建立“实训基地”的方式来说投入较低，另外，培训环境采用计算机仿真技术再现，相对于“传帮带”方式则显得更加安全可靠；

3、可以实现多工种协同操作，本操作台通过主控计算机，能够实现架空乘坐装置单人和多人参与的协同模拟操作，这比各个工种单独通过理论、现场操作等培训方式更加直接，效果更加良好；

4、有利于缩短培训周期，更有利于提高培训合格率，该操作台可以根据矿上的具体情况，可以定制开发，也不存在安全隐患，培训方式更加先进，受训人员兴趣更高，效果良好，能够使培训的周期明显缩短，培训合格率也能得到提高；

5、培训内容更加丰富，有利于煤矿安全生产与事故隐患处理的统一协调。本实训操作台采用软硬件结合方式，实际矿用架空乘坐装置系统所有的操作技术要求均能够模拟仿真，对一些安全事故、隐患处理、故障诊断等也能够进行模拟仿真，使安全事故切实看得见，培训内容可以无限丰富，也有利于煤矿安全生产与事故隐患处理的统一协调。

 

附图说明

图1是本发明实施例提供的架空乘坐装置操作工虚拟实操系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的仿真操作模块的设计流程图；

图中：1、上位机模块；1-1、计算机；1-2、显示终端；1-3、架空乘坐装置三维仿真操作软件模块；2、下位机模块；2-1、操作模块；2-1-1、控制按钮；2-1-2、操作手柄；2-1-3、显示模块；2-2、架空乘坐装置岗位工操作控制通信模块；3、上下位机通信模块。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的架空乘坐装置虚拟实操系统结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

本发明实施例的架空乘坐装置操作工虚拟实操系统，该矿用架空乘坐装置操作工虚拟实操系统包括：

用于为架空乘坐装置操作工虚拟实训操作系统提供井下架空乘坐装置运行虚拟场景，对绞车操作进行仿真模拟的上位机模块；

用于实现对上位机中的虚拟架空乘坐装置进行启动、停止、加速、减速、通信、报警、紧急制动、瓦斯超限闭锁响应等操作的，按照1:1比例制作的架空乘坐装置操作台的下位机模块。

通过通信控制模块连接上位机和下位机，用于实现上位机漫游、下位机操控上位机中的虚拟架空乘坐装置系统的功能。

作为本发明实施例的一优化方案，上位机模块还包括：计算机、显示终端、三维仿真操作软件模块；

计算机用于为仿真模拟提供运算和实施平台；

显示终端与计算机连接，用于对计算机的仿真模拟结果进行显示；

三维场景仿真软件模块，安装在计算机中，用于在计算机上运行仿真模拟的场景，并提出规范化的要求，实现对架空乘坐装置结构原理、启动停止、前进后退、加速减速、通信、报警、紧急制动、瓦斯超限闭锁响应等三维仿真。

下位机模块还包括：启动停止前进后退操作模块、加减速操作模块、声光信号操作模块、架空乘坐装置运行状态显示模块、紧急制动模块；

启动停止前进后退操作模块用于实现操作工对架空乘坐装置的启停、进退的操作功能；

加减速操作模块用于实现架空乘坐装置的加速减速功能；

声光信号操作模块用于会车、启停、特殊情况的警示提醒作用；

紧急制动模块用于常见突发事故模拟时紧急制动功能；

架空乘坐装置运行状态显示模块，显示架空乘坐装置电压、电流、速度、时间、瓦斯含量、温度等信息功能。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的矿用架空乘坐装置操作工虚拟实操系统主要由上位机模块1、计算机1-1、显示终端1-2、架空乘坐装置三维仿真软件模块1-3、下位机模块2、操作工操作模块2-1、控制按钮2-1-1、操作手柄2-1-2、显示模块2-1-3、架空乘坐装置操作工操作控制通信模块2-2、通信控制模块3组成；

上位机模块1用于为虚拟实训操作系统提供软件平台，对操作进行仿真模拟；

上位机模块1还包括：计算机1-1、显示终端1-2、架空乘坐装置三维仿真软件模块1-3；

计算机1-1用于为仿真模拟提供运算和实施平台；

显示终端1-2与计算机1-1连接，用于对计算机1-1的仿真模拟结果进行显示；

架空乘坐装置三维仿真软件模块1-3，与计算机1-1连接，用于在计算机1-1上，运行架空乘坐装置三维仿真画面，并提出规范化的要求，实现对架空乘坐装置运行状态、模式选择、操作效果等进行三维仿真；

下位机模块2，通过数模转换模块3连接上位机模块1，用于为计算机1-1提供硬件支持，将操作信号传送至计算机1；

下位机模块2还包括：操作工操作模块2-1、操作工操作控制通信模块2-2；

操作工操作模块2-1用于实现操作员对架空乘坐装置的操作功能；主要包括1个操作手柄2-1-2，负责架空乘坐装置前进后退，2个控制按钮2-1-1，负责架空乘坐装置启停和加减速，6个指示灯，分别表示前灯、后灯、电量、瓦斯、温度、备用；1个刹车板、1个紧急刹车；1个刹车板用来停车，1个紧急刹车用来紧急情况下驻车。架空乘坐装置操作工操作控制通信模块2-2与操作工操作模块2-1连接，用于实现操作工操作模块2-1的通讯控制；

如图2所示，本发明实施例的仿真操作模块的设计流程包括以下步骤：

如图2中201所示，建立架空乘坐装置井下运行场景的三维仿真系统，首先通过采用三维建模工具，将井下巷道、架空乘坐装置系统等进行三维建模，构建架空乘坐装置运行的三维场景；

图2中202所示，采用与实际操作工操作台外观一样的设计进行操作台的制作；

图2中203所示，采用单片机系统实现操作台下位机与架空乘坐装置运作的三维场景上位机进行通信，从而达到培训架空乘坐装置操作工的功能。

本发明提供的矿用架空乘坐装置操作工虚拟实操系统，通过虚拟现实、三维动画、计算机控制等技术，按照1:1制作架空乘坐装置操作工操作台，再现架空乘坐装置在井下操作环境，对设备结构工作原理、操作过程进行仿真，将井下设备搬到课堂，也可以实现架空乘坐装置的多人协同操作，根本上改变了架空乘坐装置操作工操作培训模式。本发明旨在开发矿用架空乘坐装置操作工虚拟实操系统，用于煤矿架空乘坐装置系统仿真培训，可以实现架空乘坐装置操作工的单人和多人模拟训练，直观性强，培训效果好，降低了培训成本。此外，本发明结构简单，操作方便，实现了架空乘坐装置操作工的单人和多人等情况下的模拟训练，同时还能根据架空乘坐装置的种类，实现一套系统培训多种架空乘坐装置操作工操作的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种矿用煤矿架空乘坐装置虚拟实操仪其特征在于，矿用架空乘坐装置操作工虚拟实操系统包括：

用于为架空乘坐装置操作工虚拟实训操作系统提供井下架空乘坐装置运行虚拟场景，对操作进行仿真模拟的上位机三维仿真虚拟模块；

用于实现对上位机中的虚拟架空乘坐装置进行启动、停止、加速、减速、紧急制动、瓦斯超限闭锁响应等操作的，按照架空乘坐装置实际情况制作的操作台即下位机模块。

2.通过通信控制模块连接上位机和下位机，用于实现上位机漫游、下位机操控上位机中的虚拟架空乘坐装置。

3.如权利要求1所述的井下架空乘坐装置虚拟实操装置，其特征在于， 上位机模块还包括：计算机硬件、显示终端、架空乘坐装置三维场景仿真软件模块；

计算机用于为仿真模拟提供运算和实施平台；

显示终端与计算机连接，用于对计算机的仿真模拟结果进行显示；

三维场景仿真软件模块，安装在计算机中，用于在计算机上运行仿真模拟的场景，并提出规范化的要求，实现对架空乘坐装置结构原理、启动停止、前进后退、加速减速、通信联络、紧急制动、瓦斯超限闭锁响应等三维仿真。

4.如权利要求1所述的矿用架空乘坐装置岗位工虚拟实操装置，其特征在于，下位机模块还包括：岗位工启动停止前进后退操作模块、操作工加减速操作模块、操作工声光信号操作模块、架空乘坐装置运行状态显示模块、紧急制动模块；

架空乘坐装置操作工启动停止前进后退操作模块用于实现对架空乘坐装置的启停、进退的操作功能；

架空乘坐装置操作工加减速操作模块用于实现架空乘坐装置的加速减速功能；

架空乘坐装置声光信号操作模块用于启停、特殊情况的警示提醒作用；

紧急制动模块用于常见突发事故模拟时紧急制动功能；

架空乘坐装置运行状态显示模块，显示架空乘坐装置耗电量、电压、电流、速度、时间、瓦斯含量等信息功能。

5.如权利要求3所述的矿用架空乘坐装置虚拟实操装置，其特征在于，操作工操作模块包括1个操作手柄，2个控制按钮，6个指示灯，1个刹车板、1个紧急刹车；

1个操作手柄分别实现前进、后退控制，2个控制按钮分别实现启动停止、加速减速等控制功能，6个指示灯反映各种运行状态，1个刹车板用来停车，1个紧急刹车用来紧急情况下驻车。

6.一种仿真操作模块的设计方法，其特征在于，该仿真操作模块的设计方法包括以下步骤：

建立架空乘坐装置井下运行场景的三维仿真系统，首先通过采用三维建模工具，将井下巷道、架空乘坐装置系统等进行三维建模，构建架空乘坐装置运行的三维场景；

制作能够实现对上位机中的架空乘坐装置运行进行控制的操作台下位机系统；

采用单片机系统实现操作台下位机与架空乘坐装置运行三维场景的上位机进行通信，从而达到培训架空乘坐装置相关工种技能的功能。