CN105040768B - 控制工业机械的挖掘失控 - Google Patents

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Abstract

一种用于在挖掘失控状况下控制工业机械的运行的系统，所述系统包括：控制器，其用于监控和比较实际挖掘系统状态(例如实际铲斗位置)和目标挖掘系统状态(例如目标铲斗位置)。如果控制器确定挖掘系统的动作和目标挖掘系统的动作相反，则控制器调整挖掘参数(例如挖掘电机扭矩)以解决失控状况。

Description

控制工业机械的挖掘失控
相关申请
本申请要求2014年4月25日提交的美国临时专利申请第61/984,322号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及对诸如钢丝绳电铲(electric rope shovel)或动力铲(powershovel)的工业机械的操作的控制。
背景技术
诸如钢丝绳电铲的工业机械被用来执行从例如矿藏中移除材料的挖掘操作。在绳铲(rope shovel)的正常运行过程中，有时操作人员会带着满载或超载的铲斗(即比正常时更大的净载荷)离开矿藏。在朝卸料位置摆动铲斗时，铲斗的满载可能会影响铲斗相对该工业机械的径向位置或运动(比如挖掘运动)。例如，当铲斗朝卸料位置摆动时，铲斗的摆动速度及所产生的离心力可能会向前推动铲斗，从而铲斗的位置无法完全受操作人员控制。当操作人员由于所述外力而无法以所需方式控制铲斗的运动时，挖掘系统(crowd system)被认为已“失控”。除了可能对工业机械造成损坏外，挖掘系统失控还可能因为增加了将铲斗从挖掘位置摆动至卸料位置和从卸料位置摆动至挖掘位置所需的时间而影响铲的循环次数。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于控制工业机械在挖掘失控状况下的运行的系统。该系统包括控制器，该控制器监测实际挖掘系统状态(比如实际铲斗位置)并将其与目标挖掘系统状态进行比较。如果控制器认定实际挖掘系统运行与目标控制系统运行相反，控制器调节挖掘参数，比如挖掘电机扭矩，以解决挖掘失控状况。如果挖掘失控状况无法通过调整挖掘参数得以解决，控制器将采取进一步行动，比如对一个或多个系统电机实施制动。
在一个实施例中，本发明提供一种工业机械，其包括铲斗、传感器和用户界面、具有至少一个运行参数的挖掘电机和控制器。所述传感器产生关于实际挖掘系统状态的第一信号，该第一信号被控制器接收。所述用户界面根据操作人员输入产生关于目标挖掘系统状态的第二信号。所述控制器确定所述目标挖掘系统状态和所述实际挖掘系统状态之间的差异，并将该差异与阀值进行比较。当所述差异大于或等于所述阀值时，所述控制器将所述挖掘电机的至少一个运行参数设置成大于所述运行参数的正常运行值的数值。
在另一个实施例中，本发明提供一种用于控制工业机械的电机的方法。该工业机械包括接收关于实际挖掘系统状态的第一信号和接收关于目标挖掘系统状态的第二信号的处理器。该方法包括确定所述目标挖掘系统状态和所述实际挖掘系统状态之间的差异，并将所述差异与阀值进行比较。该方法还包括当所述差异大于或等于所述阀值时，将所述电机的至少一个运行参数设置成大于所述运行参数的正常运行值的数值。
在另一个实施例中，本发明提供一种工业机械，其包括铲斗、传感器和用户界面、具有至少一个运行参数的挖掘电机和控制器。所述传感器产生关于实际挖掘系统状态的第一信号，该第一信号被所述控制器接收。所述用户界面用于根据操作人员输入产生关于目标挖掘系统状态的第二信号，该第二信号被所述控制器接收。所述控制器根据所述第二信号确定目标铲斗运动方向，并根据所述第一信号确定实际铲斗运动方向。所述控制器确定所述目标铲斗运动方向与所述实际铲斗运动方向是否相同。当所述目标铲斗运动方向不同于所述实际铲斗运动方向时，将所述挖掘电机的至少一个运行参数设置成大于所述运行参数的正常运行值的数值。
在另一个实施例中，本发明提供一种用于控制工业机械的电机的方法。该工业机械包括接收关于实际挖掘系统状态的第一信号和接收关于目标挖掘系统状态的第二信号的处理器。该方法还包括确定所述目标铲斗运动方向与所述实际铲斗运动方向是否相同。该方法还包括当所述目标铲斗运动方向不同于所述实际铲斗运动方向时，将所述挖掘电机的至少一个运行参数设置成大于所述运行参数的正常运行值的数值。
在详细解释本发明的任何实施例之前，应明白，本发明的应用不限于以下说明书中所阐述或附图中所示意的结构细节和部件布置。本发明能够具有其它实施例，并能以其它方式来实践或实施。此外，应明白，本文所采用的措辞和术语是为了说明的目的，而不应被认为是限制。本文中的“包括”、“包含”、“具有”及其变型的使用将包含此后列出的项目和它们等同方式以及其他的项目。术语“安装”、“连接”、“支承”和“联接”及其变形广泛地被使用并且包含直接和间接的安装、连接、支承和联接。
此外，应当明白，本发明的实施例可包括硬件、软件和电子部件或模块，这些硬件、软件和电子部件或模块为了描述的目的而被示出或描述成好像这些零部件的大部分仅仅是以硬件的形式来实施。然而，本领域技术人员基于对本文的详细描述的理解将明白，在至少一个实施例中，本发明的以电子为基础的方面可通过以一个或多个比如微处理器和/或专用集成电路(ASICs)来执行的软件(比如存储在非易失的计算机可读介质中)来实施。因此，应当注意，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同结构的部件可用来实施本发明。例如，在说明书中所描述的“服务器”和“计算设备”可包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出界面和连接所述部件的不同连接装置(比如系统总线)。
本发明的其它方面通过考虑详细描述和附图将会变得显而易见。
附图说明
图1示意根据本发明的一个实施例的工业机械。
图2示意根据本发明的一个实施例的如图1所示的工业机械的控制系统。
图3示意根据本发明的另一个实施例的如图1所示的工业机械的控制系统。
图4示意根据本发明的一个实施例的用于控制工业机械的参数的流程。
图5示意根据本发明的另一个实施例的用于控制工业机械的参数的流程。
图6示意根据本发明的又一个实施例的用于控制工业机械的参数的流程。
具体实施方式
本文所描述的发明涉及与工业机械的动态控制(比如控制工业机械的一项或多项设置或参数)相关联的系统、方法、装置以及计算机可读介质。诸如钢丝绳电铲或类似的采矿机械的工业机械可操作用以执行挖掘操作，以从矿藏移走净载荷(即材料)。在挖掘操作的执行过程中，施加在工业机械的铲斗和铲斗臂上的力，跟随诸如铲斗中的载荷重量、施加的挖掘力的大小、摆动产生的力的大小等因素而变化。在某些具体情况下，例如失控状况，可能会失去对铲斗运动的控制，从而使得实际的铲斗运动不符合操作要求的铲斗运动。为了阻止这种情况，工业机械的控制系统被配置成动态地控制关于解决失控状况并且根据铲斗的目标运动方向校准实际铲斗运动的参数(例如，挖掘力，挖掘电机扭矩，挖掘电机速度，摆动电机速度等)。所述控制通过调整诸如作用在铲斗上的力或功率来实现。
作为说明性实例，为了解决挖掘失控状况，扭矩(例如电机扭矩、缩回扭矩、挖掘扭矩、挖掘缩回扭矩等)可以被设定来补偿实际参数和目标参数(例如，铲斗相对于动力铲的位置、挖掘电机速度等)之间的差异。在其他实施例中，挖掘力(例如，液压挖掘力)可以被设定来补偿实际参数和目标参数之间的差异。作用的力和扭矩可以被设定为固定值、可以设定成与实际挖掘参数和目标挖掘参数的差异成比例(线性或非线性等)的数值、根据差值的函数来计算、或通过存储器存取等。例如，力或扭矩的数值可以通过实际参数和目标参数的比值来确定。因为这样，所述工业机械能够随时调整(增加或降低)其运行以解决挖掘失控状况。
虽然本文所描述的发明能够应用到各种工业机械(例如绳铲、索铲、AC机械、DC机械)、由各种工业机械实施或与各种工业机械结合使用，但本文所描述的发明的实施例是针对钢丝绳电铲或动力铲进行描述的，诸如图1中所示的动力铲10。动力铲10包括用以推动所述动力铲10向前或后退并且使动力铲10转向的履带15(例如，通过改变左履带和右履带彼此间的相对速度和/或方向)。所述履带15支撑基座25，所述基座25包括驾驶室30。所述基座25可以绕着摆动轴35摆动或旋转，例如，从挖掘位置运动到卸料位置。履带15的运动对于摆动动作并不是必须的。动力铲10还进一步包括可旋转的铲斗臂45和铲斗50。所述铲斗50包括用以倾倒铲斗中内存物的门55。
所述动力铲10包括偶联在所述基座25和悬臂65之间以支撑所述悬臂65的悬索60。所述动力铲还包括绕在基座25内的绞盘和提升卷筒上的钢丝绳或提升索70，绞盘和提升卷筒用以缠绕所述提升索70来提升或降低所述铲斗50，以及连接在另一个开斗索(图中未显示)和铲斗门55之间的开斗索75。所述动力铲10还包括鞍块80和滑轮85。在某些实施例中，所述动力铲10为由Joy Global Inc.制造的4100系列动力铲。
图2示意与图1的动力铲10相关联的控制器200。控制器200与动力铲10的各个模块或部件电连接和/或通信连接。例如，所示控制器200被连接到一个或多个指示器205、用户界面模块210、一个或多个提升传动装置或电机以及提升驱动装置215，一个或多个挖掘传动装置或电机以及挖掘驱动装置220，一个或多个摆动传动装置或电机以及摆动驱动装置225，数据存储器或数据库230、功率供应模块235、一个或多个传感器240。所述控制器200包括其中可操作地用以控制动力铲10的操作、控制悬臂65、铲斗臂45、铲斗50等的位置、带动一个或多个指示器205(例如液晶显示器"LCD")、监视动力铲10的操作等的硬件和软件的组合。其中，所述一个或多个传感器240包括负载销应变计、一个或多个倾角计、吊架销(gantry pin)、一个或多个电机现场(field)模块，一个或多个旋转变压器等。在一些实施例中，除了电机型的挖掘驱动装置外，还能够使用其它挖掘驱动装置(例如单腿杆、操纵杆、液压缸型等的挖掘驱动装置)。
在某些实施例中，控制器200包括提供电力、操作控制和保护控制器200和/或动力铲10内的部件和模块的多个电气和电子部件。例如，控制器200包括处理单元250(例如微处理器、微控制器或其它合适可编程装置)、存储器255、输入单元260和输出单元265。其中，处理单元250包括：控制单元270、算术逻辑单元("ALU")275和多个寄存器280(图2所示为一组寄存器)，并且使用诸如改进的哈佛体系结构(Harvard architecture)、冯·诺伊曼体系结构等的已知计算机体系结构来实施。处理单元250、存储器255、输入单元260、输出单元265以及被连接到控制器200的各个模块通过一条或多条控制和/或数据总线(例如公用总线285)连接。为示例目的，控制和/或数据总线在图2中概括性地示出。鉴于本文所描述的发明，一条或多条控制和/或数据总线用于各个模块和部件之间的互相联络和相互连接对于本领域技术人员而言是众所周知的。在一些实施例中，控制器200部分或完全地在半导体芯片上实现，该半导体芯片是现场可编程阵列半导体(“FPGA”)、专用集成电路(“ASIC”)等。
存储器255包括例如程序储存区和数据储存区。程序储存区和数据储存区可以包括不同类型的存储器的组合，诸如只读存储器("ROM")、随机存取存储器("RAM")(例如动态RAM["DRAM"]、同步DRAM["SDRAM"]等)、电可擦可编程只读存储器("EEPROM")、闪存、硬盘、SD卡或其它合适的磁性、光学、物理或电子存储器装置。处理单元250被连接到存储器255并执行被存储在存储器255的RAM(例如在执行期间)、存储器255的ROM(例如在基本永久基础上)或诸如其它存储器或磁盘的其它非暂时性计算机可读介质中的软件指令。包括在动力铲10的实施中的软件可以被储存在控制器200的存储器255中。所述软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、筛选程序、规则、一个或多个程序模块以及其它可执行指令。其中，控制器200被构造成从存储器取回并执行涉及本文描述的控制流程和方法的指令。在其它结构中，控制器200包括另外的、更少的或不同的部件。
功率供应模块235向控制器200或动力铲10的其它部件或模块提供额定AC或DC电压。功率供应模块235例如由具有100V和240V AC之间的额定线电压和大约50-60Hz的频率的电源供电。功率供应模块235还被构造成提供较低电压，以操作控制器200或动力铲10内部的电路和部件。在其它结构中，控制器200或动力铲10内的其它部件和模块由一个或多个电池或电池组，或其它不依赖电网的电源(例如发电机、太阳能板等)供电。
用户界面模块210用来控制或监视动力铲10。例如，用户界面模块210可操作地连接到控制器200，以控制铲斗50的位置、悬臂65的位置、铲斗臂45的位置等。用户界面模块210包括用于实现对动力铲10进行期望水平的控制和监视所需的数字和模拟输入或输出装置的组合。例如，用户界面模块210包括显示器(例如主显示器、第二显示器等)和输入装置，诸如触摸屏显示器、多个旋钮、表盘、开关、按钮等。显示器例如是液晶显示器("LCD")、发光二极管("LED")显示器、有机LED("OLED")显示器、电致发光显示器("ELD")、表面传导电子发射体显示器("SED")、场致发射显示器("FED")、薄膜晶体管("TFT")LCD等。用户界面模块210还能够被构造成实时或大致实时地显示与动力铲10相关联的状态或数据。例如，用户界面模块210被构造成显示所测量的动力铲10的电特征、动力铲10的状况、铲斗50的位置、铲斗臂45的位置等。在一些实施方式中，联合控制用户界面模块210和一个或多个指示器205(例如LEDs、扬声器等)，以提供动力铲10的状态或状况的视觉或听觉指示。
图3示意用于动力铲10的更详细控制系统400。例如，动力铲10包括主控制器405、网络交换机410、控制箱415、辅助控制箱420、操作员驾驶室425、第一提升驱动模块430、第二提升驱动模块435、挖掘驱动模块440、摆动驱动模块445、提升现场模块450、挖掘现场模块455和摆动现场模块460。控制系统400的各个部件例如使用用于工业自动化的一个或多个网络协议的光纤通信系统连接并通过该光纤通信系统通信，所述光纤通信系统利用诸如过程现场总线("PROFIBUS")、以太网、控制网、基金会现场总线、INTERBUS、控制器局域网("CAN")总线等的一个或多个网络协议。控制系统400能够包括以上参照图2所述的部件和模块。例如，一个或多个提升传动装置和/或驱动装置215对应于第一和第二提升驱动模块430和435，一个或多个挖掘传动装置和/或驱动装置220对应于挖掘驱动模块440，并且一个或多个摆动传动装置和/或驱动装置225对应于摆动驱动模块445。用户界面210和指示器205能够被包括在操作员驾驶室425等中。应变计、倾斜计、吊架销和旋转变压器等能够将电信号提供到主控制器405、控制箱415、辅助控制箱420等。
第一提升驱动模块430、第二提升驱动模块435、挖掘驱动模块440和摆动驱动模块445能够被构造成从例如主控制器接收控制信号，以控制动力铲10的提升、挖掘和摆动操作。所述控制信号与用于动力铲10的提升、挖掘和摆动传动装置215、220和225的驱动信号相关联。当驱动信号被施加到传动装置215、220和225时，传动装置的输出(例如，电气和机械输出)被监视并被反馈回到主控制器405(例如，经由现场模块450-460)。传动装置的输出包括例如速度、扭矩、功率、电流等。基于与动力铲10相关联的这些和其它信号，主控制器405被构造成确定或计算动力铲10或其部件的一个或多个操作状态或位置。在一些实施例中，主控制器405确定铲斗位置、铲斗臂的角度或位置、提升绳包角、提升电机每分钟旋转("RPM")，挖掘电机RPM、铲斗速度、铲斗加速度等。
上述动力铲10的控制器200和/或控制系统400被用于基于工业机械的实际参数(例如挖掘参数)和操作者目标参数(例如操作者所要求的挖掘参数)之间的比较来控制所述工业机械10的操作。例如，控制器200被配置成根据实际参数和目标参数之间的比较来确定是否检测到挖掘失控状况。当挖掘失控状况被确定或辨别时，所述控制器200或控制系统400被配置成基于实际和目标参数的比较来控制工业机械的性能(例如扭矩，电机速度，电机电流等)。
关于流程500，600和700的此类控制的三个例子如下文所述。所述流程500，600和700与挖掘操作和在挖掘操作期间施加的力(如挖掘力等)相关联，并且在本文中根据关于挖掘操作和在挖掘操作期间施加的力(如挖掘力等)来描述流程500，600和700。关于流程500，600和700在此描述的各个步骤能够同时地、并行地或以不同于所示连续执行方式的次序执行。还均能使用比所示意的实施例中示出的更少的步骤来执行流程500，600和700。例如，一个或多个函数、公式或算法能够被用于计算解决挖掘失控状况所需要的缩回扭矩或其他挖掘参数。
如图4所示，流程500从步骤505开始，控制器200经由用户界面210接收针对工业机械10的操作人员输入。该操作人员输入包括所要求的挖掘、提升和/或摆动参数(比如速率、速度、方向、扭矩、电流等)。比如，目标挖掘参数可包括铲斗50朝挖掘方向的目标位置、挖掘电机220的目标速度、挖掘电机220的缩回扭矩以及挖掘系统的其他可能目标参数。目标摆动参数可包括铲斗杆45的目标摆动速度或铲斗杆45的目标摆动方向/位置。基于所述操作人员输入(即目标参数)，控制器200产生用于提升传动装置215、挖掘传动装置220和摆动传动装置225的如上所述的驱动信号。然后，在步骤510中，传动装置215、220、225和工业机械的其他传感器(比如分解器、倾角器等)的相应输出被监测并反馈至控制器200。
可被监测的摆动参数包括绝对摆动速度，比如铲斗50和铲斗杆45的摆动速度。作为附加的或替换的方式，摆动速度可基于所监测的电机参数或使用其他传感器来测定。所述绝对摆动速度(比如摆动速度的绝对值)可依据摆动电机225的旋转方向来描述正值或负值(即大于零或小于零)的运动。如果在步骤515中，所述绝对摆动速度被测定为零，流程500回到步骤505并接收用于步骤510-515的一组新的操作人员输入。然而，如果所述绝对摆动速度被认定为正值(即，摆动)，控制器200判定该操作人员所要求的参数(比如操作人员的挖掘输入参数)是否对应小于大致为零或大于大致为零的值(在步骤520中)。比如，在图4的实施例中，所述目标挖掘参数指的是所要求的铲斗位置、铲斗运动的速度或方向。对应于负值(即小于零的值)的操作人员目标参数对应于铲斗50朝工业机械10的运动方向。对应于正值(即大于零的值)的操作人员目标参数对应于铲斗50远离工业机械10的运动方向。
如果在步骤250中，目标铲斗运动方向被认定为是对应于正值(从而操作人员伸长铲斗50远离机械10)，流程500返回步骤505。然而，如果目标铲斗运动方向对应于负值(从而操作人员想要朝着机械10缩回铲斗50)，控制器200判断铲斗的相应的实际运动方向是正值还是负值(在步骤525中)。如果铲斗的实际运动方向为负值，根据所要求的运动，处理器500回到步骤505，因为实际挖掘系统操作被认定为符合操作人员要求的操作。然而，如果铲斗的实际运动方向是正值，从而铲斗50的运行与操作人员所要求的输入相反，控制器200认定挖掘失控状态出现，并设定挖掘参数(比如挖掘扭矩、挖掘缩回扭矩、挖掘力等)以解决所述挖掘失控状况(在步骤530中)。
所述挖掘参数的值可被设定成预定值或者被认定为是实际的和所要求的操作之间的差异大小相对正常操作值的比例的值。例如，扭矩(比如缩回扭矩)可增加至正常操作扭矩的一定百分比或比例(比如大于正常操作扭矩的100％、大于正常操作扭矩的100-150％、大于正常操作扭矩的300％等)。所述百分比或比例可以是预定固定值，该固定值不论实际和目标挖掘参数的差异大小，可适用于所有的挖掘失控状况，或者该百分比或比例可按照与实际和目标参数之间的差异大小的比例来判断(比如计算)。
在步骤535中，控制器200通过根据铲斗50的目标运动方向判断铲斗50的实际运动方向是否为负值来判断挖掘失控状况是否被清除。如果铲斗50的实际运动方向被认定为是负值并且挖掘失控状况已被清除，控制器200将挖掘参数重新设定至挖掘参数的先前的或正常的数值(在步骤540中)。然而，如果控制器200判断铲斗50的实际运动方向仍然是正值并且挖掘失控状况没有因为调整挖掘参数而得到解决，控制器200对一个或多个挖掘传动装置215、摆动传动装置220、提升传动装置225实施制动(在步骤545中)。
在一些实施例中，可基于实际参数和目标参数之间的差异是否超过阀值(不同于比如在流程500中的实际参数的方向性或正值/负值是否匹配目标参数的方向性或正值/负，)来监测实际的和目标的挖掘系统操作。如图5所示，流程600始于步骤605，控制器200通过用户界面210接收针对工业机械10的操作人员输入。如前文关于流程500的解释，该操作人员输入可包括目标挖掘、提升和/或摆动参数(比如速率、速度、方向、扭矩、电流等)。基于所述操作人员输入(即目标参数)，控制器200产生用于提升传动装置215、挖掘传动装置220和摆动传动装置225的如上所述的驱动信号。在步骤610中，传动装置215、220、225和工业机械的其他传感器(比如分解器、倾角器等)的相应输出(如电压、电流、功率、扭矩、速度等)接着被监测并被反馈至控制器200。
如果在步骤615中，所述绝对摆动速度被测定为零，流程600返回到步骤605并接收用于步骤610-615的一组新的操作人员输入。然而，如果所述绝对摆动速度被认定为正值(即，摆动)，控制器200确定该操作人员的目标参数(即操作人员挖掘输入参数)(在步骤620中)。与流程500类似，在流程600的实施例中的所述目标挖掘参数指的是目标铲斗位置、铲斗运动的速度或方向。
在步骤625中，控制器200判断目标挖掘参数与相应的实际挖掘参数之间的差异是否达到或超过预定的阀值(在步骤625中)。该阀值可被定义为操作人员所要求的挖掘参数(即目标挖掘参数)和实际挖掘参数之间的绝对误差范围的上限。此外，所述阀值可以是固定的预定值，或者是基于包括当前的摆动和/或提升速度、铲斗净载荷大小等要素所确定(例如计算)的值。例如，该阀值可针对高摆动速度和/或更重的净载荷而减小，从而对于更危险的挖掘情况能以更高的敏感度来进行监测和控制。如果所述差异达到或超过所述阀值，控制器200认定存在挖掘失控状况并设定挖掘参数(比如扭矩)来解决挖掘失控状况(在步骤630中)。
如前文关于流程500所描述的，所述挖掘参数的值可被设定成预定值或者被认定为是实际的和要求的操作之间的差异大小相对正常操作值的比例的值。例如，扭矩(比如缩回扭矩)可增加至正常操作扭矩的一定百分比或比例(比如大于正常操作扭矩的100％、大于正常操作扭矩的100-150％、大于正常操作扭矩的300％等)。所述百分比或比例可以是预定固定值，该固定值不论实际挖掘参数和目标挖掘参数差异大小，可适用于所有的挖掘失控状况，或者该百分比或比例可按照与实际参数和目标参数之间的差异大小的比例来判断(比如计算)。
在步骤635中，控制器200通过根据判断所述差异已被调整至所述阀值以下的值来判断挖掘失控状况是否被清除。如果所述差异在所述阀值以下并且挖掘失控状况已被清除，控制器200将挖掘参数重新设定至挖掘参数的先前的或正常的数值(在步骤640中)。然而，如果控制器200判断所述差异仍然等于或超过所述阀值并且挖掘失控状况没有得到解决，控制器200对一个或多个挖掘传动装置215、摆动传动装置220、提升传动装置225实施制动(在步骤645中)。
类似于流程600，在图6的流程700中，根据实际参数和目标参数之间的差异是否超过阀值来监测实际的和目标的挖掘系统运行。流程700始于步骤705，控制器200通过用户界面210接收针对工业机械10的操作人员输入。如前文关于流程500和600的解释，该操作人员输入可包括目标挖掘、提升和/或摆动参数(比如速率、速度、方向、扭矩、电流等)。基于所述操作人员输入(即目标参数)，控制器200产生用于提升传动装置215、挖掘传动装置220和摆动传动装置225的如上所述的驱动信号。在步骤710中，传动装置215、220、225和工业机械的其他传感器(比如分解器、倾角器等)的相应输出然后被监测并被反馈至控制器200。
在步骤715中，控制器200判断目标挖掘参数与相应的实际挖掘参数之间的差异是否达到或超过预定的阀值。该阀值可被定义为操作人员所要求的挖掘参数和实际挖掘参数之间的绝对误差范围的上限。此外，所述阀值可以是固定的预定值，或者是基于包括当前的摆动和/或提升速度、铲斗净载荷大小等某些要素所确定(例如计算)的值。例如，该阀值可针对高摆动速度和/或更重的净载荷而减小，从而对于更危险的挖掘情况能以更高的敏感度来进行监测和控制。如果所述差异达到或超过所述阀值，控制器200确定存在挖掘失控状况并设定挖掘参数(比如扭矩)来解决挖掘失控状况(在步骤720中)。
如前文关于流程500和600所描述的，所述挖掘参数的值可被设定成预定值或者被认定为实际和目标操作之间的差异大小相对正常操作值的比例的值。例如，扭矩(比如缩回扭矩)可增加至正常操作扭矩的一定百分比或比例(比如大于正常操作扭矩的100％、大于正常操作扭矩的100-150％、大于正常操作扭矩的300％等)。所述百分比或比例可以是预定固定值，该固定值不论实际的和目标挖掘参数的差异大小，可适用于所有的挖掘失控状况，或者该百分比或比例可按照与实际的和要求的参数之间的差异大小的比例来判断(比如计算)。
在步骤725中，控制器200通过根据判断所认定的差异是否已被调整至所述阀值以下的值来判断挖掘失控状况是否被清除。如果所述差异在所述阀值以下并且挖掘失控状况已被清除，控制器200将挖掘参数重新设定至挖掘参数的先前的或正常数值(在步骤730中)。然而，如果控制器200判断所述差异仍然等于或超过所述阀值并且挖掘失控状况没有得到解决，控制器200针对一个或多个挖掘传动装置215、摆动传动装置220、提升传动装置225实施制动(在步骤735中)。
作为附加的或替代的方式，可通过调节工业机械的不同于挖掘参数(比如摆动参数或提升参数)的一个或多个参数来控制挖掘失控状况。例如，如果在挖掘方向上存在铲斗失控，从而操作人员无法控制铲斗50获得所要求的铲斗位置，控制器200可减小工业机械10的摆动速度。减小工业机器10的摆动速度会减小铲斗50的离心力，允许铲斗50更容易根据操作人员的要求进行控制。关于挖掘参数的与上文所述类似的比较可被应用于例如提升或摆动参数以判断和控制挖掘失控状况。
因此，另外，本发明还提供了用于根据实际挖掘参数和目标挖掘参数的比较来控制工业机械车挖掘失控状况的系统、方法、设备和计算机可读介质。

Claims (30)

1.一种工业机械，包括：
铲斗；
传感器，其用于产生关于实际挖掘系统状态的第一信号；
用户界面，其用于根据操作人员输入产生关于目标挖掘系统状态的第二信号；
具有至少一个运行参数的挖掘电机；以及
控制器，其被配置成
接收关于所述实际挖掘系统状态的所述第一信号；
接收关于所述目标挖掘系统状态的所述第二信号；
确定所述目标挖掘系统状态和所述实际挖掘系统状态之间的差异；
将所述目标挖掘系统状态和所述实际挖掘系统状态之间的差异与阀值进行比较；和
当所述差异大于或等于所述阀值，将所述挖掘电机的至少一个运行参数设置为大于所述运行参数的正常运行值的数值。
2.根据权利要求1所述的工业机械，其特征在于，所述目标挖掘系统状态包括目标挖掘电机方向、目标挖掘电机电流和目标挖掘电机速度中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的工业机械，其特征在于，所述实际挖掘系统状态包括实际挖掘电机方向、实际挖掘电机电流和实际挖掘电机速度中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的工业机械，其特征在于，所述至少一个运行参数是挖掘缩回扭矩。
5.根据权利要求4所述的工业机械，其特征在于，当所述差异大于或等于所述阀值时，根据所述实际挖掘系统状态和所述目标挖掘系统状态的比率来计算所述挖掘缩回扭矩的数值。
6.根据权利要求4所述的工业机械，其特征在于，当所述差异大于或等于所述阀值时，根据所述差异的函数来计算所述挖掘缩回扭矩的数值。
7.根据权利要求6所述的工业机械，其特征在于，所述控制器被配置成对所述挖掘电机实施制动。
8.一种用于控制工业机械的电机的方法，所述方法包括：
在处理器处接收关于实际挖掘系统状态的第一信号；
在所述处理器处接收关于目标挖掘系统状态的第二信号；
通过所述处理器确定所述目标挖掘系统状态和所述实际挖掘系统状态之间的差异；
通过所述处理器将所述目标挖掘系统状态和所述实际挖掘系统状态之间的差异与阀值进行比较；以及
当所述差异大于或等于所述阀值时，通过所述处理器将所述电机的至少一个运行参数设置成大于所述运行参数的正常运行值的数值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据操作人员输入从用户界面接收所述第二信号。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述目标挖掘系统状态包括目标挖掘电机方向、目标挖掘电机电流和目标挖掘电机速度中的至少一个。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述实际挖掘系统状态包括实际挖掘电机方向、实际挖掘电机电流和实际挖掘电机速度中的至少一个。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电机是挖掘电机，所述至少一个运行参数是挖掘缩回扭矩。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括，当所述差异大于或等于所述阀值时，根据所述实际挖掘系统状态和所述目标挖掘系统状态的比率来计算所述挖掘缩回扭矩的数值。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括，当所述差异大于或等于所述阀值时，根据所述差异的函数来计算所述挖掘缩回扭矩的数值。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括，通过所述处理器对所述挖掘电机实施制动。
16.一种工业机械，包括：
铲斗；
传感器，其用于产生关于实际挖掘系统状态的第一信号；
用户界面，其用于根据操作人员输入产生关于目标挖掘系统状态的第二信号；
具有至少一个运行参数的挖掘电机；和
控制器，其被配置成
接收关于所述实际挖掘系统状态的所述第一信号；
接收关于所述目标挖掘系统状态的所述第二信号；
根据所述第二信号确定目标铲斗运动方向；
根据所述第一信号确定实际铲斗运动方向；
确定所述目标铲斗运动方向与所述实际铲斗运动方向是否相同；
当所述目标铲斗运动方向不同于所述实际铲斗运动方向时，将所述挖掘电机的至少一个运行参数设置成大于所述运行参数的正常运行值的数值。
17.根据权利要求16所述的工业机械，其特征在于，所述目标挖掘系统状态包括目标挖掘电机方向、目标挖掘电机电流和目标挖掘电机速度中的至少一个。
18.根据权利要求16所述的工业机械，其特征在于，所述实际挖掘系统状态包括实际挖掘电机方向、实际挖掘电机电流和实际挖掘电机速度中的至少一个。
19.根据权利要求16所述的工业机械，其特征在于，所述至少一个运行参数是挖掘缩回扭矩。
20.根据权利要求19所述的工业机械，其特征在于，所述挖掘缩回扭矩的数值大于正常运行扭矩的100％。
21.根据权利要求20所述的工业机械，其特征在于，所述控制器被配置成对所述挖掘电机实施制动。
22.根据权利要求19所述的工业机械，其特征在于，所述挖掘缩回扭矩的数值是预定的固定值。
23.一种用于控制工业机械的电机的方法，所述方法包括：
在处理器处接收关于实际挖掘系统状态的第一信号；
在所述处理器处接收关于目标挖掘系统状态的第二信号；
通过所述处理器根据所述第二信号确定目标铲斗运动方向；
通过所述处理器根据所述第一信号确定实际铲斗运动方向；
通过所述处理器确定所述目标铲斗运动方向与所述实际铲斗运动方向是否相同；以及
当所述目标铲斗运动方向不同于所述实际铲斗运动方向时，将所述挖掘电机的至少一个运行参数设置成大于所述运行参数的正常运行值的数值。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，根据操作人员输入从用户界面接收所述第二信号。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述目标挖掘系统状态包括目标挖掘电机方向、目标挖掘电机电流和目标挖掘电机速度中的至少一个。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述实际挖掘系统状态包括实际挖掘电机方向、实际挖掘电机电流和实际挖掘电机速度中的至少一个。
27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述电机是挖掘电机，所述至少一个运行参数是挖掘缩回扭矩。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述挖掘缩回扭矩的数值大于正常运行扭矩的100％。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括通过所述处理器对所述挖掘电机实施制动。
30.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述挖掘缩回扭矩的数值是预定的固定值。
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