CN105573216A - 一种综采工作面设备协同自动控制系统及方法 - Google Patents

一种综采工作面设备协同自动控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种综采工作面设备协同自动控制系统及方法，通过采煤机机载模块、刮板输送机机载模块和破碎机机载模块相互之间通过无线收发模块的电信号连接，采集各个设备的各项实时参数并相互传递，再通过各个设备的控制器来循环自动调节各自的各项参数，使该自动控制系统达到最佳运行状态；当刮板输送机载煤量过大或过低时，本发明能够自动调节采煤机、刮板输送机和破碎机的各项参数，从而防止综采工作面的堵塞和提高综采工作面的采煤效率。本发明一方面减轻了工人的体力劳动和保证了人身安全，并符合少人化、无人化的综采要求，另一方面消除了延迟和误判现象，不会使设备一直处于最大输出功率状态，从而达到高产量、高效率、低消耗的目的。

Description

一种综采工作面设备协同自动控制系统及方法
技术领域
本发明涉及采煤技术领域，具体涉及一种综采工作面设备协同自动控制系统及方法。
背景技术
采煤机是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一，机械化采煤可以减轻体力劳动和提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。刮板输送机用刮板链牵引，在当前采煤工作面内，刮板输送机的作用不仅是运送煤和物料，而且还是采煤机的运行轨道，因此它成为现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备。刮板输送机能保持连续运转，生产就能正常进行；否则，整个采煤工作面就会呈现停产状态，使整个生产链中断。在综采工作面，破碎机与刮板输送机相连从而对刮板输送机运送过来的尺寸较大煤块进行破碎，防止因煤块太大卡在刮板输送机上，并且造成皮带机的损坏。
目前，上述三个主要采煤设备的控制方法是工人在现场亲自观察。当刮板输送机装载量过大时，工人调节刮板输送机使其功率增加来加快运输速度，若此时刮板输送机的功率已经达到最大值，则调节采煤机使其功率减小，同时调节破碎机使其功率增加；当刮板输送机装载量过低时，需要手动调节采煤机、刮板输送机和破碎机的功率来增加采煤效率。此种方式主要存在以下弊端：
(1)主要靠工人操作，一方面不利于工人的人身安全，不符合少人化、无人化的综采要求，另一方面存在很大的外界环境因素影响，可能会产生误判；
(2)工人操作存在延迟现象，不能及时操作设备，影响煤矿的生产效率；
(3)当工人操作疏忽时，则有可能使设备一直处于最大输出功率状态，浪费能源，造成煤矿经济效益损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综采工作面设备协同自动控制系统及方法，一方面能减轻工人的体力劳动和保证人身安全，并符合少人化、无人化的综采要求，另一方面可消除延迟和误判现象，不会使设备一直处于最大输出功率状态，从而达到高产量、高效率、低消耗的目的。
为实现上述目的，本综采工作面设备协同自动控制系统，包括采煤机机载模块、刮板输送机机载模块和破碎机机载模块，
所述采煤机机载模块包括采煤机左摇臂电流传感器、采煤机右摇臂电流传感器、采煤机左牵引部轴编码器、采煤机右牵引部轴编码器、A/D转换模块、MCU处理模块、采煤机机载控制器和无线收发模块，所述采煤机左摇臂电流传感器、采煤机右摇臂电流传感器、采煤机左牵引部轴编码器和采煤机右牵引部轴编码器分别与A/D转换模块电信号连接；所述A/D转换模块、采煤机机载控制器和无线收发模块分别与MCU处理模块电信号连接；
所述刮板输送机机载模块包括防爆摄像机、图像处理模块、目标检测模块、刮板输送机电流传感器、A/D转换模块、MCU处理模块、刮板输送机机载控制器和无线收发模块，所述目标检测模块、A/D转换模块、刮板输送机机载控制器和无线收发模块分别与MCU处理模块电信号连接；所述防爆摄像机通过图像处理模块与目标检测模块电信号连接；所述刮板输送机机载控制器与A/D转换模块电信号连接；
所述破碎机机载模块包括破碎机电流传感器、A/D转换模块、MCU处理模块、破碎机机载控制器和无线收发模块，所述破碎机电流传感器通过A/D转换模块与MCU处理模块电信号连接；所述破碎机机载控制器和无线收发模块分别与MCU处理模块电信号连接；
所述采煤机机载模块中的无线收发模块和破碎机机载模块中的无线收发模块分别与刮板输送机机载模块中的无线收发模块电信号连接。
一种综采工作面设备协同自动控制方法，包括以下步骤：
(1)在采煤机、刮板输送机和破碎机开始工作时，刮板输送机机载模块中的MCU处理模块会记录当前采煤机、刮板输送机和破碎机的各项参数作为初始参数；
(2)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块判断刮板输送机是否处于过载状态，若是则执行第(3)步；若不是则跳转执行第(5)步；
(3)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块判断刮板输送机当前是否处于最大允许电流的状态，即判断其是否处于最大允许输出功率状态，若是则同时执行第(4)步和第(9)步；若不是则跳转执行第(10)步；
(4)刮板输送机机载模块向破碎机机载模块发送命令，破碎机机载模块中的MCU处理模块判断破碎机当前是否处于最大允许电流的状态，即判断其是否处于最大允许输出功率状态，若是则执行第(5)步；若不是则跳转执行第(6)步；
(5)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块判断刮板输送机装载量是否过低，若是则同时跳转执行第(7)步和第(8)步；若不是则返回执行第(2)步；
(6)增大破碎机的输出功率后，再返回执行第(5)步；
(7)刮板输送机机载模块向破碎机机载模块发送命令，破碎机机载模块根据记录的初始参数将破碎机的输出功率调至初始状态，并根据调整稳定后的参数重新转载至初始参数，最后返回执行第(1)步；
(8)刮板输送机机载模块向采煤机机载模块发送命令，采煤机机载模块根据记录的初始参数将采煤机牵引速度和摇臂滚筒速度调至初始状态，并根据调整稳定后的参数重新转载至初始参数，最后返回执行第(1)步；
(9)刮板输送机机载模块向采煤机机载模块发送命令，采煤机机载模块接收命令后对采煤机当前运行速度进行判断，并降低采煤机运行速度，然后判断采煤机的左摇臂电流是否大于右摇臂电流，若是则降低左摇臂的截割速度后返回执行第(5)步；若不是则降低右摇臂的截割速度后返回执行第(5)步；
(10)增大刮板机的输送功率后，然后刮板输送机机载模块中的MCU处理模块判断刮板输送机是否处于过载状态，若是则返回执行第(9)步，若不是则返回执行第(5)步。
与现有技术相比，本综采工作面设备协同自动控制系统及方法通过采煤机机载模块、刮板输送机机载模块和破碎机机载模块相互之间通过无线收发模块的电信号连接，采集各个设备的各项实时参数并相互传递，再通过各个设备的控制器来循环自动调节各自的各项参数，从而使该设备协同自动控制系统达到最佳运行状态；当刮板输送机载煤量过大或过低时，本发明能够自动调节采煤机、刮板输送机和破碎机的各项参数，从而防止综采工作面的堵塞和提高综采工作面的采煤效率。本发明一方面减轻了工人的体力劳动和保证了人身安全，并符合少人化、无人化的综采要求，另一方面消除了延迟和误判现象，不会使设备一直处于最大输出功率状态，从而达到高产量、高效率、低消耗的目的。
附图说明
图1是本发明的系统原理图；
图2是本发明的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种综采工作面设备协同自动控制系统，包括采煤机机载模块、刮板输送机机载模块和破碎机机载模块，
所述采煤机机载模块包括采煤机左摇臂电流传感器、采煤机右摇臂电流传感器、采煤机左牵引部轴编码器、采煤机右牵引部轴编码器、A/D转换模块、MCU处理模块、采煤机机载控制器和无线收发模块，主要用于采煤机各个部分的数据采集及处理、控制采煤机工作以及与刮板输送机之间的通信连接；所述采煤机左摇臂电流传感器、采煤机右摇臂电流传感器、采煤机左牵引部轴编码器和采煤机右牵引部轴编码器分别与A/D转换模块电信号连接；所述A/D转换模块、采煤机机载控制器和无线收发模块分别与MCU处理模块电信号连接；由于采煤机工作时底板不平，会出现一个采煤机驱动轮驱动，另外一个驱动轮悬空的现象发生，所以需要对两个采煤机牵引部的运行速度都进行采集，并通过MCU处理模块计算当前的具体运行速度；当采煤机朝右行走时，则采煤机右截割滚筒进行主要的截割煤炭，其工作负载较大，同时采煤机左截割滚筒则对底板进行修整，其工作负载较小，因此需要对采煤机左右截割滚筒的电流进行实时监测，并由MCU处理模块进行处理，方便后续对采煤机进行控制；所述A/D转换模块将采煤机左摇臂电流传感器、采煤机右摇臂电流传感器、采煤机左牵引部轴编码器和采煤机右牵引部轴编码器采集到的模拟信号分别转换成数字信号，并将数字信号传输至MCU处理模块，MCU处理模块将收到的数字信号进行处理；无线接收模块主要用于与刮板输送机之间的通信连接，并将信号传输至MCU处理模块中，MCU处理模块对接收到的信号进行判断后向采煤机机载控制器发送指令来调节采煤机的各项参数，从而控制采煤机的动作；
所述刮板输送机机载模块包括防爆摄像机、图像处理模块、目标检测模块、刮板输送机电流传感器、A/D转换模块、MCU处理模块、刮板输送机机载控制器和无线收发模块，主要用于刮板输送机的电流数据采集处理、载煤量的过载检测、控制刮板输送机工作以及分别与采煤机和破碎机之间的通信连接；所述目标检测模块、A/D转换模块、刮板输送机机载控制器和无线收发模块分别与MCU处理模块电信号连接；所述防爆摄像机通过图像处理模块与目标检测模块电信号连接；所述刮板输送机机载控制器与A/D转换模块电信号连接；所述防爆摄像机放置于刮板输送机的侧上方，用于实时监测刮板输送机的运输量；图像处理模块对防爆摄像机传出过来的图片信息进行处理，并将处理后的信息传输至目标检测模块；目标检测模块对处理后的图片信息进行目标检测，提取所需的特征值并将其传输至MCU处理模块；MCU处理模块对接收到的特征值进行计算，判断刮板输送机当前的载煤量是否过载；刮板输送机电流传感器对刮板输送机驱动电机的电流进行数据采集，并将采集的数据传输至A/D转换模块，A/D转换模块将接收到的模拟信号转换成数字信号并将其传输至MCU处理模块，MCU处理模块对接收到的数字信号进行处理，判断刮板输送机当前是否处于最大功率状态；无线收发模块用于分别与采煤机和破碎机之间的通信连接，MCU对接收到的信号进行判断后对刮板机机载控制器发送命令来调节刮板输送机的各项参数，从而控制刮板输送机的工作；
所述破碎机机载模块包括破碎机电流传感器、A/D转换模块、MCU处理模块、破碎机机载控制器和无线收发模块，主要用于破碎机的电流数据采集、破碎煤块的尺寸检测、控制破碎机工作以及与刮板输送机之间的通信连接；所述破碎机电流传感器通过A/D转换模块与MCU处理模块电信号连接；所述破碎机机载控制器和无线收发模块分别与MCU处理模块电信号连接；所述破碎机电流传感器对破碎机驱动电机的电流进行数据采集，并将其传输至A/D转换模块，A/D转换模块将接收到的模拟信号转换成数字信号并将其传输至MCU处理模块；MCU处理模块对接收到的数字信号进行处理，判断破碎机当前是否处于最大功率状态；无线收发模块用于与刮板输送机之间的通信连接，MCU处理模块对接收到的信号进行判断后对破碎机机载控制器发送命令来调节破碎机的各项参数，从而控制破碎机的工作；
所述采煤机机载模块中的无线收发模块和破碎机机载模块中的无线收发模块分别与刮板输送机机载模块中的无线收发模块电信号连接。
如图2所示，一种综采工作面设备协同自动控制方法，包括以下步骤：
(1)在采煤机、刮板输送机和破碎机开始工作时，刮板输送机机载模块中的MCU处理模块会记录当前采煤机、刮板输送机和破碎机的各项参数作为初始参数；
(2)刮板输送机机载模块通过防爆摄像机采集刮板机的实时图像信息，图像信息再依次经过图像处理模块、目标检测模块和MCU处理模块来判断刮板输送机是否处于过载状态，若是则执行第(3)步；若不是则跳转执行第(5)步，在循环解决载煤量是否过载的问题时，也同时检测刮板输送机的载煤量是否过低，从而防止过度调整采煤机导致煤矿生产效益降低；
(3)刮板输送机电流传感器对刮板输送机驱动电机电流进行数据采集，并将采集到的数据传输至A/D转换模块，A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号后，再通过MCU处理模块对接收到的数字信号进行处理，判断刮板输送机当前是否处于最大允许电流的状态，即判断其是否处于最大允许输出功率状态，若是则同时执行第(4)步和第(9)步；若不是则跳转执行第(10)步；
(4)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块通过无线收发模块向破碎机机载模块发送命令，破碎机机载模块中的MCU处理模块判断破碎机当前是否处于最大允许电流的状态，即判断其是否处于最大允许输出功率状态，若是则执行第(5)步；若不是则跳转执行第(6)步；
(5)刮板输送机机载模块通过防爆摄像机采集刮板机的实时图像信息，图像信息再依次经过图像处理模块、目标检测模块和MCU处理模块来判断刮板输送机装载量是否过低，若是则同时跳转执行第(7)步和第(8)步；若不是则返回执行第(2)步；
(6)增大破碎机的输出功率后，再返回执行第(5)步，即判断经过调节破碎机功率后是否解决了刮板输送机过载的问题，并进行相应的循环；
(7)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块通过无线收发模块向破碎机机载模块发送命令，破碎机机载模块根据记录的初始参数将破碎机的输出功率调至初始状态，并根据调整稳定后的参数重新转载至初始参数，最后返回执行第(1)步；
(8)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块通过无线收发模块向采煤机机载模块发送命令，采煤机机载模块根据记录的初始参数将采煤机牵引速度和摇臂滚筒速度调至初始状态，并根据调整稳定后的参数重新转载至初始参数，最后返回执行第(1)步；
(9)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块通过无线收发模块向采煤机机载模块发送命令，采煤机机载模块接收命令后对采煤机当前运行速度进行判断，并降低采煤机运行速度，然后判断采煤机的左摇臂电流是否大于右摇臂电流，若是则降低左摇臂的截割速度后返回执行第(5)步；若不是则降低右摇臂的截割速度后返回执行第(5)步，即判断目前是哪个摇臂在进行煤炭截割，并降低相应摇臂的截割速度；
(10)增大刮板机的输送功率后，然后刮板输送机机载模块中的MCU处理模块判断刮板输送机是否处于过载状态，若是则返回执行第(9)步，若不是则返回执行第(5)步，即判断经过调节刮板机功率后是否解决了刮板输送机过载的问题，在循环解决载煤量是否过载的问题时，也同时检测刮板输送机的载煤量是否过低，从而防止过度调整采煤机导致煤矿生产效益降低。

Claims (2)

1.一种综采工作面设备协同自动控制系统，包括采煤机机载模块、刮板输送机机载模块和破碎机机载模块，其特征在于，
所述采煤机机载模块包括采煤机左摇臂电流传感器、采煤机右摇臂电流传感器、采煤机左牵引部轴编码器、采煤机右牵引部轴编码器、A/D转换模块、MCU处理模块、采煤机机载控制器和无线收发模块，所述采煤机左摇臂电流传感器、采煤机右摇臂电流传感器、采煤机左牵引部轴编码器和采煤机右牵引部轴编码器分别与A/D转换模块电信号连接；所述A/D转换模块、采煤机机载控制器和无线收发模块分别与MCU处理模块电信号连接；
所述刮板输送机机载模块包括防爆摄像机、图像处理模块、目标检测模块、刮板输送机电流传感器、A/D转换模块、MCU处理模块、刮板输送机机载控制器和无线收发模块，所述目标检测模块、A/D转换模块、刮板输送机机载控制器和无线收发模块分别与MCU处理模块电信号连接；所述防爆摄像机通过图像处理模块与目标检测模块电信号连接；所述刮板输送机机载控制器与A/D转换模块电信号连接；
所述破碎机机载模块包括破碎机电流传感器、A/D转换模块、MCU处理模块、破碎机机载控制器和无线收发模块，所述破碎机电流传感器通过A/D转换模块与MCU处理模块电信号连接；所述破碎机机载控制器和无线收发模块分别与MCU处理模块电信号连接；
所述采煤机机载模块中的无线收发模块和破碎机机载模块中的无线收发模块分别与刮板输送机机载模块中的无线收发模块电信号连接。
2.一种综采工作面设备协同自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在采煤机、刮板输送机和破碎机开始工作时，刮板输送机机载模块中的MCU处理模块记录当前采煤机、刮板输送机和破碎机的各项参数作为初始参数；
(2)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块判断刮板输送机是否处于过载状态，若是则执行第(3)步；若不是则跳转执行第(5)步；
(3)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块判断刮板输送机当前是否处于最大允许电流的状态，即判断其是否处于最大允许输出功率状态，若是则同时执行第(4)步和第(9)步；若不是则跳转执行第(10)步；
(4)刮板输送机机载模块向破碎机机载模块发送命令，破碎机机载模块中的MCU处理模块判断破碎机当前是否处于最大允许电流的状态，即判断其是否处于最大允许输出功率状态，若是则执行第(5)步；若不是则跳转执行第(6)步；
(5)刮板输送机机载模块中的MCU处理模块判断刮板输送机装载量是否过低，若是则同时跳转执行第(7)步和第(8)步；若不是则返回执行第(2)步；
(6)增大破碎机的输出功率后，再返回执行第(5)步；
(7)刮板输送机机载模块向破碎机机载模块发送命令，破碎机机载模块根据记录的初始参数将破碎机的输出功率调至初始状态，并根据调整稳定后的参数重新转载至初始参数，最后返回执行第(1)步；
(8)刮板输送机机载模块向采煤机机载模块发送命令，采煤机机载模块根据记录的初始参数将采煤机牵引速度和摇臂滚筒速度调至初始状态，并根据调整稳定后的参数重新转载至初始参数，最后返回执行第(1)步；
(9)刮板输送机机载模块向采煤机机载模块发送命令，采煤机机载模块接收命令后对采煤机当前运行速度进行判断，并降低采煤机运行速度，然后判断采煤机的左摇臂电流是否大于右摇臂电流，若是则降低左摇臂的截割速度后返回执行第(5)步；若不是则降低右摇臂的截割速度后返回执行第(5)步；
(10)增大刮板机的输送功率后，然后刮板输送机机载模块中的MCU处理模块判断刮板输送机是否处于过载状态，若是则返回执行第(9)步，若不是则返回执行第(5)步。
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