CN105807707B - 一种采煤机的远程控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采煤机的远程控制系统，其包括采煤机，采煤机的工作状态传输至机载控制系统和机载图像采集系统；机载控制系统将接收到的工作状态信息经ZigBee无线通信传输模块传输至信号转换器；机载图像采集系统将工作状态图像信息经WiFi无线通信传输模块传输至信号转换器；信号转换器将接收到信号转换成电信号后经有线传输媒介分别传输至地面控制中心和采煤机模拟器；地面控制中心经Internet网络模块与云服务器进行信息交互；云服务器经Internet网络模块与远程控制终端进行信息交互；地面控制中心将远程终端传输至的控制信号经有线传输媒介传输至信号转换器，将控制信号转换成无线信号后经ZigBee无线通信传输模块和机载控制系统传输至采煤机，控制采煤机工作。

Description

一种采煤机的远程控制系统
技术领域
本发明涉及一种采煤机控制系统，特别是关于一种基于物联网的采煤机远程控制系统。
背景技术
目前，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、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。现在的对采煤机操作，主要是通过人工操作，即通过安装在采煤机机身上的控制面板进行操作或者是工作人员在井下采用无线网络来实现对采煤机的井下的远程控制。由于井下工作环境恶劣，而且存在很多安全隐患，如粉尘、瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸、顶板事故等重大灾害，对工人的生命健康安全构成很大的威胁。实现对采煤机的远程控制是当前国际采矿界研究的热点。许多国家，比如美国和澳大利亚的煤炭企业在这方面走在前面,中国在这方面的技术相对比较落后,目前已有的远程遥控大多是在井下的，而且很多远距离的远程控制也只是实现了对采煤机的工作环境和状态的一种监控，而没有实现对它的控制。另外，尽管当前国内的一些煤矿已经实现了对井下采煤机的远程监控，但大都存在着结构复杂、成本高、可靠性与人性化低等缺陷，且还不能实现通过个人手持移动监控终端等设备随时随地远程监控采煤机的工作状态。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种采煤机的远程控制系统，其利用物联网实现在地面甚至是任何一个移动终端或网络终端对采煤机的一个远程控制，从而实现随时随地对采煤机的工作状态的一个监控和控制。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种采煤机的远程控制系统，其特征在于：它包括设置在井下的采煤机、机载控制系统、机载图像采集系统、ZigBee无线通信传输模块、WiFi无线通信传输模块和信号转换器，有线传输媒介，以及设置在井上的地面控制中心、采煤机模拟器、Internet网络模块、云服务器和远程控制终端；所述采煤机上设置有无线通信传输模块，所述采煤机中各部件的工作状态经该无线通信传输模块传输至所述机载控制系统和机载图像采集系统；所述机载控制系统将接收到的所述采煤机各部件工作状态信息经所述ZigBee无线通信传输模块传输至所述信号转换器内；所述机载图像采集系统将所述采煤机各部件工作状态图像信息经所述WiFi无线通信传输模块传输至所述信号转换器；所述信号转换器将接收到信号转换成电信号后经所述有线传输媒介分别传输至所述地面控制中心和采煤机模拟器；所述地面控制中心经所述Internet网络模块与所述云服务器进行信息交互；所述云服务器经所述Internet网络模块与所述远程控制终端进行信息交互；所述地面控制中心将所述远程控制终端传输至的控制信号经所述有线传输媒介传输至所述信号转换器，将控制信号转换成无线信号后经所述ZigBee无线通信传输模块和机载控制系统传输至所述采煤机，控制所述采煤机工作。
进一步，所述机载控制系统包括有截割部分、行走部分、喷雾部分和辅助部分，该四部分分别经所述ZigBee无线通信传输模块与所述信号转换器连接。
进一步，所述地面控制中心上设置有人机交互界面。
进一步，所述采煤机模拟器包括带显示的开关、开关状态检测模块、显示控制继电器、模拟器控制器、通信模块、控制档杆、三轴加速度传感器、显示控制器、显示屏和3DVR输出模块；所述带显示的开关经所述开关状态检测模块、显示控制继电器与所述模拟器控制器连接，所述模拟器控制器经所述通信模块与所述信号转换器以及所述地面控制中心进行信息交互；所述控制档杆通过所述三轴加速度传感器将档杆位置信息传输至所述模拟器控制器，所述模拟控制器经所述通讯模块分别将档杆位置信息分别传输至所述地面控制中心和信号转换器；所述模拟器控制器根据所述显示控制器传输至的视频输出方式将视频信息直接传输至所述显示屏进行显示，或将视频信息经所述3DVR输出模块传输至所述显示屏进行3D虚拟视频显示。
进一步，所述远程控制终端采用手机、电脑或平板电脑。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的机载控制系统将采集到的采煤机的工作状态信息经ZigBee无线通信传输模块传送，并经信号转换器转换成电信号传送给有线传输媒介，将采集到的图像信息经WiFi无线通信传输模块无线网络传送，并经过信号转换器转换成电信号传送给有线传输媒介，有线传输媒介将这些状态和图像信息传送给地面控制中心，可以实现在地面对采煤机的监控和操作控制；地面控制中心连接Internet网络模块，将采煤机的实时状态信息传送给云服务器，这样任何一个经Internet网络与云服务器连接的异地终端设备都可以随时随地接收采煤机的实时状态信息。2、本发明在远程控制终端将控制信息经Internet网络模块发送给地面控制中心，地面控制中心接收到控制信息后将其转换成电信号经有线传输媒介和ZigBee无线通信传输模块传送给机载控制系统，即机载控制系统根据接收到的控制信息对采煤机的各个部分进行控制。远程控制终端可以通过Internet网络，有线传输媒介和ZigBee无线通信模块实现与采煤机的一对一的双向实时通信，从而实现随时随地对采煤机的状态的监控以及操作的控制的目的。3、本发明能够将物联网技术应用到煤矿井下采煤机，不仅可以充分利用物联网技术实现对采煤机的状态信息的实时监控，而且可以实现对采煤机的随时随地的一个远程的控制，大大的提高了现有的控制水平，大大减少井下工作人员，保障工作人员的生命健康安全。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的采煤机模拟器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种采煤机的远程控制系统，其包括采煤机1、机载控制系统2、机载图像采集系统3、ZigBee无线通信传输模块4、WiFi无线通信传输模块5、信号转换器6、有线传输媒介7、地面控制中心8、采煤机模拟器9、Internet网络模块10、云服务器11和远程控制终端12。其中，采煤机1、机载控制系统2、机载图像采集系统3、ZigBee无线通信传输模块4、WiFi无线通信传输模块5和信号转换器6位于井下，地面控制中心8、Internet网络模块10、云服务器11、远程控制终端12和采煤机模拟器9位于井上。
采煤机1上设置有无线通信传输模块，采煤机1中各部件的工作状态经该无线通信传输模块传输至机载控制系统2和机载图像采集系统3；机载控制系统2将接收到的采煤机1各部件工作状态信息及环境信息经ZigBee无线通信传输模块4传输至信号转换器6内；机载图像采集系统3将采煤机1各部件工作状态图像信息经WiFi无线通信传输模块5传输至信号转换器6内。信号转换器6将接收到信号转换成电信号后经有线传输媒介7分别传输至地面控制中心8和采煤机模拟器9，通过地面控制中心8实现对采煤机1工作状态和环境信息的监测，由采煤机模拟器9实时模拟井下采煤机1的工况及动作。地面控制中心8经Internet网络模块10与云服务器11连接，进行信息交互；云服务器11经Internet网络模块10与远程控制终端12进行信息交互，地面控制中心8将远程控制终端12传输至的控制信号经有线传输媒介7传输至信号转换器6，将控制信号转换成无线信号后经ZigBee无线通信传输模块4和机载控制系统2传输至采煤机1，控制采煤机1工作。
上述实施例中，机载控制系统2包括有截割部分、行走部分、喷雾部分和辅助部分，该四部分分别经ZigBee无线通信传输模块4与信号转换器6连接。各ZigBee无线通信传输模块4将来自地面控制中心8或远程控制终端12的控制信号传输给机载控制系统2，从而实现对采煤机1的截割、行走、喷雾等一系列操作。
上述各实施例中，WiFi无线通信传输模块5将来自地面控制中心8或远程控制终端12的控制信号传输至机载图像采集系统3，从而实现对任意工作环境的监控。
上述各实施例中，地面控制中心8上还设置有人机交互界面，通过人机交互界面对接收到的采煤机1工作状态信息进行显示，并发送控制指令。
上述各实施例中，如图2所示，采煤机模拟器9包括带显示的开关、开关状态检测模块、显示控制继电器、模拟器控制器、通信模块、控制档杆、三轴加速度传感器、显示控制器、显示屏和3DVR输出模块；带显示的开关上设置有指示灯。带显示的开关经开关状态检测模块、显示控制继电器与模拟器控制器连接，模拟器控制器经通信模块与信号转换器6以及地面控制中心8进行信息交互；井下采煤机1的工作环境信息经机载控制系统2、机载图像采集系统3传输至信号转换器6，由信号转换器6经通信模块传输至模拟器控制器，进行采煤机实时工况模拟。控制档杆通过三轴加速度传感器将档杆位置信息传输至模拟器控制器，模拟控制器经通讯模块分别将档杆位置信息分别传输至地面控制中心8和信号转换器6；模拟器控制器根据显示控制器传输至的视频输出方式将视频信息直接传输至显示屏进行显示，或将视频信息经3DVR输出模块传输至显示屏进行3D虚拟视频显示。
采煤机模拟器9工作时，首先由带显示的开关为采煤机模拟器9各部件供电，控制档杆用于控制采煤机1活动部件(如摇臂)的位置。初始带电显示的开关的指示灯状态是灭的，当按下带电显示的开关，状态检测模块将检测到的通电信息并将该信息传递给模拟器控制器(此时指示灯还是灭的)，模拟器控制器将通电信息经通信模块分别传输至地面控制中心8和信号转换器6，地面控制中心8记录并显示出通电请求，信号转换器6将通电信息传给机载控制系统2，机载控制系统2收到信号后给采煤机1通电，并将采煤机1已经通电的状态信息返回至信号转换器6，经信号转换器6将采煤机1已经通电的状态信息传输至地面控制中心8和采煤机模拟器9的通信模块。地面控制中心8显示采煤机已经通电的状态信息；通信模块把采煤机已经通电的状态信息传输至模拟器控制器，模拟器控制器根据采煤机1已经通电的状态信息，控制显示控制继电器使带显示的开关的指示灯亮起，显示采煤机1已通电。
控制档杆如摇臂上下档杆是控制摇臂上下位置的，当改变控制档杆位置，经三轴加速度传感器可以测得档杆位置改变具体参数，三轴加速度传感器将该参数传输至模拟器控制器，模拟器控制器根据该参数得到希望采煤机摇臂变化的具体信息，模拟器控制器将具体信息经通信模块分别传输至地面控制中心8和信号转换器6，地面控制中心8记录并显示出具体信息请求，信号转换器6将具体信息传给机载控制系统2，机载控制系统2收到信号后控制采煤机1摇臂进行相应的动作变化，并将采煤机1已经动作的状态信息经信号转换器6反馈至地面控制中心8和采煤机模拟器9的通信模块。地面控制中心8显示采煤机已经动作的状态信息，通信模块将采煤机已经动作的状态信息传输至模拟器控制器，并由显示屏显示采煤机1动作的具体情况。
采煤机1周围的视频信息(多路)可以通过WiFi无线通信传输模块5传输至信号转换器6，经信号转换器6分别传输至地面控制中心8和采煤机模拟器9。视频信息通过信号转化器6传输至采煤机模拟器9的通信模块，由通信模块传输至模拟器控制器，并由显示控制器选择视频输出方式，如选择实景输出，则多路视频信息直接输出给显示屏；如选择3D虚拟输出，则模拟器控制器将视频信息传递给3D VR计算模块经计算后将3D虚拟视频输出给显示屏。
上述各实施例中，Internet网络模块10将接收到的采煤机1的工作状态信息发送给与Internet网络连接的远程控制终端12，并接收远程控制终端12发送的控制信号后传输给地面控制中心8。
上述各实施例中，远程控制终端12可以采用手机、电脑、平板电脑等，经Internet网络模块10和云服务器11与地面控制中心8进行信息交互，地面控制中心8接收到的采煤机1状态信息和图像信息经Internet网络模块10、云服务器11传输至远程控制终端12，以便远程控制终端12可以随时随地实现对采煤机1的监控和控制。
本发明在使用时，当要改变采煤机1的截割、行走、喷雾等工作状态时，远程控制终端12将控制信息经过Internet网络模块10传送给地面控制中心8，地面控制中心8接收到来自远程控制终端12的控制信息后，将它转换成电信号经有线传输媒介7、信号转换器6、ZigBee无线通信传输模块4传输至机载控制系统2，从而控制采煤机1执行相应的操作。
当要对采煤机1工作环境进行不同方向的图像采集的时候，远程控制终端12将控制信息经Internet网络模块10传送给地面控制中心8，地面控制中心8接收到来自远程控制终端12的控制信息后，将它转换成电信号经有线传输媒介7、信号转换器6、WiFi无线通信传输模块5传输给机载图像采集系统3，从而实现对不同方向的图像的一个采集。
综上所述，本发明提供的基于物联网的采煤机的远程控制系统，能解决国内采煤机无法实现可靠地地面以上的远程控制的问题。本发明能实现对采煤机的远程控制系统，能够通过异地控制终端、Internet网络、云服务器、地面控制中心、有线传输媒介、信号转换器、Zigbee无线通信模块、WiFi无线通信模块等通信设备实现对采煤机的异地远程监测与控制，具有较强的实用价值。本发明所提供的采煤机的远程控制系统，具有结构简单、系统成本较低、易于实现且实用性强的优点，可以实现对煤矿井下采煤机的运作状态进行随时随地的实时监测和控制。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种采煤机的远程控制系统，其特征在于：它包括设置在井下的采煤机、机载控制系统、机载图像采集系统、ZigBee无线通信传输模块、WiFi无线通信传输模块和信号转换器，有线传输媒介，以及设置在井上的地面控制中心、采煤机模拟器、Internet网络模块、云服务器和远程控制终端；
所述采煤机上设置有无线通信传输模块，所述采煤机中各部件的工作状态经该无线通信传输模块传输至所述机载控制系统和机载图像采集系统；所述机载控制系统将接收到的所述采煤机各部件工作状态信息及环境信息经所述ZigBee无线通信传输模块传输至所述信号转换器内；所述机载图像采集系统将所述采煤机各部件工作状态图像信息经所述WiFi无线通信传输模块传输至所述信号转换器；所述信号转换器将接收到信号转换成电信号后经所述有线传输媒介分别传输至所述地面控制中心和采煤机模拟器；所述地面控制中心经所述Internet网络模块与所述云服务器进行信息交互；所述云服务器经所述Internet网络模块与所述远程控制终端进行信息交互；所述地面控制中心将所述远程控制终端传输至的控制信号经所述有线传输媒介传输至所述信号转换器，将控制信号转换成无线信号后经所述ZigBee无线通信传输模块和机载控制系统传输至所述采煤机，控制所述采煤机工作；
所述采煤机模拟器包括带显示的开关、开关状态检测模块、显示控制继电器、模拟器控制器、通信模块、控制档杆、三轴加速度传感器、显示控制器、显示屏和3DVR输出模块；所述带显示的开关经所述开关状态检测模块、显示控制继电器与所述模拟器控制器连接，所述模拟器控制器经所述通信模块与所述信号转换器以及所述地面控制中心进行信息交互，井下所述采煤机的工作环境信息经所述机载控制系统、机载图像采集系统传输至所述信号转换器，由所述信号转换器经所述通信模块传输至模拟器控制器，对所述采煤机实时工况模拟；所述控制档杆通过所述三轴加速度传感器将档杆位置信息传输至所述模拟器控制器，所述模拟控制器经所述通信模块分别将档杆位置信息分别传输至所述地面控制中心和信号转换器；所述模拟器控制器根据所述显示控制器传输至的视频输出方式将视频信息直接传输至所述显示屏进行显示，或将视频信息经所述3DVR输出模块传输至所述显示屏进行3D虚拟视频显示。
2.如权利要求1所述的一种采煤机的远程控制系统，其特征在于：所述机载控制系统包括有截割部分、行走部分、喷雾部分和辅助部分，该四部分分别经所述ZigBee无线通信传输模块与所述信号转换器连接。
3.如权利要求1所述的一种采煤机的远程控制系统，其特征在于：所述地面控制中心上设置有人机交互界面。
4.如权利要求2所述的一种采煤机的远程控制系统，其特征在于：所述地面控制中心上设置有人机交互界面。
5.如权利要求1至4任一项所述的一种采煤机的远程控制系统，其特征在于：所述远程控制终端采用手机、电脑或平板电脑。
6.如权利要求1所述的一种采煤机的远程控制系统，其特征在于：所述远程控制终端采用手机、电脑或平板电脑。
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