CN107269277A - 采掘机、用于监控采掘机的方法和监控模块 - Google Patents

采掘机、用于监控采掘机的方法和监控模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及采掘机、用于监控采掘机的方法和监控模块。一种采掘机，一种采掘机，包括：电力监控器，所述电力监控器被配置为：测量接收的电力，并且基于所述接收的电力生成总电力消耗数据；传感器，所述传感器感测所述采掘机的有效载荷以生成有效载荷数据；和监控模块，所述监控模块包括非瞬时计算机可读介质，用于比较所述总电力消耗数据和所述有效载荷数据以生成采掘机效率数据，并确定操作员绩效，比较所述采掘机效率数据和所述操作员绩效，基于所述采掘机效率数据和所述操作员绩效的所述比较，确定从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的至少一个，输出从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个。

Description

采掘机、用于监控采掘机的方法和监控模块
本申请是申请日为2013年1月24日、申请号为201310108078.0、发明名称为“一种用于监控采掘机效率的系统和方法”的中国专利申请的分案申请。
相关申请
本申请要求于2012年1月24日提交的美国临时申请61/590,198的优先权，通过引用其全部内容被包含在此。
背景技术
本发明涉及电动采掘铲的效率监控。
发明内容
在一实施例中，本发明提供了一种采掘机，包括：电力监控器，感测采掘机在一选定时间周期中电力消耗以生成电力消耗数据；传感器，感测采掘机在该选定时间周期中的有效载荷以生成有效载荷数据；和监控模块。该监控模块包括计算机可读介质，用于比较电力消耗数据和有效载荷数据以生成铲效率数据，并输出该铲效率数据。
在另一个实施例中，本发明提供了一种监控采掘机的方法。该方法包括接收来自采掘机的数据，该数据包括采掘机的电力消耗数据、和采掘机的有效载荷数据。该方法进一步地包括比较该电力消耗数据和该有效载荷数据以生成铲效率数据；并输出该铲效率数据。
本发明的其它方面通过参考详细描述和附图将会变得显而易见。
附图的简要说明
图1示出了电动采掘铲。
图2示出了图1的电动采掘铲的控制系统的框图。
图3示出了电动采掘铲监控系统的框图。
图4示出了图3监控系统一个操作实施例的流程图。
图5示出了监控系统处理数据的实施例。
图6示出了监控系统处理数据的实施例。
具体实施方式
在详细说明本发明任何实施例之前，应当理解为，本发明并不局限于下文说明或附图示出的组件的具体构造和布置。本发明能够用其它实施方式并能够以多种方式操作或者实施。此外，还应当理解为，此处使用的术语和专有名词是用于说明的目的，不应该被认为是限制的意思。此处使用的“包括”“包含”或“具有”及其它们的变形意味着包含其后所列的对象和等同物以及附加对象。术语“安装”“连接”和“耦合”被广泛使用并包含两者直接和间接安装、连接和耦合。另外地，“连接”和“耦合”不是局限于物理或机械连接或耦合，并可以包括电连接或耦合，无论直接或间接。此外，电子通信和通知可以通过任何已知的方法施行，包括直接连接、无线连接等等。
也应注意到，多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的结构组件可用以实施本发明。另外，应当理解为本发明的实施例可包括硬件、软件和电子器件或模块，为了便于讨论，它们可能被示出和被描述为大多数组件在硬件中独自实现。然而，本领域普通技术人员基于阅读该详细描述，将会认可在至少一个实施例，本发明的基于电子的方面将会在由一个或多个处理器可执行的软件(例如，存储在非瞬时计算机可读介质)来实现。因而，应当注意到，多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的机构部件可以用以实施本发明。此外，如下面段落中描述的，图中所示的具体机械结构用以例示本发明的实施例以及另外的可替换地机械结构是可行的。例如，在说明书中描述的“控制器”可以包括标准处理组件，诸如一个或多个处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口，和各种连接组件的连接(例如，系统总线)。
图1示出了电动采掘铲100。图1所示的实施例示出了该采掘铲100为绳铲，然而，在其它实施例中，该电动采掘铲100可以是不同类型的采掘机，例如，混合采掘铲、拉索斗式挖土机等等。该采掘铲100包括轨道105，用于推进该绳铲100前进和后退并用于转动该绳铲100(即，通过改变左右轨道相对彼此的速度和/或方向)。该轨道105支撑包含驾驶室115的基座110。该基座110能够绕着转动轴125摆动或者回转，例如，从挖掘位置移动至倾卸位置。轨道105的运动不是摆动所必需的。该绳铲进一步地包括一铲轴130，其支撑可枢转的铲把手135(把手135)和铲140。该铲140包括门145，用于将来自铲140内的装卸物倾卸至倾卸位置，诸如料斗车或自动倾斜卡车。
该绳铲100此外包括耦合在基座110和铲轴130之间的拉紧的吊索150，用于支撑该铲轴130；起重缆索155附连至基座110内的绞车(未显示)，用于卷绕该缆索155以提升和降下铲140；以及铲斗门缆索160，附连至另一个绞车(未显示)，用于打开铲140的门145。在一些情况下，该绳铲100是由久益环球有限公司(Joy Global Inc.)生产的久益环球露天采掘(Joy Global Surface Mining)4100系列铲。虽然该电动采掘铲100可以是另一种类型或样式的采掘装备。
当采掘铲100的轨道105是静止时，该铲140基于起重、推挤以及摆动三种控制动作可操作地运动。起重控制通过卷绕和展开起重索155升高或降低铲140。推挤控制伸出和缩回把手135和铲140的位置。在一个实施例中，把手135和铲140是通过使用齿条齿轮系统推挤的。在另一个实施例中，该把手135和铲140使用液压传动系统来推挤。摆动控制使把手135相对于摆动轴125转动。在倾卸之前，该铲140被操纵至该适当的起重、推挤及摆动位置以：1)确保该倾斜物不错过该倾卸位置；2)当释放时，门145不会碰撞该倾卸位置；和3)该铲140不会太高从而释放的装卸物不会损害该倾卸位置。
该采掘铲100与外接电源耦合以驱动采掘铲100的组件，诸如轨道105、起重电机、推挤电机、摆动电机等。所接收到的电力被调节和滤波以满足采掘铲100的电力需要。
如图2所示，该采掘铲100包括控制系统200。该控制系统200包括控制器205、操作员控制210、铲斗控制215、传感器220、用户界面225和其他输入/输出230。该控制器205包括处理器235和存储器240。该存储器240存储处理器235可执行的指令和用于允许诸如控制器205和操作员或者控制器205和传感器220之间通信的各种输入/输出。该存储器240包括，例如：程序存储区和数据存储区。该程序存储区和该数据存储区可以是不同类型存储器的组合，诸如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)(例如动态随机存储器[“DRAM”]、同步动态随机存取存储器[“SDRAM”]等等)、电可擦可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪速存储器、硬盘、SD卡、或者其它适合的磁性的、光学的、物理的、或者电子储存装置。该处理器235被连接至存储器240并执行能够保存在存储器240中的软件指令。包含在采掘铲100的实施中的软件可以被存储在控制器205的存储器240中。该软件包括，例如：固件、一个或多个应用、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块、和另外的可执行指令。该控制器205被配置成从存储器240检索，并执行除了别的之外的与这里描述的控制过程和方法有关的指令。在一些情况下，该控制器205包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等等。
控制器205接收来自操作员控制210的输入。该操作员控制210包括推挤控制245、摆动控制250、起重控制255和门控制260。该推挤控制245、摆动控制250、起重控制255和门控制260包括，例如操作员控制的输入装置，诸如操纵杆、杆、踏板及其他的致动器。该操作员控制210经由输入装置接收操作员输入并将数字动作命令输出至控制器205。该动作命令包括，例如，起重上升、起重下降、推挤伸出、推挤收缩、顺时针摆动、逆时针摆动、铲斗门释放、左轨道前进、左轨道后退、右轨道前进和右轨道后退。
在接收动作命令后，控制器205通常根据操作员的命令控制铲斗控制215。该铲斗控制215包括一个或多个推挤电机265、一个或多个摆动电机270、和一个或多个起重电机机275。例如，如果操作员经由摆动控制250指示逆时针方向旋转把手135，则控制器305将通常控制摆动电机270逆时针方向旋转把手135。然而，在本发明的一些实施例中，可操作控制器205限制操作员动作命令并生成独立于操作员输入的动作命令。
此外，控制器205也与许多传感器220通信以监控铲斗140的位置和状态。例如，控制器205与一个或多个推挤传感器280、一个或多个摆动传感器285、和一个或多个起重传感器290通信。推挤传感器280向控制器205指示了铲斗140的伸出或缩回的程度。摆动传感器285向控制器205指示了把手135的摆动角度。起重传感器290基于起重索155位置向控制器205指示了铲斗140的高度。在其它实施例中，除了别的之外，门闩锁传感器指显示铲斗门145是否开启或关闭，并测量包含在铲斗140内的载荷的重量。
用户界面225向操作员提供关于采掘铲100及与采掘铲100通信的其他系统的状态的信息。用户界面225包括一个或多个下列：显示器(例如，液晶显示器(LCD))；一个或多个发光二极管(LED)或其它照明装置；投影显示器(例如，投射到驾驶室115的窗上)；用于声音反馈的扬声器(例如，嘟嘟响、语音信息等等)；触觉反馈装置，诸如振动装置，其引起操作员座椅或者操作员控制210的振动；或另外的反馈装置。
图3示出了监控系统300的框图。该监控系统300包括监控模块305、电力监控器310、和有效载荷传感器315。该监控模块305包括处理器和存储器。该处理器执行存储在存储器中的指令以分析和处理来自电力监控器310和有效载荷传感器315的接收数据。在一些情况下，该监控模块305是微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等等。在一些实施例中，监控系统300输出处理的数据至控制器205。在一些实施例中，该监控系统300进一步地连接到网络320。该网络320可能是局域网、广域网、无线网络、因特网等等。
该电力监控器310是电力和能量监控器。该电力监控器310连续地监控采掘铲100的电力消耗。在一些实施例中，该电力监控器310测量来自外部电源的接收电力。在一些实施例中，该电力监控器310是市场上存在的电能表。在一些实施例中，该电力监控器310以千瓦-小时测量电力消耗。
该有效载荷传感器315测量该铲的有效载荷数据。该铲的有效载荷数据包括铲斗140内含有的载荷的重量。在一些实施例中，该有效载荷传感器315是上述讨论到的铲斗140的重量传感器。在一些实施例中，该有效载荷传感器315以吨输出该载荷的重量。
该监控模块305接收来自电力监控器310的电力消耗数据和来自有效载荷传感器315的有效载荷数据。该监控模块305处理该电力消耗数据和铲有效载荷数据。在一个实施例中，该处理包括比较该电力消耗数据和铲有效载荷数据并生成铲效率数据。在一些实施例中，该铲效率数据可以以吨/千瓦时的值。该监控模块305可进一步地为跟踪随时间的采掘铲100的电力消耗、有效载荷、铲效率数据，并生成图表和数据表，如在下面关于图5-6更详细讨论的。
在一些实施例中，该监控模块305与具有电力监控器310和有效载荷传感器315的铲100远距离地被布置。在这些实施例中，该有效载荷数据和电力消耗数据被传输到该监控模块305，例如经由网络。该网络可包括一个或多个服务器、局域网(LAN)、广域网(WAN)、因特网、无线连接、有线连接等等。在这些实施例中，该铲效率数据可以在远离现场处生成和显示。在这些实施例中，该监控模块305可接收来自多个采掘机的有效载荷和电力消耗数据并为每个各自的采掘铲100生成铲效率数据。
图4是流程图400，其示出了监控系统300操作的一个实施例。该电力监控器310连续地监控采掘铲100的电力消耗(步骤405)。该有效载荷传感器315连续地监控铲斗145装载物的重量(步骤410)。该监控模块305接收来自该电力监控器310的电力消耗和来自该有效载荷传感器315的有效载荷数据(步骤415)。该监控模块305通过比较该电力消耗和该有效载荷数据来处理该数据(步骤420)。然后，该监控系统300或者技术人员确定该处理数据是否指示了问题，诸如该处理数据在预定数据范围外，其可指示传感器故障(步骤425)。如果没有问题，该监控模块305输出该处理数据至该用户界面225和/或网络320(步骤430)。如果存在问题，该监控系统300在步骤430中进行输出该处理数据之前生成警报(步骤435)。一旦该数据被处理，该处理数据可以被发送远离现场处的位置以进一步地分析。
图5示出了处理数据450的实施例。该处理数据450包括“机器”栏455、“吨/千瓦时”栏460、“总电力消耗(kWh)”栏465、“最大需电量(kVA)”栏470、“平均需电量(kVA)”栏475、“最大电压(V)”栏480和图表490。该“机器”栏455包括若干被监控的采掘铲100。该“吨/千瓦时”栏460示出了处理数据(该铲效率数据)，为具体的采掘铲100比较该电力消耗和该有效载荷数据。该“总电力消耗(kWh)”栏465示出了具体的采掘铲100的总电力消耗。该“最大需电量(kVA)”栏470示出了具体采掘铲100的最大需电量。该“平均需电量(kVA)”栏475示出了具体采掘铲100的需电量，该电量是采掘铲100在操作时间上的平均值。该“最大电压(V)”栏480示出了每个采掘铲100的最大电压。在另一个实施例中，处理数据450包括“平均电压(V)”栏，其示出了每个采掘铲100在操作时间上平均的电压。在另一实施例中，图表490是条形图，示出了在Y轴上的栏465，和在X轴上的一个或多个采掘铲100。在其它实施例中，图表490示出了在Y轴上的一个或多个其它栏，诸如栏460的铲效率数据，在X轴上的一个或多个采掘铲100。
图6包括图表495a、b，其示出了处理数据450的进一步的实施例。该图表495a示出了具体采掘铲100随时间的电力消耗。该图表495b示出了具体采掘铲100在离散的、十分钟间隔上的电力消耗。在一些情况下，该铲效率数据是具体采掘机随时间的图表。该监控模块305被可操作地生成处理数据450的表和图，诸如图5和图6所示的。
在一些实施例中，该处理的数据450可以进一步地细分采掘机操作周期(例如，摆动周期、挖掘周期、堆积(bank interaction)、卷起周期等等)的具体方面。例如，该处理的数据450可以被细分以提供仅基于堆积或仅基于摆动周期的铲效率数据，而不是总体铲效率。
铲效率数据可被铲操作员用以调整操作至内部和外部部分，并追踪该操作以提供反馈以改进操作员绩效。效率数据还可以与操作员绩效比较以确定堆积困难和挖掘能力。在一些实施例中，操作员绩效是一个或多个平均铲挖掘周期时间、总的有效载荷吨数、总功耗、和有效载荷吨数与电力消耗的比。在一些实施例中，操作员绩效以吨/时、千瓦/吨、或千伏安/吨来评级。铲效率数据可被送出至采掘钻探操作员，其可由钻探操作员来确定如何在矿区改善钻探操作。
铲效率数据可进一步地被用于结合其它系统和方法以确定最理想的挖掘操作。例如，铲效率数据可被进一步地用于控制系统算法，其基于机器位置和各种机器反馈优化转矩。
如此，本发明除了别的之外提供了用于确定电动采掘铲效率的系统和方法。本发明的各种特征和优点在下面权利要求中被阐明。

Claims (19)

1.一种采掘机，包括：
电力监控器，所述电力监控器被配置为：
测量接收的电力，并且
基于所述接收的电力生成总电力消耗数据；
传感器，所述传感器感测所述采掘机的有效载荷以生成有效载荷数据；和
监控模块，所述监控模块包括非瞬时计算机可读介质，用于
比较所述总电力消耗数据和所述有效载荷数据以生成采掘机效率数据，并
确定操作员绩效，
比较所述采掘机效率数据和所述操作员绩效，
基于所述采掘机效率数据和所述操作员绩效的所述比较，确定从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的至少一个，
输出从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个。
2.根据权利要求1所述的采掘机，进一步地包括显示从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个的用户界面。
3.根据权利要求1所述的采掘机，进一步地包括用于传送从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个的网络。
4.根据权利要求3所述的采掘机，其中，从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个被显示在远程位置。
5.根据权利要求1所述的采掘机，其中，所述电力监控器感测所述采掘机在另外的时间周期中的电力消耗以生成采掘机的另外的总电力消耗数据，所述传感器感测采掘机在所述另外时间周期中的有效载荷以生成另外的有效载荷数据，以及所述监控模块比较所述另外的总电力消耗数据和所述另外的有效载荷数据以生成另外的采掘机效率数据。
6.根据权利要求1所述的采掘机，其中，所述操作员绩效为从由平均铲挖掘周期时间、总的有效载荷吨数、总功耗、和有效载荷吨数与电力消耗的比组成的组中选择的一个。
7.一种用于监控采掘机的方法，所述方法包括：
通过监控模块接收来自所述采掘机的数据，所述数据包括：
所述采掘机的总电力消耗数据，所述总电力消耗数据包括：从电力监控器接收的从耦合到所述采掘机的外部电源接收的电力的测量，以及从传感器接收的所述采掘机的有效载荷数据；
通过监控模块比较所述总电力消耗数据和所述有效载荷数据以生成采掘机效率数据；并
通过监控模块确定操作员绩效；
通过监控模块比较所述采掘机效率数据和所述操作员绩效；
通过监控模块基于所述采掘机效率数据和所述操作员绩效的所述比较，确定从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的至少一个；
输出从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述采掘机效率数据与采掘机操作周期相关，所述采掘机操作周期为从由起重、推挤以及摆动构成的组中选择的至少一个。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步地包括：
通过监控模块接收来自第二采掘机的数据，所述数据包括
所述第二采掘机的第二总电力消耗数据、所述第二采掘机的第二操作员绩效和所述第二采掘机的第二有效载荷数据；
通过监控模块比较所述第二总电力消耗数据和所述第二有效载荷数据以生成第二采掘机效率数据；
通过监控模块比较所述第二采掘机效率数据和第二操作员绩效；
通过监控模块基于所述第二采掘机效率数据和所述第二操作员绩效的所述比较，确定从由第二堆积困难和第二堆积挖掘能力组成的组中选择的至少一个；
输出从由第二堆积困难和第二堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，接收和比较所述总电力消耗数据和所述有效载荷数据的步骤由采掘机上的监控模块执行。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述接收和比较步骤由远离所述采掘机的监控模块执行。
12.根据权利要求7所述的方法，进一步地包括在远离所述采掘机的显示器上显示从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个。
13.根据权利要求7所述的方法，进一步地包括在所述采掘机的用户界面上显示从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个。
14.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述操作员绩效包括确定从由平均铲挖掘周期时间、总的有效载荷吨数、总功耗、和有效载荷吨数与电力消耗的比组成的组中选择的一个。
15.一种用于监控采掘机的监控模块，所述监控模块包括：
存储器，所述存储器包括程序存储器区和数据存储区，所述程序存储器区和所述数据存储区包括选自由只读存储器、随机存取存储器、闪速存储器和硬盘构成的组中的至少一个；和
处理器，所述处理器执行存储在所述存储器上的指令，所述指令包括
接收来自所述采掘机的总电力消耗数据，所述总电力消耗数据包括接收的电力的测量，
接收来自所述采掘机的有效载荷数据，
比较所述总电力消耗数据和所述有效载荷数据以生成采掘机效率数据，并
确定操作员绩效，
比较所述采掘机效率数据和所述操作员绩效，
基于所述采掘机效率数据和所述操作员绩效的所述比较，确定从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的至少一个，
输出从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个。
16.根据权利要求15所述的监控模块，进一步地耦合至接收和显示从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个的所述采掘机的用户界面。
17.根据权利要求16所述的监控模块，进一步地耦合至用于从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个传送至远程设备的网络。
18.根据权利要求17所述的监控模块，其中，从由堆积困难和堆积挖掘能力组成的组中选择的所述至少一个在所述远程设备上显示。
19.根据权利要求15所述的监控模块，所述操作员绩效为从由平均铲挖掘周期时间、总的有效载荷吨数、总功耗、和有效载荷吨数与电力消耗的比组成的组中选择的一个。
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