CN110530410A - 包括流体传感器的工业机械及操作方法 - Google Patents
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Abstract
一种工业机械，包括传感器和控制器。所述传感器被配置为感测所述工业机械的流体的特征。其中所述特征指示污染物水平。所述控制器具有电子处理器和存储器。所述控制器被配置为从所述传感器接收指示所述污染物水平的信号、将所述污染物水平与阈值进行比较以及在所述污染物水平超过所述阈值时执行由以下操作组成的群组中选择的至少一个操作：输出警报和开始所述工业机械的关闭程序。
Description
相关申请
本申请要求于2018年5月24日提交的第62/676,026号美国临时专利申请，以及2018年12月17日提交的第16/222,609号美国正式申请的优先权，其全部公开内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
实施例涉及工业机械，该工业机械例如是包括长壁采煤机的采矿机，但不限于此。
背景技术
工业机械，比如采矿机，包括但不限于拖运卡车、装载拖运车辆、连续采矿机、采矿机/锚杆、入口驱动机、采煤机(例如，长壁采煤机)、掘进机、爆破孔钻机、前端装载机和电池运输车，均使用各类流体(例如，油、液压油、柴油机尾气处理液(DEF)、制动液、燃油、传动液、清洗液、动力转向液、制冷剂等)。工业机械内受污染的流体(例如，含有过量水、铝、二氧化硅等的流体)可能会大大降低工业机械的寿命。
例如，一些工业机械可使用喷射设备来将水喷射到待开采的物料上。由于水被喷射到工业机械附近，可能导致水进入油中(例如，工业机械齿轮箱内的润滑油)。当工业机械内的油被水污染时，由油来润滑的齿轮和轴承(例如，齿轮箱的齿轮和轴承)的寿命会显著减少。可定期更换和取样工业机械的油(例如，在场外取样)以防止这种污染。然而，这种定期更换和取样可能需要关闭工业机械，因此需要长时间停止采矿作业。另外，流体的取样可能需要延长的时间段(例如，五天或更多天)。在这样的一段时间内，工业机械可能会关闭，或可能在受污染的流体下运作。
发明内容
因此，一个实施例提供一种工业机械，所述工业机械包括传感器和控制器。所述传感器被配置为感测所述工业机械的流体的特征，其中所述特征表明污染物水平。所述控制器具有电子处理器和存储器。所述控制器被配置为从所述传感器接收指示所述污染物水平的信号、将所述污染物水平与阈值进行比较以及在所述污染物水平超过所述阈值时执行由以下操作组成的群组中选择的至少一个操作：输出警报和开始所述工业机械的关闭程序。
另一个实施例提供一种控制工业机械的方法。所述方法包括：通过传感器感测所述工业机械的污染物水平，以及通过控制器将所述污染物水平与阈值进行比较。所述方法还包括：在所述污染物水平超过所述阈值时执行由以下操作组成的群组中选择的至少一个操作：通过用户界面输出警报，以及通过所述控制器开始所述工业机械的关闭程序。
通过考虑具体实施方式和附图，本申请的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1是根据一些实施例的工业机械的透视图。
图2是根据一些实施例的图1的工业机械的切割器系统的局部剖切透视图。
图3是根据一些实施例的图2的切割器系统的局部剖切俯视图。
图4是根据一些实施例的图1的工业机械的控制系统的框图。
图5是根据一些实施例的图1的工业机械的操作者或工艺的流程图示。
图6是根据一些实施例的包括图1的工业机械的网络的框图。
具体实施方式
在详细解释本申请的任何实施例之前，应理解，本申请的应用不限于以下描述中阐述的或在附图中示出的构造细节和部件布置。本申请能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。而且，应理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的。在此使用“包括”、“包含”或“具有”及其变型意味着包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型被广泛使用并且包括直接和间接安装、连接、支撑和联接。
另外，应了解，本申请的实施例可包括硬件、软件和电子组件或模块，出于讨论的目的，上述这些均可能被示出和描述得好像大多数部件仅在硬件中实现。然而，本领域普通技术人员基于对该具体实施方式的阅读将认识到，在至少一个实施例中，本申请的基于电子的方面可用一个或多个处理单元可执行的软件(例如，存储在非暂时性计算机可读介质上)来实现，比如，微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”)。这样，应该注意，可利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件来实现该应用。例如，说明书中描述的“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/输出接口，以及连接部件的各种连接(例如，系统总线)。
图1示出了根据一些实施例的工业机械100，比如，长壁采煤机。尽管示出为长壁采煤机，但在其他实施例中(未示出)，工业机械100可包括拖运卡车、装载拖运车辆、连续采矿机、采矿机/锚杆、入口驱动机、不同的采煤机、掘进机、爆破孔钻机、前端装载机、电池运输车、给料破碎机、输送机组件、绳铲、混合采矿铲、拉铲挖掘机或其他工业机械。
工业机械100包括支撑切割器系统105的框架102，该切割器系统包括具有齿115的旋转滚筒110，该齿115本质上从待开采的表面来切割物料(例如，煤)。切割器系统105由一个或多个电机120(见图2-4)通过齿轮箱125(图2和3)来旋转驱动。也就是说，齿轮箱125接收电机的旋转输出，并进而驱动滚筒110。
图2和图3示出了根据一些实施例的切割器系统105。切割器系统105包括至少一个电机120、齿轮箱125、齿轮箱冷却设备130、水歧管135和喷淋器140。一个或多个电机120可以是任何致动器，比如但不限于，交流(AC)电机(例如，同步电机、AC感应电机等)、直流电机(例如，换向器直流电机、永磁直流电机、绕线磁场直流电机等)，以及开关磁阻电机或其他类型的磁阻电机。在其他实施例中，一个或多个电机120可以是液压机，比如但不限于线性液压机(即液压缸)或径向活塞液压机。在一些实施例中，一个或多个电机120可以是AC电机、DC电机和液压机的组合。
齿轮箱125包括一个或多个齿轮132，该齿轮被配置为将旋转运动从一个或多个电机120传递至滚筒110。在操作期间，一个或多个齿轮132可产生热能。因此，齿轮箱冷却设备130可用于冷却和润滑齿轮132。在一些实施例中，齿轮箱冷却设备130可向齿轮箱125的每个齿轮132(例如，在每个齿轮132内和靠近每个齿轮132)提供油。
水歧管135被配置为接收水并将水分配至一个或多个水管线。例如，水歧管135被配置为将水分配至喷淋器140的进水口145。喷淋器140被配置为通过出水口150来将水喷淋至待切割的物料上。
在操作期间，工业机械100的一个或多个部件可能需要各种流体(例如，油、液压流体、柴油机尾气处理液(DEF)、制动液、燃料、传动液、清洗液、动力转向液、制冷剂等)。如上所述，一个示例包括用于冷却和/或润滑齿轮箱125的齿轮132的油。各种流体可受到一种或多种污染物(例如水、过量的水(例如，在含有水的流体中)、铝和二氧化硅)的污染。例如，来自喷淋器140的水可能污染用于冷却和/或润滑齿轮132的油。在这样的示例中，水可通过磨损的水密封(worn water seal)(例如，磨损的旋转水密封)而进入齿轮箱125。作为另一个示例，来自喷淋器140的水可进入切割器系统105的热交换器，从而污染热交换器的油室内的油。
图4是根据一些实施例的图100的工业机械的控制系统200的框图。控制系统200尤其包括具有硬件和软件的组合的控制器205，该控制器尤其可操作地控制工业机械100的操作和控制系统200的操作。控制器205电气地和/或通信地连接至工业机械100的各种模块或部件，比如但不限于，一个或多个电机120、齿轮箱冷却设备130、喷淋器140、电源210、输入/输出(I/O)接口215和一个或多个传感器220。
在一些实施例中，控制器205包括多个电气和电子部件，这些部件向控制器205和/或工业机械100内的部件和模块提供电力、操作控制和保护。例如，控制器205尤其包括电子处理器225(例如，微处理器、微控制器或其他合适的可编程设备)和存储器230。电子处理器225和存储器230以及连接至控制器205的各种模块通过一个或多个控制和/或数据总线来连接。在一些实施例中，控制器205部分或全部地在半导体(例如，现场可编程门阵列[“FPGA”]半导体)芯片上实现，比如通过寄存器传输级(“RTL”)设计过程开发的芯片。
存储器230包括例如程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域可包括不同类型的存储器的组合，比如，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)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪存、硬盘、SD卡或其他合适的磁、光学、物理或电子存储器件。电子处理器225连接至存储器230并执行软件指令，该指令能够存储在存储器230的RAM(例如，在执行期间)、存储器230的ROM(例如，通常永久地)或诸如另一个存储器或光盘的另一个非暂时性计算机可读介质中。工业机械100的实施方式中包括的软件可存储在控制器205的存储器230中。例如，该软件包括固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块以及其他可执行指令。控制器205被配置为从存储器230检索并执行与本发明描述的控制工艺和方法有关的指令等。在其他构造中，控制器205包括额外的、更少的或不同的部件。
电源210向工业机械100供电。在一些实施例中，电源210供电的电力约为900伏交流电(VAC)至约4200伏VAC(例如，约1000VAC、约2300VAC、约3300VAC、约4160VAC等)。在一些实施例中，由电源210供应的电力可被整流为直流(DC)和/或被降低为标称电压。在此类实施例中，标称电压可用于向工业机械100内的部件和/或模块供电(例如，控制器205)。
I/O接口215可被配置为例如通过网络240来将数据从控制系统200输入和输出至外部设备235。网络240可以是例如广域网(“WAN”)(例如，基于TCP/IP的网络、蜂窝网络，比如全球移动通信系统[“GSM”]网络、通用分组无线业务[“GPRS”]网络、码分多址[“CDMA”]网络、演进数据优化[“EV-DO”]网络、GSM演进增强数据速率[“EDGE”]网络、3GSM网络、4GSM网络、数字增强无绳电信[“DECT”]网络、数字
AMPS[“IS-136/TDMA”]网络或集成数字增强网络[“iDEN”]网络等)。在其他实施例中，该网络是例如局域网(“LAN”)、邻域网(“NAN”)、家域网(“HAN”)或采用各种通信协议中的任何一种的个人区域网络(“PAN”)，比如，Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。在一些实施例中，I/O接口215可被配置为通过射频识别(RFID)来与外部设备235进行通信。
外部设备235可以是任何远程设备。在一些实施例中，外部设备235是远程服务器。在此类实施例中，该远程服务器可存储并分析各类采矿机的各种特征。在其他实施例中，外部设备235可以是工业机械100的操作者所使用的智能手机和/或平板电脑。
在一些实施例中，I/O接口215被配置为将来自控制系统200的数据输入/输出至用户界面245。用户界面245可用于控制或监视工业机械100，并包括用于实现工业机械100的控制和/或监视期望水平的数字和模拟输入或输出设备的组合。
一个或多个传感器220被配置为感测工业机械100的一个或多个特征。在一些实施例中，一个或多个传感器220被配置为感测工业机械100的一个或多个部件(例如，电机120、齿轮132等)的一个或多个电特征(例如，温度、电流、电压和/或功率)。
在一些实施例中，一个或多个传感器220包括一个或多个流体传感器250。一个或多个流体传感器250被配置为用工业机械100的流体来感测污染物。在一些实施例中，流体传感器250是电(例如，电阻、导电率等)传感器。在其他实施例中，流体传感器250包括一个或多个换能器(例如，压电换能器)。在一些实施例中，流体传感器250可通过测量工业机械100的流体的特征(例如，水分含量、水分活度水平、温度、含水量水平、密度、比重、粘度、颗粒定量等)来感测污染。
例如，流体传感器250可以是油传感器，该油传感器可被配置为感测用于冷却和/或润滑齿轮箱125的齿轮132的油中是否存在水(例如，来自喷淋器140的水)。在一些实施例中，水活度水平提供了油中水分的相对量度。水活度水平可表示在特定温度下实际的溶解水量与油中可能的溶解水量之间的比率。在一些实施例中，水活度水平可说明油在特定温度下的饱和接近度。在一些实施例中，含水量水平是绝对量，大致相当于油中的水量。含水量水平可以百万分率(ppm)来衡量，并可与油的温度无关。在一些实施例中，流体传感器250是电(例如，电阻、导电率等)传感器。在其他实施例中，流体传感器250包括一个或多个换能器(例如，压电换能器)。
在一般操作中，控制系统200从一个或多个传感器220和/或用户界面245接收信息。然后，控制系统200可基于所接收的信息来控制电机120、冷却设备130和喷淋器140。控制系统200还可通过I/O接口215来输出关于工业机械100的信息。
在操作的一个实施例中，控制器205从流体传感器250接收指示污染物水平(例如，油的水分含量、油的水活度水平、油的温度和/或油的含水量水平)的一个或多个信号。控制器205将污染物水平与一个或多个阈值进行比较。如果污染物水平超过一个或多个阈值，则控制器205可输出警报和/或开始工业机械100的关闭程序。
在操作的一个实施例中，控制器205从流体传感器250接收指示污染物水平的一个或多个信号，并通过I/O接口215将污染物水平输出至外部设备235(例如，服务器)。然后，外部设备235可存储该污染物水平。外部设备235可随时间进行来进一步分析工业机械100的污染物水平，以便确定工业机械100的潜在的未来问题。在一些实施例中，外部设备235可监控多个采矿机并分析它们各自的污染物水平。
在一些实施例中，外部设备235可基于一个或多个采矿机100的污染物水平来确定趋势。在此类实施例中，外部设备235可确定一个或多个污染物水平的严重性以确定最佳行动方案(例如，停止采矿机100的操作、减少采矿机100的操作等)。
图5是示出根据一些实施例的工业机械100的工艺300的流程图。应了解，工艺300中公开的步骤的顺序可变化。此外，可向顺序中添加附加步骤，并可能不需要所有步骤。在方框305处，一个或多个流体传感器250感测指示污染物水平的特征。然后将指示污染物水平的信号输出至控制器205和/或外部设备235(方框310)。控制器205和/或外部设备235确定污染物水平是否超过阈值(方框315)。如果污染物水平未超过阈值，则工艺300循环回到方框305。如果污染物水平超过阈值，则控制器205和/或外部设备235开始警报和/或关闭程序(方框320)。
在一些实施例中，当污染物水平超过第一阈值时，产生警报(例如，通过用户界面245和/或外部设备)。在此类实施例中，当污染物水平超过第二阈值时，关闭工业机械100。
图6示出了根据一些实施例的网络240。如图所示，网络240可提供主计算机405或服务器405与一个或多个工业机械100(例如，工业机械100a-100c)之间的通信。在一些实施例中，主计算机405远离工业机械100。
操作中，主计算机405可通过网络240来接收一个或多个工业机械100的操作和/或状态信息。例如，与一个或多个工业机械100的污染物水平有关的信息。在一些实施例中，可由主计算机405通过网络240来访问每个工业机械100的污染物水平。在一些实施例中，当污染物水平超过阈值时(例如，如图5的方框320所示)，可通过网络240将警报输出至主计算机405。
因此，实施例尤其提供了用于确定采矿机中的油中的水量的系统和方法。本申请的各种特征和优点在权利要求中进行阐述。
Claims (17)
1.一种工业机械，其特征在于，所述工业机械包括：
传感器，所述传感器被配置为感测所述工业机械的流体的特征，其中所述特征指示污染物水平；
控制器，所述控制器具有电子处理器和存储器，所述控制器被配置为
从所述传感器接收指示所述污染物水平的信号，
将所述污染物水平与阈值进行比较，以及
在所述污染物水平超过所述阈值时执行至少一个从以下操作群组中选择出的操作：
输出警报，和
开始所述工业机械的关闭程序。
2.根据权利要求1所述的工业机械，其特征在于，所述污染物是水，所述流体是油。
3.根据权利要求1所述的工业机械，其特征在于，所述工业机械是长壁采煤机，所述长壁采煤机包括电机、齿轮箱、切割滚筒和喷淋器。
4.根据权利要求3所述的工业机械，其特征在于，所述油容纳在所述齿轮箱内。
5.根据权利要求1所述的工业机械，其特征在于，所述控制器还被配置为：
将所述污染物水平输出至外部设备。
6.根据权利要求5所述的工业机械，其特征在于，所述外部设备被配置为分析一个或多个污染物水平。
7.根据权利要求5所述的工业机械，其特征在于，所述外部设备是远程计算机。
8.根据权利要求1所述的工业机械，其特征在于，所述警报输出至远程服务器。
9.根据权利要求8所述的工业机械，其特征在于，所述远程服务器被配置为从第二工业机械接收第二警报。
10.根据权利要求1所述的工业机械，其特征在于，所述警报输出至用户界面。
11.一种控制工业机械的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过传感器感测所述工业机械的污染物水平；
通过控制器将所述污染物水平与阈值进行比较；
在所述污染物水平超过所述阈值时执行至少一个从以下操作群组中选择出的操作：
输出警报，和
通过所述控制器开始所述工业机械的关闭程序。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述污染物是水，所述流体是油。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述污染物水平输出至外部设备。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述外部设备分析一个或多个污染物水平。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述工业机械是长壁采煤机。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过用户界面输出所述警报。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过远程计算机接收所述警报。
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