CN113539049B - 一种采煤机控制系统仿真训练平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采煤机控制系统仿真训练平台，包括工控机、主显示屏、功能模块、CAN分主站模块、电机控制模块、升降控制模块、端头站模块、行走控制模块、摇臂倾角模块、瓦斯模块、预警器模块、传感中心模块、端头显示模块。本发明的仿真训练平台能满足煤矿对采煤机操作的所有功能，同时通过模拟传感器可以针对故障进行模拟分析，而不需要人员下到煤矿井下，避免了不必要的危险。
Description
技术领域
本发明涉及采煤机自动控制技术领域，具体而言涉及一种采煤机控制系统仿真训练平台。
背景技术
煤炭是我国的基础能源产业，保证基础支柱产业的稳定运行才能为经济建设奠定良好的基础。近几年随着煤矿机械化、自动化程度的快速提高，对煤矿设备的操作和维护要求也更加严格，尤其采煤机作为煤矿采掘的直接采煤设备，要求更加严苛。而实际设备非常庞大以及价格昂贵，无法满足相应人员的及时故障处理和培训学习。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种采煤机控制系统仿真训练平台，能够满足煤矿对采煤机操作的所有功能，同时通过模拟传感器可以针对故障进行模拟分析，而不需要人员下到煤矿井下，避免了不必要的危险。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明实施例提出了一种采煤机控制系统仿真训练平台，所述仿真训练平台包括主显示屏（1）、工控机（2）、第一CAN分主站（23）、第二CAN分主站（24）、第三CAN分主站（25）、左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）、破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7）、左升降控制模块（3）、右升降控制模块（8）、左摇臂倾角模块（9）、右摇臂倾角模块（14）、左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13）、左端头站模块（11）、右端头站模块（12）、左传感中心模块（15）、右传感中心模块（20）、左预警模块（16）、右预警模块（19）、左瓦斯模块（17）、右瓦斯模块（18）、左端头显示模块（21）、右端头显示模块（22）；
所述工控机（2）通过X2X总线与CAN分主站模块通讯，通过X2X通讯实现工控机（2）对CAN分主站连接的所有模块实现控制输出与数据读取；
所述工控机（2）与左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）、破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7）、左升降控制模块（3）、右升降控制模块（8）、左摇臂倾角模块（9）、右摇臂倾角模块（14）通过CAN总线直接通讯；
所述左摇臂倾角模块（9）、左行走控制模块（10）、左端头站模块（11）与第一CAN分主站（23）的接口1通过CAN总线连接；右摇臂倾角模块（14）、右行走控制模块（13）、右端头站模块（12）与第一CAN分主站（23）的接口2通过CAN总线连接；
所述左传感中心模块（15）、左预警模块（16）、左瓦斯模块（17）与第二CAN分主站（24）的接口1通过CAN总线连接；右传感中心模块（20）、右预警模块（19）、右瓦斯模块（18）与第二CAN分主站（24）的接口2通过CAN总线连接；
所述左端头显示模块（21）与第三CAN分主站（25）的接口1通过CAN总线连接，用于显示左侧摇臂当前的工作状态；右端头显示模块（22）与第三CAN分主站（25）的接口2通过CAN总线连接，用于显示右侧摇臂当前的工作状态；所述主显示屏（1）用于显示电机电流、温度、传感器数据、故障内容、温度曲线、电流曲线和所有模块的工作状态；
所述左端头站模块（11）通过左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）控制接触器吸合与分断，通过左升降控制模块（3）控制开关阀的通断；所述右端头站模块（12）通过破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7）控制接触器吸合与分断，通过右升降控制模块（8）控制开关阀的通断；所述左端头站模块（11）与右端头站模块（12）交叉控制左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13），驱动变频器带动电机旋转；
所述左传感中心模块（15）、右传感中心模块（20）、左瓦斯模块（17）、右瓦斯模块（18）用于对油路系统、水路系统和瓦斯浓度进行检测，将读取到的数据经过第二CAN分主站（24）发送给工控机（2），使工控机（2）通过数据分析判断是否发生故障，如果发生故障，工控机（2）发送命令给左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）、破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7），依据模拟的故障切断控制回路。
可选地，所述主显示屏（1）采用贝加莱5AP1120.121E，与工控机（2）通过背板总线直接相连；工控机（2）选用贝加莱的PPC2200控制器。
可选地，所述第一CAN分主站（23）、第二CAN分主站（24）、第三CAN分主站（25）采用贝加莱的CS2770总线模块，均具有两个独立的CAN接口。
可选地，所述左升降控制模块（3）、左传感中心模块（15）、左预警模块（16）放置在平台左侧面板，右升降控制模块（8）、右传感中心模块（20）、右预警模块（19）放置平台右侧面板，主显示屏（1）、左端头站模块（11）、右端头站模块（12）、左端头显示模块（21）、右端头显示模块（22）放置在平台前面板，其余模块放置在平台内部。
可选地，所述左升降控制模块（3）、左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）分别和右升降控制模块（8）、右截电机控制模块（7）、破碎电机控制模块（6）通过工控机（2）对称式布置，且相同功能模块的通讯地址相同；
所述左摇臂倾角模块（9）、左行走控制模块（10）、左端头站模块（11）分别和右摇臂倾角模块（14）、右行走控制模块（13）、右摇臂倾角模块（14）通过第一CAN分主站（23）对称式布置，且相同功能模块的通讯地址相同；
所述左传感中心模块（15）、左预警模块（16）、左瓦斯模块（17）分别和右传感中心模块（20）、右预警模块（19）、右瓦斯模块（18）通过第二CAN分主站（24）对称式布置，且相同功能模块的通讯地址相同；
所述左端头显示模块（21）和右端头显示模块（22）通过第三CAN分主站（25）对称式布置，且两者通讯地址相同。
可选地，所述左传感中心模块（15）用于检测油路系统的高压油压、低压油压、制动压力、油箱高度温度，右传感中心模块（20）用于检测水路系统的进水压力、进水流量、冷却水压力、冷却水流量、冷却水温度，左瓦斯模块（17）、右瓦斯模块（18）用于检测瓦斯浓度。
可选地，所述左端头站模块（11）发出启动、停止命令给左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5），通过左截电机控制模块（4）控制左截接触器吸合与分断，油泵电机控制模块（5）控制油泵接触器吸合与分断；左端头站模块（11）发出升降命令给左升降控制模块（3），由左升降控制模块（3）控制左侧开关阀的升降线圈。
所述右端头站模块（12）发出启动、停止命令给破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7），通过破碎电机控制模块（6）控制破碎接触器吸合与分断，右截电机控制模块（7）控制右截接触器吸合与分断；右端头站模块（12）发出升降命令给右升降控制模块（8），由右升降控制模块（8）控制右侧开关阀的升降线圈。
可选地，所述左端头站模块（11）与右端头站模块（12）分别发出方向和加减速命令给左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13），由左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13）驱动变频器带动电机旋转。左端头站模块（11）与右端头站模块（12）交叉控制左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13）。
可选地，所述左端头显示模块（21）用于显示左侧摇臂当前的采高、卧底量、牵引速度以及故障代码；右端头显示模块（22）用于显示右侧摇臂当前的采高、卧底量、牵引速度以及故障代码。
本发明的有益效果是：
1、在不用实际装机的情况下，可模拟采煤机所有实际操作流程，并能仿真个部件温度、压力情况。
2、所有模块采用CAN通讯，工控机本身的CAN接口接入关键模块，CAN分主站模块接入其它模块，既降低了总线通讯的数据压力又避免单一模块损坏对整个系统造成不利影响。
3、本发明通过仿真实际机器，降低了现场操作的危险，降低了煤矿的学习成本，为采煤机操作的提供了更为便利的条件。
4、所有模块按左、右对称式布置，相同功能模块的通讯地址相同，便于维护。
附图说明
图1是本发明实施例的采煤机控制系统仿真训练平台的结构示意图。
实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
图1是本发明实施例的采煤机控制系统仿真训练平台的结构示意图。该仿真训练平台包括主显示屏1、工控机2、第一CAN分主站23、第二CAN分主站24、第三CAN分主站25、左截电机控制模块4、油泵电机控制模块5、破碎电机控制模块6、右截电机控制模块7、左升降控制模块3、右升降控制模块8、左摇臂倾角模块9、右摇臂倾角模块14、左行走控制模块10、右行走控制模块13、左端头站模块11、右端头站模块12、左传感中心模块15、右传感中心模块20、左预警模块16、右预警模块19、左瓦斯模块17、右瓦斯模块18、左端头显示模块21、右端头显示模块22。
工控机2可以选用贝加莱的PPC2200控制器。工控机2通过X2X总线与CAN分主站模块通讯，通过X2X通讯实现工控机2对CAN分主站连接的所有模块实现控制输出与数据读取。第一CAN分主站23、第二CAN分主站24、第三CAN分主站25可以采用贝加莱的CS2770总线模块，均具有两个独立的CAN接口
工控机2与左截电机控制模块4、油泵电机控制模块5、破碎电机控制模块6、右截电机控制模块7、左升降控制模块3、右升降控制模块8、左摇臂倾角模块9、右摇臂倾角模块14通过CAN总线直接通讯。
左摇臂倾角模块9、左行走控制模块10、左端头站模块11与第一CAN分主站23的接口1通过CAN总线连接；右摇臂倾角模块14、右行走控制模块13、右端头站模块12与第一CAN分主站23的接口2通过CAN总线连接。
左传感中心模块15、左预警模块16、左瓦斯模块17与第二CAN分主站24的接口1通过CAN总线连接；右传感中心模块20、右预警模块19、右瓦斯模块18与第二CAN分主站24的接口2通过CAN总线连接。
主显示屏1可以采用贝加莱5AP1120.121E，与工控机2通过背板总线直接相连，无需通过通讯线连接；左端头显示模块21与第三CAN分主站25的接口1通过CAN总线连接；右端头显示模块22与第三CAN分主站25的接口2通过CAN总线连接。
如此，所有模块采用CAN通讯，工控机本身的CAN接口接入关键模块，CAN分主站模块接入其它模块，既降低了总线通讯的数据压力又避免单一模块损坏对整个系统造成不利影响。
在一些例子中，左升降控制模块3、左传感中心模块15、左预警模块16放置在平台左侧面板，右升降控制模块8、右传感中心模块20、右预警模块19放置平台右侧面板，主显示屏1、左端头站模块11、右端头站模块12、左端头显示模块21、右端头显示模块22放置在平台前面板，其余模块放置在平台内部。
在另一些例子中，左升降控制模块3、左截电机控制模块4、油泵电机控制模块5分别和右升降控制模块8、右截电机控制模块7、破碎电机控制模块6通过工控机2对称式布置，且相同功能模块的通讯地址相同；左摇臂倾角模块9、左行走控制模块10、左端头站模块11分别和右摇臂倾角模块14、右行走控制模块13、右摇臂倾角模块14通过第一CAN分主站23对称式布置，且相同功能模块的通讯地址相同；左传感中心模块15、左预警模块16、左瓦斯模块17分别和右传感中心模块20、右预警模块19、右瓦斯模块18通过第二CAN分主站24对称式布置，且相同功能模块的通讯地址相同；左端头显示模块21和右端头显示模块22通过第三CAN分主站25对称式布置，且两者通讯地址相同。所有模块按左、右对称式布置，相同功能模块的通讯地址相同，便于维护
本实施例的仿真训练平台设置了三个显示模块，分别为左端头显示模块21、右端头显示模块22和主显示屏1。目的在于通过三个显示模块实现分类显示。
例如，左端头显示模块21用于显示左侧摇臂当前的采高、卧底量、牵引速度以及故障代码；右端头显示模块22用于显示右侧摇臂当前的采高、卧底量、牵引速度以及故障代码；主显示屏1用于显示电机电流、温度、传感器数据、故障内容、温度曲线、电流曲线和所有模块的工作状态。
而仿真控制的对象至少包括左、右摇臂的接触器、开关阀、变频器和行走电机。对此，仿真控制回路设置如下：
左端头站模块11发出启动、停止命令给左截电机控制模块4、油泵电机控制模块5，通过左截电机控制模块4左截接触器吸合与分断，油泵电机控制模块5控制油泵接触器吸合与分断；左端头站模块11发出升降命令给左升降控制模块3，由左升降控制模块3控制左侧开关阀的升降线圈。右端头站模块12发出启动、停止命令给破碎电机控制模块6、右截电机控制模块7，通过破碎电机控制模块6控制破碎接触器吸合与分断，右截电机控制模块7控制右截接触器吸合与分断；右端头站模块12发出升降命令给右升降控制模块8，由右升降控制模块8控制右侧开关阀的升降线圈。在本实施例中，左端头站模块11和右端头站模块12的升降控制按钮只用来控制对应的开关阀。左端头站模块11与右端头站模块12分别发出方向和加减速命令给左行走控制模块10、右行走控制模块13，由左行走控制模块10、右行走控制模块13驱动变频器带动电机旋转。左端头站模块11与右端头站模块12交叉控制左行走控制模块10、右行走控制模块13。
左传感中心模块15、右传感中心模块20、左瓦斯模块17、右瓦斯模块18用于对油路系统、水路系统和瓦斯浓度进行检测，将读取到的数据经过第二CAN分主站24发送给工控机2，经由显示模块显示，使用户能够及时掌握控制指令的仿真结果，进而做出进一步的判断。例如，左传感中心模块15用于检测油路系统的高压油压、低压油压、制动压力、油箱高度温度，右传感中心模块20用于检测水路系统的进水压力、进水流量、冷却水压力、冷却水流量、冷却水温度，左瓦斯模块17、右瓦斯模块18用于检测瓦斯浓度。
作为其中的一种优选例，工控机2内部设置故障分析软件，工控机2接收左传感中心模块15、右传感中心模块20、左瓦斯模块17、右瓦斯模块18采集到的数据后，通过数据分析判断是否发生故障。
如果用户或者工控机2判断发生故障，用户通过工控机2或者由工控机2根据分析结果直接发送命令给左截电机控制模块4、油泵电机控制模块5、破碎电机控制模块6、右截电机控制模块7，依据模拟的故障切断控制回路。例如，左传感中心模块15用于检测油路系统的高压油压、低压油压、制动压力、油箱高度温度，右传感中心模块20用于检测水路系统的进水压力、进水流量、冷却水压力、冷却水流量、冷却水温度，左瓦斯模块17、右瓦斯模块18用于检测瓦斯浓度。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种采煤机控制系统仿真训练平台，其特征在于，所述仿真训练平台包括主显示屏（1）、工控机（2）、第一CAN分主站（23）、第二CAN分主站（24）、第三CAN分主站（25）、左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）、破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7）、左升降控制模块（3）、右升降控制模块（8）、左摇臂倾角模块（9）、右摇臂倾角模块（14）、左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13）、左端头站模块（11）、右端头站模块（12）、左传感中心模块（15）、右传感中心模块（20）、左预警模块（16）、右预警模块（19）、左瓦斯模块（17）、右瓦斯模块（18）、左端头显示模块（21）、右端头显示模块（22）；
所述工控机（2）通过X2X总线与CAN分主站模块通讯，通过X2X通讯实现工控机（2）对CAN分主站连接的所有模块实现控制输出与数据读取；
所述工控机（2）与左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）、破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7）、左升降控制模块（3）、右升降控制模块（8）、左摇臂倾角模块（9）、右摇臂倾角模块（14）通过CAN总线直接通讯；
所述左摇臂倾角模块（9）、左行走控制模块（10）、左端头站模块（11）与第一CAN分主站（23）的接口1通过CAN总线连接；右摇臂倾角模块（14）、右行走控制模块（13）、右端头站模块（12）与第一CAN分主站（23）的接口2通过CAN总线连接；
所述左传感中心模块（15）、左预警模块（16）、左瓦斯模块（17）与第二CAN分主站（24）的接口1通过CAN总线连接；右传感中心模块（20）、右预警模块（19）、右瓦斯模块（18）与第二CAN分主站（24）的接口2通过CAN总线连接；
所述左端头显示模块（21）与第三CAN分主站（25）的接口1通过CAN总线连接，用于显示左侧摇臂当前的工作状态；右端头显示模块（22）与第三CAN分主站（25）的接口2通过CAN总线连接，用于显示右侧摇臂当前的工作状态；所述主显示屏（1）用于显示电机电流、温度、传感器数据、故障内容、温度曲线、电流曲线和所有模块的工作状态；
所述左端头站模块（11）通过左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）控制接触器吸合与分断，通过左升降控制模块（3）控制开关阀的通断；所述右端头站模块（12）通过破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7）控制接触器吸合与分断，通过右升降控制模块（8）控制开关阀的通断；所述左端头站模块（11）与右端头站模块（12）交叉控制左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13），驱动变频器带动电机旋转；
所述左传感中心模块（15）、右传感中心模块（20）、左瓦斯模块（17）、右瓦斯模块（18）用于对油路系统、水路系统和瓦斯浓度进行检测，将读取到的数据经过第二CAN分主站（24）发送给工控机（2），使工控机（2）通过数据分析判断是否发生故障，如果发生故障，工控机（2）发送命令给左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）、破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7），依据模拟的故障切断控制回路；
所述左传感中心模块（15）用于检测油路系统的高压油压、低压油压、制动压力、油箱高度温度，右传感中心模块（20）用于检测水路系统的进水压力、进水流量、冷却水压力、冷却水流量、冷却水温度，左瓦斯模块（17）、右瓦斯模块（18）用于检测瓦斯浓度；
所述左端头站模块（11）发出启动、停止命令给左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5），通过左截电机控制模块（4）控制左截接触器吸合与分断，油泵电机控制模块（5）控制油泵接触器吸合与分断；左端头站模块（11）发出升降命令给左升降控制模块（3），由左升降控制模块（3）控制左侧开关阀的升降线圈；
所述右端头站模块（12）发出启动、停止命令给破碎电机控制模块（6）、右截电机控制模块（7），通过破碎电机控制模块（6）控制破碎接触器吸合与分断、右截电机控制模块（7）控制右截接触器吸合与分断；右端头站模块（12）发出升降命令给右升降控制模块（8），由右升降控制模块（8）控制右侧开关阀的升降线圈；
所述左端头站模块（11）与右端头站模块（12）分别发出方向和加减速命令给左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13），由左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13）驱动变频器带动电机旋转；左端头站模块（11）与右端头站模块（12）交叉控制左行走控制模块（10）、右行走控制模块（13）；
所述左端头显示模块（21）用于显示左侧摇臂当前的采高、卧底量、牵引速度以及故障代码；右端头显示模块（22）用于显示右侧摇臂当前的采高、卧底量、牵引速度以及故障代码。
2.根据权利要求1所述的采煤机控制系统仿真训练平台，其特征在于，所述主显示屏（1）采用贝加莱5AP1120.121E，与工控机（2）通过背板总线直接相连；工控机（2）选用贝加莱的PPC2200控制器。
3.根据权利要求1所述的采煤机控制系统仿真训练平台，其特征在于，所述第一CAN分主站（23）、第二CAN分主站（24）、第三CAN分主站（25）采用贝加莱的CS2770总线模块，均具有两个独立的CAN接口。
4.根据权利要求1所述的采煤机控制系统仿真训练平台，其特征在于，所述左升降控制模块（3）、左传感中心模块（15）、左预警模块（16）放置在平台左侧面板，右升降控制模块（8）、右传感中心模块（20）、右预警模块（19）放置平台右侧面板，主显示屏（1）、左端头站模块（11）、右端头站模块（12）、左端头显示模块（21）、右端头显示模块（22）放置在平台前面板，其余模块放置在平台内部。
5.根据权利要求1所述的采煤机控制系统仿真训练平台，其特征在于，所述左升降控制模块（3）、左截电机控制模块（4）、油泵电机控制模块（5）分别和右升降控制模块（8）、右截电机控制模块（7）、破碎电机控制模块（6）通过工控机（2）对称式布置，且相同功能模块的通讯地址相同；
所述左摇臂倾角模块（9）、左行走控制模块（10）、左端头站模块（11）分别和右摇臂倾角模块（14）、右行走控制模块（13）、右摇臂倾角模块（14）通过第一CAN分主站（23）对称式布置，且相同功能模块的通讯地址相同；
所述左传感中心模块（15）、左预警模块（16）、左瓦斯模块（17）分别和右传感中心模块（20）、右预警模块（19）、右瓦斯模块（18）通过第二CAN分主站（24）对称式布置，且相同功能模块的通讯地址相同；
所述左端头显示模块（21）和右端头显示模块（22）通过第三CAN分主站（25）对称式布置，且两者通讯地址相同。
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