CN115981229A - 一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿井下采掘巷道支护设备控制技术领域，提供了一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统及方法，解决了现有技术缺乏一种针对自动锚索钻车运行的控制系统和方法的问题。PLC数据将接收到的油缸压力信号、马达转速信号或进给机构的位置信号传输至人机交互界面单元，人机交互界面单元用于显示钻架状态信息和设置相应参数，遥控发射器用于发出设备动作指令信号，遥控接收机将设备动作指令信号输至PLC控制器，PLC控制器将设备动作指令信号传输至数字量输出模块和模拟量输出模块进而实现执行机构的动作；数据存储模块用于从PLC控制器中采集锚索钻架的运行数据。

Description

一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统及方法

技术领域

本发明属于煤矿井下采掘巷道支护设备控制技术领域，具体涉及一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统及方法。

背景技术

在煤矿开采作业中，锚索的支护是保障井下煤矿安全作业环境的重要基础保障。目前锚索的支护主要依赖于人工操作锚杆钻机或钻车实现钻孔然后打入锚索，面临着透水、大煤尘的恶劣工作环境，且工作效率低下。

经检索，中国专利CN109681117B公开一种煤矿用液压单臂自动锚索钻车,涉及煤矿井下采掘巷道支护技术领域，包括车体、升降机构和自动锚索钻架系统,车体包括机体部、液压系统、电气控制系统、发动机装置以及轮式行走机构,液压系统和轮式行走机构均与发动机装置连接；升降机构包括工作臂、驱动工作臂升降的升降组件以及驱动工作臂左右摆动的摆动组件；自动锚索钻架系统通过升降机构实现升降和摆动,用于实现锚杆或锚索安装；自动锚索钻架系统和升降机构均由液压系统控制。采用液压单臂自动锚索钻车,自动锚索钻架系统做锚索锚护装置,升降机构进行自动锚护定位,发动机装置做动力,轮式驱动的整车布置方式,移动速度块,锚索锚护效率高。

但是该专利仅仅是对自动锚索钻车具体工作流程和机械组成的描述，并涉及控制系统的具体布局和方法流程。

发明内容

本发明为了解决现有技术缺乏一种针对自动锚索钻车运行的控制系统和方法的问题，提供了一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统及方法，

本发明采用如下的技术方案实现：一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，包括主控制单元、人机交互界面单元、集中遥控单元和感知单元，主控制单元包括PLC控制器、数字量输出模块、模拟量输出模块、传感器采集模块和数据存储模块；人机交互界面单元包括主界面、状态显示界面、步骤显示界面、参数配置界面和调试控制界面；集中遥控单元包括遥控发射器和遥控接收机；感知单元包括压力传感器、转速传感器和多圈绝对值编码器；其中压力传感器将检测到油缸压力信号经传感器采集模块传输至PLC控制器，转速传感器将检测到的马达转速信号经传感器采集模块传输至PLC控制器，多圈绝对值编码器将检测到的进给机构的位置信号经传感器采集模块传输至PLC控制器；PLC数据将接收到的油缸压力信号、马达转速信号或进给机构的位置信号传输至人机交互界面单元，人机交互界面单元用于显示钻架状态信息和设置相应参数，遥控发射器用于发出设备动作指令信号，遥控接收机将设备动作指令信号输至PLC控制器，PLC控制器将设备动作指令信号传输至数字量输出模块和模拟量输出模块进而实现执行机构的动作；数据存储模块用于从PLC控制器中采集锚索钻架的运行数据。

优选地，数字量输出模块的各输出端口分别与锚索钻架的钻臂、摆臂、机械手、夹钎、钻杆仓和拆杆机构的电磁阀连接，通过电磁阀的导通实现对应机构的动作；模拟量输出模块的各输出端口分别与进给机构中进给油缸和钻箱马达的电磁阀连接，通过控制电磁阀的开口量，实现进给油缸的上升下降和钻箱马达的正转反转。

优选地，压力传感器安装于各进给油缸的油管取压小孔，转速传感器安装在钻箱马达的底部，多圈绝对值编码器安装在进给机构侧面采用连杆机构连接；传感器采集模块包括模拟量输入端子模块、差分信号模块和通讯模块，压力传感器与模拟量输入端子模块连接，转速传感器与差分信号模块连接，多圈绝对值编码器与通讯模块连接。

优选地，PLC控制模块的型号为CX8050，数字量输出模块的型号为EL2809，模拟量输出模块的型号为EL2535，模拟量输入端子模块的型号为EL3048，差分信号模块的型号为EL1512，通讯模块的型号为EL6751，数据存储模块的型号为CANDTU-200UR。

优选地，主界面用于显示钻架编号、当前进给高度、当前总进给深度、自动运行状态、初始位置状态、接杆次数、拆杆次数和故障信息报警，状态显示界面用于显示钻架各执行机构的动作和到位状态，步骤显示界面用于显示自动运行步骤流程和当前步骤，参数配置界面用于显示和设置钻架运行基本参数和必要参数，调试控制界面用于显示和设置参数和程序运行参数；PLC控制器与人机交互界面单元采用ModbusTCP通讯方式，PLC控制器与数字量输出模块、模拟量输出模块、传感器采集模块采用EtherCAT通讯方式，PLC控制器与数据存储模块、PLC控制器与遥控接收机和多圈绝对值编码器采用CAN总线通讯方式，遥控发射器和遥控接收机之间采用无线通信方式。

优选地，遥控发射器上的13个钮子开关控制摆臂伸缩、钻杆仓伸缩、拆杆伸缩、夹钎开合、机械手开合、钻臂升降、钻臂前后摆、钻臂左右摆的动作，遥控发射器上的2个模拟摇杆用于实现进给油缸升降和钻箱马达正转反转的控制，遥控发射器上的6个平面按键用于实现自动流程启动、停止、故障复位、编码器标零、参数配置和水阀控制，遥控发射器上的急停开关用于实现紧急停机功能，遥控发射器的显示屏显示设备站号、急停状态、当前步骤、进给高度、进给深度。

优选地，遥控发射器上设置有用于实现多台钻架的同步或异步控制的模式选择旋钮开关，每台钻架上对应设置有一个遥控接收机。

本发明还提供了一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制方法，包括以下步骤，

S1：运行参数设置：在参数配置界面设置钻杆的长度和钻孔的深度；

S2：多圈绝对值编码器的标零：遥控发射器控制钻箱降到底，观察主界面上进给高度是否为零，误差值可为±4cm；若不满足，通过遥控发射器上的编码器标零按键进行标零；

S3：初始化设置：观察主界面的初始位置状态是否满足设备要求，若满足则无需初始化，若不满足则切换至状态显示界面，通过遥控发射器上的初始化按钮，使各执行机构到达初始位置状态；初始位置状态包括机械手开、夹钎开、摆臂缩、钻杆仓伸、拆杆机构伸、进给下降到底、钻箱溢流开、进给溢流开。

S4：进入钻架自动运行模式：通过遥控发射器上的自动流程启动平面按键启动自动运行模式，自动运行模式包括四个小循环，分别为抓杆、接杆、拆杆、放杆，当达到指定钻孔深度后，自动运行模式停止，复位初始状态；

S5:进入自动运行模式的大循环：一次自动运行模式完成后，观察主界面，若无故障且满足初始位置状态，则重复步骤S4。

优选地，步骤S4中，抓杆动作指机械手从钻杆仓抓取钻杆后，摆臂动作，推送钻杆到指定位置，同时钻杆仓旋转到下一抓杆位置；接杆包含2个循环，分别为接下螺纹和接上螺纹，接杆时先接下螺纹，接下螺纹时钻箱马达正转、进给油缸上升、机械手闭合，当钻箱压力达到15Mpa且进给距离值大于200mm时接下螺纹完成，接上螺纹时钻箱马达正转、进给油缸上升、机械手松，当钻箱压力达到15Mpa且进给距离值大于1200mm时接上螺纹完成；拆杆包含2个循环，分别为拆上螺纹和拆下螺纹，拆杆时先拆上螺纹，钻箱马达反转、进给油缸下降，机械手松，当钻箱压力小于9Mpa且进给距离值小于850mm时拆上螺纹完成，拆下螺纹时，钻箱马达反转、进给油缸下降，机械手闭合，当钻箱压力小于9Mpa且进给距离值小于10mm时拆下螺纹完成；放杆动作指摆臂动作将钻杆拉回指定位置，机械手将钻杆放回钻杆仓内的空位，钻杆仓旋转到下一空位；

循环次数N由PLC控制器根据设置参数计算得出，具体计算公式为：

式中H_s为设定的钻孔深度，L为设置的钻杆长度，L₀为头杆长度，ΔL为原始误差。

优选地，步骤S1中，若涉及多台钻架，提前通过遥控发射器上的模式选择旋钮开关选择同步或异步控制模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的煤矿用多臂自动锚索钻架控制系统及方法填补了煤矿用多臂自动锚索钻架控制系统的空白，并提供了具体可行的控制方法流程。是国内首次应用的多臂自动锚索钻架顺利运行的主要技术基础保障，该控制系统结合自动锚索钻架设备的组成单元和工艺流程，采用所设计的特定控制系统，实现了多臂自动锚索钻架的自动化操控，采用该系统及方法进行多臂自动锚索钻架的控制后，能有效减少煤矿掘进工作面锚护的操作人员人数，保证煤矿多臂自动钻架的锚护工作效率，提高了煤矿掘进的效率和质量，为煤矿开采带来巨大的社会效益和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的控制系统的结构示意图；

图2是本发明的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性地劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内，需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本发明提供了一种实施例：

如图1和图2所示，一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，包括主控制单元、人机交互界面单元、集中遥控单元和感知单元，主控制单元包括PLC控制器、数字量输出模块、模拟量输出模块、传感器采集模块和数据存储模块；人机交互界面单元包括主界面、状态显示界面、步骤显示界面、参数配置界面和调试控制界面；集中遥控单元包括遥控发射器和遥控接收机；感知单元包括压力传感器、转速传感器和多圈绝对值编码器；

其中压力传感器将检测到油缸压力信号经传感器采集模块传输至PLC控制器，转速传感器将检测到的马达转速信号经传感器采集模块传输至PLC控制器，多圈绝对值编码器将检测到的进给机构的位置信号经传感器采集模块传输至PLC控制器；

PLC数据将接收到的油缸压力信号、马达转速信号或进给机构的位置信号传输至人机交互界面单元，人机交互界面单元用于显示钻架状态信息和设置相应参数，遥控发射器用于发出设备动作指令信号，遥控接收机将设备动作指令信号输至PLC控制器，PLC控制器将设备动作指令信号传输至数字量输出模块和模拟量输出模块进而实现执行机构的动作；数据存储模块用于从PLC控制器中采集锚索钻架的运行数据。

本实施例中，PLC控制模块的型号为CX8050，PLC控制器集成执行机构动作程序、传感器信息采集程序、全自动程序和通信程序，PLC控制器供电和控制信号为DC24V，其作用是实现多臂自动锚索钻架各机构动作的信息采集和命令下达；具体实现为，假设要实现自动钻架执行机构中进给油缸下降到底的状态，首先需要通过通信程序采集传感器采集模块采集所得的编码器值，计算当前高度，判断进给油缸动作方向，再将动作方向传递给模拟量输出模块，按照一定速度控制进给油缸动作，直到进给高度为0时停止，并同时判断进给油缸压力值是否到达指定值共同判断是否到位。多臂自动锚索钻架中单执行机构到位动作、单钻架自动流程及多钻架自动流程都按此方法通过主控制器实现信息采集和命令下达。

数字量输出模块型号为EL2809，作用是实现锚索钻架的钻臂、摆臂、机械手、夹钎、钻杆仓、拆杆机构的电磁阀动作控制,具体实现为当控制器接收到某一机构动作命令或自身发出某一机构动作指令时，使数字量输出模块EL2809对应的输出口置位为高电平，使对应机构的电磁阀导通，驱动相关机构发生动作。

模拟量输出模块型号为EL2535,作用是实现进给机构中进给油缸和钻箱马达的动作控制，具体实现为当PLC控制器接收到进给油缸和钻箱马达动作指令或自身发出动作指令时，判断动作速度快慢或给定速度，使模拟量输出模块EL2535输出4-20mA电流信号，控制电磁阀开口量，实现一定速度的进给油缸上升下降和钻箱马达正转反转。

传感器采集模块包含模拟量输入端子模块的型号为EL3048，差分信号模块的型号为EL1512，通讯模块的型号为EL6751，,其作用是实现压力传感器、编码器和转速传感器测量数据的采集。具体实现为压力传感器输出4-20mA电流信号，模拟量输入端子模块EL3048将采集信息传递给控制器，换算得出压力值；编码器将自身输出数字量通过通讯模块EL6751以CAN通讯方式传递给控制器；转速传感器输出差分信号，差分信号模块EL1512将差分信号传递给控制器，换算出转速值。

数据存储模块实现锚索钻架自动运行数据的采集，型号为CANDTU-200UR,具体实现为以CAN通讯方式从主控制器采集各执行机构的动作信息、到位状态和各传感器的数值，周期为每秒100次。

数字量输出模块的各输出端口分别与锚索钻架的钻臂、摆臂、机械手、夹钎、钻杆仓和拆杆机构的电磁阀连接，通过电磁阀的导通实现对应机构的动作；模拟量输出模块的各输出端口分别与进给机构中进给油缸和钻箱马达的电磁阀连接，通过控制电磁阀的开口量，实现进给油缸的上升下降和钻箱马达的正转反转。

压力传感器安装于各进给油缸的油管取压小孔，转速传感器安装在钻箱马达的底部，多圈绝对值编码器安装在进给机构侧面采用连杆机构连接；传感器采集模块包括模拟量输入端子模块、差分信号模块和通讯模块，压力传感器与模拟量输入端子模块连接，转速传感器与差分信号模块连接，多圈绝对值编码器与通讯模块连接。压力传感器的数量为15个，用于测量各油缸的压力值，输出4-20mA信号，接入传感器采集模块中的模拟量输入端子模块的型号为EL3048后由PLC主控制器进行信号读取和处理；转速传感器的数量为1个，输出差分频率信号，接入传感器采集模块中的差分信号模块EL1512后由PLC主控制器进行信号读取和处理；多圈绝对值编码器数量为1个，输出模拟量接入传感器采集模块中的通讯模块EL6751后由PLC主控制器进行信号读取和转换。

主界面用于显示每台钻架的基本信息，是设备运行时的主画面，其基本信息包括钻架编号、当前进给高度、当前总进给深度、自动运行状态、初始位置状态、接杆次数、拆杆次数和故障信息报警，状态显示界面用于显示钻架各执行机构的动作和到位状态，具体包括机械手开、合、松的动作和到位状态、上机械手压力值和下机械手压力值；夹钎开、合的动作、到位状态和压力值；摆臂伸、缩的动作、到位状态和压力值；钻杆仓伸、缩的动作、到位状态和压力值；拆杆机构伸、缩的动作、到位状态和压力值；进给升、降的动作、到顶和到底状态和压力值；钻箱正转、反转的动作和压力值。步骤显示界面用于显示自动运行步骤流程和当前步骤，具体包括接杆和拆杆两大步24小步，接杆包含前14步，拆杆包含后10步，步骤显示界面可提示当前步骤，若自动流程中断或需要人工干预可参照该界面修改步骤。

参数配置界面用于显示和设置钻架运行基本参数和必要参数，具体包括钻孔深度、钻杆长度、编码器标零状态、当前步骤号、当前接杆数量、当前拆杆数量。调试控制界面用于显示和设置参数和程序运行参数，该界面为调试人员调试使用，操作人员一般情况不使用，具体包括紧螺纹压力和速度、松螺纹压力和速度、拆螺纹距离值、钻杆仓、机械手、两个摆臂、拆杆、进给油缸的到位压力值。

PLC控制器与人机交互界面单元采用ModbusTCP通讯方式，PLC控制器与数字量输出模块、模拟量输出模块、传感器采集模块采用EtherCAT通讯方式，PLC控制器与数据存储模块、PLC控制器与遥控接收机和多圈绝对值编码器采用CAN总线通讯方式，遥控发射器和遥控接收机之间采用无线通信方式。

遥控发射器上的13个钮子开关控制摆臂伸缩、钻杆仓伸缩、拆杆伸缩、夹钎开合、机械手开合、钻臂升降、钻臂前后摆、钻臂左右摆的动作，遥控发射器上的2个模拟摇杆用于实现进给油缸升降和钻箱马达正转反转的控制，遥控发射器上的6个平面按键用于实现自动流程启动、停止、故障复位、编码器标零、参数配置和水阀控制，遥控发射器上的急停开关用于实现紧急停机功能，遥控发射器的显示屏显示设备站号、急停状态、当前步骤、进给高度、进给深度。遥控发射器上设置有用于实现多台钻架的同步或异步控制的模式选择旋钮开关，每台钻架上对应设置有一个遥控接收机，每台遥控接收机具有唯一站号；遥控发射器可实现最多4台钻架的同步和异步控制。

主控制单元、人机交互界面单元、集中遥控单元和感知单元分别以不同的通讯方式形成一个通讯链路。以设备的具体操作流程为基础，其通讯链路作用为：感知单元中，多圈绝对值编码器的数据通过CAN通讯方式传递给主控制单元中的传感器采集模块；传感器采集模块将控制命令通过EtherCAT通讯方式传递给PLC控制器，PLC控制器将所收到的信息通过ModbusTCP通讯方式传递给人机交互界面单元；操作人员根据界面提示信息设置相应参数，并操作集中遥控单元中的遥控发射器实现设备动作控制，遥控发射器信息通过无线通讯方式传递给遥控接收机，遥控接收机采用CAN通讯方式将操作命令传递给PLC控制器；PLC控制器将控制命令通过EtherCAT通讯方式传递给数字量输出模块和模拟量输出模块实现相应的动作和功能。

一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制方法，包括以下步骤，

S1：运行参数设置：用遥控发射器或外接鼠标键盘切换界面至参数配置界面，在参数配置界面设置钻杆的长度和钻孔的深度；

S2：多圈绝对值编码器的标零：遥控发射器控制钻箱降到底，观察主界面上进给高度是否为零，误差值可为±4cm；若不满足，通过遥控发射器上的编码器标零按键进行标零；

S3：初始化设置：观察主界面的初始位置状态是否满足设备要求，若满足则无需初始化，若不满足则切换至状态显示界面，通过遥控发射器上的初始化按钮，使各执行机构到达初始位置状态；初始位置状态包括机械手开、夹钎开、摆臂缩、钻杆仓伸、拆杆机构伸、进给下降到底、钻箱溢流开、进给溢流开。

S4：进入钻架自动运行模式：通过遥控发射器上的自动流程启动平面按键启动自动运行模式，自动运行模式包括四个小循环，分别为抓杆、接杆、拆杆、放杆，当达到指定钻孔深度后，自动运行模式停止，复位初始状态；

S5:进入自动运行模式的大循环：一次自动运行模式完成后，观察主界面，若无故障且满足初始位置状态，则重复步骤S4。

步骤S4中，抓杆动作指机械手从钻杆仓抓取钻杆后，摆臂动作，推送钻杆到指定位置，同时钻杆仓旋转到下一抓杆位置；接杆包含2个循环，分别为接下螺纹和接上螺纹，接杆时先接下螺纹，接下螺纹时钻箱马达正转、进给油缸上升、机械手闭合，当钻箱压力达到15Mpa且进给距离值大于200mm时接下螺纹完成，接上螺纹时钻箱马达正转、进给油缸上升、机械手松，当钻箱压力达到15Mpa且进给距离值大于1200mm时接上螺纹完成；拆杆包含2个循环，分别为拆上螺纹和拆下螺纹，拆杆时先拆上螺纹，钻箱马达反转、进给油缸下降，机械手松，当钻箱压力小于9Mpa且进给距离值小于850mm时拆上螺纹完成，拆下螺纹时，钻箱马达反转、进给油缸下降，机械手闭合，当钻箱压力小于9Mpa且进给距离值小于10mm时拆下螺纹完成；放杆动作指摆臂动作将钻杆拉回指定位置，机械手将钻杆放回钻杆仓内的空位，钻杆仓旋转到下一空位，钻杆仓共可放9根钻杆，具备记忆功能，每根钻杆位置固定存放。

循环次数N由PLC控制器根据设置参数计算得出，具体计算公式为：

式中H_s为设定的钻孔深度，L为设置的钻杆长度，L₀为头杆长度，ΔL为原始误差。

步骤S1中，若涉及多台钻架，通过提前通过遥控发射器上的模式选择旋钮开关选择同步或异步控制模式，若为同步，则1台遥控发射器可同时控制最多4台钻架同时动作，步骤S2至S5同时进行；若为异步，则遥控发射器需要选择钻架编号，步骤S2至S5各钻架单独进行，步骤相同。

新型自动锚索钻架设备主要包含的执行机构有进给机构、钻臂、摆臂、机械手、夹钎、钻杆仓、拆杆机构，该锚索钻架需要对多执行机构进行编队控制，实现锚索支护的装杆打孔和拆杆流程自动化，具体结构在申请号为201811478727.5的中国发明专利中提到，在此不做赘述；煤矿用多臂自动锚索钻架控制系统及方法包含远控和就地模式，远控模式下，可通过ModubusTCP通讯协议实现自动启停等基本操作，操作通过第三方远控面板或操作界面完成。煤矿用多臂自动锚索钻架控制系统及方法包含分步自动化一键操作，即若全自动中断，可采用一键操作重新回到全自动故障前状态，从而保证自动流程不间断运行。一键操作包括一键护杆，一键抓杆，一键放杆，一键接上螺纹，一键接下螺纹，一键拆上螺纹，一键拆下螺纹共7个子流程。其中一键护杆为单独操作，其动作过程为上机械手开，下机械手合最终达到杆既不掉又不影响接螺纹的效果，即机械手松的状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，其特征在于：

包括主控制单元、人机交互界面单元、集中遥控单元和感知单元，主控制单元包括PLC控制器、数字量输出模块、模拟量输出模块、传感器采集模块和数据存储模块；人机交互界面单元包括主界面、状态显示界面、步骤显示界面、参数配置界面和调试控制界面；集中遥控单元包括遥控发射器和遥控接收机；感知单元包括压力传感器、转速传感器和多圈绝对值编码器；

其中压力传感器将检测到油缸压力信号经传感器采集模块传输至PLC控制器，转速传感器将检测到的马达转速信号经传感器采集模块传输至PLC控制器，多圈绝对值编码器将检测到的进给机构的位置信号经传感器采集模块传输至PLC控制器；

PLC数据将接收到的油缸压力信号、马达转速信号或进给机构的位置信号传输至人机交互界面单元，人机交互界面单元用于显示钻架状态信息和设置相应参数，遥控发射器用于发出设备动作指令信号，遥控接收机将设备动作指令信号输至PLC控制器，PLC控制器将设备动作指令信号传输至数字量输出模块和模拟量输出模块进而实现执行机构的动作；数据存储模块用于从PLC控制器中采集锚索钻架的运行数据。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，其特征在于：所述数字量输出模块的各输出端口分别与锚索钻架的钻臂、摆臂、机械手、夹钎、钻杆仓和拆杆机构的电磁阀连接，通过电磁阀的导通实现对应机构的动作；模拟量输出模块的各输出端口分别与进给机构中进给油缸和钻箱马达的电磁阀连接，通过控制电磁阀的开口量，实现进给油缸的上升下降和钻箱马达的正转反转。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，其特征在于：所述压力传感器安装于各进给油缸的油管取压小孔，转速传感器安装在钻箱马达的底部，多圈绝对值编码器安装在进给机构侧面采用连杆机构连接；传感器采集模块包括模拟量输入端子模块、差分信号模块和通讯模块，压力传感器与模拟量输入端子模块连接，转速传感器与差分信号模块连接，多圈绝对值编码器与通讯模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，其特征在于：所述PLC控制模块的型号为CX8050，数字量输出模块的型号为EL2809，模拟量输出模块的型号为EL2535，模拟量输入端子模块的型号为EL3048，差分信号模块的型号为EL1512，通讯模块的型号为EL6751，数据存储模块的型号为CANDTU-200UR。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，其特征在于：所述主界面用于显示钻架编号、当前进给高度、当前总进给深度、自动运行状态、初始位置状态、接杆次数、拆杆次数和故障信息报警，状态显示界面用于显示钻架各执行机构的动作和到位状态，步骤显示界面用于显示自动运行步骤流程和当前步骤，参数配置界面用于显示和设置钻架运行基本参数和必要参数，调试控制界面用于显示和设置参数和程序运行参数；

PLC控制器与人机交互界面单元采用ModbusTCP通讯方式，PLC控制器与数字量输出模块、模拟量输出模块、传感器采集模块采用EtherCAT通讯方式，PLC控制器与数据存储模块、PLC控制器与遥控接收机和多圈绝对值编码器采用CAN总线通讯方式，遥控发射器和遥控接收机之间采用无线通信方式。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，其特征在于：所述遥控发射器上的13个钮子开关控制摆臂伸缩、钻杆仓伸缩、拆杆伸缩、夹钎开合、机械手开合、钻臂升降、钻臂前后摆、钻臂左右摆的动作，遥控发射器上的2个模拟摇杆用于实现进给油缸升降和钻箱马达正转反转的控制，遥控发射器上的6个平面按键用于实现自动流程启动、停止、故障复位、编码器标零、参数配置、初始化和水阀控制，遥控发射器上的急停开关用于实现紧急停机功能，遥控发射器的显示屏显示设备站号、急停状态、当前步骤、进给高度、进给深度。

7.根据权利要求6所述的一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，其特征在于：所述遥控发射器上设置有用于实现多台钻架的同步或异步控制的模式选择旋钮开关，每台钻架上对应设置有一个遥控接收机。

8.一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制方法，基于如权利要求1至7所述的煤矿用多臂自动锚索钻架的控制系统，其特征在于：包括以下步骤，

S1：运行参数设置：在参数配置界面设置钻杆的长度和钻孔的深度；

S2：多圈绝对值编码器的标零：遥控发射器控制钻箱降到底，观察主界面上进给高度是否为零，误差值可为±4cm；若不满足，通过遥控发射器上的编码器标零按键进行标零；

S3：初始化设置：观察主界面的初始位置状态是否满足设备要求，若满足则无需初始化，若不满足则切换至状态显示界面，通过遥控发射器平面按键使各执行机构到达初始位置状态；初始位置状态包括机械手开、夹钎开、摆臂缩、钻杆仓伸、拆杆机构伸、进给下降到底、钻箱溢流开、进给溢流开。

S4：进入钻架自动运行模式：通过遥控发射器上的自动流程启动平面按键启动自动运行模式，自动运行模式包括四个小循环，分别为抓杆、接杆、拆杆、放杆，当达到指定钻孔深度后，自动运行模式停止，复位初始状态；

S5:进入自动运行模式的大循环：一次自动运行模式完成后，观察主界面，若无故障且满足初始位置状态，则重复步骤S4。

9.根据权利要求8所述的一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，抓杆动作指机械手从钻杆仓抓取钻杆后，摆臂动作，推送钻杆到指定位置，同时钻杆仓旋转到下一抓杆位置；接杆包含2个循环，分别为接下螺纹和接上螺纹，接杆时先接下螺纹，接下螺纹时钻箱马达正转、进给油缸上升、机械手闭合，当钻箱压力达到15Mpa且进给距离值大于200mm时接下螺纹完成，接上螺纹时钻箱马达正转、进给油缸上升、机械手松，当钻箱压力达到15Mpa且进给距离值大于1200mm时接上螺纹完成；拆杆包含2个循环，分别为拆上螺纹和拆下螺纹，拆杆时先拆上螺纹，钻箱马达反转、进给油缸下降，机械手松，当钻箱压力小于9Mpa且进给距离值小于850mm时拆上螺纹完成，拆下螺纹时，钻箱马达反转、进给油缸下降，机械手闭合，当钻箱压力小于9Mpa且进给距离值小于10mm时拆下螺纹完成；放杆动作指摆臂动作将钻杆拉回指定位置，机械手将钻杆放回钻杆仓内的空位，钻杆仓旋转到下一空位；

四个小循环的循环次数均为N，循环次数N由PLC控制器根据设置参数计算得出，具体计算公式为：

式中H_s为设定的钻孔深度，L为设置的钻杆长度，L₀为头杆长度，ΔL为原始误差。

10.根据权利要求8所述的一种煤矿用多臂自动锚索钻架的控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，若涉及多台钻架，提前通过遥控发射器上的模式选择旋钮开关选择同步或异步控制模式。

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