CN116261064A - 一种采煤机远程5g无线控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采煤机远程5G无线控制装置及方法，涉及采煤机控制技术领域，包括：上位机系统和接收系统，上位机系统与接收系统相连；上位机系统安装于综采工作面集控室计算机上，用于下发无线控制指令信号并通过5G网将无线控制指令信号发射至接收系统；接收系统安装于综采工作面采煤机机身，用于接收上位机系统发射的无线控制指令信号，并基于无线控制指令信号控制采煤机动作。本发明可避免传统模式控制采煤机存在工人工作环境恶劣、就近操作安全风险大的问题，极大缩短了采煤机遥控器和遥控器接收器的距离，实现了集控室远程无线控制采煤机的目的，为工作面无人和少人的智能化采煤模式提供了技术支持。

Description

一种采煤机远程5G无线控制装置及方法

技术领域

本发明涉及采煤机控制技术领域，更具体的说是涉及一种采煤机远程5G无线控制装置及方法。

背景技术

目前井下开采人员操作采煤机时，多数通过遥控器、机载控制按钮或有线操作控制台来控制采煤机的各种运行状态。由于煤矿井下环境恶劣，空气中夹杂大量的粉尘和雾气，能见度很低，这种控制方式严重影响了操作司机的视线，从而增加了操作控制难度及设备运行事故率。同时，由于采煤机的开采区域存在工作面断层、矸石等复杂地质构造，并存在开采空间狭小、就近机载操作安全系数低等环境特点，现有的通过遥控器、机载控制按钮或有线操作控制台来控制采煤机的操作控制方式无法保障操作工人的安全。

现有采煤机的遥控器通信协议采用433MHz通信协议，采煤机遥控器接收器安装于采煤机机身上。如图1所示为采煤机433通信控制示意图，受限于井下无线发射功率的限制，433MHz实际通信距离比较短，需要工人在离采煤机较近的地方操作遥控器来控制采煤机；且采煤机处于不断移动中，工人就近控制存在诸多安全问题。

随着煤矿井下采煤机电气自动化程度的不断提高，对采煤机进行远程无线控制的需求也在不断增加。但是，由于煤矿井下环境恶劣，如何提高无线通讯控制的安全可靠性和快速实时性，成为井下遥控装置的主要技术难题。

5g具有低时延，高可靠性，带宽大等诸多优点，近些年来，随着技术的不断成熟，5g的应用场景越来越广泛，并渗透到矿山领域，利用5g技术建成的智慧煤矿提升了自动化、信息化，达到了减人增效的作用。所以，将5g技术应用到采煤机控制具有很强的现实意义和价值，5g技术使采煤机远程、高可靠性、低时延控制成为可能，将极大地改善采煤机操作工人的工作条件，解决就近控制存在的安全问题，实现采煤机控制的自动化、信息化。

因此，如何实现采煤机远程5g无线控制，解决传统控制采煤机存在的工人工作环境恶劣、安全风险大的问题是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种采煤机远程5G无线控制装置及方法，避免了传统控制采煤机方式存在工人工作环境恶劣、就近操作安全风险大的问题，可实现集控室远程无线控制采煤机的目的，为工作面无人和少人的智能化采煤模式提供了技术支持。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种采煤机远程5G无线控制装置，包括：上位机系统和接收系统，上位机系统与接收系统相连；

上位机系统安装于综采工作面集控室计算机上，用于下发无线控制指令信号并通过5G网将无线控制指令信号发射至接收系统；

接收系统安装于综采工作面采煤机机身，用于接收上位机系统发射的无线控制指令信号，并基于无线控制指令信号控制采煤机动作。

上述技术方案达到的技术效果为：解决了传统控制采煤机存在工人工作环境恶劣、安全风险大的问题；同时引入5G网络，具有时延低、可靠性高的特点，实现了在集控室远程无线控制采煤机的目的。

可选的，还包括交换机，计算机通过网线连接交换机接入5G网。

可选的，接收系统包括5GCPE、采煤机遥控器、转换器、电压转换模块；5GCPE的RS232串口连接转换器对应的RS232串口，采煤机遥控器的每一路按键IO口连接转换器对应的输出端口；

5GCPE作为接收系统中的服务器，用于接收上位机系统下发的无线控制指令信号并透传到5GCPE的RS232串口，再将得到的RS232信号发送到转换器的RS232串口；

转换器，用于接收5GCPE发出的RS232信号并驱动控制电路使相应的输出端口产生低电平信号；

采煤机遥控器，基于转换器输出端口产生的低电平信号，使对应的按键IO口处于低电平状态，并控制采煤机遥控器执行相应的操作；

电压转换模块，用于给采煤机遥控器供电。

可选的，上位机作为客户端，通过TCP/IP协议与接收系统中作为服务器的5GCPE建立TCP连接。

可选的，采煤机遥控器设置有若干个功能按键，包括：开/关遥控器、向左行走或速度自动化关闭、牵引停止或速度自动化关闭、向右行走或速度自动化关闭、升高左滚筒、关闭所有驱动器、升高右滚筒、降低左滚筒、降低右滚筒、抬高左外喷雾、升高破碎机、第一备用、降低左外喷雾、降低破碎机、第二备用、第一第二功能、关闭示范刀或第二功能、关闭自动操作、第二第二功能。

可选的，上位机系统包括操控界面，通过PowerBuilder的Rich TextEdit控件发出相应的控制指令，并将控制指令通过Winsock通讯控件远程传送到转换器，控制转换器的输出OUT电平的高低变化，以完成采煤机遥控器相应按键的按下和弹起。

可选的，转换器包括：处理器、RS232串口、供电模块、开关芯片；

处理器采用STM32F407ZGT6单片机，通过RS232串口下发指令控制开关芯片输出。

可选的，还包括设置在采煤机上的采煤机遥控器接收器，用于接收采煤机遥控器发射的433MHz信号并控制采煤机动作。

可选的，电压转换模块包括调试网口，用于调试5GCPE。

本发明还提供了一种采煤机远程5G无线控制方法，包括以下步骤：

在综采工作面集控室计算机上安装上位机系统，并将计算机通过网线连接交换机接入5G网；

在综采工作面采煤机机身上安装接收系统，并将作为客户端的上位机系统通过TCP/IP协议与接收系统中作为服务器的5GCPE建立TCP连接；

通过5GCPE接收上位机系统下发的无线控制指令信号并透传到5GCPE的RS232串口，再将得到的RS232信号发送到转换器的RS232串口；

转换器接收到RS232信号后驱动控制电路使相应的输出端口产生低电平信号，以让采煤机遥控器对应的按键IO口处于低电平状态，控制采煤机遥控器发出相应操作的命令，控制采煤机动作。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种采煤机远程5G无线控制装置及方法，具有以下有益效果：

将上位机系统安装于集控室，避免了传统模式控制采煤机存在工人工作环境恶劣、就近操作安全风险大的问题；将接收系统安装在采煤机上，极大地缩短了采煤机遥控器和采煤机遥控器接收器的距离，降低了433无线信号干扰和延时；同时，引入5G网具有时延低、可靠性高的特点，实现了集控室远程无线控制采煤机的目的，为工作面无人和少人的智能化采煤模式提供了技术支持。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中采煤机433通信控制示意图；

图2为本发明提供的采煤机远程5G无线控制装置的结构示意图；

图3为本发明提供的上位机系统操控界面的示意图；

图4为本发明提供的Rich TextEdit控件的Properties的示意图；

图5为本发明提供的采煤机遥控器IO口部分原理图。

具体实施方式

下面将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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种采煤机远程5G无线控制装置，如图2所示，包括：上位机系统和接收系统，上位机系统与接收系统相连；

上位机系统安装于综采工作面集控室计算机上，用于下发无线控制指令信号并通过5G网将无线控制指令信号发射至接收系统；在具体应用时，上位机系统的开发平台选用PowerBuilder；

接收系统安装于综采工作面采煤机机身，用于接收上位机系统发射的无线控制指令信号，并基于无线控制指令信号控制采煤机动作。

进一步地，还包括交换机，计算机通过网线连接交换机接入5G网。

具体的，工作面布设有5G基站，可以接收到5G信号。计算机本地IP地址设置为192.168.60.205，计算机通过网线连接交换机接入5G网(IP：192.168.60.10)。

进一步地，接收系统包括5GCPE、采煤机遥控器、转换器、电压转换模块；5GCPE的RS232串口连接转换器对应的RS232串口，采煤机遥控器的每一路按键IO口连接转换器对应的输出端口；

5GCPE作为接收系统中的服务器，用于接收上位机系统下发的无线控制指令信号并透传到5GCPE的RS232串口，再将得到的RS232信号发送到转换器的RS232串口；

转换器，用于接收5GCPE发出的RS232信号并驱动控制电路使相应的输出端口产生低电平信号；

采煤机遥控器，基于转换器输出端口产生的低电平信号，使对应的按键IO口处于低电平状态，并控制采煤机遥控器执行相应的操作；

电压转换模块，用于给采煤机遥控器供电。

进一步地，上位机作为客户端，通过TCP/IP协议与接收系统中作为服务器的5GCPE(IP：20.0.5.1)建立TCP连接。

更进一步地，采煤机遥控器设置有19个功能按键，完成19个功能，包括：开/关遥控器、向左行走或速度自动化关闭、牵引停止或速度自动化关闭、向右行走或速度自动化关闭、升高左滚筒、关闭所有驱动器、升高右滚筒、降低左滚筒、降低右滚筒、抬高左外喷雾、升高破碎机、第一备用、降低左外喷雾、降低破碎机、第二备用、第一第二功能、关闭示范刀或第二功能、关闭自动操作、第二第二功能，其中，第二功能、自动驾驶、摇臂自动化及示范刀功能是同时按2个复合按键发出指令实施此功能的，参见表1。

表1采煤机遥控器的功能汇总

进一步地，根据采煤机遥控器的功能，上位机系统在设计操控界面时，一方面是单键功能，另一个方面是复合即多键功能。在实际的遥控器上，操作人员是可以同时按下两个或三个按钮的，但在上位机系统即计算机上，鼠标只能按下一处，即代表一个按钮的控件，所以本实施例中，将多键按钮功能设计为独立的控件代表，如图3所示。图中所用的控件是PowerBuilder的Rich TextEdit控件，它具有鼠标按下和弹起事件脚本，可以模拟按键的压下和离开动作，发出相应的控制指令并经过通讯将控制指令发送给转换器，控制转换器的输出OUT电平的高低变化，实现采煤机遥控器相应按键的按下和弹起。对采煤机遥控器的两个按钮同时按下的功能，本实施例都给出了相应的控件表示，这样也解决了鼠标只能点击一个控件的问题，参见图4，将控制指令写在Rich TextEdit控件的Properties(属性)的Tag属性处，还包括功能，如“向左行走或速度自动化关闭”，利用鼠标按下(mousedown)、鼠标弹起(mouseup)事件，执行采煤机遥控器的按下和弹起的功能程序。

具体的，本实施例中每个单功能指令为6个字节，组合按键的指令为单功能的后四个字节异或得到，校验码为CRC校验，表2为上位机单功能控制接收系统转换器输出232指令点表，对于双键功能，其指令是相应单功能的组合。

表2上位机单功能控制接收系统转换器输出232指令点表

进一步地，转换器包括：处理器、RS232串口、供电模块、开关芯片；处理器采用STM32F407ZGT6单片机，通过RS232串口下发指令控制开关芯片输出。如图5所示为采煤机遥控器按键IO口部分原理图，采煤机遥控器每一路按键IO口即AS1～AS19低电平有效，连接转换器对应输出端口即OUT1～OUT19低电平输出；采煤机遥控器沿用原来的433MHz通信模式发射信号到采煤机遥控器接收器控制采煤机动作。

进一步地，还包括设置在采煤机上的采煤机遥控器接收器，用于接收采煤机遥控器发射的433MHz信号并控制采煤机动作。

进一步地，电压转换模块包括调试网口，用于调试5GCPE。具体的，通过采煤机引出的电缆为接收系统供电，电压为12V，通过内部12V转5V模块给采煤机遥控器供电。

与图2所述的装置相对应，本发明实施例还提供了一种采煤机远程5G无线控制方法，包括以下步骤：

在综采工作面集控室计算机上安装上位机系统，并将计算机通过网线连接交换机接入5G网；

在综采工作面采煤机机身上安装接收系统，并将作为客户端的上位机系统通过TCP/IP协议与接收系统中作为服务器的5GCPE建立TCP连接；

通过5GCPE接收上位机系统下发的无线控制指令信号并透传到5GCPE的RS232串口，再将得到的RS232信号发送到转换器的RS232串口；

转换器接收到RS232信号后驱动控制电路使相应的输出端口产生低电平信号，以让采煤机遥控器对应的按键IO口处于低电平状态，控制采煤机遥控器发出相应操作的命令，控制采煤机动作。

具体的，上位机系统由PowerBuilder前端开发系统完成，其中通讯使用Winsock三方控件，按钮使用PowerBuilder的RichTextEdit控件，将命令符及功能都写在其Properties(属性)的Tag处，利用其鼠标按下(mousedown)、鼠标弹起(mouseup)事件，执行遥控器的按下和弹起的功能程序。

接收系统5GCPE接收到上位机系统发来的无线控制指令信号后，透传信号到RS232串口并将信号发到所连转换器的RS232串口，转换器接收到RS232信号后驱动控制电路使相应的输出端口(OUT1～OUT19)产生低电平信号，从而使采煤机遥控器按键IO口(AS1～AS19)处于低电平状态，相当于按下采煤机遥控器按钮，采煤机遥控器发出相应操作的命令，发出的是433MHz信号到采煤机433Mhz接收装置，达到控制采煤机的目的。此外，采煤机遥控器433MHz天线和5GCPE天线采用内置天线设计提高保护性；实际实施环境还配套有工作面视频实时监控系统，便于从集控室获取液压支架和采煤机工作状态，随时控制采煤机做出相应的操作，以此达到远程无线控制的目的，解决现有技术存在的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种采煤机远程5G无线控制装置，其特征在于，包括：上位机系统和接收系统，上位机系统与接收系统相连；

上位机系统安装于综采工作面集控室计算机上，用于下发无线控制指令信号并通过5G网将无线控制指令信号发射至接收系统；

接收系统安装于综采工作面采煤机机身，用于接收上位机系统发射的无线控制指令信号，并基于无线控制指令信号控制采煤机动作。

2.根据权利要求1所述的一种采煤机远程5G无线控制装置，其特征在于，还包括交换机，计算机通过网线连接交换机接入5G网。

3.根据权利要求1所述的一种采煤机远程5G无线控制装置，其特征在于，接收系统包括5GCPE、采煤机遥控器、转换器、电压转换模块；5GCPE的RS232串口连接转换器对应的RS232串口，采煤机遥控器的每一路按键IO口连接转换器对应的输出端口；

5GCPE作为接收系统中的服务器，用于接收上位机系统下发的无线控制指令信号并透传到5GCPE的RS232串口，再将得到的RS232信号发送到转换器的RS232串口；

转换器，用于接收5GCPE发出的RS232信号并驱动控制电路使相应的输出端口产生低电平信号；

采煤机遥控器，基于转换器输出端口产生的低电平信号，使对应的按键IO口处于低电平状态，并控制采煤机遥控器执行相应的操作；

电压转换模块，用于给采煤机遥控器供电。

4.根据权利要求3所述的一种采煤机远程5G无线控制装置，其特征在于，上位机作为客户端，通过TCP/IP协议与接收系统中作为服务器的5GCPE建立TCP连接。

5.根据权利要求3所述的一种采煤机远程5G无线控制装置，其特征在于，采煤机遥控器设置有若干个功能按键，包括：开/关遥控器、向左行走或速度自动化关闭、牵引停止或速度自动化关闭、向右行走或速度自动化关闭、升高左滚筒、关闭所有驱动器、升高右滚筒、降低左滚筒、降低右滚筒、抬高左外喷雾、升高破碎机、第一备用、降低左外喷雾、降低破碎机、第二备用、第一第二功能、关闭示范刀或第二功能、关闭自动操作、第二第二功能。

6.根据权利要求5所述的一种采煤机远程5G无线控制装置，其特征在于，上位机系统包括操控界面，通过PowerBuilder的RichTextEdit控件发出相应的控制指令，并将控制指令通过Winsock通讯控件远程传送到转换器，控制转换器的输出OUT电平的高低变化，以完成采煤机遥控器相应按键的按下和弹起。

7.根据权利要求3所述的一种采煤机远程5G无线控制装置，其特征在于，转换器包括：处理器、RS232串口、供电模块、开关芯片；

处理器采用STM32F407ZGT6单片机，通过RS232串口下发指令控制开关芯片输出。

8.根据权利要求3所述的一种采煤机远程5G无线控制装置，其特征在于，还包括设置在采煤机上的采煤机遥控器接收器，用于接收采煤机遥控器发射的433MHz信号并控制采煤机动作。

9.根据权利要求3所述的一种采煤机远程5G无线控制装置，其特征在于，电压转换模块包括调试网口，用于调试5GCPE。

10.一种采煤机远程5G无线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在综采工作面集控室计算机上安装上位机系统，并将计算机通过网线连接交换机接入5G网；

在综采工作面采煤机机身上安装接收系统，并将作为客户端的上位机系统通过TCP/IP协议与接收系统中作为服务器的5GCPE建立TCP连接；

通过5GCPE接收上位机系统下发的无线控制指令信号并透传到5GCPE的RS232串口，再将得到的RS232信号发送到转换器的RS232串口；

转换器接收到RS232信号后驱动控制电路使相应的输出端口产生低电平信号，以让采煤机遥控器对应的按键IO口处于低电平状态，控制采煤机遥控器发出相应操作的命令，控制采煤机动作。

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