CN201581889U - 综采工作面弯曲检测装置 - Google Patents

Abstract

一种综采工作面弯曲检测装置，主要由惯性敏感元件或者惯性敏感元件和水平角度传感器的组合、信号处理电路、电源和防爆外壳等组成。信号处理电路是以CPU或DSP为核心的信息处理系统；该信息处理系统的输出接口经数据传输线路与全工作面电液控制系统连接。该检测装置安装于采煤机上，对采煤机沿工作面刮板输送机运行轨迹和姿态实时检测，解析出工作面检测数据。由信息处理系统输出的检测数据经数据传输线路传至全工作面电液控制系统及采煤机控制系统，通过执行机构：液压支架推移千斤顶、滚筒摇臂调高千斤顶等，对刮板输送机进行调整，达到工作面矫直的目的。适用于煤矿综采、综放工作面弯曲检测，实现工作面弯曲自动检测和矫直。

Description

综采工作面弯曲检测装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿综采工作面测量和自动控制领域，特别是一种用于检测综采工作面弯曲以便进行矫直用的综采工作面弯曲检测装置。

背景技术

目前，世界上主要的煤炭生产国，采用长壁采煤法的工作面基本上都是以支架电液控制、采煤机与支架联动为特征的综采工作面。但电液控制支架的每次推移步距不可避免地存在累积误差，造成工作面出现弯曲，带来综采生产的一系列问题，如刮板输送机负荷增大，磨损加剧，采煤机通行困难，采煤机行走机构故障率增加等问题。目前必须人工矫正找直，人工找直的方法是：在综采工作面两端头之间或工作面内拉一根绳子作为基准，人工用尺子测量综采工作面弯曲度，然后再由人工操作液压支架进行矫正。这种状况与自动化程度高的工作面装备极不相称。由于综采工作面没有弯曲测量的基准点、基准线和基准面，因此用常规方法不能解决弯曲测量问题。也有因受地质条件影响的特殊情况，需要综采工作面转弯推进并保持工作面不弯曲。

发明内容

为了克服目前依靠人工用绳子和尺子检测综采工作面弯曲度和人工操作矫正弯曲的不足，本实用新型提供一种能自动检测综采工作面弯曲的综采工作面弯曲检测装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

综采工作面弯曲检测装置主要由惯性敏感元件或者惯性敏感元件和水平角度传感器的组合、信号处理电路、电源，以及防爆外壳组成。防爆外壳固联于采煤机上。信号处理电路采用以CPU或DSP为核心的信息处理系统。该信息处理系统的输出接口通过数据传输线路与全工作面电液控制系统连接。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案还可以是：

综采工作面弯曲检测装置的CPU或DSP为核心的信息处理系统是单片机系统。单片机系统的外界接口通过采煤机电缆的控制线接全工作面电液控制系统。惯性敏感元件采用三轴惯性传感器和双轴倾角传感器组合。

本实用新型的有益效果是：

改变用绳子和尺子测量综采工作面弯曲和人工矫正找直的落后方式，解决综采工作面弯曲准确测量问题，使综采工作面弯曲检测和矫直实现自动化。

附图说明

图1是本实用新型综采工作面弯曲检测装置的方框图。

图2是综采工作面弯曲检测装置的电气原理图。

图中：U₁-四×2输入与非门、U₂-三-八地址译码器、U₃-RAM、U₄-EEPROM、U₅-A/D转换器、U₇-TTL/RS232电平转换器、U₈-地址锁存器、U₉-CPU、U₁₀-液晶显示器、U₁₁-两轴倾角传感器、U₁₂-三轴惯性传感器、DB-数据总线、AB-地址总线。(注：无U₆。)

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

在图1中示出综采工作面弯曲检测装置的基本组成及原理。

综采工作面弯曲检测装置由惯性敏感元件或者惯性敏感元件和水平角度传感器的组合、信号处理电路、电源以及防爆外壳等组成。安装在采煤机上。

惯性敏感元件或惯性敏感元件和水平角度传感器组合：根据检测和控制要求的不同，惯性敏感元件可单独使用，也可和水平角度传感器一起使用。

惯性敏感元件：可以是在空间的一个轴向即倾向上的一件惯性敏感器件，即陀螺仪或加速度计；或者是陀螺仪或/和加速度计在三轴空间的多种组合的惯性敏感器件，最多在三个轴向安装三件陀螺仪和三件加速度计，即在三轴空间每个轴向上各安装一件陀螺仪和一件加速度计的惯性敏感器件。

水平角度传感器：检测综采工作面走向或倾向的水平角度。

本案采用惯性敏感元件和水平角度传感器组合，即内置三件陀螺仪和三件加速度计的三轴惯性传感器与双轴倾角传感器的组合。前者检测采煤机运行弯曲度和角度。后者检测综采工作面走向和倾向上的水平角度。

信号处理电路采用以CPU或DSP为核心的信息处理系统。该信息处理系统由CPU或DSP及其外围连接的接口电路、A/D转换器、存储器、数据功能显示屏，及其电源等组成。该信息处理系统的接口电路的一个接口外接惯性敏感元件。水平角度传感器是模拟量输出传感器，需要通过A/D转换器接CPU或DSP。该信息处理系统接口电路的另一接口通过作为数据传输线路的采煤机电缆的控制线，与全工作面电液控制系统乃至采煤机控制系统连接。接口电路的该接口也作为系统功能调整接口，通过该接口对CPU或DSP系统功能进行调整。数据功能显示屏与CPU或DSP相连，显示系统状态和数据。电源为惯性敏感元件和水平角度传感器、CPU或DSP信息处理系统提供工作电压。

惯性敏感元件和水平角度传感器检测采煤机运行的轨迹和姿态，输出的检测信号经接口电路传送给CPU或DSP；经CPU或DSP信息处理系统进行数据处理，从中解析出工作面检测数据，存到存储器中并经接口电路的输出接口输出，输出的工作面检测数据经采煤机电缆的控制线，发送给全工作面电液控制系统，通过支架控制器控制推移千斤顶等执行机构，根据矫正数据执行对刮板运输机推移，使工作面煤壁达到要求直线，实现综采工作面弯曲矫直目的。

综采工作面弯曲检测基本原理：

综采工作面回采时，滚筒采煤机以工作面刮板输送机为轨道往复运行，并随工作面刮板输送机的前移沿走向推进。把弯曲检测装置安装在滚筒采煤机上，随采煤机运行。由惯性敏感元件和水平角度传感器对采煤机的运行轨迹和姿态进行实时检测。当采煤机沿工作面刮板输送机从一端运行到另一端时，惯性敏感元件和水平角度传感器及其CPU或DSP信息处理系统就能完整地检测和记录采煤机的运行数据，经CPU或DSP进行数据处理，从中解析出刮板输送机在工作面每个区段的数据。又由于刮板输送机是紧靠工作面煤壁布置的，所以解析出刮板输送机在各区段的数据，也就可以解析出工作面检测数据：包括综采工作面的走向、倾向和水平参数，或其中的一部分。

在图2中示出本综采工作面弯曲检测装置的电路原理和组成。综采工作面弯曲检测装置的关键元件为两轴倾角传感器U₁₁和三轴惯性传感器U₁₂。

两轴倾角传感器U₁₁，即图中的XR Sensor，选用两轴倾角模拟量输出传感器SANG1000，用于检测综采工作面的走向倾角和倾向倾角。

三轴惯性传感器U12，即图中的i Sensor，选用三轴惯性串行输出传感器ADIS16355，内置三个陀螺仪和三个加速度计，用于检测综采工作面弯曲度。

以CPU或DSP为核心的信息处理系统是采用以单片机即微处理器为核心的单片机系统，即由CPU(U₉)组成的单片机系统。该单片机系统的主要组成元件有：CPU(U₉)选用80C31，地址锁存器U₈选用74HC573，地址译码器U₂选用74HC138，RAM(U₃)选用6264，EEPROM(U₄)选用AM2864ADI。

CPU(U₉)的外围电路还包括A/D转换器U₅、TTL/RS232电平转换器U₇、用于数据输出和计算机通讯的外界接口JP₁、用于外接惯性敏感器件U₁₂的外界接口JP₂、液晶显示器U₁₀等。液晶显示器U₁₀选用YM12864J型。外界接口JP₁、JP₂即第一、第二外界接口；液晶显示器即数据功能显示屏。

A/D转换器U₅用于连接两轴倾角传感器U₁₁，选用12位ADS774KP。其1～4位和5～8位共用数据总线的低4位。A/D转换器U₅的10V范围的模拟输入端10V_IN与20V范围的模拟输入端20V_IN，分别与两轴倾角传感器U₁₁的两模拟输出端A_O1、A_O2连接。连接于A/D转换器U₅的BEFIN端与REF端的电位器RP₁、连接于U₅的BIPOS端与REF端的电位器RP₂是两个基准调整电位器：前者调整模拟参考输入电压，后者调整内部模拟参考电压。两电位器取值范围为20～200欧姆。

外界接口JP₂的7、8端对外分别接三轴惯性传感器U₁₂的串行口TX、RX端，对内接TTL/RS232电平转换器U₇的T-IN₂、R-OUT₂端，经电平转换器U₇进行电平转换后，由电平转换器U₇的RT-IN₂、RR-OUT₂端，接到CPU(U₉)的串行输入端RXD、串行输出端TXD。

外界接口JP₁的2、3端对外分别接系统功能调整接口、传输输出数据的采煤机电缆控制线，对内接TTL/RS232电平转换器U₇的T-IN₁、R-OUT₁端，经电平转换器U₇进行电平转换后，由电平转换器U₇的RT-IN₁、RR-OUT₁端，接CPU(U₉)的P口中被定义为串行通讯端口的输入端P₆、输出端P₇。

电平转换器U₇是TTL电平和RS232电平的转换器，选用MAX232。

液晶显示器U₁₀选用YM12864J，其数据线D₀～D₇经数据总线DB接CPU(U₉)的AD口(AD₀～AD₇)，用作显示系统状态和数据的显示屏。

图中：DB是数据总线，AB是地址总线，地址总线中包括读写控制线/WE和片选控制线/CS、/CE。

其余有：①连接于CPU(U₉)的XTAL₁、XTAL₂引脚的晶振XT、电容器C₆和C₇组成主振回路。②连接于CPU(U₉)的读写选通信号输出引脚/RD、/WR的四×2输入与非门U₁的两个与非门U_1A、U_1B，其输出接读、写控制端。四×2输入与非门U₁型号为SN74HC00。③电平转换器U₇的外接电容器C₂～C₅。

综采工作面弯曲检测装置的电路工作原理：

①两轴倾角传感器U₁₁按指示方向分别对应综采工作面的走向倾角和倾向倾角，两个模拟量输出口A_O1、A_O2分别接到A/D转换器U₅的引脚10V_IN和20V_IN，经A/D转换后，由CPU进行处理，和惯性传感器处理后的数据一起由CPU的串口输出，经电平转换器U₇电平转换后，由外界接口JP₁输出到执行机构：液压支架的推移千斤顶、采煤机滚筒的摇臂调高千斤顶执行。

②三轴惯性传感器U₁₂按指示方向分别对应检测综采工作面的走向、倾向和水平弯曲度，惯性传感器U₁₂的串行口TX和RX分别接到外界接口JP₂的7、8端，经电平转换器U₇电平转换后接到CPU的P₆、P₇端，由CPU进行处理后获得走向、倾向弯曲度以及对应的位置，和倾角传感器U₁₁处理后的数据一起由CPU的串口输出，经电平转换器U₇电平转换后，由外界接口JP₁输出到执行机构执行。

除了上述实施方案，也可以采用如下技术措施改动：

①信号处理电路采用其它型号的单片机构成的单片机信息处理系统。

②信号处理电路也可以采用以DSP为核心的信息处理系统。数字信号处理器DSP是具有强大数据信号处理能力和高运行速度的独特的微处理器。

③信息处理系统输出接口通过数据传输线路连接的全工作面电液控制系统，可以是普通配置的全工作面电液控制系统，也可以是高级配置的全工作面电液控制系统：增设采煤机位置检测和主控制计算机。通过主控制计算机与采煤机控制系统连接，不仅控制推移千斤顶推溜而且可控制采煤机摇臂调高千斤顶调节滚筒割底高度，配合本装置实现更完善的工作面弯曲矫直功能。

本弯曲检测装置对于采用电液控制系统的综采放顶煤工作面同样适用。

Claims (5)

1.一种综采工作面弯曲检测装置，其特征在于：包括惯性敏感元件或者惯性敏感元件和水平角度传感器的组合、信号处理电路、电源，以及防爆外壳；防爆外壳固联于采煤机上；信号处理电路是以CPU或DSP为核心的信息处理系统；该信息处理系统的输出接口与接全工作面电液控制系统的数据传输线路相连接。

2.根据权利要求1所述的综采工作面弯曲检测装置，其特征在于：所说的以CPU或DSP为核心的信息处理系统，是以单片机为核心的单片机系统；所说的该信息处理系统的输出接口是单片机系统外界接口；所说的数据传输线路是采煤机电缆的控制线。

3.根据权利要求1所述的综采工作面弯曲检测装置，其特征在于：所说的惯性敏感元件，可以是在空间一个轴向上的一件惯性敏感器件，即加速度计或陀螺仪；或者是加速度计或/和陀螺仪在三轴空间的多种组合的惯性敏感器件，最多在三个轴向安装三件加速度计和三件陀螺仪，即在三轴空间每个轴向上最多各安装一件加速度计和一件陀螺仪的惯性敏感器件。

4.根据权利要求1所述的综采工作面弯曲检测装置，其特征在于：所说的惯性敏感元件和水平角度传感器的组合，其惯性敏感元件是内置三件加速度计和三件陀螺仪的三轴惯性传感器，其水平角度传感器是检测综采工作面走向角度和倾向角度的双轴倾角传感器。

5.根据权利要求2所述的综采工作面弯曲检测装置，其特征在于：所说的单片机系统，包括单片机(U₉)及其外围连接的地址锁存器(U₈)、地址译码器(U₂)、RAM(U₃)、EEPROM(U₄)、A/D转换器(U₅)、TTL/RS232电平转换器(U₇)、数据输出和计算机通讯的第一外界接口(JP₁)、用于接传感器的第二外界接口(JP₂)及液晶显示器(U₁₀)；其中：

第一外界接口(JP₁)：即所说的单片机系统的外界接口，也是系统功能调整接口；该接口(JP₁)对内经TTL/RS232电平转换器(U₇)接单片机(U₉)的P口中定义为串行通讯端口的输入、输出端(P₆、P₇)；

第二外界接口(JP₂)：外侧接所说的惯性敏感元件，即由三件加速度计和三件陀螺仪组成的三轴惯性传感器(U₁₂)；内侧经TTL/RS232电平转换器(U₇)接单片机(U₉)的串行输出口(TXD)和串行输入口(RXD)；

A/D转换器(U₅)的输入端接所说的水平角度传感器，即输出模拟量的双轴倾角传感器(U₁₁)，其输出端接单片机(U₉)的数据总线接口(AD口)；

液晶显示器(U₁₀)经数据总线(DB)接单片机(U₉)的数据总线接口(AD口)。

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