[發(fā)明專利]一種邊幫成套采煤設(shè)備遠程控制系統(tǒng)及開采方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010917832.5
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN111946341B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 原鋼;唐會成;郝亞明;鮑文亮;呼守信;程鳳霞;楊勇;任曉文;丁永成;馬凱;王光肇;李煥麗;馮化;許連丙;李石巖
• 申請（專利權(quán)）人: 中國煤炭科工集團太原研究院有限公司;山西天地煤機裝備有限公司
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24;E21C41/18
• 代理公司: 太原晉科知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

1.一種邊幫成套采煤設(shè)備遠程控制系統(tǒng)，其特征在于：包括會話層，用于人機交互界面；決策層，包括各控制器；物理層，包括各執(zhí)行機構(gòu)和感知元件；會話層、決策層以及物理層采用多種通訊協(xié)議方式實現(xiàn)互聯(lián)；

所述的會話層包括慣性導(dǎo)航界面、設(shè)備參數(shù)狀態(tài)界面和視頻監(jiān)控界面；

所述的慣性導(dǎo)航界面實時顯示采煤過程中連采機的橫滾、俯仰和偏航角；設(shè)備參數(shù)狀態(tài)界面實時顯示各設(shè)備驅(qū)動機構(gòu)的工作參數(shù)、協(xié)同控制功能參數(shù)和設(shè)備故障信息；視頻監(jiān)控界面實時顯示連采機截割面，裝運面和平臺運輸面畫面；

所述的決策層包括主控制器、連采機控制器、運輸單元控制器以及行走平臺控制器；

所述的決策層中的主控制器的決策功能包括連采機與運輸單元的協(xié)同控制，多運輸單元智能識別控制，設(shè)備自動回撤控制，設(shè)備聯(lián)動控制；

連采機控制器的決策功能包括連采機的截割控制、行走控制、運輸控制；

運輸單元控制器決策功能包括運輸單元的啟停，多節(jié)運輸單元信息的交互；

行走平臺控制器的決策功能包括平臺的推移升降，尾部運輸啟停，卸料部運輸啟停，推移油缸的伸縮，各設(shè)備通斷電；

所述的物理層包括傳感器、操作面板和電磁閥；

所述的物理層中的傳感器包括拉線位移傳感器、電壓電流互感器和壓力傳感器，其中拉線位移傳感器安裝在首節(jié)運輸單元與連采機鉸接連接處，用于測量運輸單元與連采機空行程距離；電壓電流互感器安裝于各設(shè)備電機的接觸器上，用于測量電機的電壓和電流；壓力傳感器安裝于各油缸的油管取壓小孔，用于測量各油缸的壓力值；三種傳感器均輸出4-20mA信號，接入模擬量輸入端子模塊EL3048后由各控制器進行信號讀取和處理；

操作面板包括運輸單元操作面板、連采機操作面板和行走平臺操作面板，各操作面板分別安裝于遠程操控臺內(nèi)，控制面板包括按鈕、旋鈕、開關(guān)量搖桿和模擬量搖桿，操作面板發(fā)出控制指令后通過CAN通訊方式發(fā)送到主控制器中，主控制器根據(jù)命令通過ADS通訊方式分別發(fā)送給各單設(shè)備控制器實現(xiàn)遠程控制；

電磁閥安裝在各油缸處，統(tǒng)一接入EPEC控制器，然后主控制器和各單設(shè)備控制器通過CAN通訊方式將油缸伸縮指令發(fā)送給電磁閥實現(xiàn)油缸的伸縮動作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊幫成套采煤設(shè)備遠程控制系統(tǒng)，其特征在于：決策層的連采機控制器決策功能中，截割控制通過電流互感器反饋電流控制截割電機轉(zhuǎn)速，通過旋轉(zhuǎn)變壓器反饋高度控制截割油缸電磁閥輸出的伸縮速度；行走控制通過電流互感器控制行走電機轉(zhuǎn)速和變頻輸出；運輸控制通過電流互感器控制運輸電機轉(zhuǎn)速；

決策層的運輸單元控制器中，多運輸單元信息的交互通過CAN通訊方式將各運輸單元電壓電流信息匯總與首節(jié)運輸單元；

決策層的主控制器接收控制器的傳輸?shù)脑O(shè)備信息，并將控制命令下達給連采機控制器，運輸單元控制器和行走平臺控制器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的邊幫成套采煤設(shè)備遠程控制系統(tǒng)，其特征在于：物理層的傳感器中，拉線位移傳感器作用包括：測量連采機截割高度作為截割高度的控制反饋、測量平臺左右推移油缸伸縮距離作為推移油缸同步控制的依據(jù)、測量連采機與運輸單元連接處空行程距離作為連采機自動前進和回撤協(xié)同控制的依據(jù)；電壓電流互感器作用為測量各電機工作電壓電流作為電機故障檢測的依據(jù)；壓力傳感器作用為測量油缸壓力作為檢測油缸工作狀態(tài)的依據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的邊幫成套采煤設(shè)備遠程控制系統(tǒng)，其特征在于：會話層中人機交互界面與決策層中的主控制器之間采用TCP/IP通訊方式；決策層中主控制器與連采機控制器、行走平臺控制器和運輸單元控制器之間采用ADS通訊方式；物理層中傳感器與決策層中連采機控制器、行走平臺控制器和運輸單元控制器采用RS485通訊方式；物理層中的操作面板和電磁閥與決策層中的主控制器之間采用CAN總線通訊方式。

5.一種如權(quán)利要求4所述的邊幫成套采煤設(shè)備遠程控制系統(tǒng)的開采方法，其特征在于：包括以下步驟，

S100～啟動遠程操作平臺，觀察設(shè)備參數(shù)狀態(tài)界面，判斷各設(shè)備間通信是否正常，具體包括主控制器與行走平臺控制器、連采機控制器、運輸單元控制器的通信狀態(tài)，主控制器與上位機界面的通信狀態(tài)；

S200～初始化參數(shù)設(shè)置，具體包括設(shè)置導(dǎo)航的初始參考角度，自動前進的循環(huán)次數(shù)和距離范圍；

S300～按照逆煤流方向從后往前依次啟動設(shè)備，按照逆煤流方向具體包括：卸料部運輸啟-尾部運輸啟-運輸單元啟-風(fēng)機啟-連采機刮板運輸啟-連采機裝運啟-連采機截割啟；啟動過程如下：操作人員按照操作順序依次按下位于操作面板的啟動按鈕，操作面板將控制指令發(fā)送給主控制器，主控制器接受到命令后分別將命令下達給各單設(shè)備控制器，單設(shè)備控制器發(fā)出控制指令給各電機控制模塊，啟動相應(yīng)電機，操作面板選擇聯(lián)動模式，若檢測到后級設(shè)備沒啟動，前級設(shè)備無法啟動；

S400～進行采煤掘進工作；

S500～按照順煤流方向從前往后依次停止設(shè)備；當(dāng)連采機采掘深度達到一個運輸單元長度時，需要接續(xù)下一個運輸單元，此時需停止設(shè)備運行，即按照順煤流方向具體包括：連采機截割停-連采機裝運停-連采機刮板運輸停-風(fēng)機停-運輸單元停-尾部運輸停-卸料部運輸停；停止過程如下：操作人員按照操作順序依次按下位于操作面板的停止按鈕，操作面板將控制指令發(fā)送給主控制器，主控制器接受到命令后分別將命令下達給各單設(shè)備控制器，單設(shè)備控制器發(fā)出控制指令給各電機控制模塊，停止相應(yīng)電機，操作面板選擇聯(lián)動模式，若檢測到前級設(shè)備沒停止，后級設(shè)備無法停止；

S600～進行運輸單元接續(xù)工作；操作人員按下操作面板的運輸單元斷電按鈕，切斷運輸單元電源后，進行運輸單元接續(xù)，連接電源電纜和通訊電纜后完成，此時主控制器根據(jù)運輸單元控制器發(fā)回的信息自動識別接續(xù)運輸單元的單元號，方便進行運輸單元的集中控制；

S700～采掘到指定深度后進行設(shè)備的自動回撤；具體為：根據(jù)巷道頂板條件和煤質(zhì)狀況判定采掘深度，當(dāng)滿足采掘要求后，在設(shè)備狀態(tài)參數(shù)界面設(shè)置自動回撤的循環(huán)次數(shù)和距離范圍，將運輸平臺操作面板的“自動回撤”旋到啟動位置，開啟自動回撤，連采機與運輸單元同時后退，保持其連接處距離在150mm內(nèi)，同時連采機和運輸單元電纜自動進行收縮，逐步撤回運輸單元，使連采機回到平臺初始位置。