一種綜采工作面設(shè)備協(xié)同自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采煤技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種綜采工作面設(shè)備協(xié)同自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采煤機(jī)是實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要設(shè)備之一，機(jī)械化采煤可以減輕體力勞動(dòng)和提高安全性，達(dá)到高產(chǎn)量、高效率、低消耗的目的。刮板輸送機(jī)用刮板鏈牽引，在當(dāng)前采煤工作面內(nèi)，刮板輸送機(jī)的作用不僅是運(yùn)送煤和物料，而且還是采煤機(jī)的運(yùn)行軌道，因此它成為現(xiàn)代化采煤工藝中不可缺少的主要設(shè)備。刮板輸送機(jī)能保持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)就能正常進(jìn)行;否則，整個(gè)采煤工作面就會(huì)呈現(xiàn)停產(chǎn)狀態(tài)，使整個(gè)生產(chǎn)鏈中斷。在綜采工作面，破碎機(jī)與刮板輸送機(jī)相連從而對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)送過來的尺寸較大煤塊進(jìn)行破碎，防止因煤塊太大卡在刮板輸送機(jī)上，并且造成皮帶機(jī)的損壞。
[0003]目前，上述三個(gè)主要采煤設(shè)備的控制方法是工人在現(xiàn)場親自觀察。當(dāng)刮板輸送機(jī)裝載量過大時(shí)，工人調(diào)節(jié)刮板輸送機(jī)使其功率增加來加快運(yùn)輸速度，若此時(shí)刮板輸送機(jī)的功率已經(jīng)達(dá)到最大值，則調(diào)節(jié)采煤機(jī)使其功率減小，同時(shí)調(diào)節(jié)破碎機(jī)使其功率增加；當(dāng)刮板輸送機(jī)裝載量過低時(shí)，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和破碎機(jī)的功率來增加采煤效率。此種方式主要存在以下弊端:
[0004](I)主要靠工人操作，一方面不利于工人的人身安全，不符合少人化、無人化的綜采要求，另一方面存在很大的外界環(huán)境因素影響，可能會(huì)產(chǎn)生誤判；
[0005](2)工人操作存在延遲現(xiàn)象，不能及時(shí)操作設(shè)備，影響煤礦的生產(chǎn)效率；
[0006](3)當(dāng)工人操作疏忽時(shí)，則有可能使設(shè)備一直處于最大輸出功率狀態(tài)，浪費(fèi)能源，造成煤礦經(jīng)濟(jì)效益損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種綜采工作面設(shè)備協(xié)同自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，一方面能減輕工人的體力勞動(dòng)和保證人身安全，并符合少人化、無人化的綜采要求，另一方面可消除延遲和誤判現(xiàn)象，不會(huì)使設(shè)備一直處于最大輸出功率狀態(tài)，從而達(dá)到高產(chǎn)量、高效率、低消耗的目的。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本綜采工作面設(shè)備協(xié)同自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括采煤機(jī)機(jī)載模塊、刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊和破碎機(jī)機(jī)載模塊，
[0009]所述采煤機(jī)機(jī)載模塊包括采煤機(jī)左搖臂電流傳感器、采煤機(jī)右搖臂電流傳感器、采煤機(jī)左牽引部軸編碼器、采煤機(jī)右牽引部軸編碼器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、M⑶處理模塊、采煤機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊，所述采煤機(jī)左搖臂電流傳感器、采煤機(jī)右搖臂電流傳感器、采煤機(jī)左牽引部軸編碼器和采煤機(jī)右牽引部軸編碼器分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊電信號(hào)連接;所述A/D轉(zhuǎn)換模塊、采煤機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊分別與MCU處理模塊電信號(hào)連接；
[0010]所述刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊包括防爆攝像機(jī)、圖像處理模塊、目標(biāo)檢測模塊、刮板輸送機(jī)電流傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、MCU處理模塊、刮板輸送機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊，所述目標(biāo)檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、刮板輸送機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊分別與MCU處理模塊電信號(hào)連接;所述防爆攝像機(jī)通過圖像處理模塊與目標(biāo)檢測模塊電信號(hào)連接;所述刮板輸送機(jī)機(jī)載控制器與A/D轉(zhuǎn)換模塊電信號(hào)連接；
[0011 ]所述破碎機(jī)機(jī)載模塊包括破碎機(jī)電流傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、MCU處理模塊、破碎機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊，所述破碎機(jī)電流傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與MCU處理模塊電信號(hào)連接;所述破碎機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊分別與MCU處理模塊電信號(hào)連接；
[0012]所述采煤機(jī)機(jī)載模塊中的無線收發(fā)模塊和破碎機(jī)機(jī)載模塊中的無線收發(fā)模塊分別與刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊中的無線收發(fā)模塊電信號(hào)連接。
[0013]—種綜采工作面設(shè)備協(xié)同自動(dòng)控制方法，包括以下步驟:
[0014](I)在采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和破碎機(jī)開始工作時(shí)，刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊中的MCU處理模塊會(huì)記錄當(dāng)前采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和破碎機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)作為初始參數(shù)；
[0015](2)刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊中的M⑶處理模塊判斷刮板輸送機(jī)是否處于過載狀態(tài)，若是則執(zhí)行第(3)步;若不是則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行第(5)步；
[0016](3)刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊中的MCU處理模塊判斷刮板輸送機(jī)當(dāng)前是否處于最大允許電流的狀態(tài)，即判斷其是否處于最大允許輸出功率狀態(tài)，若是則同時(shí)執(zhí)行第(4)步和第
(9)步;若不是則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行第(10)步；
[0017](4)刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊向破碎機(jī)機(jī)載模塊發(fā)送命令，破碎機(jī)機(jī)載模塊中的MCU處理模塊判斷破碎機(jī)當(dāng)前是否處于最大允許電流的狀態(tài)，即判斷其是否處于最大允許輸出功率狀態(tài)，若是則執(zhí)行第(5)步;若不是則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行第(6)步；
[0018](5)刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊中的M⑶處理模塊判斷刮板輸送機(jī)裝載量是否過低，若是則同時(shí)跳轉(zhuǎn)執(zhí)行第(7)步和第(8)步;若不是則返回執(zhí)行第(2)步；
[0019](6)增大破碎機(jī)的輸出功率后，再返回執(zhí)行第(5)步；
[0020](7)刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊向破碎機(jī)機(jī)載模塊發(fā)送命令，破碎機(jī)機(jī)載模塊根據(jù)記錄的初始參數(shù)將破碎機(jī)的輸出功率調(diào)至初始狀態(tài)，并根據(jù)調(diào)整穩(wěn)定后的參數(shù)重新轉(zhuǎn)載至初始參數(shù)，最后返回執(zhí)行第(I)步；
[0021 ] (8)刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊向采煤機(jī)機(jī)載模塊發(fā)送命令，采煤機(jī)機(jī)載模塊根據(jù)記錄的初始參數(shù)將采煤機(jī)牽引速度和搖臂滾筒速度調(diào)至初始狀態(tài)，并根據(jù)調(diào)整穩(wěn)定后的參數(shù)重新轉(zhuǎn)載至初始參數(shù)，最后返回執(zhí)行第(I)步；
[0022](9)刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊向采煤機(jī)機(jī)載模塊發(fā)送命令，采煤機(jī)機(jī)載模塊接收命令后對(duì)采煤機(jī)當(dāng)前運(yùn)行速度進(jìn)行判斷，并降低采煤機(jī)運(yùn)行速度，然后判斷采煤機(jī)的左搖臂電流是否大于右搖臂電流，若是則降低左搖臂的截割速度后返回執(zhí)行第(5)步;若不是則降低右搖臂的截割速度后返回執(zhí)行第(5)步；
[0023](10)增大刮板機(jī)的輸送功率后，然后刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊中的MCU處理模塊判斷刮板輸送機(jī)是否處于過載狀態(tài)，若是則返回執(zhí)行第(9)步，若不是則返回執(zhí)行第(5)步。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本綜采工作面設(shè)備協(xié)同自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法通過采煤機(jī)機(jī)載模塊、刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊和破碎機(jī)機(jī)載模塊相互之間通過無線收發(fā)模塊的電信號(hào)連接，采集各個(gè)設(shè)備的各項(xiàng)實(shí)時(shí)參數(shù)并相互傳遞，再通過各個(gè)設(shè)備的控制器來循環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)各自的各項(xiàng)參數(shù)，從而使該設(shè)備協(xié)同自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)刮板輸送機(jī)載煤量過大或過低時(shí)，本發(fā)明能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和破碎機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，從而防止綜采工作面的堵塞和提高綜采工作面的采煤效率。本發(fā)明一方面減輕了工人的體力勞動(dòng)和保證了人身安全，并符合少人化、無人化的綜采要求，另一方面消除了延遲和誤判現(xiàn)象，不會(huì)使設(shè)備一直處于最大輸出功率狀態(tài)，從而達(dá)到高產(chǎn)量、高效率、低消耗的目的。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；
[0026]圖2是本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028]如圖1所示，一種綜采工作面設(shè)備協(xié)同自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括采煤機(jī)機(jī)載模塊、刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊和破碎機(jī)機(jī)載模塊，
[0029]所述采煤機(jī)機(jī)載模塊包括采煤機(jī)左搖臂電流傳感器、采煤機(jī)右搖臂電流傳感器、采煤機(jī)左牽引部軸編碼器、采煤機(jī)右牽引部軸編碼器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、M⑶處理模塊、采煤機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊，主要用于采煤機(jī)各個(gè)部分的數(shù)據(jù)采集及處理、控制采煤機(jī)工作以及與刮板輸送機(jī)之間的通信連接;所述采煤機(jī)左搖臂電流傳感器、采煤機(jī)右搖臂電流傳感器、采煤機(jī)左牽引部軸編碼器和采煤機(jī)右牽引部軸編碼器分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊電信號(hào)連接;所述A/D轉(zhuǎn)換模塊、采煤機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊分別與MCU處理模塊電信號(hào)連接；由于采煤機(jī)工作時(shí)底板不平，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)采煤機(jī)驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)，另外一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪懸空的現(xiàn)象發(fā)生，所以需要對(duì)兩個(gè)采煤機(jī)牽引部的運(yùn)行速度都進(jìn)行采集，并通過MCU處理模塊計(jì)算當(dāng)前的具體運(yùn)行速度；當(dāng)采煤機(jī)朝右行走時(shí)，則采煤機(jī)右截割滾筒進(jìn)行主要的截割煤炭，其工作負(fù)載較大，同時(shí)采煤機(jī)左截割滾筒則對(duì)底板進(jìn)行修整，其工作負(fù)載較小，因此需要對(duì)采煤機(jī)左右截割滾筒的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并由MCU處理模塊進(jìn)行處理，方便后續(xù)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行控制;所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將采煤機(jī)左搖臂電流傳感器、采煤機(jī)右搖臂電流傳感器、采煤機(jī)左牽引部軸編碼器和采煤機(jī)右牽引部軸編碼器采集到的模擬信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)傳輸至MCU處理模塊，MCU處理模塊將收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理;無線接收模塊主要用于與刮板輸送機(jī)之間的通信連接，并將信號(hào)傳輸至M⑶處理模塊中，M⑶處理模塊對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行判斷后向采煤機(jī)機(jī)載控制器發(fā)送指令來調(diào)節(jié)采煤機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，從而控制采煤機(jī)的動(dòng)作；
[0030]所述刮板輸送機(jī)機(jī)載模塊包括防爆攝像機(jī)、圖像處理模塊、目標(biāo)檢測模塊、刮板輸送機(jī)電流傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、MCU處理模塊、刮板輸送機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊，主要用于刮板輸送機(jī)的電流數(shù)據(jù)采集處理、載煤量的過載檢測、控制刮板輸送機(jī)工作以及分別與采煤機(jī)和破碎機(jī)之間的通信連接;所述目標(biāo)檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、刮板輸送機(jī)機(jī)載控制器和無線收發(fā)模塊分別與MCU處理模塊電信號(hào)連接;所述防爆攝像機(jī)通過圖像處理模塊與目標(biāo)檢測模塊電信號(hào)連接;所述刮板輸送機(jī)機(jī)載控制器與A/D轉(zhuǎn)換模塊電信號(hào)連接;所述防爆攝像機(jī)放置于刮板輸送機(jī)的側(cè)上方，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸量；圖像處理模塊對(duì)防爆攝像機(jī)傳出過來的圖片信息進(jìn)行處理，并將處理后的信息傳輸至目標(biāo)檢測模塊；目標(biāo)檢測模塊對(duì)處理后的圖片信息進(jìn)行目標(biāo)檢測，提取所需的特征值并將其傳輸至MCU處理模塊;MCU處理模塊對(duì)接收到的特征值進(jìn)行計(jì)算，判斷刮板輸送機(jī)當(dāng)前的載煤量是否過載;刮