電牽引採煤機遠程監控控制系統的製作方法
2023-05-19 23:09:46 1
專利名稱：電牽引採煤機遠程監控控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於煤礦安全生產監控設備，為採煤機遠程通訊設備，具體涉及一種電牽引採煤機遠程監控控制系統。
背景技術：
採煤機遠程通訊和工作面集中控制技術是現代化礦井的標誌，它包括工作面設備，主要是採煤機的運行參數與地面控制中心的數據傳輸、運行狀態和位置的監控，地面控制中心對井下設備工作運行的操作控制，也就是實現無人工作面的最終目的。雖然這一技術的實施不是僅僅由採煤機完成，但作為採煤工作面最為關鍵的行動裝置，這就要求採煤機要有運行數據(包括故障信息)遠程傳輸技術、位置檢測技術的支持，在此前提下方可實現順槽、地面對井下設備運行數據的監測、管理乃至集中控制。採煤機遠程控監測控制技術使採煤機既可以完成本地控制功能，又能將採煤機的實時工況上傳到順槽工業控制計算機，並通過礦井環網傳輸到地面調度中心，實現採煤機的遠程監測控制功能。可根據採集的實時數據分析控制，調整採煤機運行參數，保證採煤機在最佳狀態下運行。該系統的中文顯示界面，優化了人機對話友善程度，故障記憶查詢功能降低了故障排除處理時間，遠程控制降低了工人勞動強度。該系統操作方便，擴展性能高，可實現連續、安全生產，代表了綜採工作面無人操作的發展趨勢。I)國外採煤機遠程監控系統的發展狀況美國J0Y、德國Eickhoff採煤機都實現了數據遠程傳輸、集中監控和分集中控制，採煤機通過供電電纜 的控制芯線或先導芯線與順槽集中控制站連接。順槽集中控制站包括負荷中心、數據機、微機MIC0S、顯示器、鍵盤和接口。順槽集中控制站與採煤機、液壓支架控制系統、工作面輸送機、轉載機相連，通過中繼站可與大於5Km的地面數據轉換器連接，後者把信號傳給礦井地面站。通過上訴系統，理論上可以在順槽集中控制站實現工作面設備的遠程通訊和集中控制。由於遠程監控的多種優勢，在澳大利亞、美國等採煤技術先進的國家已經得到廣泛使用，取得良好的效果。2)國內採煤機遠程監控控制系統的發展狀況國內電牽引採煤機遠程監控控制系統的發展階段僅限於數據傳輸的功能，太礦電氣發展公司生產的JK-1I1、JK-1V型採煤機控制系統都具有數據上傳監測功能，但是上傳數據量較小，信號通過動力電纜傳輸幹擾大，就礦上的監測監控、集中控制要求還有一定的差距。2007年太礦生產的國內第一臺具有仿形切割和數據遠程功能的MG250/600-WD電牽引智能型採煤機的成功下線，採煤機遠程監控和控制系統已經初步成型，通過在潞安集團漳村煤礦歷時近半年的工業性試驗，和礦方技術人員反覆溝通論證、方案確定、改進、工業性試驗。最終形成了一套完善的採煤機遠程監控控制系統。相繼在潞安集團旗下的王莊煤礦、常村煤礦、五陽煤礦等礦區使用，並在井下應用中取得了較好的效果。隨著綜採自動化、供電遠程化、主運集控化等目標在具有現代化數字礦山變為現實，綜採工作面自動化就成為制約自動化礦井建設的難題。目前，一般的採煤機監測控制都是依靠煤礦工人手動操作，來監測控制採煤機完成切割任務的。但是由於礦井內工作環境惡劣，體力消耗大，手動操作使煤礦工人承擔較大的勞動強度，同時也增加了煤礦工人在井下操作的危險性。所以，非常需要一種自動截割和遠程控制的作業系統，來提高工作效率，降低操作者的勞動強度。
發明內容本實用新型提供一種電牽引採煤機遠程監控控制系統，目的就是為了提高工作效率，降低操作者的勞動強度。本實用新型包括順槽集控計算機、交換機、地面集控計算機、工作面採煤機數據監測系統、執行機構及機械部分，順槽集控計算機連接交換機，交換機連接地面集控計算機，順槽集控計算機的輸出連接通訊轉換器的輸入，其特徵是通訊轉換器的輸出連接數據通訊模塊的輸入，數據通訊模塊的輸出連接可編程控制器的輸入，可編程控制器的輸出連接顯示器的輸入，可編程控制器的輸入連接外部按鈕，數據通訊模塊的輸入連接工作面採煤機數據監測系統的輸出，電源組件連接可編程控制器、顯示器。工作面採煤機數據監測系統包括旋轉編碼器、油缸行程位移傳感器，旋轉編碼器安裝在採煤機的外牽引部和內牽引部相連接的花鍵軸的端蓋上，油缸行程位移傳感器安裝在採煤機的調高油缸內。所述旋轉編碼器的內部固定到端蓋的中心軸上，外部和花鍵軸連接，花鍵軸同時帶動鏈輪和編碼器旋轉。
所述旋轉編碼器的內部固定到端蓋的中心軸上，外部和花鍵軸連接，花鍵軸同時帶動鏈輪和編碼器旋轉。所述油缸行程位移傳感器安裝在採煤機的調高油缸內安裝位移傳感器的活塞杆，採煤機搖臂升降的時候測量活塞杆伸縮長度；搖臂通過鉸接架懸掛在主機架上，活塞杆的伸縮控制著搖臂沿著主機架上固定的鉸接點上下擺動。本實用新型實施例是用來實現採煤機和順槽集控主機聯繫的中間站，通過它實現在順槽監控採煤機的電機電流、溫度、牽引速度、變頻器的輸入、輸出電壓、以及機械液壓系統的一系列參數，並可顯示動作狀態，實現對採煤機的遠距離控制，同時將這些信息傳送至地面調度室，硬體由MITSUBISHI (日本三菱)FX2N-32MR可編程邏輯控制器、OMRON NSlO系列工業控制PC、多路通信隔離轉換帶模擬量開關量採集電路、直流開關電源模塊、操作執行元件組成；機械部分為礦用隔爆型箱體結構。本實用新型的自動截割系統能實現工作面記憶自動截割，通過位置傳感器和油缸行程傳感器實現滾筒採高、煤機位置、牽引方向一一對應關係。經過主控器的計算得出仿形切割路線，並且能準確的還原手動切割的調整。自動截割時根據預先採集制定的仿形切割路線自動運行，運行過程中產生的誤差可以通過遙控器和按鈕板調整控制，且有優先執行權。採煤機本身安裝大量傳感器，能有效的對設備各個工作部分進行監控，確保設備運行在最佳狀態。該系統具有故障自診斷和故障記憶功能，並能將這些信息上傳發布。遠程控制系統能有效的控制採煤機的截割電機、泵站電機的啟動、滾筒採高、牽引方向、牽引速度的控制；對採煤機實時工況參數的監測，通過RS485物理接口與礦井集中控制系統連接，最終上傳到地面調度中心，經授權後可直接監測控制採煤機。這一項研究課題填補了國內採煤機遠程監測控制的空白，為煤礦的安全、高效、自動化數字礦井建設提供了明確的發展方向。本實用新型提高了採煤工作效率；在工作面生產過程中，滿足本工作面設備安裝和生產要求；保證實時監測數據傳輸的可靠性和遠程控制的安全性，滿足自動化要求；齊全的保護功能提高了設備的使用壽命，減少了故障排除處理時間。對礦井數位化礦山的建設具有一定的推動作用，實現了管理信息化、設備控制自動化、綜合機械化的目標。
圖1是本實用新型結構方框圖。圖2是本實用新型實施例的電路原理圖。圖3是採煤機數據流向方框圖。圖2中，1、可編程控制器，2、數據通訊模塊，3、顯示器，4、電源組件，5、順槽集控計算機，6、採煤機數據監控系統，7、交換機，8、地面集控計算機，9、操作按鈕，10、通信轉換模塊。
具體實施方式
實施例:圖1、圖2所示，本實施例包括電源組件4、順槽集控計算機5、交換機7、地面集控計算機8、工作面採煤機數據監測系統6、執行機構及機械部分，順槽集控計算機5連接交換機7,交換機7連接地面集控計算機8,順槽集控計算機5的輸出連接通訊轉換器10的輸入，其特徵是通訊轉換器10的輸出連接數據通訊模塊2的輸入，數據通訊模塊2的輸出連接可編程控制器I的輸入，可編程控制器I的輸出連接顯示器3的輸入，可編程控制器I的輸入連接外部操作按鈕9，數據通訊模塊2的輸入連接工作面採煤機數據監測系統6的輸出，電源組件4連接可編程控制器1、顯示器3。
工作面採煤機數據監測系統6包括旋轉編碼器、油缸行程位移傳感器，旋轉編碼器安裝在採煤機的外牽引部和內牽引部相連接的花鍵軸的端蓋上，即編碼器的內部固定到端蓋的中心軸上，外部和花鍵軸連接，花鍵軸同時帶動鏈輪和編碼器旋轉，從而準確記錄採煤機的位置。油缸行程位移傳感器安裝在採煤機的調高油缸內，用以確定採煤機的滾筒高度位置，即在調高油缸內安裝位移傳感器的活塞杆，採煤機搖臂升降的時候測量活塞杆伸縮長度。搖臂通過鉸接架懸掛在主機架上，活塞杆的伸縮控制著搖臂沿著主機架上固定的鉸接點上下擺動，故油缸的伸縮長度可以直接反應採煤機的滾筒的高度位置。連接方式為:電源組件4的S-100-24開關電源的輸出2LV+、2LV0接入本安電源的輸入；本安電源的輸出1LV+ULV0，連接數據通訊模塊2的12V+腳、12V-腳；採煤機數據監控系統6將採集到的數據經雙絞屏蔽電纜傳送至數據通訊模塊2的IAA腳、IAB腳、IAG腳；數據通訊模塊2的RA腳、TA腳、RB腳、TB腳、OG腳連接可編程控制器I的422編程端子進行數據處理，並通過擴展FX2N-232BD連接OMRON顯示器3，在順槽顯示採煤機的時實數據；可編程控制器PLCl的輸入連接外部控制按鈕的操作按鈕9進行遠程控制；數據通訊模塊2的3A、3B、3G連接通信轉換模塊10通過ModBUS/TCP/IP通信轉換連接至順槽集控計算機5可進行集中顯示及控制；順槽集控計算機5連接交換機7，通過礦井環網將採煤機數據上傳至調度室的地面集控計算機8在地面調度室進行監控。本實施例工作電源由AC127— 220V、DC24V、本安24V、12V組成，其中AC220V為PLC, S-100-24開關電源、MCDX-1本質安全型穩壓開關電源供電；DC24V給OMRON顯示器供電；本安電源給數據通信模塊供電。硬體組成由三菱MITSUBISHI FX2N-32MR可編程邏輯控制器、OMRON (歐姆龍)NSlO系列顯示器、多路通信隔離轉換帶模擬量開關量採集電路、直流開關電源模塊、操作按鈕、機械箱體組成。PLC是控制部分的主要控制元件，FX2N是三菱公司FX系列中最先進的超級微型PLC，它配置靈活，可使用擴展功能可對系統進行升級，裝有最大內存量16000步，運算速度
0.08us/指令，同時配有可攜式程序編程器FX-20P，CPU本身帶有24點數字輸入和24點數字輸出，I個RS422編程通訊接口和可擴展RS232和RS485通訊接口，完全滿足系統的通信要求。數據採集通訊單元為多串口、半雙工通信集成模塊，以芯科實驗室有限公司(SILICON LABORATORIES)生產的高速8051 F系列CPU為核心，其內存資源豐富，主要使用其串行口、A/D轉換器和I/O資源。模塊具有3個串行口，16路開關量、16路模擬量，8路PT100以及I路語言輸出，實現了數據的多元化採集和輸出。開關電源模塊選用臺灣明偉S-100-24電源，該電源具有結構簡單、可靠性高、性能好、體積小、維護方便等優點。 執行機構由高強度自復位式專用按鈕組成；機械部分為礦用隔爆型箱體結構。軟體運行環境:PLC軟體米用三菱公司的GX Developer。GX Developer是一個運行於Windows下的編程軟體，它支持三菱公司的FX系列、A系列、Q系列PLC的編程，採用GX Developer梯形圖編輯實現了整個系統具體的控制要求，滿足了同顯示器和數據採集通訊單元的連接。GX Developer編輯功能強大，有很好的中文注釋功能，同時可在一個窗口中監視計數器、定時器、數據位以及數據字的狀態，極大的方便了系統的調試；顯示屏軟體選用歐姆龍公司的CX-Designer軟體。CX-Designer軟體是應用於NS系列顯示屏上的運行於windows98、XP、NT、2000下的編程軟體,不僅可以用圖形、數字、符號將現場中的各故障點顯示出來，也可對數據、報警事件存儲記錄，可以方便的查看系統各故障點的性質。系統通信軟體由串口測試modbus test完成通信的測試和仿真，該軟體使用操作方便，功能強大，能完成一對一的串口測試，也可通過TCP/IP網絡檢測區域網內的設備通信是否良好，能根據設備的通信參數隨意修改，直到參數匹配為止；通過網絡模擬數據包發送測試設備相應接收速度等功能。智能的終端顯示器選用0MR0N (歐姆龍)公司的NS系列工業顯示屏，可利用PC機對其進行參數設置、畫面製作、顯示數位化和圖形化編程，完成後通過專用電纜將程序送至顯示器，顯示器本身帶有RS232接口可同PLC連接實現數據傳送，真彩、高亮度顯示控制系統的運行參數和故障信息，為操作和維護人員提供大量的信息便於維護和維修。採煤機數據流向如圖3所示，圖中定義主控模塊將主機從採煤機的數據讀入，並送入PLC中的數據寄存器單元內，同時將工作面集控系統或地面疾控系統傳來的數據放入PLC對應的單元內，對 採煤機進行遠程控制。
權利要求1.電牽引採煤機遠程監控控制系統，包括順槽集控計算機、交換機、地面集控計算機、工作面採煤機數據監測系統、執行機構及機械部分，順槽集控計算機連接交換機，交換機連接地面集控計算機，順槽集控計算機的輸出連接通訊轉換器的輸入，其特徵是通訊轉換器的輸出連接數據通訊模塊的輸入，數據通訊模塊的輸出連接可編程控制器的輸入，可編程控制器的輸出連接顯示器的輸入，可編程控制器的輸入連接外部按鈕，數據通訊模塊的輸入連接工作面採煤機數據監測系統的輸出，電源組件連接可編程控制器、顯示器。
2.根據權利要求1所述的電牽引採煤機遠程監控控制系統，其特徵是所述的工作面採煤機數據監測系統包括旋轉編碼器、油缸行程位移傳感器，旋轉編碼器安裝在採煤機的外牽引部和內牽引部相連接的花鍵軸的端蓋上，旋轉編碼器安裝在採煤機的外牽引部和內牽引部相連接的花鍵軸的端蓋上，油缸行程位移傳感器安裝在採煤機的調高油缸內。
3.根據權利要求2所述的電牽引採煤機遠程監控控制系統，其特徵是所述旋轉編碼器的內部固定到端蓋的中心軸上，外部和花鍵軸連接，花鍵軸同時帶動鏈輪和編碼器旋轉。
4.根據權利要求2所述的電牽引採煤機遠程監控控制系統，其特徵是所述油缸行程位移傳感器安裝在採煤機的調高油缸內安裝位移傳感器的活塞杆，採煤機搖臂升降的時候測量活塞杆伸縮長度；搖臂通過鉸接架懸掛在主機架上，活塞杆的伸縮控制著搖臂沿著主機架上固定 的鉸接點上下擺動。
專利摘要電牽引採煤機遠程監控控制系統，屬於煤礦安全生產監控設備，它包括電源組件、順槽集控計算機、交換機、地面集控計算機、工作面採煤機數據監測系統、執行機構及機械部分，其特徵是順槽集控計算機的輸入連接交換機的輸出，順槽集控計算機的輸出連接通訊轉換器的輸入，通訊轉換器的輸出連接數據通訊模塊的輸入，數據通訊模塊的輸出連接可編程控制器的輸入，可編程控制器的輸出連接顯示器的輸入，可編程控制器的輸入連接外部按鈕，數據通訊模塊的輸入連接工作面採煤機數據監測系統的輸出，電源組件連接可編程控制器、顯示器，交換機的輸出連接地面集控計算機。本實用新型提高了採煤工作效率，提高了採煤機的使用壽命，減少了故障排除處理時間。
文檔編號E21C35/24GK203114289SQ20132008297
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月22日 優先權日2013年2月22日
發明者王明勇, 譚禎, 陳堅, 李洪濤, 閆沁江, 杜向陽, 姚斐 申請人:山西潞安環保能源開發股份有限公司, 太原礦機電氣發展有限公司