掘進機任意斷面自動截割控制系統的製作方法

2023-10-05 21:02:29

專利名稱：掘進機任意斷面自動截割控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種掘進機截割控制系統，特別是應用於掘進機的任意斷 面自動截割控制系統。
背景技術：
目前，普通掘進機的控制主要還是人工操作，工作效率較低，操作者
的勞動強度非常大；雖然部分掘進機具有了自動截割成形功能，但只能對 簡單的巷道信息進行輸入，不能實現任意形狀巷道圖形信息輸入及截割信 息圖形化顯示，而且顯示界面粗糙、信息量有限。

發明內容
為解決現有技術中存在的不足，本發明提供了一種顯示信息豐富，操 作者能夠通過輸入若干個待截割巷道斷面關鍵坐標點的方法，通過對關鍵 點的連線和平滑處理生成斷面輪廓，掘進機能夠按顯示輸入的斷面輪廓進 行自動截割。
為實現上述目的，本發明的目的通過以下措施實現，掘進機任意斷面 自動截割控制系統在位置傳感器1、下位機2、工控機3、動作執行機構4 及其相關程序的支持下，包括以下步驟
a、 掘進機的位置信息通過安裝在掘進機截割頭、機身及截割臂伸縮油 缸內的位置傳感器l，轉換成對應實際情況的4-20mA電流型標準信號，通 過屏蔽電纜傳送給下位機2。
b、 下位機2對位置傳感器傳送的信號進行初步處理，將4-20mA的電 流信號轉換成以8數據位為一字節的數據包，利用下位機2和工控機3的 RS232接口，通過屏蔽電纜傳送給工控機3。
c、 工控機硬體配備有運算系統、通訊系統和顯示系統，運算系統通過 軟體使工控機具有通訊、信息處理、圖形生成、自動運行指令生成、PID自
4動調節和運行軌跡功能；工控機3接收到下位機2傳送的數據包，通過運 算生成執行指令數據包傳送到下位機2，同時將下位機2傳送的數據包轉換 成位置信息和運行軌跡顯示在顯示系統上。本步驟中的軟體核心部分是由 若干個點連接成的一個斷面圖形，對應實際工作中的巷道斷面，通過運算 生成能在斷面內運行的指令，通過下位機2生成執行動作，通過位置傳感 器反饋信息，計算出截割頭的空間位置，和控制界限進行比較，控制在斷 面圖形範圍內，實現要求斷面的自動截割。
d、下位機2接收到工控機3傳送的指令數據包，轉換成控制電壓，通
過驅動電路控制執行機構生成最終的執行動作。
上述下位機包括主單元和擴展單元模塊，用於對掘進機截割頭和機身 的位置信息進行採集，通過截割頭運動執行單元完成對掘進機的自動截割 操作，下位機與工控機相連進行信息交互傳遞。
上述工控機作為上位機，與下位機相連進行信息交互傳遞，配備了顯 示系統，可以在上面進行待截割巷道斷面輪廓的編輯和生成操作；完成對 關鍵坐標點信息進行輸入、編輯和存儲，完成形狀斷面輪廓圖形的輸入。
上述的待截割巷道斷面輪廓由若干關鍵坐標點組成，待截割巷道斷面 輪廓由若干關鍵坐標點組成，現使用了若干個個關鍵點，用直線連接關鍵 坐標點形成閉合輪廓線，再對輪廓線進行平滑處理，從而得到待截割巷道斷 面輪廓線，工控機完成對關鍵坐標點信息進行輸入、編輯和存儲，實現任 意形狀斷面輪廓圖形的輸入。
採用上述技術方案，實現了任意形狀巷道斷面圖形的輸入，通過輸入 關鍵坐標點來表示斷面形狀，簡化了輸入操作，減少了存儲的數據信息量。 可以隨時對生成的斷面輪廓線進行水平和垂直方向平移、旋轉、放大和縮 小操作，方便了根據實際情況隨時對巷道輪廓線進行的微調操作。簡化了 巷道斷面信息的輸入、編輯和計算，可以實現任意形狀斷面輪廓的輸入， 圖形化的斷面信息顯示更有助於實時了解自動截割過程，實現了巷道的自 動截割成形操作和實時信息顯示。


5本發明的附圖有圖l為本發明的連接關係圖。圖2為本發明的巷道斷面設計坐標圖。
具體實施方式
實施例1:
該系統在位置傳感器l、下位機2、工控機3、動作執行機構4及其相
關程序的支持下，包括以下步驟
a、 掘進機的位置信息通過安裝在掘進機截割頭、機身及截割臂伸縮油缸內的位置傳感器l，轉換成對應實際情況的4-20mA電流型標準信號，通過屏蔽電纜傳送給下位機2。
b、 下位機2對位置傳感器傳送的信號進行初步處理，將4-20mA的電流信號轉換成以8數據位為一字節的數據包，利用下位機2和工控機3的 RS232接口 ，通過屏蔽電纜傳送給工控機3 。
c、 工控機硬體配備有運算系統、通訊系統和顯示系統，運算系統通過軟體使工控機具有通訊、信息處理、圖形生成、自動運行指令生成、PID自動調節和運行軌跡功能；工控機3接收到下位機2傳送的數據包，通過運算生成執行指令數據包傳送到下位機2，同時將下位機2傳送的數據包轉換成位置信息和運行軌跡顯示在顯示系統上。
d、 下位機2接收到工控機3傳送的指令數據包，轉換成控制電壓，通
過驅動電路控制執行機構生成最終的執行動作。
在步驟c中的軟體核心部分是由若干個點連接成的一個斷面圖形，通過運算生成能在斷面內運行的指令，最終通過步驟d、生成最終的執行動作，實現自動截割。
在步驟b中下位機包括主單元和擴展單元模塊，用於對掘進機截割頭和機身的位置信息進行採集，通過截割頭運動執行單元完成對掘進機的自動截割操作，下位機與工控機相連進行信息交互傳遞；
在歩驟c中工控機作為上位機，與下位機相連進行信息交互傳遞，配備了顯示系統，可以在上面進行待截割 道斷面輪廓的編輯和生成操作；完成對關鍵坐標點信息進行輸入、編輯和存儲，完成形狀斷面輪廓圖形的輸入。
掘進機任意斷面自動截割控制系統的待截割巷道斷面輪廓由若干關鍵坐標點組成，現使用了若干個關鍵點，用直線連接關鍵坐標點形成閉合輪廓線，再對輪廓線進行平滑處理，從而得到待截割巷道斷面輪廓線，工控機完成對關鍵坐標點信息進行輸入、編輯和存儲，實現任意形狀斷面輪廓圖形的輸入。
如圖1所示，掘進機任意斷面自動截割控制系統，包括工控機、下位機、位置傳感器和截割頭運動執行單元，傳感器安裝在機身、油缸內和截
割臂上，傳感器能夠檢測機身和截割頭的位置信息並產生4-20mA的電流信號，傳感器與下位機的擴展單元模塊連接，下位機通過擴展單元模塊對傳感器產生的信號進行採集，下位機通過通訊電纜與工控機進行連接，傳感器的信息從下位機傳送到工控機，工控機對傳感器信息進行計算從而得到截割頭的位置坐標並顯示到顯示屏上，同時將控制信息傳送到下位機，下位機接受工控機的控制信息驅動截割頭運動執行單元完成相應的運動控制。
如圖2所示，本發明的巷道斷面輪廓由若干個關鍵坐標點組成，輸入巷道輪廓時只需輸入若干個坐標點就可以，程序將會自動用直線連接這若干個關鍵坐標點並進行平滑處理，計算每兩個關鍵坐標點之間的曲線上的坐標點，運用插補的方法繪製平滑的輪廓曲線並在屏幕上顯示。使用者可以隨時對生成的斷面輪廓線進行水平和垂直方向平移、旋轉、放大和縮小操作，方便了根據實際情況隨時對巷道輪廓線進行的微調操作。
在進行巷道斷面的自動截割時，工控機將運動控制信息傳送給下位機，下位機控制截割頭按設定的截割工藝路線運行，下位機實時採集截割頭的位置信息反饋給工控機，工控機計算截割頭位置坐標以圖形的形式實時的顯示在斷面輪廓線中，工控機程序實時監測截割頭是否已經到達輪廓邊界線，從而形成一個閉環控制控制系統，以保證截割頭始終在輪廓內移動。
權利要求
1、一種掘進機任意斷面自動截割控制系統，其特徵在於該系統在位置傳感器(1)、下位機(2)、工控機(3)、動作執行機構(4)及其核心程序的支持下，其特徵在於包括以下步驟a、掘進機的位置信息通過安裝在掘進機截割頭、機身及截割臂伸縮油缸內的位置傳感器(1)，轉換成對應實際情況的4-20mA電流型標準信號，通過屏蔽電纜傳送給下位機(2)；b、下位機(2)對位置傳感器傳送的信號進行初步處理，將4-20mA的電流信號轉換成以8數據位為一字節的數據包，利用下位機(2)和工控機(3)的RS232接口，通過屏蔽電纜傳送給工控機(3)；c、工控機硬體配備有運算系統、通訊系統和顯示系統，運算系統通過軟體使工控機具有通訊、信息處理、圖形生成、自動運行指令生成、PID自動調節和運行軌跡功能；工控機(3)接收到下位機(2)傳送的數據包，通過運算生成執行指令數據包傳送到下位機(2)，同時將下位機(2)傳送的數據包轉換成位置信息和運行軌跡顯示在顯示系統上；本步驟中的軟體核心部分是由若干個點連接成的一個斷面圖形，對應實際工作中的巷道斷面，通過運算生成控制截割頭在斷面內運行的指令，通過下位機(2)生成執行動作，通過位置傳感器的反饋信息，計算出截割頭的空間位置，和控制界限進行實時比較，控制截割頭在斷面圖形範圍內，實現要求斷面的自動截割；d、下位機(2)接收到工控機(3)傳送的指令數據包，轉換成控制電壓，通過驅動電路控制執行機構生成最終的執行動作。
2、 根據權利要求l所述的掘進機任意斷面自動截割控制系統，其特徵在於所述下位機包括主單元和擴展單元模塊，用於對掘進機截割頭和機身的位置信息進行採集，通過截割頭運動執行單元完成對掘進機的自動截割操作，下位機與工控機相連進行信息交互傳遞。
3、 根據權利要求l所述的掘進機任意斷面自動截割控制系統，其特徵在於所述工控機作為上位機，與下位機相連進行信息交互傳遞，配備了顯示系統，可以在上位機/顯示屏進行待截割巷道斷面輪廓的編輯和生成操作；完成對關鍵坐標點信息進行輸入、編輯和存儲，完成形狀斷面輪廓圖形的輸入。
4、根據權利要求l所述的掘進機任意斷面自動截割控制系統，其特徵在於所述的待截割巷道斷面輪廓由若干關鍵坐標點組成，將若干個關鍵坐標對應的關鍵點，用直線連接形成閉合輪廓線，再對輪廓線進行平滑處理，從而得到任意巷道斷面對應的輪廓圖形，工控機完成對關鍵坐標點信息進行輸入、編輯和存儲，實現任意形狀斷面輪廓圖形的輸入。
全文摘要
本發明涉及一種掘進機任意斷面自動截割控制系統，工控機作為上位機，配備了顯示系統，可以在上面進行待截割巷道斷面輪廓的編輯和生成操作；下位機用於對掘進機截割頭和機身的位置信息進行採集，並與工控機相連進行信息交互傳遞，通過截割頭運動執行單元完成對掘進機的自動截割操作。採用該技術方案，實現了任意形狀巷道斷面圖形的輸入，通過輸入關鍵坐標點來表示斷面形狀，簡化了輸入操作，減少了存儲的數據信息量，提高了掘進機任意斷面自動截割控制系統的適用範圍。
文檔編號G05B19/418GK101673110SQ200910075568
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者嶽素青, 張蘭勝, 張敬凱, 李樹輝, 李騰龍, 杜立雲, 陽 楊, 魏景生 申請人:石家莊煤礦機械有限責任公司