一種用於監控採掘機效率的系統和方法
2023-12-07 06:43:21 2
一種用於監控採掘機效率的系統和方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於監控採掘機效率的系統和方法。一種採掘機，包括電力監控器，其感測採掘機在選定時間周期內的電力消耗以生成電力消耗數據；傳感器，感測採掘機在所述選定時間周期期間的有效載荷以生成有效載荷數據；和監控模塊。所述監控模塊包括計算機可讀介質，用於比較電力消耗數據和有效載荷數據以生成鏟效率數據，並輸出所述鏟效率數據。
【專利說明】一種用於監控採掘機效率的系統和方法
[0001]相關申請
[0002]本申請要求於2012年I月24日提交的美國臨時申請61/590，198的優先權，通過引用其全部內容被包含在此。
【背景技術】
[0003]本發明涉及電動採掘鏟的效率監控。
【發明內容】
[0004]在一實施例中，本發明提供了一種採掘機，包括:電力監控器，感測採掘機在一選定時間周期中電力消耗以生成電力消耗數據；傳感器，感測採掘機在該選定時間周期中的有效載荷以生成有效載荷數據；和監控模塊。該監控模塊包括計算機可讀介質，用於比較電力消耗數據和有效載荷數據以生成鏟效率數據，並輸出該鏟效率數據。
[0005]在另一個實施例中，本發明提供了一種監控採掘機的方法。該方法包括接收來自採掘機的數據，該數據包括採掘機的電力消耗數據、和採掘機的有效載荷數據。該方法進一步地包括比較該電力消耗數據和該有效載荷數據以生成鏟效率數據；並輸出該鏟效率數據。
[0006]本發明的其它方面通過參考詳細描述和附圖將會變得顯而易見。
[0007]附圖的簡要說明
[0008]圖1示出了電動採掘韋產。
[0009]圖2示出了圖1的電動採掘鏟的控制系統的框圖。
[0010]圖3示出了電動採掘鏟監控系統的框圖。
[0011]圖4示出了圖3監控系統一個操作實施例的流程圖。
[0012]圖5示出了監控系統處理數據的實施例。
[0013]圖6示出了監控系統處理數據的實施例。
【具體實施方式】
[0014]在詳細說明本發明任何實施例之前，應當理解為，本發明並不局限於下文說明或附圖示出的組件的具體構造和布置。本發明能夠用其它實施方式並能夠以多種方式操作或者實施。此外，還應當理解為，此處使用的術語和專有名詞是用於說明的目的，不應該被認為是限制的意思。此處使用的「包括」 「包含」或「具有」及其它們的變形意味著包含其後所列的對象和等同物以及附加對象。術語「安裝」 「連接」和「耦合」被廣泛使用並包含兩者直接和間接安裝、連接和耦合。另外地，「連接」和「耦合」不是局限於物理或機械連接或耦合，並可以包括電連接或耦合，無論直接或間接。此外，電子通信和通知可以通過任何已知的方法施行，包括直接連接、無線連接等等。
[0015]也應注意到，多個基於硬體和軟體的裝置，以及多個不同的結構組件可用以實施本發明。另外，應當理解為本發明的實施例可包括硬體、軟體和電子器件或模塊，為了便於討論，它們可能被示出和被描述為大多數組件在硬體中獨自實現。然而，本領域普通技術人員基於閱讀該詳細描述，將會認可在至少一個實施例，本發明的基於電子的方面將會在由一個或多個處理器可執行的軟體(例如，存儲在非瞬時計算機可讀介質)來實現。因而，應當注意到，多個基於硬體和軟體的裝置，以及多個不同的機構部件可以用以實施本發明。此夕卜，如下面段落中描述的，圖中所示的具體機械結構用以例示本發明的實施例以及另外的可替換地機械結構是可行的。例如，在說明書中描述的「控制器」可以包括標準處理組件，諸如一個或多個處理器、一個或多個計算機可讀介質模塊、一個或多個輸入/輸出接口，和各種連接組件的連接(例如，系統總線)。
[0016]圖1示出了電動採掘伊100。圖1所示的實施例示出了該採掘伊100為繩伊,然而，在其它實施例中，該電動採掘鏟100可以是不同類型的採掘機，例如，混合採掘鏟、拉索鬥式挖土機等等。該採掘鏟100包括軌道105，用於推進該繩鏟100前進和後退並用於轉動該繩鏟100 (即，通過改變左右軌道相對彼此的速度和/或方向)。該軌道105支撐包含駕駛室115的基座110。該基座110能夠繞著轉動軸125擺動或者迴轉，例如，從挖掘位置移動至傾卸位置。軌道105的運動不是擺動所必需的。該繩伊進一步地包括一糹產軸130,其支撐可樞轉的鏟把手135 (把手135)和鏟140。該鏟140包括門145，用於將來自鏟140內的裝卸物傾卸至傾卸位置，諸如料鬥車或自動傾斜卡車。
[0017]該繩鏟100此外包括耦合在基座110和鏟軸130之間的拉緊的吊索150，用於支撐該鏟軸130 ;起重纜索155附連至基座110內的絞車(未顯示)，用於卷繞該纜索155以提升和降下鏟140 ;以及鏟鬥門纜索160，附連至另一個絞車(未顯示)，用於打開鏟140的門145。在一些情況下,該繩糹產100是由久益環球有限公司(Joy Global Inc.)生產的久益環球露天採掘(Joy Global Surface Mining) 4100系列糹產。雖然該電動採掘糹產100可以是另一種類型或樣式的採掘裝備。
[0018]當採掘鏟100的軌道105是靜止時，該鏟140基於起重、推擠以及擺動三種控制動作可操作地運動。起重控制通過卷繞和展開起重索155升高或降低鏟140。推擠控制伸出和縮回把手135和鏟140的位置。在一個實施例中，把手135和鏟140是通過使用齒條齒輪系統推擠的。在另一個實施例中，該把手135和鏟140使用液壓傳動系統來推擠。擺動控制使把手135相對於擺動軸125轉動。在傾卸之前，該鏟140被操縱至該適當的起重、推擠及擺動位置以:1)確保該傾斜物不錯過該傾卸位置；2)當釋放時，門145不會碰撞該傾卸位置；和3)該鏟140不會太高從而釋放的裝卸物不會損害該傾卸位置。
[0019]該採掘鏟100與外接電源耦合以驅動採掘鏟100的組件，諸如軌道105、起重電機、推擠電機、擺動電機等。所接收到的電力被調節和濾波以滿足採掘鏟100的電力需要。
[0020]如圖2所示，該採掘鏟100包括控制系統200。該控制系統200包括控制器205、操作員控制210、鏟鬥控制215、傳感器220、用戶界面225和其他輸入/輸出230。該控制器205包括處理器235和存儲器240。該存儲器240存儲處理器235可執行的指令和用於允許諸如控制器205和操作員或者控制器205和傳感器220之間通信的各種輸入/輸出。該存儲器240包括，例如:程序存儲區和數據存儲區。該程序存儲區和該數據存儲區可以是不同類型存儲器的組合，諸如只讀存儲器(「ROM」)、隨機存取存儲器(「RAM」)(例如動態隨機存儲器[「DRAM」]、同步動態隨機存取存儲器[「SDRAM」]等等)、電可擦可編程只讀存儲器(「EEPR0M」)、閃速存儲器、硬碟、SD卡、或者其它適合的磁性的、光學的、物理的、或者電子儲存裝置。該處理器235被連接至存儲器240並執行能夠保存在存儲器240中的軟體指令。包含在採掘鏟100的實施中的軟體可以被存儲在控制器205的存儲器240中。該軟體包括，例如:固件、一個或多個應用、程序數據、過濾器、規則、一個或多個程序模塊、和另外的可執行指令。該控制器205被配置成從存儲器240檢索，並執行除了別的之外的與這裡描述的控制過程和方法有關的指令。在一些情況下，該控制器205包括一個或多個微處理器、數位訊號處理器(DSP)、現場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)等等。
[0021]控制器205接收來自操作員控制210的輸入。該操作員控制210包括推擠控制245、擺動控制250、起重控制255和門控制260。該推擠控制245、擺動控制250、起重控制255和門控制260包括，例如操作員控制的輸入裝置，諸如操縱杆、杆、踏板及其他的致動器。該操作員控制210經由輸入裝置接收操作員輸入並將數字動作命令輸出至控制器205。該動作命令包括,例如,起重上升、起重下降、推擠伸出、推擠收縮、順時針擺動、逆時針擺動、鏟鬥門釋放、左軌道前進、左軌道後退、右軌道前進和右軌道後退。
[0022]在接收動作命令後，控制器205通常根據操作員的命令控制鏟鬥控制215。該鏟鬥控制215包括一個或多個推擠電機265、一個或多個擺動電機270、和一個或多個起重電機機275。例如，如果操作員經由擺動控制250指示逆時針方向旋轉把手135，則控制器305將通常控制擺動電機270逆時針方向旋轉把手135。然而，在本發明的一些實施例中，可操作控制器205限制操作員動作命令並生成獨立於操作員輸入的動作命令。
[0023]此外，控制器205也與許多傳感器220通信以監控鏟鬥140的位置和狀態。例如，控制器205與一個或多個推擠傳感器280、一個或多個擺動傳感器285、和一個或多個起重傳感器290通信。推擠傳感器280向控制器205指示了鏟鬥140的伸出或縮回的程度。擺動傳感器285向控制器205指示了把手135的擺動角度。起重傳感器290基於起重索155位置向控制器205指示了鏟鬥140的高度。在其它實施例中，除了別的之外，門閂鎖傳感器指顯示伊鬥門145是否開啟或關閉，並測量包含在伊鬥140內的載荷的重量。
[0024]用戶界面225向操作員提供關於採掘鏟100及與採掘鏟100通信的其他系統的狀態的信息。用戶界面225包括一個或多個下列:顯示器(例如，液晶顯示器(LCD));—個或多個發光二極體(LED)或其它照明裝置；投影顯示器(例如，投射到駕駛室115的窗上)；用於聲音反饋的揚聲器(例如，嘟嘟響、語音信息等等)；觸覺反饋裝置，諸如振動裝置，其引起操作員座椅或者操作員控制210的振動；或另外的反饋裝置。
[0025]圖3示出了監控系統300的框圖。該監控系統300包括監控模塊305、電力監控器310、和有效載荷傳感器315。該監控模塊305包括處理器和存儲器。該處理器執行存儲在存儲器中的指令以分析和處理來自電力監控器310和有效載荷傳感器315的接收數據。在一些情況下，該監控模塊305是微處理器、數位訊號處理器(DSP)、現場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)等等。在一些實施例中，監控系統300輸出處理的數據至控制器205。在一些實施例中，該監控系統300進一步地連接到網絡320。該網絡320可能是區域網、廣域網、無線網絡、網際網路等等。
[0026]該電力監控器310是電力和能量監控器。該電力監控器310連續地監控採掘鏟100的電力消耗。在一些實施例中，該電力監控器310測量來自外部電源的接收電力。在一些實施例中，該電力監控器310是市場上存在的電能表。在一些實施例中，該電力監控器310以千瓦-小時測量電力消耗。[0027]該有效載荷傳感器315測量該鏟的有效載荷數據。該鏟的有效載荷數據包括鏟鬥140內含有的載荷的重量。在一些實施例中，該有效載荷傳感器315是上述討論到的鏟鬥140的重量傳感器。在一些實施例中，該有效載荷傳感器315以噸輸出該載荷的重量。
[0028]該監控模塊305接收來自電力監控器310的電力消耗數據和來自有效載荷傳感器315的有效載荷數據。該監控模塊305處理該電力消耗數據和鏟有效載荷數據。在一個實施例中，該處理包括比較該電力消耗數據和鏟有效載荷數據並生成鏟效率數據。在一些實施例中，該鏟效率數據可以以噸/千瓦時的值。該監控模塊305可進一步地為跟蹤隨時間的採掘鏟100的電力消耗、有效載荷、鏟效率數據，並生成圖表和數據表，如在下面關於圖5-6更詳細討論的。
[0029]在一些實施例中，該監控模塊305與具有電力監控器310和有效載荷傳感器315的鏟100遠距離地被布置。在這些實施例中，該有效載荷數據和電力消耗數據被傳輸到該監控模塊305，例如經由網絡。該網絡可包括一個或多個伺服器、區域網(LAN)、廣域網(WAN)、網際網路、無線連接、有線連接等等。在這些實施例中，該鏟效率數據可以在遠離現場處生成和顯示。在這些實施例中，該監控模塊305可接收來自多個採掘機的有效載荷和電力消耗數據並為每個各自的採掘鏟100生成鏟效率數據。
[0030]圖4是流程圖400，其示出了監控系統300操作的一個實施例。該電力監控器310連續地監控採掘鏟100的電力消耗(步驟405)。該有效載荷傳感器315連續地監控鏟鬥145裝載物的重量(步驟410)。該監控模塊305接收來自該電力監控器310的電力消耗和來自該有效載荷傳感器315的有效載荷數據(步驟415)。該監控模塊305通過比較該電力消耗和該有效載荷數據來處理該數據(步驟420)。然後，該監控系統300或者技術人員確定該處理數據是否指示了問題，諸如該處理數據在預定數據範圍外，其可指示傳感器故障(步驟425)。如果沒有問題，該監控模塊305輸出該處理數據至該用戶界面225和/或網絡320 (步驟430)。如果存在問題，該監控系統300在步驟430中進行輸出該處理數據之前生成警報(步驟435)。一旦該數據被處理，該處理數據可以被發送遠離現場處的位置以進一步地分析。
[0031]圖5示出了處理數據450的實施例。該處理數據450包括「機器」欄455、「噸/千瓦時」欄460、「總電力消耗(kWh) 」欄465、「最大需電量(kVA) 」欄470、「平均需電量(kVA) 」欄475、「最大電壓(V) 」欄480和圖表490。該「機器」欄455包括若干被監控的採掘鏟100。該「噸/千瓦時」欄460示出了處理數據(該鏟效率數據)，為具體的採掘鏟100比較該電力消耗和該有效載荷數據。該「總電力消耗(kWh)」欄465示出了具體的採掘鏟100的總電力消耗。該「最大需電量(kVA)」欄470示出了具體採掘鏟100的最大需電量。該「平均需電量(kVA) 」欄475示出了具體採掘鏟100的需電量，該電量是採掘鏟100在操作時間上的平均值。該「最大電壓(V)」欄480示出了每個採掘鏟100的最大電壓。在另一個實施例中，處理數據450包括「平均電壓(V) 」欄，其示出了每個採掘鏟100在操作時間上平均的電壓。在另一實施例中，圖表490是條形圖，示出了在Y軸上的欄465，和在X軸上的一個或多個採掘鏟100。在其它實施例中，圖表490示出了在Y軸上的一個或多個其它欄，諸如欄460的鏟效率數據，在X軸上的一個或多個採掘鏟100。
[0032]圖6包括圖表495a、b，其示出了處理數據450的進一步的實施例。該圖表495a示出了具體採掘鏟100隨時間的電力消耗。該圖表495b示出了具體採掘鏟100在離散的、十分鐘間隔上的電力消耗。在一些情況下，該鏟效率數據是具體採掘機隨時間的圖表。該監控模塊305被可操作地生成處理數據450的表和圖，諸如圖5和圖6所示的。
[0033]在一些實施例中，該處理的數據450可以進一步地細分採掘機操作周期(例如，擺動周期、挖掘周期、堆積(bank interaction)、捲起周期等等)的具體方面。例如,該處理的數據450可以被細分以提供僅基於堆積或僅基於擺動周期的鏟效率數據，而不是總體鏟效率。
[0034]鏟效率數據可被鏟操作員用以調整操作至內部和外部部分，並追蹤該操作以提供反饋以改進操作員績效。效率數據還可以與操作員績效比較以確定堆積困難和挖掘能力。在一些實施例中，操作員績效是一個或多個平均鏟挖掘周期時間、總的有效載荷噸數、總功耗、和有效載荷噸數與電力消耗的比。在一些實施例中，操作員績效以噸/時、千瓦/噸、或千伏安/噸來評級。鏟效率數據可被送出至採掘鑽探操作員，其可由鑽探操作員來確定如何在礦區改善鑽探操作。
[0035]鏟效率數據可進一步地被用於結合其它系統和方法以確定最理想的挖掘操作。例如，鏟效率數據可被進一步地用於控制系統算法，其基於機器位置和各種機器反饋優化轉矩。
[0036]如此，本發明除了別的之外提供了用於確定電動採掘鏟效率的系統和方法。本發明的各種特徵和優點在下面權利要求中被闡明。
【權利要求】
1.一種米掘機，包括: 電力監控器，所述電力監控器感測所述採掘機在一選定時間周期中的電力消耗以以生成電力消耗數據； 傳感器，所述傳感器感測所述採掘機在所述選定時間周期中的有效載荷以生成有效載荷數據；和 監控模塊，所述監控模塊包括計算機可讀介質，用於比較所述電力消耗數據和所述有效載荷數據以生成鏟效率數據，並輸出所述鏟效率數據。
2.根據權利要求1所述的採掘機，進一步地包括顯示所述鏟效率數據的用戶界面。
3.根據權利要求1所述的採掘機，進一步地包括用於傳送所述鏟效率數據的網絡。
4.根據權利要求3所述的採掘機，其中，所述鏟效率數據被顯示在遠程位置。
5.根據權利要求1所述的採掘機，其中，所述電力監控器感測所述採掘鏟在另外的時間周期中的電力消耗以生成另外的電力消耗數據，所述傳感器感測採掘鏟在所述另外時間周期中的有效載荷以生成另外的有效載荷數據，以及所述監控模塊比較所述另外的電力消耗數據和所述另外的有效載荷以生成另外的鏟效率數據。
6.根據權利要求1所述的採掘機，其中，所述選定時間周期和所述鏟效率數據與具體的採掘機操作周期相關。
7.一種用於監控採掘機的方法，所述方法包括: 接收來自所述採掘機的數 據，所述數據包括: 所述採掘機的電力消耗數據，和 所述採掘機的有效載荷數據； 比較所述電力消耗數據和所述有效載荷數據以生成鏟效率數據；並 輸出所述鏟效率數據。
8.根據權利要求7所述的方法，進一步地包括: 接收來自第二採掘機的數據，所述數據包括 所述第二採掘機的第二電力消耗數據和所述第二採掘機的第二有效載荷數據； 比較所述第二電力消耗數據和所述第二有效載荷數據以生成第二鏟效率數據； 輸出所述第二鏟效率數據。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，比較所述電力消耗數據和所述有效載荷數據的步驟由採掘機上的監控模塊執行。
10.根據權利要求7所述的方法，其中，所述比較步驟由遠離所述採掘機的監控模塊執行。
11.根據權利要求7所述的方法，進一步地包括在遠離所述採掘機的顯示器上顯示所述鏟效率數據。
12.根據權利要求7所述的方法，進一步地包括在所述採掘機的用戶界面上顯示所述鏟效率數據。
13.根據權利要求7所述的方法，其中，選定時間周期和所述鏟效率數據與具體採掘機操作周期相關。
14.一種用於監控採掘機的監控模塊，所述監控模塊包括: 存儲器，所述存儲器包括程序存儲器區和數據存儲區，所述程序存儲器區和所述數據存儲區包括只讀存儲器、隨機存取存儲器、閃速存儲器和硬碟中的至少一個；和 處理器，所述處理器執行存儲在所述存儲器上的指令，所述指令包括 接收來自所述採掘機的電力消耗數據， 接收來自所述採掘機的有效載荷數據， 比較所述電力消耗數據和所述有效載荷數據以生成鏟效率數據，並 輸出所述鏟效率數據。
15.根據權利要求14所述的監控模塊，進一步地耦合至接收和顯示所述鏟效率數據的所述採掘機的用戶界面。
16.根據權利要求14所述的監控模塊，進一步地耦合至用於將所述鏟效率數據傳送至遠程設備的網絡。
17.根據權利要求16所述的監控模塊，其中，所述鏟效率數據在所述遠程設備上顯示。
18.根據權利要求14所述的監控模塊，其中，選定時間周期和所述鏟效率數據與具體採掘機操作周期 相關。
【文檔編號】E21C35/24GK103541732SQ201310108078
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年1月24日 優先權日:2012年1月24日
【發明者】馬修·R·科林斯, 肯尼斯·J·丹尼爾, 雷·潘, 麥可·J·裡科拉, 王德勝 申請人:哈尼施費格爾技術公司