一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系統的製作方法

2023-10-05 21:04:44

專利名稱：一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在煤巖或半煤巖地質狀況下的掘進機，特別是涉及 一種掘進機在掘進工作過程中對截割軌跡及截割斷面形狀的控制系統。
技術背景以往，在煤巖或半煤巖地質狀況下工作的掘進機，由於完全採用手 動液壓作業系統，其掘進工作過程中的截割斷面是操作者根據自身的經 驗判斷來完成的，這種情況下截割出來的斷面面積時大時小，斷面的形 狀也難以掌控。迫使操作者經常回頭再重新切割不符和要求的斷面部 位，造成大量的人力物力等方面的消耗，使設備的工作效率無法充分發 揮出來。 發明內容本發明的目的在於提供一種根據設定的掘進斷面形狀、通過位置傳感器、PLC可編程控制器與嵌入式工業計算機內控制程序相結合處理的 掘進機控制系統。該系統可跟蹤實時截割頭運行軌跡，並且與已設定的 斷面形狀實時比較，當截割軌跡運行到已設定斷面邊界時，通過控制程 序，電磁閥完成換向，相關油缸動作趨勢改變，截割頭就向相反方向運 行。同時還解決了掘進過程中鏟板與截割頭互相干涉而刮撞的問題。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系統，包括位置傳感器部分、 控制運算程序部分與控制執行部分，位置傳感器部分，為安裝在截割迴轉油缸、截割頭伸縮油缸、截割升降油缸和鏟板油缸中的微脈衝位移傳感器，構成位置檢測迴路；控制運算程序部分為安裝在嵌入式工業計算 機內的獨立處理內核；控制執行部分包括截割迴轉油缸、截割頭伸縮油 缸、截割升降油缸和鏟板油缸的比例多路換向電磁閥、PLC可編程控制 器與嵌入式工業計算機，通過加裝在油缸中的微脈衝位移傳感器，將檢 測信號送入PLC可編程控制器初步處理，然後送入嵌入式計算機系統， 通過計算機控制運算程序處理後形成截割頭所在截割斷面的水平及垂 直軌跡信息，同內置於嵌入式工業計算機內控制運算程序的已知斷面形 狀曲線信息相比較，再由PLC可編程控制器實施對比例多路換向電磁閥 的控制，對截割頭在水平方向與垂直方向上運行趨勢的控制。如上所述的一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系統，通過PLC可 編程控制器與嵌入式工業計算機的結合處理，完成對截割頭運行軌跡的 實時監測，截割頭運行軌跡在嵌入式計算機上實時顯示，並把捕捉到的 軌跡信息傳送給PLC可編程控制器，再由PLC可編程控制器根據設定斷 面軌跡信息實施對電磁閥的通斷控制。如上所述的一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系統，所說的掘進 機是懸臂式縱軸掘進機。如上所述的一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系統，該系統還包 括有位置傳感器部分、控制運算程序部分與控制執行部分；所使用的位 置傳感器安裝在截割迴轉油缸、截割頭伸縮油缸、截割升降油缸和鏟板 伸縮油缸中的高精度微脈衝位移傳感器，形成位置檢測迴路；控制運算 程序是安裝在嵌入式工業計算機中的控制內核單元；控制部分包括截割迴轉油缸、截割頭伸縮油缸、截割升降油缸和鏟板伸縮油缸比例多路換 向電磁閥、PLC可編程控制器與嵌入式工業計算機。如上所述的一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系統，採用PLC 可編程控制器與嵌入式計算機相結合的控制方式；截割頭運行軌跡在嵌 入式計算機上實時顯示；己知斷面信息內置於嵌入式工業計算機的控制 運算程序內部。本發明的優點與效果是本發明設定斷面形狀參數，是通過嵌入式計算機內的控制程序，根 據掘進工況的需要而內置的若干條閉合曲線，它們所圍成的區域面積就 是掘進機截割頭將要截割的區域，它們內置於控制模塊內部，在掘進機 掘進前做出曲線的選擇，工作時掘進機在規定的曲線範圍內截割，而不 必擔心超越這個範圍。本發明能夠控制截割頭掘進軌跡，能夠記錄顯示掘進軌跡。是指通 過控制程序的實時處理，截割頭在掘進斷面內形成的截割軌跡會在嵌入 式計算機顯示界面上實時顯示，並且能夠形成歷史數據記錄，以備未來 分析礦井巷道成型是否良好提供一些必要的數據作為判斷依據。本發明通過對截割頭掘進軌跡所在截割斷面的位置來適時的控制 相關油缸比例多路換向電磁閥通斷的閉環控制系統，是指當截割頭行進 到設定截割斷面參數的邊界時，通過控制程序發出指令，相關油缸電磁 閥反嚮導通，截割頭將掉頭截割，達到掘進機高效率運行的目的。本發明能夠及時有效的處理掘進工作過程中鏟板與截割頭互相干 涉的問題，其原因在於當截割頭行進到鏟板附近作業時，控制程序能夠適時的檢査鏟板油缸及截割頭的相互狀態，並將鏟板部及截割頭的位置 信息提供給嵌入式計算機，嵌入式計算機的控制程序根據此信息來指導 截割頭如何躲閉鏟板位置運行，使他們之間默契協同，從而避免了截割 頭損壞鏟板的事故。


圖l是本發明掘進機控制系統構成圖； 圖2是掘進機結構示意圖；圖3是設定斷面形狀與截割頭實際運行軌跡示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發明進行詳細說明。以下參照附圖對本發明的掘進機斷面形狀及截割軌跡控制系統具 體實施例進行說明-圖l是表示本發明的掘進機斷面形狀及截割軌跡控制系統的系統構 成圖。圖中，由嵌入式工業計算機1構成了上位機2控制運算程序系統；由截割頭伸縮油缸位移傳感器15，截割迴轉油缸位移傳感器16,截割升降 油缸位移傳感器17，鏟板伸縮油缸位移傳感器18組成位置檢測單元14; 由可編程控制器CPU單元13，模擬輸入單元ll、 12，數字輸入輸出單元 3，通信單元4組成通信轉換器5;電磁閥組10是由截割頭伸縮油缸比例 多路換向電磁閥6、截割迴轉油缸比例多路換向電磁閥7、截割升降油缸 比例多路換向電磁閥8、鏟板伸縮油缸比例多路換向電磁閥9組成。部件 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 11、 12、 13共同組成控制執行系統。簡單的說，通過部件15、 16、 17、 18位移傳感器檢測油缸的伸縮變化，將實時檢測 值送入可編程控制器及嵌入式工業計算機中的控制運算程序處理之後， 形成截割頭在截割斷面上的水平方向(用X表示)及垂直方向(用Y表 示)的坐標點(X, Y)，它與15、 16、 17、 18四個位移傳感器形成如下 函數關係-(X， Y) =f (a， b， c， d)，其中f (a， b， c， d)是由截割頭伸 縮油缸位移傳感器15、截割迴轉油缸位移傳感器16、截割升降油缸位 移傳感器17、鏟板伸縮油缸位移傳感器18構成的複合函數。經過由嵌 入式工業計算機l內的控制運算程序2實時運算處理，形成當前截割頭 軌跡坐標(X， Y)，截割頭軌跡即處理完成。 圖2是掘進機系統的硬體布置示意圖；截割頭19，截割部20內有截割電機，截割頭伸縮油缸21內置伸縮 油缸位移傳感器，截割升降油缸22內置升降油缸位移傳感器，鏟板伸 縮油缸23內置鏟板伸縮油缸位移傳感器，截割迴轉油缸24內置迴轉油 缸位移傳感器，嵌入式工業計算機25內部有控制運算程序，掘進機開 關箱26內部安裝有可編程控制器，液壓電機27為液壓系統提供動力， 鏟板部28，電磁閥組29主要由截割頭伸縮油缸、截割升降油缸、截割 迴轉油缸、鏟板伸縮油缸的比例多路換向電磁閥組成。 圖3是設定斷面形狀與截割頭實際運行軌跡示意圖； 如圖所示，矩形斷面設定曲線33，梯形斷面設定曲線34、 35，它 們是安裝在嵌入式工業計算機控制運算程序內的截割斷面設定曲線33、 34、 35。實際截割頭掘進時留下的軌跡32。斷面設定曲線33、 34、 35乃至更多設定曲線都隸屬於控制運算程序內坐標(X0， Y0)數據集合。 在掘進機運行過程中，系統時時刻刻的動態計算出截割頭在自己所能達 到的最大截割斷面內的坐標點(X， Y)值，系統將給出此刻的參照邊 界值(X0， Y0)，當(X， Y) ^ (X0, Y0)時，對應的油缸電磁閥將 換嚮導通，截割頭在掘進方向上反向，向另測掘進，到達另測時(X， Y) ^ (X0， Y0)，再次反向。當(X， Y)值屬於(X0， Y0)內部時， 所截割出的斷面形狀就是符合設定曲線形狀。具體示例如下系統啟動後，首先選擇所要截割斷面的設定曲線信息，即(圖3)中的斷面設定曲線，掘進斷面形狀就是掘進機在選擇了 所要掘進的斷面設定曲線後，嵌入式計算機內的控制運算程序就自動的 將數據集合(X0， Y0)調用，所以就限定了截割頭所截割的外圍邊界， 本例選擇的斷面設定曲線35，截割斷面形狀信息馬上被提取到系統中， 截割頭將沿著圖中右下角拐點37位置開始向左做水平截割，截割頭坐 標點(X， Y)中X值變化，Y值基本不變化。當截割頭到達左下角31 時，截割升降油缸比例多路換向電磁閥8導通一個截割頭的直徑距離後 停止，Y值向上增加一個截割直徑後停止變化，同時截割迴轉比例比例 多路換向電磁閥7換向動作，截割迴轉油缸亦反向動作，牽動截割頭沿 著水平方向右行，到達位置拐點36時X=X0，同時Y值又向上增加一 個截割直徑後停止變化，截割頭又沿著水平方向向左運行，循環往復， 當截割頭的實際運行軌跡坐標在圖中左上角拐點30處時，(X， Y)-(X0， Y0)， 一個截割斷面的截割斷面就完成了，截割頭據此將返回到圖中右 下角拐點37。
權利要求
1.一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系統，其特徵在於包括位置傳感器部分、控制運算程序部分與控制執行部分，位置傳感器部分，為安裝在截割迴轉油缸、截割頭伸縮油缸、截割升降油缸和鏟板油缸中的微脈衝位移傳感器，構成位置檢測迴路；控制運算程序部分為安裝在嵌入式工業計算機內的獨立處理內核；控制執行部分包括截割迴轉油缸、截割頭伸縮油缸、截割升降油缸和鏟板油缸的比例多路換向電磁閥、PLC可編程控制器與嵌入式工業計算機，通過加裝在油缸中的微脈衝位移傳感器，將檢測信號送入PLC可編程控制器初步處理，然後送入嵌入式計算機系統，通過計算機控制運算程序處理後形成截割頭所在截割斷面的水平及垂直軌跡信息，同內置於嵌入式工業計算機內控制運算程序的已知斷面形狀曲線信息相比較，再由PLC可編程控制器實施對比例多路換向電磁閥的控制，對截割頭在水平方向與垂直方向上運行趨勢的控制。
2. 根據權利要求l所述的一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系 統，其特徵在於，通過PLC可編程控制器與嵌入式工業計算機的結合處 理，完成對截割頭運行軌跡的實時監測，截割頭運行軌跡在嵌入式計算 機上實時顯示，並把捕捉到的軌跡信息傳送給PLC可編程控制器，再由 PLC可編程控制器根據設定斷面軌跡信息實施對電磁閥的通斷控制。
3. 根據權利要求1所述的一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系 統，其特徵在於，所說的掘進機是懸臂式縱軸掘進機。
4. 根據權利要求1所述的一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系 統，其特徵在於，該系統還包括有位置傳感器部分、控制運算程序部分與控制執行部分；所使用的位置傳感器安裝在截割迴轉油缸、截割頭伸 縮油缸、截割升降油缸和鏟板伸縮油缸中的高精度微脈衝位移傳感器， 形成位置檢測迴路；控制運算程序是安裝在嵌入式工業計算機中的控制 內核單元；控制部分包括截割迴轉油缸、截割頭伸縮油缸、截割升降油 缸和鏟板伸縮油缸比例多路換向電磁閥、PLC可編程控制器與嵌入式工 業計算機。
5.根據權利要求1所述的一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系 統，其特徵在於，採用PLC可編程控制器與嵌入式計算機相結合的控制 方式；截割頭運行軌跡在嵌入式計算機上實時顯示；已知斷面信息內置 於嵌入式工業計算機的控制運算程序內部。
全文摘要
一種掘進機截割軌跡及斷面成形控制系統，本發明涉及一種在煤巖或半煤巖地質狀況下的掘進機，是根據已設定斷面形狀參數，能夠控制截割頭行進軌跡，能夠記錄顯示行進軌跡，並且通過對截割頭行進軌跡所在截割斷面的位置來適時的控制相關油缸電磁閥通斷的閉環控制系統。包括位置傳感器部分、控制運算程序部分與控制執行部分。該系統可跟蹤實時截割頭運行軌跡，並且與已設定的斷面形狀實時比較，當截割軌跡運行到已設定斷面邊界時，通過控制程序，電磁閥完成換向，相關油缸動作趨勢改變，截割頭就向相反方向運行。同時還解決了掘進過程中鏟板與截割頭互相干涉而刮撞的問題。
文檔編號G05B19/418GK101221430SQ20071015910
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者劉撫今, 李立輝 申請人:佳木斯煤礦機械有限公司