專利名稱：一種掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤巷機械領(lǐng)域的懸臂式掘進機，特別涉及一種掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
國內(nèi)煤及半煤巖巷道掘進一般采用懸臂式掘進機，是井下綜掘工作的核心裝備，這種掘進機具有機動性能好、可截割任意斷面、效率高等優(yōu)點。懸臂式掘進機截割作業(yè)的方式有兩種，人工截割方式和自動截割方式。人工截割方式是指司機手動操縱液壓閥上的若干手柄，通過人工去控制升降油缸、回轉(zhuǎn)油缸的運動速度、運動幅度、起停順序，從而實現(xiàn)截割懸臂一定的回轉(zhuǎn)、升降動作，最終截割出一個符合設(shè)計要求的巷道斷面。其優(yōu)點是:作業(yè)方式靈活、對工況的適應性強。其缺點是:工人勞動強度大、勞動條件惡劣，工作效率較低，斷面截割質(zhì)量較低，對司機的操作水平要求較高。實際上，截割后的斷面質(zhì)量如何，很大程度上就直接取決于司機的個人經(jīng)驗和手感。自動截割方式是指工人通過人機交互界面，向掘進機輸入各種所需要的截割參數(shù)，繼而掘進機即可按照事先編制好的控制程序，自動去控制截割臂運動，最終自動截割出一個符合設(shè)計要求的巷道斷面。在此過程中，工人只起到設(shè)定初始截割參數(shù)、監(jiān)視工況的作用。在人工設(shè)定好初始的截割參數(shù)后，隨后的整個截割作業(yè)的具體實施皆可由掘進機自動程控完成。這種自動截割方式的優(yōu)點是:工人勞動強度小、勞動條件好，工作效率高，斷面截割質(zhì)量較高。其缺點是:作業(yè)方式欠靈活，較適用于煤巷的掘進作業(yè)，而對其他條件下的工況適應性不強。并且，實際試驗時往往會出現(xiàn):對于煤質(zhì)較軟的巷道，類S路徑的設(shè)計會降低截割效率；對于除矩形、梯形外的特殊形狀的巷道，達不到較好的截割效果。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、電子控制技術(shù)在大型機械的不斷應用與發(fā)展，掘進機已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)遙控和遠程監(jiān)測，工人可通過監(jiān)測畫面，遠程操作遙控手柄，實現(xiàn)對掘進機的控制。本發(fā)明致力于提高煤礦井下掘進裝備智能化水平，使巷道施工更加安全、優(yōu)質(zhì)、高效，提出一種記憶截割的作業(yè)方式，工人可以利于掘進機進行學習記憶，掘進機按照記憶存儲的數(shù)據(jù)自動運行，這種截割方式為掘進機在巷道圍巖穩(wěn)定的條件下掘進，提供一種新的控制手段。目前采煤機已有記憶截割方面的研究。但是由于采煤機與掘進機本體結(jié)構(gòu)及工作方式上存在較大差異，并且沒有較實用的方案，因此無法借鑒應用于掘進機上。鑒于以上所述情況，本發(fā)明人基于多年從事此類領(lǐng)域的研究及承擔完成大型項目的經(jīng)驗，經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)反復試驗及改進后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，提供一種新的掘進機截割作業(yè)控制方法，使掘進機在圍巖穩(wěn)定的條件下，不僅可以使用手動方式、自動方式進行截割作業(yè)，還可以使用記憶截割方式，綜合人工與自動截割的優(yōu)點，減少工人掘進作業(yè)的勞動強度，并且記憶截割過程中加入的邊界控制功能能夠保證巷道斷面邊界的成形質(zhì)量。本發(fā)明的主要目的還在于，利用記憶截割技術(shù)，加之遠程遙控與監(jiān)測技術(shù)，可實現(xiàn)遠程遙控人工示范截割，之后進行遠程一鍵式控制進行記憶自動截割，達到綜掘工作面掘進過程的少人甚至無人化，消除因突水、瓦斯突出等突發(fā)事故造成的人身安全隱患，解決了高突工作面的掘進安全難題。發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，由檢測單元、控制單元、執(zhí)行單元、比例放大板和負載敏感式比例換向閥組組成，其中檢測單元包括回轉(zhuǎn)油缸位移傳感器、升降油缸位移傳感器和截割電機電流傳感器；執(zhí)行單元是指回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸和截割臂升降油缸，用于驅(qū)動截割臂進行水平和垂直方向的單獨或符合運動，從而控制截割頭截割出所需巷道斷面。整個掘進機記憶截割控制系統(tǒng)，由檢測單元檢測出描述人工示范截割路徑的截割頭和截割臂空間位置的油缸位移伸縮量，以及檢測截割電機電流值，由控制單元采集檢測單元的傳感器信號進行存儲記錄，并且對記憶路徑擬合重現(xiàn)后，直接或間接向掘進機的執(zhí)行單元發(fā)出控制信號，進而控制掘進機截割臂和截割頭進行記憶自動截割運動。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的控制單元包括:PCC (可編程計算機控制器)、智能工控面板、遙控器和機身操作手柄；PCC與智能工控面板構(gòu)成機載計算機控制系統(tǒng)，PCC置于電控箱中，智能工控面板位于司機座椅右側(cè)，它們之間通過CAN總線協(xié)議進行通訊，PCC由CPU及多個輸入輸出模塊組成，可采集掘進機各傳感器信號和對掘進機進行綜合保護，發(fā)出的控制信號經(jīng)由比例放大板及負載敏感式比例換向閥組輸出給執(zhí)行單元，智能工控面板用于進行自動控制所需的數(shù)學運算及邏輯處理，并可用于人機交互、實時顯示掘進機運行狀態(tài)及故障報警信息等；遙控器可無線近距離操作掘進機，還具有一鍵式觸發(fā)智能控制功能，與PCC之間通過RS232通訊，該遙控器發(fā)出的控制信號，經(jīng)由PCC解析處理后再傳遞給后續(xù)元件；機身操作手柄為機身上直接用于操作掘進機的搖桿，直接通過負載敏感式比例換向閥組控制執(zhí)行單元。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的遙控器和機身操作手柄，當使用機身操作手柄操作掘進機時，若掘進機前方粉塵過大，影響司機觀察視線，可參考智能工控面板的監(jiān)測主界面控制截割運動，其主界面上可顯示巷道斷面形狀及截割頭在巷道中的位置；當使用遙控器操作掘進機時，若掘進工作面配有遠程監(jiān)測及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，司機或技術(shù)人員可直接參考遠程監(jiān)測畫面操作掘進機進行示范截割，然后一鍵式觸發(fā)控制掘進機進行記憶截割，完全脫離掘進機機身來操作。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的回轉(zhuǎn)油缸位移傳感器、升降油缸位移傳感器內(nèi)置于截割臂升降油缸與回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸，用于檢測油缸位移伸縮量，從而可以計算出截割頭在巷道中水平位置、垂直位置，再結(jié)合截割電機電流傳感器檢測出的電流值可記錄出掘進機記憶截割的示范軌跡；截割電機電流大小可間接反應出巷道煤巖硬度變化，用于在掘進機自動截割時對截割臂擺速進行自適應控制，若進行記憶截割時，某一位置截割電機電流總是過載，則可根據(jù)情況對記憶截割的路徑進行微調(diào)，避開煤巖過硬的位置，保護截割電機及截齒。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的掘進機記憶截割控制方法包括人工示范和記憶自動截割兩個過程；人工示范時，掘進機司機根據(jù)現(xiàn)場工況及經(jīng)驗利用遙控器或機身操作手柄先操作掘進機示范截割一刀，PCC通過編制好的程序計算判斷，進行采集記錄路徑；記憶自動截割時，首先智能工控面板通過記憶的信息對示范路徑進行擬合，并進行智能優(yōu)化，將多余的路徑去掉，智能優(yōu)化為適宜掘進機運動的截割路徑，根據(jù)優(yōu)化后的路徑自動控制截割臂擺動，進行記憶自動截割；邊界控制功能無論是人工示范還是記憶自動截割都可保證巷道邊界成形質(zhì)量；記憶自動截割過程中，還可根據(jù)檢測單元檢測到的信息對優(yōu)化后路徑進行微調(diào)，但若地質(zhì)條件發(fā)生明顯變化，則重復上述兩個過程，根據(jù)司機手動操作截割情況重新記憶工作參數(shù)，再對新路徑進行記憶自動截割。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的人工示范過程需要采集記錄路徑，司機操作時無論采用遙控器或者操縱手柄，掘進機每走完一個截割步驟進行轉(zhuǎn)向時，中間會稍有停頓，即截割臂升降油缸及回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸閥口同時關(guān)閉，以停頓作為每個截割步驟停止的標志，采集截割頭停止位置關(guān)鍵點，記錄其空間水平位置、垂直位置坐標，直至人工示范結(jié)束，最終形成一個示范路徑關(guān)鍵點集合，存儲在數(shù)組中記錄下來。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的路徑擬合，將采集到的每相鄰兩個關(guān)鍵點之間作為一段截割路徑，用這些直線段或斜線段來擬合人工示范的路徑，利用此擬合方法，即使巷道斷面為半圓拱形，也可根據(jù)司機操作時停頓情況，用多段折線來模擬弧形線段。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的路徑智能優(yōu)化，由于懸臂式掘進機為大質(zhì)量體，并且垂直擺動與水平擺動是兩個分別獨立的液壓控制系統(tǒng)，因而不斷的運動、停止會造成機器抖動，為此要對擬合路徑進行智能優(yōu)化，若司機操作掘進機截割一段近似水平直線時出現(xiàn)了多次停頓，會造成記錄多個關(guān)鍵點，路徑擬合時也會形成多段折線，這時需要進行比較與判斷是否可以去掉這些多余的關(guān)鍵點，首先比較這些關(guān)鍵點垂直位置是否與水平直線的初始點相差很小，其次比較其截割電機電流值是否接近截割電機額定電流值，當同時符合條件時判斷其為多余的關(guān)鍵點并刪減掉，最終優(yōu)化后的路徑會減去不必要的多余折線路徑。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的記憶自動截割階段，路徑智能優(yōu)化后控制掘進機執(zhí)行單元進行截割時，以自動截割成形為基礎(chǔ)，當截割路徑為水平時，控制回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸單獨開啟，當截割路徑為垂直直線或斜線時，控制回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸、截割臂升降油缸同時開啟，按照距離目標距離的遠近分別設(shè)定閥口開度大小，進行復合運動。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的掘進機記憶截割控制方法，具有邊界控制功能，其在人工示范和記憶自動截割兩個階段控制方法不同，具體的巷道斷面輪廓、巷道邊界允許的最大誤差等信息可在下井前存入智能工控面板中；記憶自動截割時，通過截割頭的高精度定位、截割臂慢啟慢停以及擺速的自適應控制來保證巷道的成形質(zhì)量；人工示范時，實時檢測截割臂升降油缸以及回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸位移伸縮量，可以算出截割頭當前的垂直位置和水平位置，然后與存入的巷道斷面輪廓進行比較，如果檢測到截割頭與巷道邊界距離小于允許的最大誤差，則強制執(zhí)行將截割臂升降油缸、回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸閥口關(guān)閉，使截割頭停止運動，并發(fā)出報警信息及時提示司機，避免因掘進機司機視線不好造成的斷面超挖、欠挖。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，可實現(xiàn)掘進機對截割過程的記憶學習，這種記憶截割的方式綜合了人工截割與自動截割兩者的優(yōu)點，適用于掘進機在巷道圍巖穩(wěn)定的條件下截割。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，其中所述的邊界控制方法，確保了系統(tǒng)控制精度高，巷道邊界成形質(zhì)量好，可保證斷面邊界控制誤差可控制在IOcm以內(nèi)。本發(fā)明掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)點與有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，可達到相當?shù)募夹g(shù)進步性及實用性，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價值，其至少具有下列優(yōu)點:
(1)本發(fā)明提供了一種新的掘進機截割控制方式一記憶截割，為掘進機在巷道圍巖穩(wěn)定的條件下掘進，提供一種新的控制手段；
(2)本發(fā)明結(jié)合了人工截割方式與自動截割技術(shù)兩者的優(yōu)點，工人根據(jù)現(xiàn)場情況及經(jīng)驗設(shè)計合理的截割工藝路徑，利用掘進機進行學習記憶，控制掘進機按照人工示范的路徑自動截割，減輕工人勞動強度，促進煤礦巷道高效、安全施工；
(3)本發(fā)明具有路徑智能優(yōu)化功能，不僅是簡單的路徑擬合，更是根據(jù)掘進機本身的截割作業(yè)特點，通過截割頭空間位置及截割電機電流值多個參數(shù)的判斷，對擬合路徑進行智能優(yōu)化，減少不必要的截割步驟，保護截割電機、截齒，提高工作效率；
(4)本發(fā)明具有巷道邊界控制功能，保證掘進機人工示范截割以及記憶自動截割時的巷道成形質(zhì)量，斷面邊界控制誤差可控制在IOcm以內(nèi)；
(5)本發(fā)明實用性強，不僅適用于掘進機本地操作，還可融入目前廣泛使用的遙控和遠程監(jiān)測技術(shù)，可遠程控制掘進機進行記憶截割，安全度高，符合新時期煤礦安全生產(chǎn)的要求。綜上所述，本發(fā)明掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，目的在于提高掘進裝備的自動化、智能化程度，自動截割成形在實際應用中也會出現(xiàn)很多弊端，為此，在巷道圍巖穩(wěn)定條件下，可采用掘進機記憶截割作業(yè)方式，用機器來學習人的勞動過程，使礦工從繁重的體力勞動中解脫出來，代替人在有害環(huán)境中從事危險作業(yè)，同時邊界控制功能可以提高巷道成形質(zhì)量，解決人工截割時的模糊截割、誤操作問題。該系統(tǒng)及方法適于煤巷掘進實用，使煤礦井下掘進裝備的控制手段發(fā)生質(zhì)的飛躍，而且具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發(fā)明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2是本發(fā)明控制原理圖。圖3是本發(fā)明路徑擬合及智能優(yōu)化示意圖。圖4是本發(fā)明人工示范邊界控制原理示意圖。圖5是本發(fā)明記憶截割程序流程圖。圖中:
1:檢測單元2:控制單元
3:執(zhí)行單元4:比例放大板
5:負載敏感式比例換向閥組6:PCC
7:智能工控面板8:遙控器
9:機身操作手柄10:回轉(zhuǎn)油缸位移傳感器
I1:升降油缸位移傳感器12:截割電機電流傳感器 13:回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸 14:截割臂升降油缸
15:截割頭運動16 =CAN總線協(xié)議
17:RS23218:記憶截割程序
19:截割頭運動軌跡及斷面輪廓 20:人工示范
21:記憶自動截割22:截割頭水平位置
23:截割頭垂直位置24:截割電機電流值
25:回轉(zhuǎn)油缸伸縮量目標值26:升降油缸伸縮量目標值
27:采集路徑信息28:控制指令。
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法的具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實施方式
的說明，當可對本發(fā)明為達成預定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。本發(fā)明較佳實施例的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，如圖1所示，由檢測單元1、控制單元2、執(zhí)行單元3、比例放大板4及負載敏感式比例換向閥組5組成，其中檢測單元包括回轉(zhuǎn)油缸位移傳感器10、升降油缸位移傳感器11和截割電機電流傳感器12，控制單元包括PCC6、智能工控面板7、遙控器8和機身操作手柄9，執(zhí)行單元包括回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸13和截割臂升降油缸14，PCC經(jīng)由比例放大板及負載敏感式比例換向閥組向執(zhí)行單元發(fā)出控制信號，PCC與智能工控面板通過CAN總線協(xié)議進行通訊，智能工控面板中存儲記憶截割程序，并實時顯示截割頭運動軌跡及斷面輪廓，遙控器與PCC之間通過RS232通訊，該遙控器發(fā)出的控制信號，經(jīng)由PCC解析處理后再傳遞給后續(xù)元件，機身操作手柄直接通過負載敏感式比例換向閥組驅(qū)動執(zhí)行單元。所述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，適用于掘進機機身位姿無偏差的情況，若掘進機機身位姿有偏差，本方法可配合掘進機機身位姿誤差監(jiān)測系統(tǒng)及定向掘進控制系統(tǒng)，同樣可實現(xiàn)掘進機記憶截割。如圖2所示的掘進機記憶截割控制原理圖，由人工示范19和記憶自動截割20兩個步驟組成，人工示范時，可以用遙控器或機身操作手柄控制截割頭運動，需要記錄的信息為截割頭水平位置、截割頭垂直位置以及截割電機電流值，PCC將采集到的路徑信息傳給智能工控面板，智能工控面板通過一些列計算及處理后，將控制指令傳遞給PCC，由PCC實時監(jiān)測判斷截割臂升降油缸、回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸的伸縮量是否達到目標值，同時由檢測單元各傳感器實時檢測反饋。如圖3所示的掘進機記憶截割路徑擬合及智能優(yōu)化示意圖，以半圓拱形巷道為例，假設(shè)司機自底向上進行類S路徑截割，采用多段折線來截割頂面弧線段，圖中紅色圓點為采集到的所有關(guān)鍵點，那么形成的示范路徑數(shù)組為A—B—C一D—E—Tl一T2—T3—T4一T5 — F— G— H— I 一 J一 K，將采集到的每相鄰兩個關(guān)鍵點之間作為一段截割路徑，用這些直線段或斜線段來擬合人工示范的路徑；但是從E到F之間停頓點過多，這段路徑會使截割頭不斷的運動、停止，會造成掘進機的抖動，損壞截割頭截齒，同時也會降低截割效率，因此對擬合后的路徑進行智能優(yōu)化，首先設(shè)定縱向最小步距值7，按序號從小到大順序，首先取A點，比較與B點其縱坐標之差是否大于7,如小于,則繼續(xù)比較A點與C點縱坐標之差,大于7，則保留B點，這樣A— B成為記憶截割的一段路徑；然后取B點，因為與C點縱坐標之差大于I，則不繼續(xù)比較，保留C點，形成B— C段路徑；以此類推，當比較到E點時，取Tl進行比較，小于7后繼續(xù)與T2比較，直到比較到G點才大于設(shè)定值，那么取G的前一個點F比較適宜，繼續(xù)比較T1、T2、T3、T4、T5點的截割電機電流值是否小于額定電流的1.5倍(此值可根據(jù)懸臂式掘進機電氣控制設(shè)備中對電流過載保護的要求確定)，若全部小于，可以確定將Tl、Τ2、Τ3、Τ4、Τ5全部去掉，只保留F點形成E— F路徑，智能優(yōu)化后最終形成記憶截割路徑數(shù)組 A — B— C-D-E-F- G-H-1-J-K0如圖4所示的人工示范邊界控制原理示意圖，當檢測到人工示范截割狀態(tài)時,邊界控制程序模塊一直循環(huán)運行，實時檢測升降油缸位移伸縮量以及回轉(zhuǎn)油缸位移伸縮量，帶入公式可以算出截割頭當前的垂直位置和水平位置，然后與存入智能工控面板的巷道邊界信息進行比較，如果檢測到距巷道邊界的距離小于允許的最大邊界誤差，則強制執(zhí)行將升降油缸、回轉(zhuǎn)油缸閥口流量置為0，使截割頭停止運動。如圖5所示的掘進機記憶截割程序流程圖，掘進機記憶截割控制方法的實施步驟為:
(1)下井前可在智能工控面板中預存入多個大小形狀各異的斷面輪廓、允許最大邊界誤差值等巷道邊界信息；
(2)啟動人工示范模式，記錄初始關(guān)鍵點，然后檢測截割臂升降油缸與回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸是否同時關(guān)閉，當同時關(guān)閉時記錄關(guān)鍵點，人工示范結(jié)束后，形成示范路徑數(shù)組，人工示范過程中一直運行邊界控制程序模塊，若超出巷道邊界，則截割頭停止不動；
(3)智能工控面板對示范路徑數(shù)組進行智能優(yōu)化，經(jīng)過比較判斷，刪減掉不必要的中間點，形成記憶截割路徑數(shù)組；
(4)啟動記憶自動截割模式，智能工控面板順序取記憶截割路徑數(shù)組中相鄰的兩個點，形成一段截割路徑，經(jīng)計算后得出升降油缸伸縮量目標值和回轉(zhuǎn)油缸伸縮量目標值，并傳遞給PCC ；
(5)PCC實時監(jiān)測截割臂升降油缸與回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸伸縮量是否達到目標值，達到目標值后結(jié)束當前截割步驟；
(6)智能工控面板判斷每個截割步驟執(zhí)行后是否到達終點，若達到終點，則結(jié)束當前斷面的記憶截割，掘進機停機進行支護工作，否則繼續(xù)進行下一截割步驟的計算，并發(fā)出控制指令；
(7)長期使用記憶截割功能時，若某一位置截割電機電流總是過載，程序會對記憶截割的路徑進行微調(diào)，避開煤巖過硬的位置；若地質(zhì)條件發(fā)生明顯變化，則可以人為調(diào)整路徑，重復上述過程重新記憶。如上所述是本發(fā)明的基本構(gòu)思。但是，在本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，只要具備最基本的知識，可以對本發(fā)明的其他可操作的實施例進行改進。在本發(fā)明中對實質(zhì)性技術(shù)方案提出了專利保護請求，其保護范圍應包括具有上述技術(shù)特點的一切變化方式。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種掘進機記憶截割控制系統(tǒng)，包括檢測單元(I)、控制單元(2)和執(zhí)行單元(3)，系統(tǒng)還包括比例放大板(4)及負載敏感式比例換向閥組(5)，執(zhí)行單元(3)包括:回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸(13)和截割臂升降油缸(14)，其特征在于: —檢測單元(1)，包括:回轉(zhuǎn)油缸位移傳感器(10)、升降油缸位移傳感器(11)和截割電機電流傳感器(12)，用于檢測描述截割頭和截割臂空間位置的油缸位移伸縮量，以及檢測截割電機電流值； ——控制單元(2)，用于采集檢測單元(I)的傳感器信號，并且直接或間接向掘進機的執(zhí)行單元(3)發(fā)出控制信號，進而控制掘進機相應部件運動，該控制單元包括: —PCC(6)，為可編程計算機控制器，由CPU及多個輸入輸出模塊組成，用于采集掘進機各傳感器信號，并經(jīng)由比例放大板(4)及負載敏感式比例換向閥組(5)，向執(zhí)行單元(3)發(fā)出控制信號； ——智能工控面板(7)，可與PCC (6)進行通訊，用于進行智能控制與優(yōu)化所需的數(shù)學運算及邏輯處理，并可用于實時顯示截割頭的運行狀態(tài)及系統(tǒng)參數(shù)，發(fā)生故障時可顯示報警信息等； —遙控器(8)，用于無線近距離操作掘進機； —機身操作手柄(9)，機身上直接用于操作掘進機的搖桿； 其中，PCC (6)與智能工控面板(7)通過CAN總線協(xié)議進行通訊，遙控器(8)與PCC (6)之間通過RS232通訊，該遙控器(8)發(fā)出的控制信號，經(jīng)由PCC (6)解析處理后再傳遞給后續(xù)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)，其特征在于控制單元(2)中PCC(6)與智能工控面板(7)構(gòu)成機載計算機控制系統(tǒng)，用于掘進機綜合保護及本地自動控制功能的運算處理，PCC (6)置于電控箱中，智能工控面板(7)位于司機座椅右側(cè)，遙控器(8)和機身操作手柄(9)用于人工控制掘進機運動，此外遙控器(8)還可一鍵式觸發(fā)智能控制功倉泛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)，其特征在于用截割頭在巷道中水平位置、截割頭在巷道中垂直位置以及截割電機電流大小來描述示范路徑信息，其中截割電機電流大小可間接反應出煤巖硬度變化，從而在掘進機自動截割時對截割臂擺速進行自適應控制，而且在記憶截割時，若某一位置截割電機電流總是過載，則可根據(jù)情況對記憶截割的路徑進行微調(diào)，避開煤巖過硬的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘進機記憶截割控制系統(tǒng)，其特征在于記憶截割的過程包括如下步驟: (1)人工示范 人工示范，掘進機司機根據(jù)現(xiàn)場工況，利用遙控器(8)或機身操作手柄(9)先操作掘進機割一刀，PCC (6)將檢測單元檢測到的相關(guān)路徑信息記錄下來； (2)記憶自動截割 記憶自動截割，智能工控面板(7)對記憶的信息進行路徑擬合及智能優(yōu)化，將多余的路徑智能優(yōu)化為適宜掘進機運動的截割路徑，根據(jù)優(yōu)化后的路徑自動控制截割臂擺動，進行記憶自動截割； 記憶截割過程中，邊界控制功能無論是人工示范還是記憶自動截割都可保證巷道邊界成形質(zhì)量；此外，系統(tǒng)還可根據(jù)檢測單元(I)檢測到的信息對路徑進行微調(diào)，但若地質(zhì)條件發(fā)生明顯變化，則重復上述過程，根據(jù)司機手動操作截割情況重新記憶工作參數(shù)，再對新路徑進行記憶自動截割。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掘進機記憶截割控制方法，其特征在于關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)為三個過程，采集記錄路徑、路徑擬合及智能優(yōu)化、控制掘進機執(zhí)行； 采集記錄路徑，無論采用遙控器或者操縱手柄，每走完一個截割步驟進行轉(zhuǎn)向時，中間會稍有停頓，以停頓作為每個截割步驟停止的標志，采集關(guān)鍵點，記錄其截割頭空間位置的水平、垂直坐標及截割電機電流值； 路徑擬合及智能優(yōu)化，將采集到的每相鄰兩個關(guān)鍵點之間作為一段截割路徑，用這些直線段或斜線段來擬合人工示范的路徑，然后進行智能優(yōu)化，經(jīng)過比較與判斷，減去不必要的多余折線路徑，避免截割頭不斷的運動、停止造成的機器抖動； 控制掘進機執(zhí)行，以自動截割成形為基礎(chǔ)，按照優(yōu)化后的路徑，控制回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)油缸、截割臂升降油缸單獨或復合運動。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掘進機記憶截割控制方法，其特征在于邊界控制功能在人工和自動截割兩個階段控制方法不同； 記憶自動截割時，通過斷面輪廓的設(shè)定、截割頭高精度的定位、截割臂慢啟慢停以及截割臂擺速自適應控制來實現(xiàn) 對邊界的控制； 人工示范截割時，實時檢測計算出截割頭當前的垂直位置和水平位置，與存入的巷道邊界信息進行比較，如果檢測將要超出巷道邊界，則強制執(zhí)行將升降油缸、回轉(zhuǎn)油缸閥口流量置為O，使截割頭停止運動，人工截割時的邊界控制功能可避免因粉塵、水霧等嚴重影響掘進機司機視野，造成的斷面形狀不好控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掘進機記憶截割控制方法，其特征在于可實現(xiàn)掘進機對截割過程的記憶學習，該方法綜合了人工截割與自動截割兩者截割方式的優(yōu)點，適用于巷道圍巖穩(wěn)定的條件下掘進截割。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掘進機記憶截割控制方法，其特征在于邊界控制功能用于保證巷道邊界成形質(zhì)量，控制精度高，可保證斷面邊界控制誤差可控制在IOcm以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種掘進機記憶截割控制系統(tǒng)及其方法，由檢測單元、控制單元、比例放大板、負載敏感式比例換向閥組和執(zhí)行單元組成，其中控制單元包括PCC(可編程計算機控制器)、智能工控面板、遙控器、和機身操作手柄。掘進機記憶截割包括人工示范和記憶自動截割兩個過程。首先，掘進機司機根據(jù)煤層頂?shù)装寮懊簬r分布情況利用遙控器或機身操作手柄先操作掘進機割一刀，機載計算機控制系統(tǒng)將檢測單元檢測到的示范路徑信息記錄下來。然后，對記錄的關(guān)鍵點數(shù)據(jù)進行路徑擬合及智能優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化后的路徑對執(zhí)行單元發(fā)出控制信號，進而自動控制截割頭按示范軌跡運動，進行記憶自動截割。在整個記憶截割過程中，還具有邊界控制功能，保障人工和記憶自動截割時的巷道成形質(zhì)量。本發(fā)明為煤巷懸臂式掘進機在巷道圍巖穩(wěn)定的條件下掘進提供一種新的控制手段。
文檔編號E21C35/24GK103147756SQ20131008954
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者吳淼, 魏景生, 王蘇彧, 張?zhí)m勝, 姜海, 劉福新, 楊子賢, 尹同舟, 杜毅博, 李樹輝, 胡玉龍, 楊陽, 田劼 申請人:中國礦業(yè)大學(北京), 石家莊煤礦機械有限責任公司