一種運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)高的比例控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于采煤機(jī)調(diào)高的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)高的比例控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前解決采煤機(jī)調(diào)高功能的方案有兩種:
A、開關(guān)量控制的開環(huán)調(diào)尚系統(tǒng):
本方案是傳統(tǒng)采煤機(jī)的調(diào)高方案——控制采煤機(jī)調(diào)高油缸的執(zhí)行器件選用開關(guān)量電液閥，電控系統(tǒng)給出固定的電信號，驅(qū)動其作出或開或閉合的動作，再通過油缸伸縮實現(xiàn)搖臂調(diào)高。此方案沒有量化的控制目標(biāo)，一切以人工經(jīng)驗為準(zhǔn)。
[0003]B、開關(guān)量控制的閉環(huán)調(diào)尚系統(tǒng):
本方案是一種有控制目標(biāo)的調(diào)高方案——采煤機(jī)調(diào)高油缸的執(zhí)行器件選用開關(guān)量電液閥，同時有油缸行程傳感器實時采樣，通過數(shù)據(jù)處理測算出采煤機(jī)搖臂的實際高度。調(diào)高時，系統(tǒng)先給定目標(biāo)高度，然后通過程序驅(qū)動電液閥的或開或閉合，使實際值不斷趨近于設(shè)定目標(biāo)高度，從而實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的高度控制。
[0004]其中，A方案作為一種傳統(tǒng)的采煤機(jī)調(diào)高方案，可以滿足低端采煤機(jī)的控制需要，但是對于對搖臂高度有具體要求的情況，沒有任何實現(xiàn)的可能。
[0005]隨著煤炭市場對采煤機(jī)自動化、智能化要求的進(jìn)一步提升--記憶切割功能甚至三機(jī)聯(lián)動控制功能逐漸成為采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢，這兩種功能的實現(xiàn)必須要求采煤機(jī)的準(zhǔn)確水平位置及搖臂高度的信息。
[0006]而B方案雖然為了實現(xiàn)搖臂精確控制，引入了油缸行程傳感器和閉環(huán)控制系統(tǒng)，但是由于控制器件是開關(guān)量電液閥組，只能依靠一種固定的速率迫近目標(biāo)高度，從而造成包括精度不夠和在目標(biāo)值周圍反復(fù)上下調(diào)高，終宄無法進(jìn)入穩(wěn)定高度等各種問題，其整體的控制效果并不理想，客觀上使記憶切割等智能化功能無法實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了提高采煤機(jī)調(diào)高的精度，實現(xiàn)智能仿形切割，提供了一種運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)尚的比例控制系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)高的比例控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括控制中心、比例控制器、比例閥組、旋轉(zhuǎn)編碼器和行程傳感器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝于采煤機(jī)的搖臂上，行程傳感器與采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸連接，旋轉(zhuǎn)編碼器和行程傳感器與控制中心連接，比例閥組與采煤機(jī)搖臂的伸縮缸連接，控制中心驅(qū)動比例控制器，比例控制器控制比例閥組。
[0009]所述比例控制系統(tǒng)的具體控制過程為:
所述控制中心的指令輸出至比例控制器，比例控制器控制比例閥組動作，比例閥組控制采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸伸縮，通過旋轉(zhuǎn)編碼器測得采煤機(jī)搖臂的實際傾角并通過行程傳感器測得伸縮油缸的實際伸縮量，采煤機(jī)搖臂的實際傾角輸出至控制中心形成閉環(huán)控制系統(tǒng)；所述控制中心在接收采煤機(jī)搖臂的實際傾角值的同時，控制中心根據(jù)前一次采集的采煤機(jī)搖臂傾角值，結(jié)合GIS系統(tǒng)人工設(shè)置目標(biāo)傾角值；控制中心對實際傾角值和目標(biāo)傾角值比較后將指令傳輸至比例控制器，比例控制器再控制比例閥組動作，比例閥組驅(qū)動采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸伸縮使搖臂的傾角值無限迫近搖臂的目標(biāo)傾角值；根據(jù)目標(biāo)傾角值和搖臂長度換算確定采煤機(jī)滾筒的實際高度；
所述采煤機(jī)滾筒的實際高度范圍為[L.sin Z NOG+R，L.sin ( Z NOG± Z 0/2) +R]，其中:L-搖臂長度，R-滾筒半徑，Z NOG-目標(biāo)傾角，Z0/2-最大角度誤差。
[0010]所述的控制中心為DSP控制系統(tǒng)。
[0011]所述的比例控制器為PID控制器，比例閥組為比例換向閥。
[0012]本發(fā)明利用控制器件和傳感器精度的同時提高，使得最終整體的調(diào)高效果滿足了智能化采煤機(jī)各種功能的精度要求:
控制器件使用比例換向閥和PID控制器替代開關(guān)量閥組，使得采煤機(jī)輸出精度有實際保證，比例換向閥相對于原來的開關(guān)閥組，可以實現(xiàn)不同開度的閥組調(diào)節(jié)，調(diào)高速率可以根據(jù)需要改變；
傳感器件使用旋轉(zhuǎn)編碼器替代油缸行程傳感器，避免了原有方法的重復(fù)計算和估值，確保了對實時搖臂高度的準(zhǔn)確度。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的原理圖；
圖2為PID控制器給定電信號、角度調(diào)節(jié)坐標(biāo)圖；
圖3為角度、高度調(diào)節(jié)示意圖；
圖中:R-滾筒半徑，L-搖臂長度，(Z COD= Z0)-死區(qū)角度，ZNOG-目標(biāo)傾角，(Z N0A1、Z N0A2)-原角度，(Z N0B1、Z N0B2)-緩沖角度。
【具體實施方式】
[0014]結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步說明:
如圖1所示的運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)高的比例控制系統(tǒng)，包括控制中心、比例控制器、比例閥組、旋轉(zhuǎn)編碼器和行程傳感器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝于采煤機(jī)的搖臂上，行程傳感器與采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸連接，旋轉(zhuǎn)編碼器和行程傳感器與控制中心連接，比例閥組與采煤機(jī)搖臂的伸縮缸連接，控制中心驅(qū)動比例控制器，比例控制器控制比例閥組。
[0015]該系統(tǒng)的具體控制過程為:
所述控制中心(即DSP控制系統(tǒng))的指令輸出至比例控制器(即PID控制器)，比例控制器控制比例閥組(即比例換向閥)動作，比例閥組控制采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸伸縮，通過旋轉(zhuǎn)編碼器測得采煤機(jī)搖臂的實際傾角并通過行程傳感器測得伸縮油缸的實際伸縮量，采煤機(jī)搖臂的實際傾角輸出至控制中心形成閉環(huán)控制系統(tǒng)；所述控制中心在接收采煤機(jī)搖臂的實際傾角值的同時，控制中心根據(jù)前一次采集的采煤機(jī)搖臂傾角值，結(jié)合GIS系統(tǒng)人工設(shè)置目標(biāo)傾角值；控制中心對實際傾角值和目標(biāo)傾角值比較后將指令傳輸至比例控制器，比例控制器再控制比例閥組動作，比例閥組驅(qū)動采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸伸縮使搖臂的傾角值無限迫近搖臂的目標(biāo)傾角值；然后根據(jù)目標(biāo)傾角值和搖臂長度換算確定采煤機(jī)滾筒的實際高度。
[0016]采煤機(jī)調(diào)高時，是用高精度旋轉(zhuǎn)編碼器測量采煤機(jī)搖臂與機(jī)身的相對角度，同時通過行程傳感器測量搖臂升降油缸的實際伸縮量，二者實現(xiàn)冗余監(jiān)測滾筒高度，通過CANBUS總線傳輸給專用的信號采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊再將數(shù)據(jù)打包發(fā)給在監(jiān)控中心內(nèi)部的DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算和進(jìn)一步處理。DSP處理器在確切的計算出采煤機(jī)準(zhǔn)確采高的同時，采煤機(jī)在記憶切割狀態(tài)下會根據(jù)以往歷史采高數(shù)據(jù)和GIS系統(tǒng)提供的地質(zhì)模型進(jìn)行運(yùn)算，用來設(shè)定一個采高的目標(biāo)值，然后結(jié)合水平安裝在采煤機(jī)上的姿態(tài)傾角陀螺儀記錄的數(shù)據(jù)，得出采煤機(jī)的綜合工作姿態(tài)下的準(zhǔn)確滾筒高度。
[0017]其具體的控制方式為:控制中心(即DSP控制系統(tǒng))會對實測傾角值和目標(biāo)傾角值進(jìn)行比較，得出差距和具體的行程范圍；然后控制中心發(fā)出指令給PID比例控制模塊，近而控制比例換向閥動作，以積分調(diào)節(jié)電磁閥開度，驅(qū)動油缸迫近目標(biāo)值。
[0018]控制DSP控制系統(tǒng)的順槽集控平臺根據(jù)煤機(jī)當(dāng)前位置，查詢歷史數(shù)據(jù)庫中煤機(jī)位置及對應(yīng)的左右搖臂高度，同時接受人工干預(yù)和GIS系統(tǒng)導(dǎo)引，修正調(diào)節(jié)歷史數(shù)據(jù)，實時計算出目標(biāo)搖臂高度，發(fā)給采煤機(jī)，煤機(jī)根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器或油缸行程計算出搖臂實際高度，通過PID比例驅(qū)動器使搖臂實際高度值連續(xù)平穩(wěn)地自動逼近目標(biāo)值，實現(xiàn)智能仿形切割。
[0019]如圖2、3所示，通過給定PID控制器的最大電流(土MAX I)和最小電流(土MIN I)，測得原角度Z NOA1、Z NOA2，緩沖角度Z NOB1、Z NOB2，進(jìn)而得出目標(biāo)角度Z NOG和死區(qū)角度Z COD，最后換算出采煤機(jī)滾筒的實際高度范圍[L.sin Z N0G+R,L.sin( Z N0G± Z 0/2) +R]，其中，Z 0= Z COD。
【主權(quán)項】
1.一種運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)高的比例控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括控制中心、比例控制器、比例閥組、旋轉(zhuǎn)編碼器和行程傳感器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝于采煤機(jī)的搖臂上，行程傳感器與采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸連接，旋轉(zhuǎn)編碼器和行程傳感器與控制中心連接，比例閥組與采煤機(jī)搖臂的伸縮缸連接，控制中心驅(qū)動比例控制器，比例控制器控制比例閥組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)高的比例控制系統(tǒng)，其特征在于:所述比例控制系統(tǒng)的具體控制過程為: 所述控制中心的指令輸出至比例控制器，比例控制器控制比例閥組動作，比例閥組控制采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸伸縮，通過旋轉(zhuǎn)編碼器測得采煤機(jī)搖臂的實際傾角并通過行程傳感器測得伸縮油缸的實際伸縮量，采煤機(jī)搖臂的實際傾角輸出至控制中心形成閉環(huán)控制系統(tǒng)；所述控制中心在接收采煤機(jī)搖臂的實際傾角值的同時，控制中心根據(jù)前一次采集的采煤機(jī)搖臂傾角值，結(jié)合GIS系統(tǒng)人工設(shè)置目標(biāo)傾角值；控制中心對實際傾角值和目標(biāo)傾角值比較后將指令傳輸至比例控制器，比例控制器再控制比例閥組動作，比例閥組驅(qū)動采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸伸縮使搖臂的傾角值無限迫近搖臂的目標(biāo)傾角值；根據(jù)目標(biāo)傾角值和搖臂長度換算確定采煤機(jī)滾筒的實際高度； 所述采煤機(jī)滾筒的實際高度范圍為[L.sin Z NOG+R，L.sin ( Z NOG± Z 0/2) +R]，其中:L-搖臂長度，R-滾筒半徑，Z NOG-目標(biāo)傾角，Z0/2-最大角度誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)高的比例控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制中心為DSP控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)高的比例控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的比例控制器為PID控制器，比例閥組為比例換向閥。
【專利摘要】本發(fā)明屬于采煤機(jī)調(diào)高的技術(shù)領(lǐng)域，為了提高采煤機(jī)調(diào)高的精度，實現(xiàn)智能仿形切割，本發(fā)明提供了一種運(yùn)用于采煤機(jī)調(diào)高的比例控制系統(tǒng)，包括控制中心、比例控制器、比例閥組、旋轉(zhuǎn)編碼器和行程傳感器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝于采煤機(jī)的搖臂上，行程傳感器與采煤機(jī)搖臂的伸縮油缸連接，旋轉(zhuǎn)編碼器和行程傳感器與控制中心連接，比例閥組與采煤機(jī)搖臂的伸縮缸連接，控制中心驅(qū)動比例控制器，比例控制器控制比例閥組。本發(fā)明的控制器件使用比例換向閥和PID控制器替代開關(guān)量閥組，傳感器件使用旋轉(zhuǎn)編碼器替代油缸行程傳感器，利用控制器件和傳感器精度的同時提高，使得最終整體的調(diào)高效果滿足了智能化采煤機(jī)各種功能的精度要求。
【IPC分類】E21C31-08
【公開號】CN104747189
【申請?zhí)枴緾N201410844927
【發(fā)明人】王雪松, 郝尚清, 王慧明, 彭嘉偉, 寧卓, 宋棟帥, 劉鴻亮, 王麗杰, 劉建濤, 王朝, 程永吉, 王吉鵬, 李海洋, 侯晉兵
【申請人】太重煤機(jī)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年12月31日