一種采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)，屬于礦井采煤設(shè)備技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 采煤機(jī)是綜合機(jī)械化采煤工作面的主要設(shè)備之一，采煤機(jī)的自動化是整個(gè)工作面 自動化的中心環(huán)節(jié)，而滾筒高度的自動調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自動化的一個(gè)主要方面。在采煤 機(jī)滾筒高度調(diào)節(jié)控制方面，除國內(nèi)外少數(shù)先進(jìn)采煤機(jī)廠家采用記憶智能程控進(jìn)行滾筒高度 控制外，大部分是人工控制調(diào)高，即操作工人靠個(gè)人視力觀察并結(jié)合截割噪音來判斷采煤 機(jī)滾筒是在割煤還是割巖，以便調(diào)節(jié)滾筒的高度。然而采煤機(jī)在割煤過程中，大量煤巖粉塵 的產(chǎn)生，使工作面能見度降低，同時(shí)機(jī)器噪音很大，致使操作工人難以準(zhǔn)確及時(shí)判斷采煤機(jī) 的截割狀態(tài)，很難及時(shí)作出合理的操作。尤其在薄煤層工作面，作業(yè)條件差，作業(yè)空間小，工 人行走不便，使得操作人員難以及時(shí)調(diào)節(jié)滾筒的高度。為了提高采煤機(jī)的智能化，將工人從 惡劣的工作環(huán)境和繁重的體力勞動中解放出來，需要對采煤機(jī)進(jìn)行改進(jìn)使其滾筒能夠自動 調(diào)節(jié)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0005] -種采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)，包括模糊控制器、數(shù)據(jù)采集裝置、第一壓力傳 感器、第二壓力傳感器和電磁比例閥，所述第一壓力傳感器設(shè)置在采煤機(jī)調(diào)高油缸無桿腔 管路接頭上，所述第二壓力傳感器設(shè)置在采煤機(jī)調(diào)高油缸有桿腔管路接頭上，所述電磁比 例閥設(shè)置在采煤機(jī)調(diào)高液壓回路上；所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均與所述的數(shù) 據(jù)采集裝置連接，所述數(shù)據(jù)采集裝置與模糊控制器連接，所述模糊控制器與電磁比例閥連 接。本實(shí)用新型提供的采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)，所有傳感器通過信號線與數(shù)據(jù)采集 裝置連接，數(shù)據(jù)采集裝置對所有傳感器信號進(jìn)行濾波計(jì)算處理后，統(tǒng)一向模糊控制器發(fā)送 濾波處理后的信號，模糊控制器首先計(jì)算出調(diào)高油缸油液壓力和壓力變化率，再根據(jù)調(diào)高 油缸油液壓力和壓力變化率波動情況經(jīng)過模擬推理判斷滾筒截割狀態(tài)，然后向電磁比例閥 發(fā)送控制信號，以改變電磁比例閥閥芯運(yùn)動方向和閥口開度，進(jìn)而改變進(jìn)出調(diào)高油缸的流 量，從而改變調(diào)高油缸活塞桿位移，最終實(shí)現(xiàn)對滾筒的自動調(diào)高控制。
[0006] 優(yōu)選的，所述采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)還包括顯示器和鍵盤，所述顯示器和 鍵盤均與模糊控制器連接。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，通過鍵盤實(shí)現(xiàn)向模糊控制器輸入一些參數(shù) 的設(shè)置，顯示器用來顯示輸入的參數(shù)或系統(tǒng)工作參數(shù)，便于操作和觀察。
[0007] 優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集裝置選用研華股份有限公司生產(chǎn)的型號為PCI-1711U的數(shù) 據(jù)采集卡。
[0008] 優(yōu)選的，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均選用瑞士 KISTLER儀器股份公 司生產(chǎn)的型號為SM20RE250-HKC的防爆型壓力變送器。
[0009] 優(yōu)選的，所述電磁比例閥選用博世力士樂公司生產(chǎn)的的型號為 4WRZE16E100-7X/6EG24ETK31A1M的不帶電氣位置反饋的先導(dǎo)三位四通比例方向閥。
[0010] 優(yōu)選的，所述模糊控制器選用西門子公司生產(chǎn)的型號為S7-221的PLC，或選用德 州儀器公司生產(chǎn)的MSP430系列中型號為MSP430F6659IZQW的單片機(jī)，或選用研華股份有限 公司生產(chǎn)的帶PCI/PCIe擴(kuò)展的型號為ARK-5260的嵌入式工控機(jī)，或選用PC計(jì)算機(jī)。
[0011] 該采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)的工作方法，包括信號采集、數(shù)據(jù)處理、模糊運(yùn)算 和指令輸出，其中，
[0012] (1)信號采集：所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別測量調(diào)高油缸無桿腔 和調(diào)高油缸有桿腔的壓力信號并將壓力信號傳輸給數(shù)據(jù)采集裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置對壓 力信號進(jìn)行濾波處理后得到壓力原始數(shù)據(jù)，并將壓力原始數(shù)據(jù)傳輸給模糊控制器；
[0013] (2)數(shù)據(jù)處理：所述模糊控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理程序根據(jù)接收到的壓力原始數(shù)據(jù) 計(jì)算出調(diào)高油缸的負(fù)載壓力和負(fù)載壓力變化率；
[0014] (3)模糊運(yùn)算：所述模糊控制器對步驟（2)中計(jì)算出的負(fù)載壓力和負(fù)載壓力變化 率進(jìn)行模糊化處理，在其對應(yīng)的模糊子集上由隸屬度函數(shù)計(jì)算出隸屬度值作為其對應(yīng)的模 糊化值，然后根據(jù)模糊規(guī)則表中的模糊規(guī)則分別計(jì)算每條規(guī)則結(jié)論的適配度：取每條模糊 規(guī)則下的負(fù)載壓力模糊化值、負(fù)載壓力變化率模糊化值以及電磁比例閥控制電流模糊子集 隸屬度函數(shù)三者的交運(yùn)算結(jié)果作為該條模糊規(guī)則結(jié)論的適配度，最后將所有模糊規(guī)則結(jié)論 適配度的并運(yùn)算結(jié)果作為控制器模糊運(yùn)算結(jié)果；
[0015] (4)指令輸出：所述模糊控制器利用重心法對控制器模糊運(yùn)算結(jié)果解模糊得到模 糊控制器輸出即電磁比例閥的控制信號，所述控制信號控制改變電磁比例閥閥芯運(yùn)動方向 和閥口開度以改變進(jìn)出調(diào)高油缸的流量，從而改變調(diào)高油缸活塞桿位移，最終實(shí)現(xiàn)對滾筒 的自動調(diào)高控制。
[0016] 優(yōu)選的，步驟（1)中，所述濾波處理是指數(shù)據(jù)采集裝置采用中位值平均濾波法對 第一壓力傳感器和第二壓力傳感器傳輸?shù)膲毫π盘栠M(jìn)行濾波處理，其具體過程包括：連續(xù) 采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，然后采用冒泡法原理對采集到的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，找出N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中的 最大值和最小值，去掉最大值和最小值，然后計(jì)算余下的N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，N值的 選取為3-14。
[0017] 優(yōu)選的，步驟（2)中，所述模糊控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理程序計(jì)算調(diào)高油缸的負(fù)載 壓力和負(fù)載壓力變化率，其具體過程包括：
[0018] 油缸等效負(fù)載壓力定義為：pL= p「PsxAyAj I )
[0019] 其中，式（I )中，P1為無桿腔側(cè)油壓值濾波后的算術(shù)平均值，p 2為有桿腔側(cè)油壓 值濾波后的算術(shù)平均值，A1為油壓無桿腔側(cè)的有效作用面積，A 2為油缸有桿腔側(cè)的有效作 用面積；
[0020] 當(dāng)計(jì)算出油缸等效負(fù)載壓力后，采用最小二乘法得到壓力變化率，其具體過 程包括：模糊控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理程序計(jì)算出一系列油缸等效負(fù)載壓力序列（IpD， (2pJ，…，（mpj，用一條直線擬合這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，確定擬合直線方程為
[0021] p = ao+a^ ( II )
[0022] 其中，式（II )中Bc^a1為待定實(shí)數(shù)，η = 1，2,…，m。
[0023] 為確定式（II )中的8。和a i，由2-范數(shù)度量下的曲線擬合理論可推導(dǎo)出
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于，包括模糊控制器、數(shù)據(jù)采集裝置、 第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和電磁比例閥，所述第一壓力傳感器設(shè)置在采煤機(jī)調(diào)高 油缸無桿腔管路接頭上，所述第二壓力傳感器設(shè)置在采煤機(jī)調(diào)高油缸有桿腔管路接頭上， 所述電磁比例閥設(shè)置在采煤機(jī)調(diào)高液壓回路上；所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均 與所述的數(shù)據(jù)采集裝置連接，所述數(shù)據(jù)采集裝置與模糊控制器連接，所述模糊控制器與電 磁比例閥連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于，所述采煤機(jī)滾筒 自動調(diào)高控制系統(tǒng)還包括顯示器和鍵盤，所述顯示器和鍵盤均與模糊控制器連接。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 數(shù)據(jù)采集裝置選用研華股份有限公司生產(chǎn)的型號為PCI-1711U的數(shù)據(jù)采集卡；所述 第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均選用瑞士 KISTLER儀器股份公司生產(chǎn)的型號為 SM20RE250-HKC的防爆型壓力變送器；所述電磁比例閥選用博世力士樂公司生產(chǎn)的的型號 為4WRZE16E100-7X/6EG24ETK31A1M的不帶電氣位置反饋的先導(dǎo)三位四通比例方向閥。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)，其特征在于，所述模糊控制 器選用西門子公司生產(chǎn)的型號為S7-221的PLC，或選用德州儀器公司生產(chǎn)的MSP430系列中 型號為MSP430F6659IZQW的單片機(jī)，或選用研華股份有限公司生產(chǎn)的帶PCI/PCIe擴(kuò)展的型 號為ARK-5260的嵌入式工控機(jī)，或選用PC計(jì)算機(jī)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)，包括模糊控制器、數(shù)據(jù)采集裝置、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和電磁比例閥，第一壓力傳感器設(shè)置在采煤機(jī)調(diào)高油缸無桿腔管路接頭上，第二壓力傳感器設(shè)置在采煤機(jī)調(diào)高油缸有桿腔管路接頭上，電磁比例閥設(shè)置在采煤機(jī)調(diào)高液壓回路上；第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均與所述的數(shù)據(jù)采集裝置連接，數(shù)據(jù)采集裝置與模糊控制器連接，模糊控制器與電磁比例閥連接。采用模糊控制規(guī)則進(jìn)行采煤機(jī)滾筒自動調(diào)高的控制，解決了采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的非線性特性、不易獲得其精確數(shù)學(xué)模型的難題，通過模糊控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒的自動調(diào)高控制。
【IPC分類】E21C35-24, E21C25-06
【公開號】CN204436394
【申請?zhí)枴緾N201520111087
【發(fā)明人】曾慶良, 張海忠, 張鑫, 萬麗榮, 王亮, 仉毅, 王成龍, 劉志海, 王新超, 高忠燕
【申請人】山東科技大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年2月15日