專利名稱：掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，具體是一種能提供本地及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控掘進(jìn)機(jī)掘 進(jìn)過程、工作狀態(tài)及動(dòng)態(tài)參數(shù)，高速無線數(shù)據(jù)傳輸，信息收集、整理與保存，具有遠(yuǎn)程故障診 斷和監(jiān)控功能的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
掘進(jìn)機(jī)具有生產(chǎn)效率高、掘進(jìn)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、調(diào)動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn)，目前已成為煤 礦必需的生產(chǎn)設(shè)備。然而在煤礦巷道開采過程中，粉塵較大，掘進(jìn)機(jī)操作者因看不清截割頭 的實(shí)際位置而造成欠挖和超挖現(xiàn)象，欠挖帶來二次挖掘，超挖帶來支護(hù)和回填工作量的增 大。由于設(shè)備多為手工操作、司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大、舒適性較差、勞動(dòng)生產(chǎn)率低，而且施工質(zhì)量、 施工安全很大程度上依賴于人為因素，井下的傷亡人數(shù)仍較多。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù) 量有限，且多為線纜傳輸，實(shí)時(shí)性較差且對整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控面較少，不利于掘進(jìn)機(jī)快速 故障診斷、事故處理及遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的不足，提供一種本地及 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程、工作狀態(tài)及動(dòng)態(tài)參數(shù)，高速無線數(shù)據(jù)傳輸，信息收集、整理 與保存，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法及系統(tǒng)。技術(shù)方案本發(fā)明的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括機(jī)載控制器、遠(yuǎn)程控制器、激光指向 儀、數(shù)字羅盤、無線網(wǎng)絡(luò)、無線中繼和有線網(wǎng)絡(luò)、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線中繼安放器和激光 接收器；數(shù)字羅盤、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)和激光接收器的輸出端接機(jī)載控制器，機(jī)載控制器連 接無線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程控制器；激光指向儀安裝于掘進(jìn)機(jī)后面巷道頂部，數(shù)字羅 盤、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)和激光接收器安裝于掘進(jìn)機(jī)車體水平面上。所述的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)包括位移傳感器、傾角傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感 器、電壓傳感器、電流傳感器，分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)以總線的形式連接到機(jī)載控制器。I 激光指向儀通過棱柱水晶體將激光束分裂為兩個(gè)互相垂直面，激光接收器在激 光束面上捕捉射光，并將位置信號輸入到機(jī)載控制器；數(shù)字羅盤將獲得的位置信息輸入到 機(jī)載控制器；分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)將掘進(jìn)機(jī)實(shí)時(shí)工況信號和故障信號傳送到機(jī)載控制器，機(jī) 載控制器根據(jù)上述所獲得的信息量通過算法完成掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行控制、狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù) 存儲；II 機(jī)載控制器將通過步驟I采集到的各種信號通過與其相連接的無線網(wǎng)絡(luò)將信 號以無線的方式向外發(fā)射，無線中繼對信號進(jìn)行重新發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)，將信號向外遠(yuǎn)距離傳輸， 無線交換機(jī)將無線信號接入到有線網(wǎng)絡(luò)并最終連接到遠(yuǎn)程控制器；III 遠(yuǎn)程控制器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通道中獲得的信號實(shí)時(shí)顯示掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行圖像，進(jìn)行故障 診斷與分析，數(shù)據(jù)存儲，歷史數(shù)據(jù)查看等功能，并向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送控制信號對機(jī)載控制器進(jìn)行 遠(yuǎn)程控制。
遠(yuǎn)程控制器具有手動(dòng)和自動(dòng)功能，能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)的任意切換，并且，根據(jù)分布 式傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和切割斷面形狀自動(dòng)計(jì)算出閾值，超出此閾值時(shí)，手動(dòng)功能無法實(shí)現(xiàn)。機(jī)載控制器根據(jù)分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)中得到的位置信息控制無線中繼安裝器安放 無線中繼，無線中繼自動(dòng)組網(wǎng)并進(jìn)行發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中采用有線加無線的數(shù)據(jù)傳輸方式較好的解 決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸采用機(jī)械式卷纜系統(tǒng)，因煤層落巖，電纜拖曳破損等問題。該掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程 監(jiān)控方法及系統(tǒng)能在機(jī)載控制器和遠(yuǎn)程控制器中實(shí)時(shí)、形象、準(zhǔn)確、全面地反映掘進(jìn)機(jī)的運(yùn) 行狀態(tài)，并可以進(jìn)行故障診斷和遠(yuǎn)程控制，通過數(shù)字化和信息化手段提高掘進(jìn)機(jī)安全可靠 運(yùn)行能力。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明的遠(yuǎn)程控制流程圖。圖中有機(jī)載控制器1，遠(yuǎn)程控制器2，激光指向儀3，數(shù)字羅盤4，無線網(wǎng)絡(luò)5，無線 中繼6，有線網(wǎng)絡(luò)7，分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)8，無線中繼安放器9，激光接收器10;分布式傳感器 網(wǎng)絡(luò)8包括位移傳感器81、傾角傳感器82、振動(dòng)傳感器83、溫度傳感器84、電壓傳感器85、 電流傳感器86。
具體實(shí)施例方式為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法及系統(tǒng)，它包括機(jī)載控制器，遠(yuǎn)程控制器， 激光指向儀，數(shù)字羅盤，無線網(wǎng)絡(luò)，無線中繼，有線網(wǎng)絡(luò)，分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線中繼安放 器，激光接收器。所述分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)由位移傳感器，傾角傳感器，溫度傳感器，電壓傳感器，電 流傳感器，振動(dòng)傳感器構(gòu)成。實(shí)時(shí)全面監(jiān)控掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線傳送 到機(jī)載控制器；所述激光指向儀用于發(fā)射激光束，用于掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巷道內(nèi)的精確定位，與激 光接收器配對使用；所述激光接收器可在激光束面上捕捉射光，并將信號通過現(xiàn)場總線輸 入到機(jī)載控制器；所述無線網(wǎng)絡(luò)能完成無線信號的發(fā)送和接收；所述無線中繼能自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā) 掘進(jìn)巷道內(nèi)無線信號，且具有自動(dòng)安裝和組網(wǎng)功能；所述有線網(wǎng)絡(luò)為礦井中用于數(shù)據(jù)通信 的工業(yè)以太網(wǎng)；所述機(jī)載控制器完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)場控制和與遠(yuǎn)程控制器通信； 所述數(shù)字羅盤根據(jù)地磁場的強(qiáng)度輸出角度為掘進(jìn)機(jī)定位；所述無線中繼安放器能根據(jù)所行 走的位移量自動(dòng)完成中繼器的安放；所述遠(yuǎn)程控制器用于對采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，歷史數(shù)據(jù) 保存，對各電機(jī)負(fù)荷電流和溫升的顯示檢測及示警保護(hù)，液壓系統(tǒng)的油壓、油溫、油位、工況 檢測及保護(hù)等，此外遠(yuǎn)程控制器具有遠(yuǎn)程手動(dòng)和自動(dòng)控制功能圖1所示，本發(fā)明掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。機(jī)載控制器1和遠(yuǎn)程 控制器2均由工控計(jì)算機(jī)組成。機(jī)載控制器1完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)場控制和與遠(yuǎn) 程控制器2通信。遠(yuǎn)程控制器2用于對采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，歷史數(shù)據(jù)保存，對各電機(jī)負(fù)荷電 流和溫升的顯示檢測及示警保護(hù)，液壓系統(tǒng)的油壓、油溫、油位、工況檢測及保護(hù)等，此外遠(yuǎn) 程控制器具有遠(yuǎn)程手動(dòng)和自動(dòng)控制功能。機(jī)載控制器1和遠(yuǎn)程控制器2之間的通信采用有 線加無線的方式，具體由無線網(wǎng)絡(luò)5、無線中繼6、有線網(wǎng)絡(luò)7組成。無線網(wǎng)絡(luò)5安裝于掘進(jìn)機(jī)車體上，通過現(xiàn)場總線與機(jī)載控制器1相連，具有數(shù)據(jù)自動(dòng)收發(fā)功能。無線中繼6，能對 數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)，且具有自動(dòng)組網(wǎng)功能。有線網(wǎng)絡(luò)7連接于礦井以太網(wǎng)上。激光指向儀 3安裝于掘進(jìn)機(jī)后面巷道頂部，用棱柱水晶體將激光束分裂為兩個(gè)互相垂直面，激光接收器 10可在激光束面上捕捉射光，并通過現(xiàn)場總線將信號輸入到機(jī)載控制器1。數(shù)字羅盤4安 裝于掘進(jìn)機(jī)車體水平面上，通過現(xiàn)場總線與機(jī)載控制器1相連。機(jī)載控制器1根據(jù)激光指 向儀3和數(shù)字羅盤4通過現(xiàn)場總線輸入的數(shù)據(jù)完成掘進(jìn)機(jī)的精確定位?？刂凭蜻M(jìn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)位 置的平行偏差和推進(jìn)方向上的角度偏差。分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)8具有足夠的傳感器包括位移 傳感器，傾角傳感器，溫度傳感器，電壓傳感器，電流傳感器，振動(dòng)傳感器等能實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù) 掘進(jìn)機(jī)，通過總線接口連接到機(jī)載控制器1。無線中繼安放器9是無限中繼器的安放裝置， 它接受機(jī)載控制器1的控制命令，在規(guī)定的位置安放中繼器，該位移量由機(jī)載控制器1從分 布式傳感器網(wǎng)絡(luò)8中獲得。 圖2所示，本發(fā)明的遠(yuǎn)程控制流程圖。遠(yuǎn)程控制器可以在井上對掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行控制， 該控制方案分為自動(dòng)和手動(dòng)。自動(dòng)方式可以實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)無人值守，手動(dòng)方式可以很好的解 決欠挖和超挖問題。此外遠(yuǎn)程控制器能根據(jù)從分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)8所獲取的數(shù)據(jù)和所要求 切割斷面形狀自動(dòng)設(shè)定掘進(jìn)機(jī)采掘閾值，這樣當(dāng)超出掘進(jìn)面時(shí)，出現(xiàn)報(bào)警提示，且此時(shí)手動(dòng) 控制不起作用。
權(quán)利要求
一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括機(jī)載控制器(1)、遠(yuǎn)程控制器(2)、激光指向儀(3)、數(shù)字羅盤(4)、無線網(wǎng)絡(luò)(5)、無線中繼(6)和有線網(wǎng)絡(luò)(7)、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)、無線中繼安放器(9)和激光接收器(10)；其中，數(shù)字羅盤(4)、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)和激光接收器(10)的輸出端接機(jī)載控制器(1)的輸入端，機(jī)載控制器(1)還連接無線網(wǎng)絡(luò)(5)和無線中繼安放器(9)；有線網(wǎng)絡(luò)(7)連接遠(yuǎn)程控制器(2)；激光指向儀(3)安裝于掘進(jìn)機(jī)后面巷道頂部，數(shù)字羅盤(4)、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)和激光接收器(10)安裝于掘進(jìn)機(jī)車體水平面上，其信號通過無線中繼(6)與機(jī)載控制器(1)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò) (8)包括位移傳感器(81)、傾角傳感器(82)、振動(dòng)傳感器(83)、溫度傳感器(84)、電壓傳感 器(85)、電流傳感器(86)，分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)以總線的形式連接到機(jī)載控制器(1)。
3.一種如權(quán)利要求1所述掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控方法，其特征在于該方法包括I激光指向儀(3)通過棱柱水晶體將激光束分裂為兩個(gè)互相垂直面，激光接收器(10) 在激光束面上捕捉射光，并將位置信號輸入到機(jī)載控制器(1)；數(shù)字羅盤(4)將獲得的位 置信息輸入到機(jī)載控制器(1)；分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)將掘進(jìn)機(jī)實(shí)時(shí)工況信號和故障信號 傳送到機(jī)載控制器(1)，機(jī)載控制器(1)根據(jù)上述所獲得的信息量通過算法完成掘進(jìn)機(jī)的 運(yùn)行控制、狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)存儲；II機(jī)載控制器(1)將通過步驟I采集到的各種信號通過與其相連接的無線網(wǎng)絡(luò)(5) 將信號以無線的方式向外發(fā)射，無線中繼(6)對信號進(jìn)行重新發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)，將信號向外遠(yuǎn) 距離傳輸，無線交換機(jī)將無線信號接入到有線網(wǎng)絡(luò)(7)并最終連接到遠(yuǎn)程控制器(2)；III遠(yuǎn)程控制器(2)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通道中獲得的信號實(shí)時(shí)顯示掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行圖像，進(jìn)行故障 診斷與分析，數(shù)據(jù)存儲，歷史數(shù)據(jù)查看等功能，并向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送控制信號對機(jī)載控制器(1) 進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控方法，其特征在于，遠(yuǎn)程控 制器(2)具有手動(dòng)和自動(dòng)功能，能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)的任意切換，并且，根據(jù)分布式傳感器網(wǎng) 絡(luò)(8)的數(shù)據(jù)和切割斷面形狀自動(dòng)計(jì)算出閾值，超出此閾值時(shí)，手動(dòng)功能無法實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控方法，其特征在于，機(jī)載控 制器(1)根據(jù)分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)中得到的位置信息控制無線中繼安裝器(9)安放無線 中繼(5)，無線中繼(5)自動(dòng)組網(wǎng)并進(jìn)行發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種本地及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程、工作狀態(tài)及動(dòng)態(tài)參數(shù)，高速無線數(shù)據(jù)傳輸，信息收集、整理與保存，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法及系統(tǒng)。它包括機(jī)載控制器，遠(yuǎn)程控制器，激光指向儀，激光接收器，數(shù)字羅盤，無線網(wǎng)絡(luò)，無線中繼，有線網(wǎng)絡(luò)，分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線中繼安放器。本發(fā)明中采用有線加無線的數(shù)據(jù)傳輸方式較好的解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸采用機(jī)械式卷纜系統(tǒng)，因煤層落巖，電纜拖曳破損等問題。該掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法及系統(tǒng)能在機(jī)載控制器和遠(yuǎn)程控制器中實(shí)時(shí)、形象、準(zhǔn)確、全面地反映掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并可以進(jìn)行故障診斷和遠(yuǎn)程控制，通過數(shù)字化和信息化手段提高掘進(jìn)機(jī)安全可靠運(yùn)行能力。
文檔編號E21D9/00GK101995861SQ20101027488
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者唐守鋒, 童敏明, 童紫原, 薛夫振 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)