CN102981445B - 一种基于plc的煤炭采制样机智能控制***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于PLC的煤炭采制样机智能控制***和方法，所述的智能控制***包括传感器（101）、PLC控制模块（102）、操作显示装置（103）、驱动机构（104）和采制样执行机构（105），所述传感器（101）用于采集采制样机的现场工作数据，所述PLC控制模块（102）根据预存的标准控制模型对传感器（101）采集的数据进行处理运算，并在收到操作显示装置（103）反馈的操作确认信号后将对应运算值转换为调整量信号输出至驱动机构（104）来驱动采制样执行机构（105）执行相关操作，通过本发明所述的***和方法可以精确而稳定的完成煤炭采制样机采制样一体化的智能工艺动作控制。

Description

一种基于PLC的煤炭采制样机智能控制***和方法

技术领域

本发明涉及煤炭采制样机的操作控制领域，更具体的涉及一种基于PLC的车载

移动式煤炭采制样机智能控制***和控制方法。

背景技术

目前，车载移动式煤炭采制样机是填补国内采制样机领域空白的最新产品，针对其开发的控制***也仅仅处于研发阶段，而且车载移动式煤炭采制样机的机械结构的工作主要靠液压***驱动，而液压***的控制又存在精确度差、稳定性差、易受干扰等缺点，因此如何控制该新式车载移动式煤炭采制样机设备进行精确、稳定的采制样一体化智能运行、开发针对这种车载移动式煤炭采制样机的智能控制***，就成了车载移动式煤炭采制样机急需解决的问题。

发明内容

本发明基于上述技术问题，提出一种基于PLC的智能控制***及方法，可以控制采样机精确地完成采样及送样工作、控制制样机完成破碎缩分以及封装等工作，实现了对车载移动式煤炭采制样机的智能控制。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于PLC的煤炭采制样机智能控制***，包括控制单元001，所述控制单元001包括传感器101、PLC控制模块102、操作显示装置103、驱动机构104和采制样执行机构105，其中所述传感器101安装在煤炭采制样机上，其输出端连接至PLC控制模块102，所述PLC控制模块102输出端分别与驱动机构104的输入端和操作显示装置103连接，所述驱动机构104输出端与采制样执行机构105连接，所述操作显示装置103向所述PLC控制模块102反馈操作确认信号。

进一步的根据本发明所述的***，其中所述传感器101用于采集采制样机的现场工作数据，所述PLC控制模块102根据预存的标准控制模型对采集数据进行处理运算，并在收到操作显示装置103反馈的操作确认信号后将对应运算值转换为相应的调整控制量信号输出至驱动机构104，所述驱动机构104根据调整控制量信号驱动采制样执行机构105执行相关操作。

进一步的根据本发明所述的***，其中所述控制单元包括的部件至少满足下列之一：所述的传感器101包括倾角传感器、旋转编码器、位置传感器、测距传感器、温度传感器和/或高压传感器；所述PLC控制模块102为具有模拟量高速处理的功能的PLC模块，安装在煤炭采制样机的电控柜里；所述的操作显示装置103为工业触控式平板电脑，安装在煤炭采制样机的控制室里；所述驱动机构104包括信号放大器模块和继电器电路，安装在煤炭采制样机的电控柜内；所述采制样执行机构105包括电液比例阀、直流电机、加热装置和电磁阀。

进一步的根据本发明所述的***，其中所述标准控制模型基于采制样机的理想工作状态而建立，所述处理运算为计算采集数据和所述标准控制模型对应标准数据的差值，所述差值被输出至所述操作显示装置103，并在其中进行判断后产生所述反馈的操作确认信号。

进一步的根据本发明所述的***，其中所述智能控制***还包括监控单元002，所述监控单元002通过以太网口与所述控制单元001互相连接，并共享数据，通过所述监控单元002对煤炭采制样机在所述控制单元001控制下的工作状态进行实时监控。

进一步的根据本发明所述的***，其中所述监控单元002包括安装在采样装置上的第一摄像头201、安装在制样装置上的第二摄像头202、硬盘录像机203和监控显示屏204，所述两个摄像头的输出端和硬盘录像机203的输入端连接，所述硬盘录像机203的输出端和所述监控显示屏204连接。

进一步的根据本发明所述的***，其中所述硬盘录像机203安装在煤炭采制样机的控制室内，所述监控显示屏204为液晶显示屏，显示尺寸不小于7寸，安装在煤炭采制样机的控制室内。

一种采用上述智能控制***对煤炭采制样机进行智能控制的方法，包括以下步骤：

（1）、通过传感器101采集采制样机的现场工作数据，并及时将所采集的数据传输至PLC控制模块102；

（2）、所述PLC控制模块102根据预存的标准控制模型对采集数据进行处理运算，同时将传感器101采集的数据和该运算结果输出到操作显示装置103上；

（3）、在所述操作显示装置103上根据所述采集数据和运算结果作出是否进行控制操作的判定，当需要进行相关控制操作时生成操作确认信号，并反馈回PLC控制模块102；

（4）、所述PLC控制模块102在接收到操作确认信号时，将所述运算结果换算为相应的调整控制量信号，并输出至驱动机构104；

（5）、所述驱动机构104将所述调整控制量信号转换成采制样执行机构105能够接受的控制信号，并输出至采制样执行机构105；

（6）、所述采制样执行机构105接收到所述控制信号后，控制采制样机完成相应的操作动作。

进一步的根据本发明所述的方法，其中上述步骤（1）中所采集的数据包括采样头角度、位置、与被采样对象距离、液压油温度和/或油缸伸缩长度。

进一步的根据本发明所述的方法，其中上述步骤（2）中的标准控制模型是根据采制样机在理想的工作状态下各部件所对应的标准状态数据而建立的，所述处理运算为计算采集数据和所述标准控制模型对应标准数据的差值，所述差值和采集的数据被输出至所述操作显示装置103。

进一步的根据本发明所述的方法，其中上述步骤（3）中当所述运算结果处于预设的阈值范围外或满足预设的调整条件时，操作显示装置103生成所述操作确认信号，并反馈回PLC控制模块102。

进一步的根据本发明所述的方法，其中进一步还包括有对控制过程进行监控的步骤：

（1）、利用安装在采样装置上的第一摄像头201监控采样工作过程并将画面传回连接于该摄像头的硬盘录像机203；

（2）、利用安装在制样装置上的第二摄像头202监控制样工作过程并将画面传回所述硬盘录像机203；

（3）、所述硬盘录像机203将画面存储并保存为视频格式，同时将画面传送给监控显示屏204；

（4）、通过所述监控显示屏204来对采制样工作的控制过程进行监控。

进一步的根据本发明所述的方法，其中进一步包括向中央智能控制***发送数据的步骤：

（1）、按时间一致的规则，读取存储于所述硬盘录像机203中的画面数据和所述操作显示装置103配套硬盘上对应时间的采制样数据；

（2）、将两种数据一起打包成压缩数据格式后，传送给中央智能控制***。

进一步的根据本发明所述的方法，其中上述步骤（1）中所述的采制样数据包括各个传感器采集的数据、操作显示装置中的操作信号和***采集的故障信息。

进一步的根据本发明所述的方法，其中上述步骤（2）中数据的传送借助安装于智能控制***上的无线网卡来实现。

通过本发明所述的车载移动式煤炭采制样机智能控制***及方法能够达到以下技术效果：

1）、解决了车载移动式煤炭采制样机的智能控制问题，进一步促进了这种煤炭采制样机的应用。

2）、本发明所述的智能控制***及方法基于现场采样传感器的实时数据结合现场监控数据进行智能控制，可以精确而稳定的完成煤炭采制样机采制样一体化的工艺动作控制。

3）、本发明所述的智能控制***及方法基于PLC进行，能够为更高层次的控制***所采用，可推广性强。

附图说明

附图1为本发明所述基于PLC的煤炭采制样机智能控制***组成框图；

附图2为本发明所述基于PLC的煤炭采制样机智能控制***中控制单元的组成框图；

附图3为本发明所述基于PLC的煤炭采制样机智能控制***中监控单元的组成框图；

附图中各附图标记含义：

001控制单元、002监控单元、101传感器、102PLC控制模块、103操作显示装置、104驱动机构、105采制样执行机构、201第一摄像头、202第二摄像头、203硬盘录像机、204监控显示屏。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，但并不将本发明的保护限制于此。

如附图1所示，本发明所述的基于PLC的车载移动式煤炭采制样机智能控制***，优选包括两个单元，分别是控制单元001和监控单元002，其中控制单元001是本发明所述的智能控制***必须包括的控制功能单元，而所述监控单元002则是这种智能控制***中优选包括的为了进一步提高控制效果的单元。如附图1所示，所述控制单元001与监控单元002通过以太网口互相连接，并共享数据。

如附图2所示，所述控制单元001包括传感器101、PLC控制模块102、操作显示装置103、驱动机构104和采制样执行机构105。所述传感器101安装在采制样装置上，其输出端与PLC控制模块102连接，所述PLC控制模块102输出端分别与驱动机构104的输入端和操作显示装置103连接，驱动机构104输出端与采制样执行机构105连接，操作显示装置103的控制数据反馈回PLC控制模块102。

本发明所述的控制单元001的具体工作过程如下：

1.首先传感器101监测采制样装置的工作情况，并及时将所采集的数据传回给PLC控制模块102，所述传感器101包括倾角传感器、旋转编码器、位置传感器、测距传感器、温度传感器、行程开关和高压传感器等，均分别安装在采制样装置上，所采集的数据包括采样头角度、位置、距离、液压油箱温度、油缸臂以及伸缩长度等。

2.PLC控制模块102根据传感器101采集的数据进行计算，同时PLC控制模块102将传感器101采集的数据和计算结果输出到操作显示装置103上。所述计算过程是指：PLC控制模块102中的控制程序中存有预先输入的标准控制模型，该标准控制模型是根据采制样机在理想的工作状态下各部件（如采样头、液压油箱等）所对应的标准状态数据而建立的，因此当传感器采集的某部件的状态数据与该标准控制模型中该部件对应的标准数据一致时（差值为零），则认定该部件处于理想的工作运行状态，当两者之间存在非零差值时则认定该部件偏离理想状态，需要进行校正调整。因此上述计算过程即是指当PLC控制模块102接收到传感器采集的数据后，与标准控制模型进行比较，同时计算出两者之间存在的差值。优选的所述PLC控制模块102为具有模拟量高速处理的功能的PLC模块，如西门子、ABB、三菱等常见品牌，其安装在移动式采制样机的电控柜里。

3.操作员根据操作显示装置103上的显示信息给出确认采取相应操作的信号，并将操作信号传回至PLC控制模块102。因为PLC控制模块102将传感器101采集的数据和控制模块102计算的该采集数据与标准控制模型中对应标准数据的差值结果输出到操作显示装置103上，在操作显示装置103中可以进行判断，即是否要进行对这种差值的校正处理，因为很多情况下是允许某些部件在特定操作阶段存在一定范围的误差，如当传感器采集的某部件的状态数据与该标准控制模型中对应部件的标准数据一致或处于可接受的预设阈值范围内时，则可认定无需对其进行校正调整。因此通过在操作显示装置上进行进一步确认要进行相关操作的步骤，能够更加准确的提高对采制样机的智能化控制程度。这种确定操作可通过操作员根据操作显示装置103的显示进行判断后，按下对应操作按钮后来生成对应的操作信号并传输回PLC控制模块102，也可在其中设定预定的阈值误差范围和/或校正调整条件，从而只有当PLC控制模块102输出的数据超出这些范围和/或满足这些条件时，操作显示装置才产生对应的操作确认信号并传输回PLC控制模块102。优选的所述操作显示装置103为工业触控式平板电脑，预装正版WindowsXP***，拥有RS485及两个以太网接口，其安装在移动式煤炭采制样机控制室里。

4.PLC控制模块102在接收到操作显示装置103传输回的确认操作信号后，将该操作所对应的步骤2中计算出的采集数据与标准控制模型之间的差值换算为所需调整的控制量，并将这种调整控制量输出至相应的驱动机构104，如操作员根据操作显示装置103的信息确认需对采样头角度进行调整操作时，按下对应的操作确认按钮后向PLC传输进行采样头角度调整的确认信息，则PLC控制模块在接收到该信息后将步骤2中计算的采样头角度传感器采集数据与标准控制模型间的差值换算为对采样头角度的调整量数据，并将其作为控制信号输出至驱动机构以驱动采样头进行相应量角度的调整。所述驱动机构104主要包括信号放大器模块和继电器电路，安装在移动式煤炭采制样机的电控柜内。

5.驱动机构104负责将PLC输出的控制信号转换成采制样执行机构105能接受的输入信号后，并将该信号输出到采制样执行机构105，由采制样执行机构105完成采制样的工艺动作。所述采制样执行机构105也是控制***的控制对象，主要包含电液比例阀，直流电机、加热装置、电磁阀等。

如附图3所示，所述监控单元002包括第一摄像头201、第二摄像头202、硬盘录像机203和监控显示屏204。两个摄像头的输出端和硬盘录像机203输入端连接，硬盘录像机203输出端和监控显示屏204连接。

本发明所述的监控单元002的工作过程为：

1.第一摄像头201监控采样工作过程并将画面传回硬盘录像机203；

2.第二摄像头202监控制样工作过程并将画面传回硬盘录像机203；

3.硬盘录像机203将画面存储并保存为视频格式，同时将画面传送给监控显示屏204；

4.监控显示屏204用于监控显示采制样画面。

本发明的监控单元所述的第一摄像头201和第二摄像头202，均采用650线高清型产品，支持以太网口通讯。其中第一摄像头201安装在采样装置上，第二摄像头202安装在制样装置上。所述的硬盘录像机203为大容量工业防震防尘耐低温型，安装在移动式煤炭采制样机的控制室内。所述的监控显示屏204为液晶显示屏，为方便操作员观察，其显示尺寸应不小于7寸，安装在移动式煤炭采制样机的控制室内。

本发明中上述监控单元的设置是可选择的，当为了进一步提高对采制样机的智能控制精度，采用控制单元001和监控单元002相互配合的工作方式，即通过控制单元001根据传感器采集的反馈信号计算与分析后完成对采样装置的控制，同时监控单元002则一方面给操作人员提供现场操作的参考画面，另一方面负责记录并保存控制单元的工作过程画面，从而使得操作员能够随时了解控制单元001对采制样机的具体控制过程。另外所述控制单元001和监控单元002之间的交互配合工作还包括：控制单元001给更高层次的中央控制***发送数据时，按时间一致的规则，读取存储于监控单元002上的硬盘录像机203中的画面数据，读取存储于控制单元001中的操作显示装置103上的对应时间采样数据，将两种数据一起打包成压缩数据格式后，利用预装于控制单元001上的无线网卡，传送给其他中央控制***，以进行更高层次的中央智能操作控制。

实施例1

以下给出利用本发明所述智能控制***对煤炭采制样机进行智能控制的具体应用实施例：

优选的该应用实施例中煤炭采制样机的传感器包括安装于采样机的采样头上的倾角传感器，安装于液压油箱上的温度传感器，安装于油缸上的长度传感器，安装于车辆侧面的位置传感器。当采制样机工作时，倾角传感器将监测到的采样头角度数据传入PLC控制模块，温度传感器将监测到的液压油温度数据传入PLC控制模块，长度传感器将监测到的各个油缸的长度数据传入PLC控制模块，位置传感器将监测到的采制样机和被采样对象之间的距离数据传入PLC控制模块。接着PLC控制模块按照预置的标准控制模型，对这些数据进行计算处理，即计算各采集数据与该模型对应标准值间的差值，并将各采集数据和计算差值传送至操作显示装置。操作员则根据采制样机的工艺流程要求，在显示屏上通过操作按钮来确认执行相关采制样任务。PLC控制模块在得到操作显示装置传回的操作确认信号后，根据前述计算的差值计算出对应的驱动调整量，并将计算得出的调整量输出给驱动机构，由驱动机构带动对应的执行机构完成采制样动作。每次采制样的工作过程均按时间顺序将采制样的数据记录在操作显示装置配套的硬盘中，这些数据包括各个传感器采集的数据，操作员的操作信号和***采集的故障信息。同时监控单元也按照时间顺序将操作画面数据记录在硬盘录像机里面。当远程中央控制***由查看采样数据记录的请求时，由控制单元读取监控单元数据并与控制单元自身记录的数据一起打包通过无线网卡完成数据传送操作，以实现更高层次的智能控制。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，如上述控制单元中的PLC控制模块并不局限于使用PLC，若改用具有逻辑编程性能的控制器如西门子的C240运动控制器也可以完成采制样机的动作要求，上述操作显示装置也并不局限于使用工业触屏平板电脑，若改用具有与控制模块通讯及编程的其他设备，如西门子的工业触摸屏、非触摸显示操作屏等，均可以达到同样效果，等等这些都属于本发明的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (14)

1.一种基于PLC的煤炭采制样机智能控制***，包括控制单元（001），其特征在于，所述控制单元（001）包括传感器（101）、PLC控制模块（102）、操作显示装置（103）、驱动机构（104）和采制样执行机构（105），其中所述传感器（101）安装在煤炭采制样机上，其输出端连接至PLC控制模块（102），所述PLC控制模块（102）输出端分别与驱动机构（104）的输入端和操作显示装置（103）连接，所述驱动机构（104）输出端与采制样执行机构（105）连接，所述操作显示装置（103）向所述PLC控制模块（102）反馈操作确认信号，其中所述传感器（101）用于采集采制样机的现场工作数据，所述PLC控制模块（102）根据预存的标准控制模型对采集数据进行处理运算，并在收到操作显示装置（103）反馈的操作确认信号后将对应运算值转换为相应的调整控制量信号输出至驱动机构（104），所述驱动机构（104）根据调整控制量信号驱动采制样执行机构（105）执行相关操作。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，其中所述控制单元（001）包括的部件至少满足下列之一：所述的传感器（101）包括倾角传感器、旋转编码器、位置传感器、测距传感器、温度传感器和/或高压传感器；所述PLC控制模块（102）为具有模拟量高速处理功能的PLC模块，安装在煤炭采制样机的电控柜里；所述的操作显示装置（103）为工业触控式平板电脑，安装在煤炭采制样机的控制室里；所述驱动机构（104）包括信号放大器模块和继电器电路，安装在煤炭采制样机的电控柜内；所述采制样执行机构（105）包括电液比例阀、直流电机、加热装置和电磁阀。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，其中所述标准控制模型基于采制样机的理想工作状态而建立，所述处理运算为计算采集数据和所述标准控制模型对应标准数据的差值，所述差值被输出至所述操作显示装置（103），并在其中进行判断后产生所述反馈的操作确认信号。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，其中所述智能控制***还包括监控单元（002），所述监控单元（002）通过以太网口与所述控制单元（001）互相连接，并共享数据，通过所述监控单元（002）对煤炭采制样机在所述控制单元（001）控制下的工作状态进行实时监控。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，其中所述监控单元（002）包括安装在采样装置上的第一摄像头（201）、安装在制样装置上的第二摄像头（202）、硬盘录像机（203）和监控显示屏（204），所述两个摄像头的输出端和硬盘录像机（203）的输入端连接，所述硬盘录像机（203）的输出端和所述监控显示屏（204）连接。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，其中所述硬盘录像机（203）安装在煤炭采制样机的控制室内，所述监控显示屏（204）为液晶显示屏，显示尺寸不小于7寸，安装在煤炭采制样机的控制室内。

7.一种采用权利要求1-6任一项所述智能控制***对煤炭采制样机进行智能控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过传感器（101）采集采制样机的现场工作数据，并及时将所采集的数据传输至PLC控制模块(102)；

（2）所述PLC控制模块（102）根据预存的标准控制模型对采集数据进行处理运算，同时将传感器（101）采集的数据和运算结果输出到操作显示装置（103）上；

（3）在所述操作显示装置（103）上根据所述采集数据和运算结果作出是否进行控制操作的判定，当需要进行相关控制操作时生成操作确认信号，并反馈回PLC控制模块（102）；

（4）所述PLC控制模块（102）在接收到操作确认信号时，将所述运算结果换算为相应的调整控制量信号，并输出至驱动机构（104）；

（5）所述驱动机构（104）将所述调整控制量信号转换成采制样执行机构（105）能够接受的控制信号，并输出至采制样执行机构（105）；

所述采制样执行机构（105）接收到所述控制信号后，控制采制样机完成相应的操作动作。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述步骤（1）中所采集的数据包括采样头角度、位置、与被采样对象距离、液压油温度和/或油缸伸缩长度。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述步骤（2）中的标准控制模型是根据采制样机在理想的工作状态下各部件所对应的标准状态数据而建立的，所述处理运算为计算采集数据和所述标准控制模型对应标准数据的差值，所述差值和采集的数据被输出至所述操作显示装置（103）。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述步骤（3）中当所述运算结果处于预设的阈值范围外或满足预设的调整条件时，操作显示装置（103）生成所述操作确认信号，并反馈回PLC控制模块（102）。

11.根据权利要求7-10任一项所述的方法，其特征在于，进一步还包括有对控制过程进行监控的步骤：

（1）利用安装在采样装置上的第一摄像头（201）监控采样工作过程并将画面传回连接于该摄像头的硬盘录像机（203）；

（2）利用安装在制样装置上的第二摄像头（202）监控制样工作过程并将画面传回所述硬盘录像机（203）；

（3）所述硬盘录像机（203）将画面存储并保存为视频格式，同时将画面传送给监控显示屏（204）；

（4）通过所述监控显示屏（204）来对采制样工作的控制过程进行监控。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括向中央智能控制***发送数据的步骤：

（1）按时间一致的规则，读取存储于所述硬盘录像机（203）中的画面数据和所述操作显示装置（103）配套硬盘上对应时间的采制样数据；

（2）将两种数据一起打包成压缩数据格式后，传送给中央智能控制***。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中步骤（1）中所述的采制样数据包括各个传感器采集的数据、操作显示装置中的操作信号和***采集的故障信息。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，其中步骤（2）中数据的传送借助安装于智能控制***上的无线网卡来实现。