CN201265418Y - 掘进机自动定位截割*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于煤矿用掘进机自动定位截割***，在主程序的控制下，能够完成掘进机的自动化掘进操作，包括可编程计算机控制器和Power Panel控制器及通过CAN总线隔离器与可编程计算机控制器相连的按钮操作箱，Power Panel与可编程计算机控制器相连实现信息交换、并用于巷道断面轮廓的计算和显示的控制，Power Panel控制器与可编程计算机控制器协调工作完成巷道断面轮廓的全自动截割成形操作。自动掘进状态时，掘进机能够自动完成巷道成型操作，工作效率显著提高，整个操作过程中不需人工参与从而减轻了操作者的劳动强度。在手动操作方式时采用遥控器远程无线操作，使掘进机的操作更为灵活，操作者可以远离操作位置进行远程操作，视野更开阔，操作更安全。
Description
技术领域
本实用新型属于煤矿用掘进设备，特别是指一种能够实现掘进的定位、位姿矫正、自动操作、恒功率截割、无线遥控、远程通信的全自动掘进设备。
背景技术
目前，普通掘进机在进行截割操作时，需要操作员坐在驾驶位置，目测需截割的巷道，通过两个机械手柄控制掘进机的截割动作，截割的速度和轮廓需人为确定，对操作者需要一定的技术要求，且工作效率较低；另外由于截割一个工作面所需时间较长及矿井内工作环境恶劣，操作者的劳动强度非常大；操作者坐在驾驶位置进行操作，视野不开阔，容易出现超挖，欠挖现象。所以，一种尽量减少人为控制、能够实现自动化和远程控制的掘进设备的研制成为当务之急。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能够实现自动定位、位姿矫正、自动操作、恒功率截割、无线遥控、远程通信的全自动掘进设备，从而提高生产效率、保证巷道断面质量、减轻劳动强度以弥补现有技术存在的不足。
本实用新型的整体结构在于：掘进机自动定位截割***，该***在主程序的控制下，能够完成掘进机的自动化掘进操作，包括可编程计算机控制器和Power Panel控制器及通过CAN总线隔离器与可编程计算机控制器相连的按钮操作箱，Power Panel与可编程计算机控制器相连实现信息交换、并用于巷道断面轮廓的计算和显示的控制，Power Panel控制器与可编程计算机控制器协调工作完成巷道断面轮廓的全自动截割成形操作。
同时，该***还包括：
设置在机身上、用于测量机身相对于巷道的距离的测距模块，该模块由装在机身上的多个超声波测距传感器组成，其信号输出端通过隔离栅与可编程计算机控制器相连。
设置在机身上的激光定位模块，所述的激光定位模块由激光靶传感器组成，其信号输出端通过隔离栅与可编程计算机控制器相连。
固定设置在巷道坑壁上、用于向激光定位模块发射激光束激光指向仪。
设置在机身上、用于捕获掘进机的姿态和位置参数的机身运动机构检测模块，所述的机身运动机构检测模块由截割臂仰角测量用的升降油缸内置磁致伸缩位移传感器、截割臂回转用磁栅编码器、机身仰角传感器、铲板仰角传感器组成，其信号输出端通过隔离栅与可编程计算机控制器相连。
防爆型比例电磁阀，用于控制掘进机截割臂动作，其信号输入端通过比例放大器与可编程计算机控制器的信号输出端相连。
此外，该***包括远程控制模块，该模块由遥控发射器、与遥控发射器匹配遥控接收器及总线隔离器组成，所述的遥控发射器与遥控接收器之间实现控制信号的发射与接收，并通过与遥控接收器信号输出端相连的总线隔离器与可编程计算机控制器相连。
其中，激光定位模块固定设置在机身的后部。
掘进机自动定位截割***由机身定位***、机身及机身运动机构检测传感器、防爆型比例电磁阀和电磁阀驱动装置、总线信号隔离装置、遥控发射和接收装置、计算机控制和显示***组成；计算机控制和显示***采集机身定位***和各运动机构检测传感器检测到的空间位置和位姿信号，根据用户事先输入的巷道坐标参数计算截割头的运动轨迹，发送控制信号给电磁阀驱动装置，从而实现了掘进机的自动掘进操作。
机身定位***由装在机身的多个超声波测距传感器和激光靶传感器组成，超声波测距传感器和激光靶传感器测得的机身位置信号经总线隔离装置隔离后给计算机控制和显示***，通过计算得到掘进机的空间位置。
机身及机身运动机构检测传感器由截割臂仰角测量用的升降油缸内置磁致伸缩位移传感器、截割臂回转用磁栅编码器、机身仰角传感器、铲板倾角传感器组成，逻辑运算和控制***通过安装在机身上的各个传感器得到掘进机的位姿信号，通过几何运算后结合机身定位***的位置信息对掘进机的姿态和位置进行调整，各传感器的信号通过CAN总线隔离器传送给控制***单元。
防爆型比例电磁阀和电磁阀驱动装置由负载反馈式比例多路阀和专用比例放大器组合而成，比例放大器接受控制***单元的信号来驱动电磁阀完成相应的动作。
总线信号隔离装置由232总线隔离器和CAN总线隔离器组成，各个传感器的信号通过相应的总线隔离器后传送给控制***单元，从而大大较少了连接电线数量。
遥控发射和接收装置能够实现对掘进机的远程操作，遥控器上有按钮和万向操作手柄，能够通过遥控器完成对掘进机的所有操作；接收器接收发生器的信号后通过232总线隔离器传送给控制***单元。
计算机控制和显示***，它由可编程计算机控制器(PCC)和Power Panel组成：可编程计算机控制器与Power Panel控制器相连进行信息交换，可编程计算机控制器主要负责传感器的信号采集和动作执行；Power Panel主要负责掘进机自动掘进过程中的运算工作，可编程计算机控制器和Power Panel协调工作共同完成掘进机的控制及巷道断面轮廓的全自动截割成形操作。
本实用新型所取得的技术进步在于：
1.自动掘进状态时，掘进机能够自动完成巷道成型操作，工作效率显著提高，整个操作过程中不需人工参与从而较少了操作者的劳动强度。
2.在手动操作方式时采用遥控器远程无线操作，使掘进机的操作更为灵活，操作者可以远离操作位置进行远程操作，视野更开阔，操作更安全。
附图说明
本实用新型的附图有：
图1是本实用新型的电路框图。
图2是本实用新型的部分电路原理图(含CAN总线隔离器)。
图3是本实用新型的部分电路原理图(含比例放大器和防爆型比例电磁阀)。
图4是本实用新型的部分电路原理图(含无线发射器、接收器和232总线隔离器)。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本实用新型的实施例做进一步描述：
掘进机自动定位截割***，该***在主程序的控制下，能够完成掘进机的自动化掘进操作，包括可编程计算机控制器和Power Panel控制器及通过CAN总线隔离器与可编程计算机控制器相连的按钮操作箱，Power Panel与可编程计算机控制器相连实现信息交换、并用于机身轮廓的计算和显示的控制。
同时，该***还包括：
设置在机身上、用于测量机身相对于巷道的距离的测距模块，该模块由装在机身上的多个超声波测距传感器组成，其信号输出端通过隔离栅与可编程计算机控制器相连。
设置在机身上的激光定位模块，所述的激光定位模块由激光靶传感器组成，其信号输出端通过隔离栅与可编程计算机控制器相连。
固定设置在巷道坑壁上、用于向激光定位模块发射激光束激光指向仪。
设置在机身上、用于捕获掘进机的姿态和位置参数的机身运动机构检测模块，所述的机身运动机构检测模块由截割臂仰角测量用的升降油缸内置磁致伸缩位移传感器、截割臂回转用磁栅编码器、机身仰角传感器、铲板仰角传感器组成，其信号输出端通过隔离栅与可编程计算机控制器相连。
防爆型比例电磁阀，用于控制掘进机截割臂动作，其信号输入端通过比例放大器与可编程计算机控制器的信号输出端相连。
此外，该***包括远程控制模块，该模块由遥控发射器、与遥控发射器匹配遥控接收器及总线隔离器组成，所述的遥控发射器与遥控接收器之间实现控制信号的发射与接收，并通过与遥控接收器信号输出端相连的总线隔离器与可编程计算机控制器相连。
其中，激光定位模块固定设置在机身的后部。
本实施例的整体工作原理是：可编程计算机控制器和Power Panel是***的核心，所有的开关量和模拟量信号全部由核心单元进行运算处理，PowerPanel和可编程计算机控制器分工合作共同完成处理任务。
Power Panel采用奥地利贝加莱公司的产品，型号为：4PP480-1043-75，此款Power Panel选配了intel系列处理器和128MB SDRAM，处理能力非常强功耗却很低，接口非常丰富，包括：USB、ETH及232接口。Power Panel主要负责轮廓的计算和显示工作，机身定位***和机身运动机构检测传感器将测得的机身空间位置和机器姿态信息通过隔离栅传送给可编程计算机控制器，可编程计算机控制器再转发给Power Panel，Power Panel根据送来的信息将掘进机空间位置及掘进机截割头的位置实时的显示出来，并且Power Panel需要将巷道及待截割轮廓信息和截割头的状态以图画的形式绘制在显示器上，以便显示更人性化，操作人员更直观了解现时的工况。
超声波测距传感器能够测量机身相对于巷道的距离，激光靶传感器则能够测量机身相对于激光指向仪的位置信息，光靶体作为激光导向***的一部分，是一个被设置在坚固金属盒子中的智能传感器，为使激光光束射到靶上，将激光导向***安装在掘进机的后部，它通过电缆与电源和通讯线相连。接收器收到激光导向***发送的原始数据后，传送控制***经处理后，得到实时数据，一台安装在托架上的激光指向仪被固定于巷道坑壁上，并发射激光束射向安装在隧道掘进机组后面的激光靶上。由于这个装在掘进机上的激光靶的精确位置是已知的，因此，控制***便获得了相应的数据。在激光靶内部的传感器能检测到射到它上面的激光束的中心位置，并将有关垂直和水平偏差的数据反馈给控制***。如果掘进机的轴线与激光束不平行，那么其偏差角将会被激光靶检测出来并显示在控制屏上。激光靶还可以反馈掘进线路上轴的倾斜及滚动角的有关数据，它以毫米/米及正负角度来计量。由于有这些数据，计算机软件可以精确描述掘进机的多处关键位置并将其连续地显示在屏幕上。
Power Panel计算掘进机的空间位置状态时对掘进机的位置与设定位置进行对比以便实时的对掘进机的状态进行调整；Power Panel计算出掘进机下一点的位置信息传送给可编程计算机控制器，掘进机的位置调整控制由可编程计算机控制器来执行。
可编程计算机控制器采用贝加莱公司的产品，型号为7CP476.60。本款可编程计算机控制器处理能力快、扩展能力强，集成有232和CAN总线接口，控制器采用了分时多任务操作***，实时性更强。可编程计算机控制器接受到Power Panel的控制指令和下一点的位置信息，然后发送控制信号给比例放大器，比例放大器驱动电磁阀完成掘进机的位置调整工作，在位置调整过程中各个传感器的信息再次反馈给Power Panel以便于Power Panel对现有位置进行进一步的调整。
可编程计算机控制器还负责整个电控***的逻辑控制和保护工作：当操作者通过按钮操作箱发出操作信号后可编程计算机控制器即对操作者的操作信号进行分析然后执行相应的动作；控制***中装有电流、电压、温度等传感器，通过对传感器信号进行计算即可判断***的运行情况，以便实时的对***进行保护。
本***操作除了能通过按钮操作箱进行操作外还能使用遥控器进行操作，遥控器可以完成与操作箱同样的操作功能，遥控部分由发射器、接收器和232总线隔离器组成。
按钮操作箱的操作信号通过总线的方式送达PCC，按钮发出信号后经101-116、131-146信号线进入带CAN接口的远程I/O模块CX404中，CX404模块的供电电压为DC24V通过B9和B10信号线进行供电，CX404上有两组CAN总线接口，CX404通过信号线BCH、BCL与CAN总线隔离器ECANG连接，CAN总线隔离器采用两个隔离的DC5V电源供电，两组供电分别为K13和K14、B9和B10，CX404通过BCH2、BCL2信号线与可编程计算机控制器的CAN接口进行连接，从而将开关量以总线的方式传送给可编程计算机控制器。
比例放大器采用德国哈威公司产品，型号：EV22K2-12/24型比例放大器。放大器采用DC24V供电，电路内部设有电源反接保护，电路内部设有两路完全相同且独立的比例放大器，能够同时控制两个三位三通或三位四通电磁阀，放大器上设有精密多圈电位器，能够方便的对最大输出电流、输出的电压斜坡上升时间等参数进行调节。在此比例放大器的a2、a18和c4、c18分别接KA26和KA27触点，这两个触点能够分别控制两路放大器的启停，放大器的a6、a8、a10接一个三位四通电磁阀8MV1，c6、c8、c10接另一个三位四通电磁阀8MV2，比例电磁阀的开启量控制由可编程计算机控制器的数模转换模块提供，数模转换模块输出两路直流0～10V电压信号，分别接放大器的a24、a28和c24、c28端，电压信号的大小可以控制电磁阀的开启量，第一个电磁阀控制掘进机截割臂的上升和下降动作，第二个电磁阀能够控制掘进机截割臂的向左和向右回转。掘进机行走电路的原理与此相同，只是第一个电磁阀控制左履带的前进和后退，第二个电磁阀控制右履带的前进和后退。
掘进机的操作除了使用按钮操作箱上的按钮进行操作外还能使用遥控器实现所有的操作功能，遥控发射器装有两个万向电比例手柄，可以分别控制掘进机的行走动作和截割臂动作，遥控发射器为本质安全性防爆发射器，接收器接收到发射器的信号后将信号进行解码和再编码操作，然后通过232总线隔离器传送给可编程计算机控制器。遥控器使用电池供电，接收器采用本质安全性DC12V电压供电，接收器的RXD端接232总线隔离器的TXD端，接收器的TXD端接232总线隔离器RXD端，通过RXD和TXD信号由接收器传送到232总线隔离器；232总线隔离器的TXD1、RXD1连接到可编程计算机控制器，经总线隔离器隔离后的信号传送给可编程计算机控制器进行处理。232总线隔离器采用连个隔离的DC5V电源供电，DC5V电源分别接两组+5V和GND端，从而达到信号隔离的目的。
Claims (3)
1、一种掘进机自动定位截割***，该***在主程序的控制下，能够完成掘进机的自动化掘进操作，包括可编程计算机控制器及通过CAN总线隔离器与可编程计算机控制器相连的按钮操作箱，其特征在于该***还包括：
设置在机身上、用于测量机身相对于巷道的距离的测距模块，该模块由装在机身上的多个超声波测距传感器组成，其信号输出端通过隔离栅与可编程计算机控制器相连；
设置在机身上的激光定位模块，所述的激光定位模块由激光靶传感器组成，其信号输出端通过隔离栅与可编程计算机控制器相连；
固定设置在巷道坑壁上、用于向激光定位模块发射激光束激光指向仪；
设置在机身上、用于捕获掘进机的姿态和位置参数的机身运动机构检测模块，所述的机身运动机构检测模块由截割臂仰角测量用的升降油缸内置磁致伸缩位移传感器、截割臂回转用磁栅编码器、机身仰角传感器、铲板仰角传感器组成，其信号输出端通过隔离栅与可编程计算机控制器相连；
防爆型比例电磁阀，用于控制掘进机截割臂动作，其信号输入端通过比例放大器与可编程计算机控制器的信号输出端相连；
与可编程计算机控制器相连并实现与可编程计算机控制器信息交换、且用于巷道断面轮廓的计算和显示的Power Panel控制器，Power Panel控制器与可编程计算机控制器协调工作完成巷道断面轮廓的全自动截割成形操作。
2、根据权利要求1所述的掘进机自动定位截割***，其特征在于该***包括远程控制模块，该模块由遥控发射器、与遥控发射器匹配遥控接收器及总线隔离器组成，所述的遥控发射器与遥控接收器之间实现控制信号的发射与接收，并通过与遥控接收器信号输出端相连的总线隔离器与可编程计算机控制器相连。
3、根据权利要求1或2所述的掘进机自动定位截割***，其特征在于：所述的激光定位模块固定设置在机身的后部。
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