阅读说明：本技术 无人值守快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统 (Unmanned on duty is quick tunnelling with machine carries flexible sticky tape machine control system ) 是由 呼守信 贾运红 焦晓峰 杨勇 郝亚明 程凤霞 鲍文亮 丁永成 高旭彬 唐会成 原 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明无人值守快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统,属于煤矿运输设备技术领域；其包括可弯曲胶带机以及分别联接在可弯曲胶带机两端的第一行走设备和第二行走设备,可弯曲胶带机上设有第一4G接入设备,第一行走设备上设有第二4G接入设备,第二行走设备上设有第三4G接入设备,第一4G接入设备分别与第二4G接入设备和第三4G接入设备无线相连,通过4G网络,可弯曲胶带机根据接收来自第一行走设备的运煤量信息,对其皮带运输速度进行调速；本发明通过多传感融合,实现了工作面减人,解决了工作面运输环节的连续性,有效降低了工人的劳动强度,提高了工作面设备的运行效率,保证了快速掘进成套设备的安全、可靠、高效运行。(The invention relates to an onboard bendable rubber belt conveyor control system for unattended rapid tunneling, belonging to the technical field of coal mine transportation equipment; the belt conveyor comprises a bendable adhesive tape machine, a first travelling device and a second travelling device, wherein the first travelling device and the second travelling device are respectively connected to two ends of the bendable adhesive tape machine, a first 4G access device is arranged on the bendable adhesive tape machine, a second 4G access device is arranged on the first travelling device, a third 4G access device is arranged on the second travelling device, the first 4G access device is respectively in wireless connection with the second 4G access device and the third 4G access device, and the bendable adhesive tape machine adjusts the belt conveying speed of the bendable adhesive tape machine according to the coal conveying amount information received from the first travelling device through a 4G network; according to the invention, through multi-sensor fusion, the labor reduction of the working face is realized, the continuity of the transportation link of the working face is solved, the labor intensity of workers is effectively reduced, the operation efficiency of the working face equipment is improved, and the safe, reliable and efficient operation of the rapid tunneling complete equipment is ensured.)

无人值守快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统

技术领域

本发明无人值守快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统，属于煤矿运输设备技术领域。

背景技术

在煤炭开采过程中，掘进是实现综和机械化采煤的先决条件。巷道掘进为综采工作面提供采准巷道，是煤矿生产的重要环节，主要特点为：每年新掘巷道12000km，工程巨大；施工条件复杂；工序繁多，掘进包含截割、支护、运输、通风除尘、安全管控等工序；技术水平低、采掘失衡、作业环境、安全性差。巷道掘进成为煤矿安全高效开采的制约因素，快速掘进成套设备将有助于解决掘采失衡的问题，提高掘进效率。在快速掘进成套设备中，运输是关键的一个环节，其运行状态的质量，直接关系到快速掘进成套设备的成败。通过对以可弯曲胶带机组成的快速掘进成套设备运输控制技术的研究，达到运输环节减人增效，实现无人值守，将推动整个快掘工作面的智能化发展。

中国专利“一种胶带机控制系统及方法”，申请号为201611039877.7，本发明公开了一种胶带控制系统，包括：张紧系统、驱动系统、胶带传输系统，组合变频器和控制器，控制器，用于采集所述胶带传输系统的张力信号，并根据所述张力信号获得皮带传输速度控制指令和皮带张力控制指令；组合变频器，用于根据所述皮带传输速度控制指令控制所述胶带传输系统的皮带传输速度，并根据所述皮带张力控制指令控制所述胶带传输系统的皮带张力。实施本发明实施例，具有以下有益效果：通过控制器与组合变频器之间的通讯，实现胶带传输系统的正常运行工作，减少通讯线路，降低设备故障率，同时当需要升级胶带传输系统时，只需通过升级控制器即可。中国专利“用于胶带机的完全自动张紧控制系统和方法”，申请号为201510873887.X，本发明公开了一种用于胶带机的完全自动张紧控制方法，包括：在胶带机启动、停机或运行过程中，计算胶带机所需的最小张力Fmin，并根据Fmin确定标准张力范围；检测胶带机的皮带张力F’；将检测到的皮带张力F’与标准张力范围进行比较，如果F’落在标准张力范围之外，将胶带机的皮带张紧或松弛，直至检测到的皮带张力F’落入标准张力范围之内。利用本发明可实现在胶带机启停和运行过程中实时调节皮带张力。中国专利“多传动胶带机同步系统”，申请号为201410322902.7，本发明涉及一种多传动胶带机同步系统，本发明将计算机同步控制技术进行完善，在保证头部4台电机平衡驱动胶带机的同时，对尾部驱动电机的电流和频率进行实时同步计算和调整，使头尾所有电机的输出功率平衡和运行速度平衡，以保证胶带机平稳运行，由此降低快速起动/快速停车过程对机械和电气系统的冲击，避免叠带，有效抑制胶带输送机动态张力波可能对胶带和机械设备造成的危害，延长胶带机使用寿命，增加输送系统的安全性和可靠性。

由以上专利可以看出，关于胶带机控制方面的专利涉及到了胶带机的张紧和功率平衡系统，但是仅对通用的胶带机一种控制技术进行研究。使用的胶带机不仅固定不动，而且与相连的其它设备在行走上没有关系。现有的可弯曲胶带机是一种特殊工况下使用的胶带机，除了实现通用胶带机的控制要求外，还应该兼容快速掘进的工作要求。快速掘进用可弯曲胶带机具有行走功能，其一端连接着掘进设备，另一端与迈步自移机尾上下搭接，构成了工作面短距离可弯曲皮带运输系统，在行走方向上要与连接着两个设备在不同工作模式下进行同步协调控制。现有的可弯曲胶带机需要人工看护，没有实现无人值守。

发明内容

本发明无人值守快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统，克服了现有技术存在的不足，提供快速掘进工作面运输环节的智能化、无人化的快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种无人值守快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统，包括可弯曲胶带机以及分别设置在可弯曲胶带机两端的第一行走设备和第二行走设备，第一行走设备用于掘煤，可弯曲胶带机上设有第一4G接入设备，第一行走设备上设有第二4G接入设备，第二行走设备上设有第三4G接入设备，第一4G接入设备分别与第二4G接入设备和第三4G接入设备无线相连，通过4G网络，可弯曲胶带机根据接收来自第一行走设备的运煤量信息，对其皮带运输速度进行调速。

进一步的，所述可弯曲胶带机、所述第一行走设备和所述第二行走设备通过4G网络共享各自的行走信息，保持全体设备行走方向的一致和同步。

进一步的，所述第一行走设备为掘锚机，所述第二行走设备为迈步式自移胶带机机尾，掘锚机位于所述可弯曲胶带机的前方，迈步式自移胶带机机尾铰接在所述可弯曲胶带机的后方。

进一步的，所述可弯曲胶带机包括一个主驱动滚筒、至少一个从驱动滚筒、控制器、主变频器、从变频器和转速传感器；

转速传感器与控制器的输入端相连，用于采集可弯曲胶带机的皮带传输速度；主变频器与控制器相连， 用于调节主驱动滚筒的转速；从变频器调节从变频器的转速，用于调节从驱动滚筒的转速；响应于从驱动滚筒的转速不等于主驱动滚筒的转速，控制器改变从变频器的输出频率，使得从驱动滚筒的转速与主驱动滚筒的转速保持一致。

进一步的，所述可弯曲胶带机还包括都与所述控制器相连的测距传感器、机器视觉系统和行走电磁阀，测距传感器用于测量可弯曲胶带机分别与所述第一行走设备和所述第二行走设备之间的距离；机器视觉系统用于通过检测可弯曲胶带机的弯曲状态以及皮带架拱起程度，识别出所述可弯曲胶带机的行走轨迹，实时监控所述可弯曲胶带机的行走轨迹和速度；行走电磁阀用于根据所述控制器发出的速度控制指令，控制所述可弯曲胶带机的液压马达的转速来调整行走速度。

进一步的，所述可弯曲胶带机还包括都与所述控制器相连压力传感器和松紧电磁阀，压力传感器用于测量所述可弯曲胶带机的胶带张力；松紧电磁阀用于根据所述控制器发出的张紧控制指令，控制松紧胶带的张力。

进一步的，还包括控制中心，控制中心与所述第一4G接入设备、所述第二4G接入设备和所述第三4G接入设备可通信地耦合。

进一步的，还包括报警装置，报警装置与所述第一4G接入设备、所述第二4G接入设备和所述第三4G接入设备可通信地耦合。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明无人值守快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统，不仅实现了工作面减人，解决了工作面运输环节的连续性，而且有效降低了工人的劳动强度，提高了工作面设备的运行效率，保证了快速掘进成套设备的安全、可靠、高效运行，对提升我国煤矿井下快速掘进自动化、智能化技术水平意义重大。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明实施例涉及到可弯曲胶带机运输速度与第一行走设备截煤量反馈控制架构图。

图3为本发明实施例涉及到可弯曲胶带机的胶带自动张紧的控制框图。

图中，1-可弯曲胶带机，2-第一行走设备，3-第二行走设备，4-第二4G接入设备，5-第三4G接入设备，101-第一4G接入设备，102-控制器，103-主变频器，104-从变频器，105-压力传感器，106-松紧电磁阀，107-测距传感器，108-机器视觉系统，109-转速传感器，110-行走电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明一种无人值守快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统，包括可弯曲胶带机1以及分别设置在可弯曲胶带机1两端的第一行走设备2和第二行走设备3，第一行走设备2用于掘煤，可弯曲胶带机1上设有第一4G接入设备101，第一行走设备2上设有第二4G接入设备4，第二行走设备3上设有第三4G接入设备5，第一4G接入设备101分别与第二4G接入设备4和第三4G接入设备5无线相连，通过工作面全覆盖的4G网络，可弯曲胶带机1根据接收来自第一行走设备2的运煤量信息，对其皮带运输速度进行调速。可弯曲胶带机1的皮带与第一行走设备2、第二行走设备3的运输系统按照顺煤流和逆煤流的顺序进行启停和闭锁。4G接入设备用于传输各个设备之间的数据，包括控制使能信号、反馈信号及其对应的各种工作状态。

本实施例中，可弯曲胶带机1、第一行走设备2和第二行走设备3通过4G网络共享各自的行走信息，保持全体设备行走方向的一致和同步。其中，第一行走设备2为掘锚机，第二行走设备3为迈步式自移胶带机机尾。掘锚机位于所述可弯曲胶带机1的前方，迈步式自移胶带机机尾铰接在所述可弯曲胶带机1的后方。掘锚机是一种掘支运一体设备，主要用于截煤、装煤、运煤。掘锚机截煤回路和运输回路中装有电流传感器，截煤和运煤的负荷大小可以通过回路中的电流传感器进行实时反馈，形成闭环调速控制，达到节能的目的。通过对截煤电流、运煤电流的采集，结合驱动截煤机构电磁阀电流，形成掘锚机运煤量与可弯曲胶带机1的运煤速度的对应关系。

本实施例中，可弯曲胶带机1包括一个主驱动滚筒、两个从驱动滚筒、控制器102、主变频器103、从变频器104和转速传感器109。

如图1、图2所示，转速传感器109与控制器102的输入端相连，用于采集可弯曲胶带机1的皮带传输速度；主变频器103与控制器102相连， 用于调节主驱动滚筒的转速；从变频器104调节从变频器104的转速，用于调节从驱动滚筒的转速；响应于从驱动滚筒的转速不等于主驱动滚筒的转速，控制器102改变从变频器103的输出频率，使得从驱动滚筒的转速与主驱动滚筒的转速保持一致，达到主从变频器的功率平衡。

其中一个实施例中，可弯曲胶带机1还包括都与控制器102相连的测距传感器107、机器视觉系统108和行走电磁阀110，测距传感器107用于测量可弯曲胶带机1分别与第一行走设备2和第二行走设备3之间的距离；机器视觉系统108用于通过检测可弯曲胶带机1的弯曲状态以及皮带架拱起程度，识别出可弯曲胶带机1的行走轨迹，实时监控可弯曲胶带机1的行走轨迹和速度；行走电磁阀110用于根据控制器102发出的速度控制指令，控制可弯曲胶带机1的液压马达的转速来调整行走速度。也就是说，可弯曲胶带机1与相连的掘锚机具有行走一致性，能自动跟随前面的设备前进或者后退，并在行走的过程中自动调节行走速度。在行走过程中，可弯曲胶带机1自动匹配相连设备的速度，并能在前面设备出现故障或者原地打滑的情况下进行行走调整，始终保证设备之间的距离在一定安全范围之内。

其中一个实施例中，如图3所示，可弯曲胶带机1还包括都与控制器102相连压力传感器105和松紧电磁阀106，压力传感器105用于测量可弯曲胶带机1的胶带张力；松紧电磁阀106用于根据控制器102发出的张紧控制指令，控制松紧胶带的张力，可弯曲胶带机1按照不同的控制模式，分别在移动和静止状态下，通过对变频多点驱动可弯曲胶带机1张紧压力、可弯曲胶带机的弯曲状态、变频器电流、母线电压，控制可弯曲胶带机的张紧给定、主从变频器功率平衡系数、可弯曲胶带机下垂度，实现可弯曲胶带机自动张紧与功率动态平衡。

其中一个实施例中，本系统还包括控制中心，控制中心与第一4G接入设备101、第二4G接入设备4和第三4G接入设备5可通信地耦合。工作面设备通讯网络采用4G和有线载波，在正常情况下视频以4G网络进行传输，关联设备的控制和状态数据以有线载波进行数据传输，在单一网络出现故障情况下，视频和数据自动共用一个网络。在控制中心，可弯曲胶带机通过4G和有线载波传输网络，将各种数据和搭接处的视频传输给煤矿井下控制中心，同时，控制中心可以远程控制可弯曲胶带机。各个设备在控制中心的统一协调下，按照生产工艺流程，有序、协调、自主运行。

其中一个实施例中，本系统还包括报警装置，报警装置与第一4G接入设备101、第二4G接入设备4和第三4G接入设备5可通信地耦合。在可弯曲胶带机1的沿线，布置有多个报警装置，可以进行报警和语音通讯联络。在控制中心，操作人员和工作面上的人员语音通讯进行信息交互。

综合来说，本发明无人值守快速掘进用机载可弯曲胶带机控制系统，具有自主行走、自动张紧、煤量调速、功率平衡、协同控制、信息传输、视频监控、远程控制、语音通讯与报警的功能。可弯曲胶带机1的动力系统由变频传动系统和液压系统组成，变频传动系统为可弯曲胶带机提供运输动力。在运输过程中，皮带自动张紧受控于张紧油缸的设定值和张紧油缸的实际值、主从变频电机运行电流和电压信号，通过皮带的自动张紧实现可弯曲胶带机运输全过程的功率平衡，并能根据掘锚机的出煤量的大小实现可弯曲胶带机运输的自动调速。液压系统中的液压马达为可弯曲胶带机的行走提供动力，可弯曲胶带机根据在掘锚机中工作的先后位置关系按照自身运行轨迹进行自主行走，并在行走过程中实现与其他设备行走的一致性，实现行走的协同控制。可弯曲胶带机具有可视化功能，皮带搭接处的机器视觉系统采集的视频传输到控制中心，用于视频实时监控。可弯曲胶带机具有移动无线和有线通讯功能，负责的自身与关联设备数据的双向传输，并连同机载视频一同传输给终端通信设备，进行机身状态的可视化显示和实时监控。可弯曲胶带机基于多种传感器信息融合的健康诊断技术，通过对主从变频器运行电流、运行速度、运煤量、张紧压力、累积运行时间的融合计算，结合关联设备的运行数据，形成可弯曲胶带机健康状况的模型，建立快速掘进工作面远程控制中心，通过工作面控制中心的控制系统实现对工作面采掘运支设备的有序控制，可弯曲胶带机承担着快速掘进工作面系统的运输环节，处于系统运输的中间环节，受控于首尾的设备，可以真正实现可弯曲胶带机的无人操作。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。