煤矿井下连采工作面多设备协同控制方法

摘要

本发明属于煤矿井下采掘锚综合系统多设备协同控制的技术领域，具体是一种煤矿井下连采工作面多设备协同控制方法，解决了连采工作面多个移动设备之间协同工作的问题。本发明提供的协同控制方法，通过分析连采工作面的多个设备之间的协同控制关系，将协同控制的命令与信息通过无线协同控制网络进行数据传输，从而实现连采工作面多设备的联动控制，改进了现有的通过人为实现联动的状况，提高系统控制的可靠性、安全性、实时性。本发明有效解决了现有煤矿井下连采工作面多设备之间协同工作的问题，适用于连采工作面多个具有通信接口的设备。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下采掘锚综合系统多设备协同控制的技术领域，具体是一种利 用无线局域网络实现的煤矿井下连采工作面多设备协同控制方法。

背景技术

随着煤矿开采技术的发展，连采工作面的新型设备不断增多，多设备联合作业的 需求也越来越多。目前该领域尚处于空白，都处于研究阶段，实际应用中，多是单机自动控 制，由人工协调各单机设备间的协同工作。

连采工作面中，具有多设备的采掘锚综合系统由采掘、破碎、支护、运输等设备组 成，通过各个设备的联合协调工作，完成巷道的快速掘进，在快速掘进过程中，设备多，且相 互之间的运行关系错综复杂，同时前进，又有相对运动，保证各设备之间的协调工作，不相 互干涉，同时动态跟踪各设备运行情况。若由人工来实现协同控制，由于各个设备操作人员 分散在不同的设备上，无法了解其他设备的实时状态，导致协调性差，不能实现快速、准确 配合，无法实现相互闭锁等逻辑控制，并容易造成堆煤、碰撞、人身伤害等事故。基于此，有 必要在单机设备自动化基础上，发明一种多设备之间能够协同控制的方法，减少设备协同 控制的人为因素，确保各设备协调、连续、高效、安全运行。

发明内容

本发明为了解决连采工作面多个移动设备之间协同工作的问题，提供了一种利用 无线局域网络实现多设备互联互通的协同控制方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种连采工作面多设备之间协同控制方法，采用如下步骤完成：

1）、选取掘进机电控箱、破碎机电控箱、锚杆机电控箱、迈步机电控箱、动力站电控箱、 若干油泵电机、破碎电机、截割电机和测距仪；

掘进机电控箱连接掘进机油泵电机和掘进机无线终端；

破碎机电控箱连接破碎机油泵电机、破碎电机、破碎机无线终端和测距仪Ⅰ，测距仪Ⅰ检 测破碎机与掘进机之间的距离；

锚杆机电控箱连接锚杆机油泵电机、锚杆机无线终端和测距仪Ⅱ，测距仪Ⅱ检测锚杆 机与破碎机之间的距离；

迈步机电控箱连接迈步机油泵电机、迈步机无线终端和测距仪Ⅲ，测距仪Ⅲ检测迈步 机与锚杆机之间的距离；

动力站电控箱连接动力站油泵电机和动力站无线终端；

2）、前进时，

掘进机油泵电机启动，掘进机收到前进命令，开始前进，将掘进机前进信号gojue置1， 并通过掘进机无线终端将掘进机前进信号gojue=1发送出去；

破碎机通过破碎机无线终端收到掘进机前进信号gojue=1则开始前进，并置破碎机前 进信号gopo=1，破碎机通过破碎机无线终端将破碎机前进信号gopo发送出去；破碎机电控 箱中的主控制器同时检测测距仪Ⅰ输出的距离信息，即破碎机与掘进机之间的距离d1，若破 碎机与掘进机之间的距离d1>1米，则破碎机前进速度提高，若破碎机与掘进机之间的距离 d1<1米，则破碎机前进速度减慢；若破碎机与掘进机之间的距离d1=1米，则破碎机前进速度 保持；从而保持破碎机和掘进机位置相对固定；若掘进机前进信号gojue=0则停止前进，并 置破碎机前进信号gopo=0；

锚杆机电控箱中的主控制器检测测距仪Ⅱ输出的距离信息，即锚杆机与破碎机之间的 距离d2，若锚杆机与破碎机之间的距离d2<0.5米，则锚杆机停止前进；若锚杆机与破碎机之 间的距离d2>0.5米，则锚杆机开始前进；

动力站接收到破碎机发送的破碎机前进信号gopo=1开始前进；若接收到破碎机前进信 号gopo=0停止前进；

3）、后退时，掘进机收到后退命令，将掘进机后退命令backjue_cmd置1，并通过掘进机 无线终端将掘进机后退命令backjue_cmd=1发送出去；

动力站接收到掘进机发送的掘进机后退命令backjue_cmd=1开始后退；并置动力站后 退状态信息backdong=1；若掘进机后退命令backjue_cmd=0或者系统停止后退命令 StopBack=1则停止后退，并置动力站后退状态信息backdong=0；动力站通过动力站无线终 端将动力站后退状态信息backdong发射出去；

锚杆机接收到动力站后退状态信息backdong=1，开始后退，锚杆机电控箱中的主控制 器检测测距仪Ⅱ输出的距离信息，即锚杆机与破碎机之间的距离d2，若锚杆机与破碎机之 间的距离d2<0.5,则锚杆机继续后退，当退至锚杆机与破碎机之间的距离d2>0.5时，置锚杆 机后退命令backmao_cmd=1；将锚杆机后退命令backmao_cmd通过锚杆机的无线终端发送出 去；若退的过程中锚杆机与破碎机之间的距离d2<0.5米，则锚杆机转换至单机状态继续后 退，将系统停止后退命令StopBack置1，通过锚杆机的无线终端发射出去；所有其他设备收 到系统停止后退命令StopBack=1则停止后退；若单机状态退至锚杆机与破碎机之间的距离 d2>0.5米，则置停止后退命令StopBack=0，并通过锚杆机的无线终端发射出去；若收到动力 站后退状态信息backdong=0，则停止后退，并置锚杆机后退命令backmao_cmd=0；

破碎机接收到锚杆机后退命令backmao_cmd=1，开始后退；破碎机电控箱中的主控制器 检测测距仪Ⅰ输出的距离信息，即破碎机与掘进机之间的距离d1，若破碎机与掘进机之间的 距离d1<1米，则破碎机继续后退，置破碎机后退命令backpo_cmd=0；当退至破碎机与掘进机 之间的距离d1>=1时，置破碎机后退命令backpo_cmd=1，将破碎机后退命令backpo_cmd通过 破碎机无线终端发送出去；若锚杆机后退命令backmao_cmd=0或者停止后退命令StopBack= 1则停止后退，置破碎机后退命令backpo_cmd=0；

掘进机接收到破碎机后退命令backpo_cmd=1，开始后退；若破碎机后退命令backpo_ cmd=0或者停止后退命令StopBack=1则掘进机停止后退；

4）、延伸皮带时：迈步机发出迈步机前进命令gomai_cmd=1，通过迈步机无线终端将迈 步机前进命令gomai_cmd发送出去；

动力站收到迈步机前进命令gomai_cmd=1，则开始后退，并置动力站后退状态信息 backdong=1，通过动力站无线终端将动力站后退状态信息backdong发送出去；

迈步机通过迈步机无线终端收到动力站后退状态信息backdong=1，开始前进，迈步机 电控箱中的主控制器同时检测测距仪Ⅲ输出的距离信息，即迈步机与锚杆机之间的距离 d3，若迈步机与锚杆机之间的距离d3<0.5米，停止前进，将迈步机前进命令gomai_cmd清0， 当前进操作取消时迈步机前进命令gomai_cmd也清0；

5）、在上述步骤中，命令或者状态信息通过各设备的无线终端发射出去，具体实现为： 各设备通过RS485口与自身的无线终端连接，采用ModbusRTU协议将设备数据传输到自身的 无线终端，并从自身的无线终端读取其他设备的数据，各设备无线终端形成一个无线局域 网络；

6）、协同控制网络：多设备间的协同控制是基于一个无线局域网络实现的，无线局域网 有5个节点，网络中有一台管理站负责令牌传递管理，获得令牌的节点可以向网内其他所有 节点发送本站的节点数据，任何一个节点发送的信息都被其余所有节点接收并保存，刚上 电时，管理站检测网络中共有几个节点，若检测到5个节点，节点5发送本机信息并作为管理 站传递令牌给节点4，当节点5发送本机信息时，节点1、节点2、节点3、节点4接收节点5信息 并存储；节点4收到令牌后，发送本机信息并传递令牌给节点3，节点1、节点2、节点3、节点5 接收节点4信息并存储；……；节点1收到令牌后发送本机信息并传递令牌给节点5……，节 点5收到令牌后，开始发送本机信息并传递令牌给节点4；……；如此循环发送；

7）、网络重组：在工作时，并不是所有设备都同时工作，有可能某台设备停止工作，也可 能有新的设备加入网络，如果节点X停止工作，X=1、2、3、4、5中的任一，令牌需要继续传递， 否则通信停止，在节点X的生命周期内，节点X-1没有收到令牌，且管理站节点N也没有收到 节点X的信息，则认为节点X不在网络内，节点X-1默认得到令牌，发送信息并把令牌传递给 节点X-2，……，节点X+1在下一个循环周期会将令牌直接传递给节点X-1，网络中的管理站 会定期检测网络中有哪些节点，以此来适应设备数量的改变，若是管理站停止工作，系统会 启动下一个节点作为新的管理站。

连采工作面的单台设备还有液晶屏、传感器、操作按钮和遥控设备，采集单台设备 的运行状态、故障等信息，并在液晶屏上显示，电机电流、油箱温度、行走压力、油箱油位等 参数也通过无线控制网络传输给其他设备或者上位机设备。

所述步骤2）中，掘进机在破碎机前面1米，保证破碎机和掘进机位置相对固定；锚 杆机紧跟破碎机打锚杆，锚杆机与破碎机距离不固定，在保证锚杆机与破碎机不碰撞的前 提下，空顶距离越小越好，

所述步骤3）中，破碎机后退并保证不与锚杆机碰撞，动力站提供拉力与破碎机同时后 退，避免皮带弯曲，

所述步骤4）中，迈步机拖曳顺槽皮带前进，同时，动力站提供向后拉力，使皮带不弯曲， 迈步机前进时要保证与锚杆机不发生碰撞。

本发明提供的协同控制方法，通过分析连采工作面的多个设备之间的协同控制关 系，将协同控制的命令与信息通过无线协同控制网络进行数据传输，从而实现连采工作面 多设备的联动控制，改进了现有的通过人为实现联动的状况，提高系统控制的可靠性、安全 性、实时性。本发明有效解决了现有煤矿井下连采工作面多设备之间协同工作的问题，适用 于连采工作面多个具有通信接口的设备。

附图说明

图1是本发明的步骤1）的示意图。

图2是本发明的步骤2）的示意图。

图3是本发明的步骤3）的示意图。

图4是本发明的步骤4）的示意图。

图5是本发明的步骤6）的示意图。

具体实施方式

一种连采工作面多设备之间协同控制方法，采用如下步骤完成：

1）、选取掘进机电控箱、破碎机电控箱、锚杆机电控箱、迈步机电控箱、动力站电控箱、 若干油泵电机、破碎电机、截割电机和测距仪；油泵电机包括掘进机油泵电机、破碎机油泵 电机、锚杆机有本电机、迈步机油泵电机，测距仪包括测距仪Ⅰ、测距仪Ⅱ以及测距仪Ⅲ。

掘进机电控箱连接掘进机油泵电机和掘进机无线终端；

破碎机电控箱连接破碎机油泵电机、破碎电机、破碎机无线终端和测距仪Ⅰ，测距仪Ⅰ检 测破碎机与掘进机之间的距离；

锚杆机电控箱连接锚杆机油泵电机、锚杆机无线终端和测距仪Ⅱ，测距仪Ⅱ检测锚杆 机与破碎机之间的距离；

迈步机电控箱连接迈步机油泵电机、迈步机无线终端和测距仪Ⅲ，测距仪Ⅲ检测迈步 机与锚杆机之间的距离；

动力站电控箱连接动力站油泵电机和动力站无线终端。

2）、前进时，

掘进机油泵电机启动，掘进机收到前进命令，开始前进，将掘进机前进信号gojue置1， 并通过掘进机无线终端将掘进机前进信号gojue=1发送出去；掘进机上装有遥控接收机，与 遥控发射机配套使用，遥控发射机由工人拿着，由现场工人操作遥控发射机的前进按钮，从 而发出“前进命令”，遥控接收机收到“前进命令”，通过通信将“前进命令”给了掘进机电控 箱中的主控制器。

破碎机通过破碎机无线终端收到掘进机前进信号gojue=1则开始前进，并置破碎 机前进信号gopo=1，破碎机通过破碎机无线终端将破碎机前进信号gopo发送出去；破碎机 电控箱中的主控制器同时检测测距仪Ⅰ输出的距离信息，即破碎机与掘进机之间的距离d1， 若破碎机与掘进机之间的距离d1>1米，则破碎机前进速度提高，若破碎机与掘进机之间的 距离d1<1米，则破碎机前进速度减慢；若破碎机与掘进机之间的距离d1=1米，则破碎机前进 速度保持；从而保持破碎机和掘进机位置相对固定；若掘进机前进信号gojue=0则停止前 进，并置破碎机前进信号gopo=0。

锚杆机电控箱中的主控制器检测测距仪Ⅱ输出的距离信息，即锚杆机与破碎机之 间的距离d2，若锚杆机与破碎机之间的距离d2<0.5米，则锚杆机停止前进；若锚杆机与破碎 机之间的距离d2>0.5米，则锚杆机开始前进。

动力站接收到破碎机发送的破碎机前进信号gopo=1开始前进；若接收到破碎机前 进信号gopo=0停止前进。

3）、后退时，掘进机收到后退命令，将掘进机后退命令backjue_cmd置1，并通过掘 进机无线终端将掘进机后退命令backjue_cmd=1发送出去。

动力站接收到掘进机发送的掘进机后退命令backjue_cmd=1开始后退；并置动力 站后退状态信息backdong=1；若掘进机后退命令backjue_cmd=0或者系统停止后退命令 StopBack=1则停止后退，并置动力站后退状态信息backdong=0；动力站通过动力站无线终 端将动力站后退状态信息backdong发射出去。

锚杆机接收到动力站后退状态信息backdong=1，开始后退，锚杆机电控箱中的主 控制器检测测距仪Ⅱ输出的距离信息，即锚杆机与破碎机之间的距离d2，若锚杆机与破碎 机之间的距离d2<0.5,则锚杆机继续后退，当退至锚杆机与破碎机之间的距离d2>0.5时，置 锚杆机后退命令backmao_cmd=1；将锚杆机后退命令backmao_cmd通过锚杆机的无线终端发 送出去；若退的过程中锚杆机与破碎机之间的距离d2<0.5米，则锚杆机转换至单机状态继 续后退，将系统停止后退命令StopBack置1，通过锚杆机的无线终端发射出去；所有其他设 备收到系统停止后退命令StopBack=1则停止后退；若单机状态退至锚杆机与破碎机之间的 距离d2>0.5米，则置停止后退命令StopBack=0，并通过锚杆机的无线终端发射出去；若收到 动力站后退状态信息backdong=0，则停止后退，并置锚杆机后退命令backmao_cmd=0。

破碎机接收到锚杆机后退命令backmao_cmd=1，开始后退；破碎机电控箱中的主控 制器检测测距仪Ⅰ输出的距离信息，即破碎机与掘进机之间的距离d1，若破碎机与掘进机之 间的距离d1<1米，则破碎机继续后退，置破碎机后退命令backpo_cmd=0；当退至破碎机与掘 进机之间的距离d1>=1时，置破碎机后退命令backpo_cmd=1，将破碎机后退命令backpo_cmd 通过破碎机无线终端发送出去；若锚杆机后退命令backmao_cmd=0或者停止后退命令 StopBack=1则停止后退，置破碎机后退命令backpo_cmd=0。

掘进机接收到破碎机后退命令backpo_cmd=1，开始后退；若破碎机后退命令 backpo_cmd=0或者停止后退命令StopBack=1则掘进机停止后退。

4）、延伸皮带时：迈步机发出迈步机前进命令gomai_cmd=1（工人通过遥控发出延 伸皮带的前进命令），通过迈步机无线终端将迈步机前进命令gomai_cmd发送出去。

动力站收到迈步机前进命令gomai_cmd=1，则开始后退，并置动力站后退状态信息 backdong=1，通过动力站无线终端将动力站后退状态信息backdong发送出去。

迈步机通过迈步机无线终端收到动力站后退状态信息backdong=1，开始前进，迈 步机电控箱中的主控制器同时检测测距仪Ⅲ输出的距离信息，即迈步机与锚杆机之间的距 离d3，若迈步机与锚杆机之间的距离d3<0.5米，停止前进，将迈步机前进命令gomai_cmd清 0，当前进操作取消时迈步机前进命令gomai_cmd也清0。

5）、在上述步骤中，命令或者状态信息通过各设备的无线终端发射出去，具体实现 为：各设备通过RS485口与自身的无线终端连接，采用ModbusRTU协议将设备数据传输到自 身的无线终端，并从自身的无线终端读取其他设备的数据，各设备无线终端形成一个无线 局域网络。

6）、协同控制网络：多设备间的协同控制是基于一个无线局域网络实现的，无线局 域网有5个节点，网络中有一台管理站负责令牌传递管理，获得令牌的节点可以向网内其他 所有节点发送本站的节点数据，由于无线网络传递控制信息，为了缩短控制时延，任何一个 节点发送的信息都被其余所有节点接收并保存，刚上电时，管理站检测网络中共有几个节 点，若检测到5个节点，节点5发送本机信息并作为管理站传递令牌给节点4，当节点5发送本 机信息时，节点1、节点2、节点3、节点4接收节点5信息并存储；节点4收到令牌后，发送本机 信息并传递令牌给节点3，节点1、节点2、节点3、节点5接收节点4信息并存储；……；节点1收 到令牌后发送本机信息并传递令牌给节点5……，节点5收到令牌后，开始发送本机信息并 传递令牌给节点4；……；如此循环发送。

7）、网络重组：在工作时，并不是所有设备都同时工作，有可能某台设备停止工作， 也可能有新的设备加入网络，如果节点X停止工作，X=1、2、3、4、5中的任一，令牌需要继续传 递，否则通信停止，这里用生命周期解决此问题，在节点X的生命周期内，节点X-1没有收到 令牌，且管理站节点N也没有收到节点X的信息，则认为节点X不在网络内，节点X-1默认得到 令牌，发送信息并把令牌传递给节点X-2，……，节点X+1在下一个循环周期会将令牌直接传 递给节点X-1，网络中的管理站会定期检测网络中有哪些节点，以此来适应设备数量的改 变，若是管理站停止工作，系统会启动下一个节点作为新的管理站。

连采工作面的单台设备还有液晶屏、传感器、操作按钮和遥控设备，采集单台设备 的运行状态、故障等信息，并在液晶屏上显示，电机电流、油箱温度、行走压力、油箱油位等 参数也通过无线控制网络传输给其他设备或者上位机设备。

所述步骤2）中，掘进机在破碎机前面1米，保证破碎机和掘进机位置相对固定；锚 杆机紧跟破碎机打锚杆，锚杆机与破碎机距离不固定，在保证锚杆机与破碎机不碰撞的前 提下，空顶距离越小越好，

所述步骤3）中，破碎机后退并保证不与锚杆机碰撞，动力站提供拉力与破碎机同时后 退，避免皮带弯曲，

所述步骤4）中，迈步机拖曳顺槽皮带前进，同时，动力站提供向后拉力，使皮带不弯曲， 迈步机前进时要保证与锚杆机不发生碰撞。