一种运用于采煤机调高的比例控制系统技术方案

本实用新型专利技术属于采煤机调高的技术领域，为了提高采煤机调高的精度，实现智能仿形切割，本实用新型专利技术提供了一种运用于采煤机调高的比例控制系统，包括控制中心、比例控制器、比例阀组、旋转编码器和行程传感器，所述旋转编码器安装于采煤机的摇臂上，行程传感器与采煤机摇臂的伸缩油缸连接，旋转编码器和行程传感器与控制中心连接，比例阀组与采煤机摇臂的伸缩缸连接，控制中心驱动比例控制器，比例控制器控制比例阀组。本实用新型专利技术的控制器件使用比例换向阀和PID控制器替代开关量阀组，传感器件使用旋转编码器替代油缸行程传感器，利用控制器件和传感器精度的同时提高，使得最终整体的调高效果满足了智能化采煤机各种功能的精度要求。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于采煤机调高的
，具体涉及一种运用于采煤机调高的比例控制系统。
技术介绍
目前解决采煤机调高功能的方案有两种：A、开关量控制的开环调高系统：本方案是传统采煤机的调高方案——控制采煤机调高油缸的执行器件选用开关量电液阀，电控系统给出固定的电信号，驱动其作出或开或闭合的动作，再通过油缸伸缩实现摇臂调高。此方案没有量化的控制目标，一切以人工经验为准。B、开关量控制的闭环调高系统：本方案是一种有控制目标的调高方案——采煤机调高油缸的执行器件选用开关量电液阀，同时有油缸行程传感器实时采样，通过数据处理测算出采煤机摇臂的实际高度。调高时，系统先给定目标高度，然后通过程序驱动电液阀的或开或闭合，使实际值不断趋近于设定目标高度，从而实现较为准确的高度控制。其中，A方案作为一种传统的采煤机调高方案，可以满足低端采煤机的控制需要，但是对于对摇臂高度有具体要求的情况，没有任何实现的可能。随着煤炭市场对采煤机自动化、智能化要求的进一步提升——记忆切割功能甚至三机联动控制功能逐渐成为采煤机的技术发展趋势，这两种功能的实现必须要求采煤机的准确水平位置及摇臂高度的信息。而B方案虽然为了实现摇臂精确控制，引入了油缸行程传感器和闭环控制系统，但是由于控制器件是开关量电液阀组，只能依靠一种固定的速率迫近目标高度，从而造成包括精度不够和在目标值周围反复上下调高，终究无法进入稳定高度等各种问题，其整体的控制效果并不理想，客观上使记忆切割等智能化功能无法实现。
技术实现思路
本技术为了提高采煤机调高的精度，实现智能仿形切割，提供了一种运用于采煤机调高的比例控制系统。本技术采用如下技术方案：一种运用于采煤机调高的比例控制系统，其特征在于该系统包括控制中心、比例控制器、比例阀组、旋转编码器和行程传感器，所述旋转编码器安装于采煤机的摇臂上，行程传感器与采煤机摇臂的伸缩油缸连接，旋转编码器和行程传感器与控制中心连接，比例阀组与采煤机摇臂的伸缩缸连接，控制中心驱动比例控制器，比例控制器控制比例阀组。所述比例控制系统的具体控制过程为：所述控制中心的指令输出至比例控制器，比例控制器控制比例阀组动作，比例阀组控制采煤机摇臂的伸缩油缸伸缩，通过旋转编码器测得采煤机摇臂的实际倾角并通过行程传感器测得伸缩油缸的实际伸缩量，采煤机摇臂的实际倾角输出至控制中心形成闭环控制系统；所述控制中心在接收采煤机摇臂的实际倾角值的同时，控制中心根据前一次采集的采煤机摇臂倾角值，结合GIS系统人工设置目标倾角值；控制中心对实际倾角值和目标倾角值比较后将指令传输至比例控制器，比例控制器再控制比例阀组动作，比例阀组驱动采煤机摇臂的伸缩油缸伸缩使摇臂的倾角值无限迫近摇臂的目标倾角值；根据目标倾角值和摇臂长度换算确定采煤机滚筒的实际高度；所述采煤机滚筒的实际高度范围为[L.sin∠NOG+R， L.sin(∠NOG±∠?/2) +R]，其中：L-摇臂长度， R-滚筒半径，∠NOG-目标倾角， ∠?/2-最大角度误差。所述的控制中心为DSP控制系统。所述的比例控制器为PID控制器，比例阀组为比例换向阀。本技术利用控制器件和传感器精度的同时提高，使得最终整体的调高效果满足了智能化采煤机各种功能的精度要求：控制器件使用比例换向阀和PID控制器替代开关量阀组，使得采煤机输出精度有实际保证，比例换向阀相对于原来的开关阀组，可以实现不同开度的阀组调节，调高速率可以根据需要改变；传感器件使用旋转编码器替代油缸行程传感器，避免了原有方法的重复计算和估值，确保了对实时摇臂高度的准确度。附图说明图1为本技术的原理图；图2为PID控制器给定电信号、角度调节坐标图；图3为角度、高度调节示意图；图中： R-滚筒半径，L-摇臂长度，（∠COD=∠?）-死区角度，∠NOG-目标倾角，（∠NOA1、∠NOA2）-原角度，（∠NOB1、∠NOB2）-缓冲角度。具体实施方式结合附图，对本技术的具体实施方式作进一步说明：如图1所示的运用于采煤机调高的比例控制系统，包括控制中心、比例控制器、比例阀组、旋转编码器和行程传感器，所述旋转编码器安装于采煤机的摇臂上，行程传感器与采煤机摇臂的伸缩油缸连接，旋转编码器和行程传感器与控制中心连接，比例阀组与采煤机摇臂的伸缩缸连接，控制中心驱动比例控制器，比例控制器控制比例阀组。该系统的具体控制过程为：所述控制中心（即DSP控制系统）的指令输出至比例控制器（即PID控制器），比例控制器控制比例阀组（即比例换向阀）动作，比例阀组控制采煤机摇臂的伸缩油缸伸缩，通过旋转编码器测得采煤机摇臂的实际倾角并通过行程传感器测得伸缩油缸的实际伸缩量，采煤机摇臂的实际倾角输出至控制中心形成闭环控制系统；所述控制中心在接收采煤机摇臂的实际倾角值的同时，控制中心根据前一次采集的采煤机摇臂倾角值，结合GIS系统人工设置目标倾角值；控制中心对实际倾角值和目标倾角值比较后将指令传输至比例控制器，比例控制器再控制比例阀组动作，比例阀组驱动采煤机摇臂的伸缩油缸伸缩使摇臂的倾角值无限迫近摇臂的目标倾角值；然后根据目标倾角值和摇臂长度换算确定采煤机滚筒的实际高度。采煤机调高时，是用高精度旋转编码器测量采煤机摇臂与机身的相对角度，同时通过行程传感器测量摇臂升降油缸的实际伸缩量，二者实现冗余监测滚筒高度，通过CAN BUS总线传输给专用的信号采集模块，数据采集模块再将数据打包发给在监控中心内部的DSP处理器进行数据的运算和进一步处理。DSP处理器在确切的计算出采煤机准确采高的同时，采煤机在记忆切割状态下会根据以往历史采高数据和GIS系统提供的地质模型进行运算，用来设定一个采高的目标值，然后结合水平安装在采煤机上的姿态倾角陀螺仪记录的数据，得出采煤机的综合工作姿态下的准确滚筒高度。其具体的控制方式为：控制中心（即DSP控制系统）会对实测倾角值和目标倾角值进行比较，得出差距和具体的行程范围；然后控制中心发出指令给PID比例控制模块，近而控制比例换向阀动作，以积分调节电磁阀开度，驱动油缸迫近目标值。控制DSP控制系统的顺槽集控平台根据煤机当前位置，查询历史数据库中煤机位置及对应的左右摇臂高度，同时接受人工干预和GIS系统导引，修正调节历史数据，实时计算出目标摇臂高度，发给采煤机，煤机根据旋转编码器或油缸行程计算出摇臂实际高度，通过PID比例驱动器使摇臂实际高度值连续平稳地自动逼近目标值，实现智能仿形切割。如图2、3所示，通过给定PID控制器的最大电流（±MAX I）和最小电流（±MIN I），测得原角度∠NOA1、∠NOA2，缓冲角度∠NOB1、∠NOB2，进而得出目标角度∠NOG和死区角度∠COD，最后换算出采煤机滚筒的实际高度范围[L.sin∠NOG+R, L.sin(∠NOG±∠?/2) +R]，其中，∠?=∠COD。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运用于采煤机调高的比例控制系统，其特征在于该系统包括控制中心、比例控制器、比例阀组、旋转编码器和行程传感器，所述旋转编码器安装于采煤机的摇臂上，行程传感器与采煤机摇臂的伸缩油缸连接，旋转编码器和行程传感器与控制中心连接，比例阀组与采煤机摇臂的伸缩缸连接，控制中心驱动比例控制器，比例控制器控制比例阀组。

【技术特征摘要】
1.一种运用于采煤机调高的比例控制系统，其特征在于该系统包括控制中心、比例控制器、比例阀组、旋转编码器和行程传感器，所述旋转编码器安装于采煤机的摇臂上，行程传感器与采煤机摇臂的伸缩油缸连接，旋转编码器和行程传感器与控制中心连接，比例阀组与采煤机摇臂的伸缩缸连接，控制中心驱动比例...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪松，郝尚清，王慧明，彭嘉伟，宁卓，宋栋帅，刘鸿亮，王丽杰，刘建涛，王朝，程永吉，王吉鹏，李海洋，侯晋兵，
申请(专利权)人：太重煤机有限公司，
类型：新型
国别省市：山西;14