基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟现实的采煤机远程控制方法，包括步骤：一、采煤机开采工况监控系统搭建：搭建采煤机开采工况监控系统；采煤机开采工况监控系统包括声音强度检测装置、下位监控装置和上位监控机；二、三维建模型；三、煤层开采与开采过程同步模拟：采用采煤机沿工作面推进方向由后向前对待开采煤层进行开采，对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：采煤机实际开采工况信息检测及同步上传、截割工况诊断、采煤机调高判断、采煤机截割高度调整和采煤机开采工况同步模拟。本发明专利技术方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，能自动实时对采煤机调高进行远程控制，并能对采煤机开采工况进行同步模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤矿开采
，尤其是涉及一种基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法。
技术介绍
虚拟现实技术汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人—机接口技术、传感器技术、高度并行实时计算技术和人的行为学研究等多项关键技术，是模拟仿真技术的最新、最高层次，已广泛应用于军事、航空、教育、医学、工业和娱乐等众多领域。现有
中，综采工作面采煤机控制大多采用人工现场控制的方式，由于现场工作环境恶劣复杂，现场操作人员常常不能及时了解采煤机的运行工况，因而对采煤机的控制有一定的滞后性和不准确性。目前，较为成熟的综采工作面监控系统大多只能做到对井下工况进行监视，无法进行实时控制，更无法针对不同工况做出判断和给出一定的控制策略。将虚拟现实技术引入综采工作面采煤机控制过程，能够大幅度提高综采工作面采煤机控制的自动化水平，但是由于井下综采工作面环境极其复杂，现有技术还不能做到井下综采工作面的完全自动和智能控制，对采煤机运行状态和综采工况的判断必须辅助一定的人工因素。总之，目前的综采工作面采煤机控制无法完全做到自动化和智能化控制，现有的控制系统和方法容易产生事故，影响生产。综采工作面全称为综合机械化回采工作面，是指以拥有液压支架、大功率刮板输送机、双滚筒采煤机等机械的回采工作面。综采工作面开采过程中，采煤机截割高度的控制(简称采煤机调高)至关重要，截割高度控制不当，采煤机将会截割到顶底板或断层，造成采煤机损坏、故障或安全事故。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，能自动实时对采煤机调高进行远程控制，并能对采煤机开采工况进行同步模拟。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采煤机开采工况监控系统搭建：对待开采煤层进行开采之前，先搭建采煤机开采工况监控系统；所述采煤机开采工况监控系统包括声音强度检测装置、安装在采煤机上的下位监控装置和布设在上位监控室内的上位监控机，所述声音强度检测装置包括多个沿工作面长度方向由左至右布设的声音强度检测单元，多个所述声音强度检测单元均布设在工作面支架上，所述下位监控装置与上位监控机进行双向通信；所述采煤机为双滚筒采煤机，所述双滚筒采煤机包括采煤机机身、两个分别安装在所述采煤机机身左右两侧的截割部、两个分别安装在所述采煤机机身左右两侧的行走机构和两个分别对两个所述行走机构进行牵引的牵引部；每个所述截割部均包括铰接在所述采煤机机身上的摇臂、安装在所述摇臂前端的截割滚筒和对所述截割滚筒进行驱动的截割电机，所述截割电机与所述截割滚筒进行传动连接；两个所述截割部的截割滚筒分别为上截割滚筒和位于所述上截割滚筒下方的下截割滚筒；每个所述牵引部均包括一个牵引电机，所述牵引电机与其所牵引的行走机构进行传动连接；所述下位监控装置包括对所述采煤机的位置进行实时检测的采煤机位置检测单元、对所述采煤机的运行姿态进行实时检测的采煤机运行姿态检测单元、两个分别对两个所述截割电机的工作电流进行实时检测的截割电流检测单元、两个分别对两个所述牵引电机的工作电流进行实时检测的牵引电流检测单元以及安装在所述采煤机机身内的电气控制系统和摇臂调高液压系统，所述电气控制系统包括控制器，所述摇臂调高液压系统由控制器进行控制且其与控制器连接，所述控制器与上位监控机进行双向通信；所述采煤机位置检测单元、采煤机运行姿态检测单元、两个所述截割电流检测单元和两个所述牵引电流检测单元均与控制器连接，多个所述声音强度检测单元均与控制器进行通信；两个所述截割电流检测单元分别为对所述上截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的上滚筒截割电流检测单元和对所述下截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的下滚筒截割电流检测单元；步骤二、三维建模：采用上位监控机且调用三维仿真软件，分别建立所述待开采煤层的三维模型和所述采煤机的三维模型；步骤三、煤层开采与开采过程同步模拟：采用所述采煤机沿工作面推进方向由后向前对所述待开采煤层进行开采；对所述待开采煤层的任一个工作面进行开采过程中，均采用所述采煤机沿工作面长度方向由后向前对当前工作面进行开采；并且，采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，均采用步骤一中所述采煤机开采工况监控系统对采煤机的实际开采工况进行自动监控，并采用所述上位监控机对此时采煤机的开采工况进行同步模拟；采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：步骤301、采煤机实际开采工况信息检测及同步上传：采用采煤机位置检测单元和采煤机运行姿态检测单元分别对此时所述采煤机的位置和运行姿态进行实时检测，并通过控制器将所检测信息均同步传送至上位监控机；同时，采用两个所述截割电流检测单元分别对当前开采位置开采过程中两个所述截割电机的工作电流进行实时检测，采用牵引电流检测单元对当前工作面开采过程中牵引工作电机的工作电流进行实时检测，并通过控制器将所检测的电流值均同步传送至上位监控机；并且，采用声音强度检测装置对当前工作面开采过程中的声音强度进行实时检测，并通过控制器将所检测的声音强度值均同步传送至上位监控机；所述牵引工作电机为两个所述牵引电机中牵引所述采煤机沿当前工作面的长度方向由后向前移动的牵引电机；步骤302、截割工况诊断：采用上位监控机对当前开采位置所述采煤机的截割工况进行诊断，过程如下：步骤3021、截割电流分析及截割状态判断：调用截割电流比较模块，对步骤301中两个所述截割电流检测单元所检测的电流值分别进行分析，并根据分析结果对两个所述截割滚筒的截割状态分别进行判断；其中，调用所述截割电流比较模块对所述上滚筒截割电流检测单元所检测的电流值Is进行分析时，将电流值Is与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述上截割滚筒的截割电机的工作电流值Is0进行比较，并根据比较结果，对此时所述上截割滚筒是否处于异常截割状态进行判断：当Is＞Is0且时，判断为此时所述上截割滚筒处于异常截割状态；否则，判断为此时所述上截割滚筒处于正常截割状态；其中，cJ为预先设定的截割电流变化判断阈值且cJ＝0.5～1；调用所述截割电流比较模块对所述下滚筒截割电流检测单元所检测的电流值Ix进行分析时，将电流值Ix与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述下截割滚筒的截割电机的工作电流值Ix0进行比较，并根据比较结果，对此时所述下截割滚筒是否处于异常截割状态进行判断：当Ix＞Ix0且时，判断为此时所述下截割滚筒处于异常截割状态；否则，判断为此时所述下截割滚筒处于正常截割状态；步骤3022、截割工况初步诊断：根据步骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判断结果，对当前开采位置所述采煤机的工况进行初步诊断：当步骤3021中判断得出两个所述截割滚筒均处于正常截割状态时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入步骤303；否则，进入步骤3023；步骤3023、牵引电流分析及牵引状态判断：调用牵引电流比较模块，对步骤301中所述牵引电流检测单元所检测的电流值Iq与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述下截割滚筒牵引工作电机的工作电流最大值IqM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采煤机开采工况监控系统搭建：对待开采煤层进行开采之前，先搭建采煤机开采工况监控系统；所述采煤机开采工况监控系统包括声音强度检测装置(3)、安装在采煤机上的下位监控装置(1)和布设在上位监控室内的上位监控机(2)，所述声音强度检测装置(3)包括多个沿工作面长度方向由左至右布设的声音强度检测单元，多个所述声音强度检测单元均布设在工作面支架上，所述下位监控装置(1)与上位监控机(2)进行双向通信；所述采煤机为双滚筒采煤机，所述双滚筒采煤机包括采煤机机身、两个分别安装在所述采煤机机身左右两侧的截割部、两个分别安装在所述采煤机机身左右两侧的行走机构和两个分别对两个所述行走机构进行牵引的牵引部；每个所述截割部均包括铰接在所述采煤机机身上的摇臂、安装在所述摇臂前端的截割滚筒和对所述截割滚筒进行驱动的截割电机，所述截割电机与所述截割滚筒进行传动连接；两个所述截割部的截割滚筒分别为上截割滚筒和位于所述上截割滚筒下方的下截割滚筒；每个所述牵引部均包括一个牵引电机，所述牵引电机与其所牵引的行走机构进行传动连接；所述下位监控装置(1)包括对所述采煤机的位置进行实时检测的采煤机位置检测单元(1‑1)、对所述采煤机的运行姿态进行实时检测的采煤机运行姿态检测单元(1‑2)、两个分别对两个所述截割电机的工作电流进行实时检测的截割电流检测单元(1‑3)、两个分别对两个所述牵引电机的工作电流进行实时检测的牵引电流检测单元(1‑4)以及安装在所述采煤机机身内的电气控制系统和摇臂调高液压系统，所述电气控制系统包括控制器(1‑5)，所述摇臂调高液压系统由控制器(1‑5)进行控制且其与控制器(1‑5)连接，所述控制器(1‑5)与上位监控机(2)进行双向通信；所述采煤机位置检测单元(1‑1)、采煤机运行姿态检测单元(1‑2)、两个所述截割电流检测单元(1‑3)和两个所述牵引电流检测单元(1‑4)均与控制器(1‑5)连接，多个所述声音强度检测单元均与控制器(1‑5)进行通信；两个所述截割电流检测单元(1‑3)分别为对所述上截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的上滚筒截割电流检测单元和对所述下截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的下滚筒截割电流检测单元；步骤二、三维建模：采用上位监控机(2)且调用三维仿真软件，分别建立所述待开采煤层的三维模型和所述采煤机的三维模型；步骤三、煤层开采与开采过程同步模拟：采用所述采煤机沿工作面推进方向由后向前对所述待开采煤层进行开采；对所述待开采煤层的任一个工作面进行开采过程中，均采用所述采煤机沿工作面长度方向由后向前对当前工作面进行开采；并且，采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，均采用步骤一中所述采煤机开采工况监控系统对采煤机的实际开采工况进行自动监控，并采用所述上位监控机(2)对此时采煤机的开采工况进行同步模拟；采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：步骤301、采煤机实际开采工况信息检测及同步上传：采用采煤机位置检测单元(1‑1)和采煤机运行姿态检测单元(1‑2)分别对此时所述采煤机的位置和运行姿态进行实时检测，并通过控制器(1‑5)将所检测信息均同步传送至上位监控机(2)；同时，采用两个所述截割电流检测单元(1‑3)分别对当前开采位置开采过程中两个所述截割电机的工作电流进行实时检测，采用牵引电流检测单元(1‑4)对当前工作面开采过程中牵引工作电机的工作电流进行实时检测，并通过控制器(1‑5)将所检测的电流值均同步传送至上位监控机(2)；并且，采用声音强度检测装置(3)对当前工作面开采过程中的声音强度进行实时检测，并通过控制器(1‑5)将所检测的声音强度值均同步传送至上位监控机(2)；所述牵引工作电机为两个所述牵引电机中牵引所述采煤机沿当前工作面的长度方向由后向前移动的牵引电机；步骤302、截割工况诊断：采用上位监控机(2)对当前开采位置所述采煤机的截割工况进行诊断，过程如下：步骤3021、截割电流分析及截割状态判断：调用截割电流比较模块，对步骤301中两个所述截割电流检测单元(1‑3)所检测的电流值分别进行分析，并根据分析结果对两个所述截割滚筒的截割状态分别进行判断；其中，调用所述截割电流比较模块对所述上滚筒截割电流检测单元所检测的电流值Is进行分析时，将电流值Is与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述上截割滚筒的截割电机的工作电流值Is0进行比较，并根据比较结果，对此时所述上截割滚筒是否处于异常截割状态进行判断：当Is＞Is0且时，判断为此时所述上截割滚筒处于异常截割状态；否则，判断为此时所述上截割滚筒处于正常截割状态；其中，cJ为预先设定的截割电流变化判断阈值且cJ＝0.5～1；调用所述截割电流比较模块...

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实的采煤机调高远程控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采煤机开采工况监控系统搭建：对待开采煤层进行开采之前，先搭建采煤机开采工况监控系统；所述采煤机开采工况监控系统包括声音强度检测装置(3)、安装在采煤机上的下位监控装置(1)和布设在上位监控室内的上位监控机(2)，所述声音强度检测装置(3)包括多个沿工作面长度方向由左至右布设的声音强度检测单元，多个所述声音强度检测单元均布设在工作面支架上，所述下位监控装置(1)与上位监控机(2)进行双向通信；所述采煤机为双滚筒采煤机，所述双滚筒采煤机包括采煤机机身、两个分别安装在所述采煤机机身左右两侧的截割部、两个分别安装在所述采煤机机身左右两侧的行走机构和两个分别对两个所述行走机构进行牵引的牵引部；每个所述截割部均包括铰接在所述采煤机机身上的摇臂、安装在所述摇臂前端的截割滚筒和对所述截割滚筒进行驱动的截割电机，所述截割电机与所述截割滚筒进行传动连接；两个所述截割部的截割滚筒分别为上截割滚筒和位于所述上截割滚筒下方的下截割滚筒；每个所述牵引部均包括一个牵引电机，所述牵引电机与其所牵引的行走机构进行传动连接；所述下位监控装置(1)包括对所述采煤机的位置进行实时检测的采煤机位置检测单元(1-1)、对所述采煤机的运行姿态进行实时检测的采煤机运行姿态检测单元(1-2)、两个分别对两个所述截割电机的工作电流进行实时检测的截割电流检测单元(1-3)、两个分别对两个所述牵引电机的工作电流进行实时检测的牵引电流检测单元(1-4)以及安装在所述采煤机机身内的电气控制系统和摇臂调高液压系统，所述电气控制系统包括控制器(1-5)，所述摇臂调高液压系统由控制器(1-5)进行控制且其与控制器(1-5)连接，所述控制器(1-5)与上位监控机(2)进行双向通信；所述采煤机位置检测单元(1-1)、采煤机运行姿态检测单元(1-2)、两个所述截割电流检测单元(1-3)和两个所述牵引电流检测单元(1-4)均与控制器(1-5)连接，多个所述声音强度检测单元均与控制器(1-5)进行通信；两个所述截割电流检测单元(1-3)分别为对所述上截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的上滚筒截割电流检测单元和对所述下截割滚筒的截割电机的工作电流进行实时检测的下滚筒截割电流检测单元；步骤二、三维建模：采用上位监控机(2)且调用三维仿真软件，分别建立所述待开采煤层的三维模型和所述采煤机的三维模型；步骤三、煤层开采与开采过程同步模拟：采用所述采煤机沿工作面推进方向由后向前对所述待开采煤层进行开采；对所述待开采煤层的任一个工作面进行开采过程中，均采用所述采煤机沿工作面长度方向由后向前对当前工作面进行开采；并且，采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，均采用步骤一中所述采煤机开采工况监控系统对采煤机的实际开采工况进行自动监控，并采用所述上位监控机(2)对此时采煤机的开采工况进行同步模拟；采用所述采煤机对当前工作面的任一个开采位置进行开采时，过程如下：步骤301、采煤机实际开采工况信息检测及同步上传：采用采煤机位置检测单元(1-1)和采煤机运行姿态检测单元(1-2)分别对此时所述采煤机的位置和运行姿态进行实时检测，并通过控制器(1-5)将所检测信息均同步传送至上位监控机(2)；同时，采用两个所述截割电流检测单元(1-3)分别对当前开采位置开采过程中两个所述截割电机的工作电流进行实时检测，采用牵引电流检测单元(1-4)对当前工作面开采过程中牵引工作电机的工作电流进行实时检测，并通过控制器(1-5)将所检测的电流值均同步传送至上位监控机(2)；并且，采用声音强度检测装置(3)对当前工作面开采过程中的声音强度进行实时检测，并通过控制器(1-5)将所检测的声音强度值均同步传送至上位监控机(2)；所述牵引工作电机为两个所述牵引电机中牵引所述采煤机沿当前工作面的长度方向由后向前移动的牵引电机；步骤302、截割工况诊断：采用上位监控机(2)对当前开采位置所述采煤机的截割工况进行诊断，过程如下：步骤3021、截割电流分析及截割状态判断：调用截割电流比较模块，对步骤301中两个所述截割电流检测单元(1-3)所检测的电流值分别进行分析，并根据分析结果对两个所述截割滚筒的截割状态分别进行判断；其中，调用所述截割电流比较模块对所述上滚筒截割电流检测单元所检测的电流值Is进行分析时，将电流值Is与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述上截割滚筒的截割电机的工作电流值Is0进行比较，并根据比较结果，对此时所述上截割滚筒是否处于异常截割状态进行判断：当Is＞Is0且时，判断为此时所述上截割滚筒处于异常截割状态；否则，判断为此时所述上截割滚筒处于正常截割状态；其中，cJ为预先设定的截割电流变化判断阈值且cJ＝0.5～1；调用所述截割电流比较模块对所述下滚筒截割电流检测单元所检测的电流值Ix进行分析时，将电流值Ix与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述下截割滚筒的截割电机的工作电流值Ix0进行比较，并根据比较结果，对此时所述下截割滚筒是否处于异常截割状态进行判断：当Ix＞Ix0且时，判断为此时所述下截割滚筒处于异常截割状态；否则，判断为此时所述下截割滚筒处于正常截割状态；步骤3022、截割工况初步诊断：根据步骤3021中两个所述截割滚筒的截割状态判断结果，对当前开采位置所述采煤机的工况进行初步诊断：当步骤3021中判断得出两个所述截割滚筒均处于正常截割状态时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入步骤303；否则，进入步骤3023；步骤3023、牵引电流分析及牵引状态判断：调用牵引电流比较模块，对步骤301中所述牵引电流检测单元(1-4)所检测的电流值Iq与对所述待开采煤层中的煤层进行开采时所述下截割滚筒牵引工作电机的工作电流最大值IqM进行比较，并根据比较结果对所述采煤机的牵引状态进行判断：当Iq＞IqM且时，判断为此时所述采煤机处于异常牵引状态；否则，判断为此时所述采煤机处于正常牵引状态；其中，cQ为预先设定的牵引电流变化判断阈值且cQ＝0.2；步骤3024、声音强度分析及声音异常判断：根据步骤301中所述声音强度检测装置(3)所检测的声音强度值，对当前开采位置是否出现声音异常进行诊断：当声音强度检测装置(3)中多个所述声音强度检测单元所检测的声音强度值均小于Y0时，判断为此时未出现声音异常，且诊断为此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态，进入步骤303；否则，判断为此时出现声音异常，进入步骤3025；其中，Y0＝80dB～120dB；步骤3025、截割工况进一步诊断：根据步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结果，并结合步骤3024中得出的声音异常判断结果，对当前开采位置所述采煤机的截割工况进行进一步诊断：当步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结果为此时所述采煤机处于异常牵引状态且步骤3024中得出的声音异常判断结果为此时出现声音异常时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为截割到顶板和/或底板；否则，当步骤3023中所述采煤机的牵引状态判断结果为此时所述采煤机处于正常牵引状态且步骤3024中得出的声音异常判断结果为此时出现声音异常时，诊断为此时所述采煤机的截割工况为截割到断层；步骤303、采煤机调高判断：采用上位监控机(2)且根据步骤302中得出的截割工况诊断结果，判断是否需对当前开采位置所述采煤机的截割高度进行调整：当步骤302中得出此时所述采煤机的截割工况为正常截割状态时，判断为无需对所述采煤机的截割高度进行调整；否则，当步骤302中得出此时所述采煤机的截割工况为截割到断层或者截割到顶板和/或底板时，判断为需对所述采煤机的截割高度进行调整，进入步骤304；步骤304、采煤机截割高度调整：根据步骤302中得出的截割工况诊断结果，采用上位监控机(2)对控制器(1-5)进行控制，并通过控制器(1-5)控制所述摇臂调...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭辉，毛清华，马宏伟，南源桐，董刚，杜昱阳，高百战，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61